2. Определение расчётного значения тока для полупроводниковых приборов

Для того, чтобы узнать значения расчетных токов полупроводниковых приборов в программе WinSPICE требуется добавить в схему нулевые источники напряжения. Для этого источник включают в схему последовательно с соответствующими элементами. В результате в схеме, кроме дополнительных источников, появляются также дополнительные узлы. Пример перестроения схемы с добавлением источников приведен в Приложении 10.

Для вывода расчётных значений тока в файл используют описанную выше директиву .PRINT.

3. Моделирование подстроечного резистора

Для моделирования подстроечного резистора в программе WinSPICE его заменяют его на два резистора постоянного сопротивления с номиналами, сумма которых соответствует номиналу подстроечного резистора. Например, подстроечный резистор сопротивлением 100 Ом, может быть заменён двумя резисторами постоянного сопротивления 20 Ом и 80 Ом соответственно. Значения постоянных резисторов подобирают таким образом, чтобы после расчета модели на выходе схемы мы получили требуемое значение напряжения.

Пример перестроения схемы приведен на рис. 4.

а) подстроечный резистор б) схема замещения

Рисунок 4. Моделирование подстроечного резистора

4. Определение сопротивления нагрузки

Сопротивление нагрузки стабилизатора напряжения равно сопротивлению устройств, подключаемых к его выходу. Т.е. сопротивление нагрузки является их простейшей схемой замещения.

При известных выходных токе и напряжении, можно вычислить сопротивление нагрузки используя закон Ома:

где U – напряжение электрического тока на выходе стабилизатора; I – величина электрического тока на выходе стабилизатора.

5. Расчет мощности тепловыделения эри

Расчет мощности тепловыделения для резисторов производят по формуле:

где U – напряжение на элементе, полученное в результате расчёта; R – сопротивление элемента по ТУ.

Расчет мощности тепловыделения для транзисторов и диодов производят по формуле

где I – ток, проходящий через элемент; U – напряжение на элементе.

Примечание: расчет мощности тепловыделения для индуктивностей и конденсаторов не проводят, так как в статическом режиме они представляют собой коротко замкнутую цепь и обрыв соответственно. Т.е. их мощности тепловыделения равны нулю, так как в первом случае отсутствует напряжение на элементе, во втором – ток.

4. Выбор конструктивного исполнения стабилизатора напряжения

После расчета электрических характеристик элементов схемы подобрают удовлетворяющие электрическим режимам работы радиоэлектронные компоненты. В данной работе необходимо подобрать типономиналы резисторов, информация о которых приведена в прил. 8.

Далее, исходя из рассчитанных мощностей тепловыделения ЭРИ предварительно определяют способы охлаждения отдельных компонентов (местное охлаждение) и устройства в целом (общее охлаждение). При этом руководствуются правилом, что в готовом устройстве температура отдельных компонентов не должна превышать значения, вычисленного с учетом показателей надежности. В данной работе для предварительной оценки рекомендуется, чтобы температура компонентов не превышала 70% от их предельнодопустимой температуры. В случае, если температура элемента выходит за это значение, вводят местное или изменяют общее охлаждение.

При разработке системы охлаждения также учитывают ограничения, изложенные в ТЗ на проектирование. В качестве таких ограничений выступают: максимальное и минимальное значение температуры окружающей среды; возможность применения систем принудительного жидкостного и воздушного охлаждения; необходимость обеспечения герметичности корпуса; нагрев устройства солнцем или от расположенных рядом с устройством объектов с повышенной температурой и т.п.

В данной работе устройство должно иметь герметичный корпус с охлаждением путем естественной конвекции и излучения. Поэтому в качестве местного охлаждения теплонагруженных ЭРИ следует использовать радиаторы или тепловые шины.

Предварительный выбор радиатора производится исходя из его теплового сопротивления и мощности тепловыделения установленных на нём ЭРИ. При этом руководствуются следующей формулой:

где P_ЭРИ – мощность тепловыделения ЭРИ, установленных на радиатор; R_th – тепловое сопротивление радиатора по справочнику [5]; T_ОС – температура окружающего радиатор воздуха.

В зависимости от выбранной системы охлаждения радиатор может быть установлен внутри корпуса или являться его стенкой (рисунок 5 а, б [6]).

В данной работе радиаторы используют только для охлаждения транзисторов. Если в процессе проектирования обнаруживают, что температура резистора превышает допустимую с учетом показателей надёжности, то меняют резистор на аналогичный по сопротивлению, но с большим значением допустимой рассеиваемой мощности.

а) б)

в)

Рисунок 5. Варианты применения радиаторов: а) местное охлаждение группы элементов, радиатор внутри корпуса устройства; б) местное охлаждение элементов, радиатор расположен снаружи корпуса устройства; в) устройство с оребрённым корпусом