Ім'я файлу: ККП з Конструювання Шевченко Д. С. 540 гр..docx
Розширення: docx
Розмір: 7191кб.
Дата: 25.05.2023
скачати
Пов'язані файли:
Ресурсний потенціал атмосфери.pptx
Розширення: docx
Розмір: 7191кб.
Дата: 25.05.2023
скачати
Пов'язані файли:
Ресурсний потенціал атмосфери.pptx
1.3 Постановка задачі проектування
Так як основна задача полягає в модернізації вже готового схемотехнічного рішення, не зважаючи на всі переваги транзисторних підсилювачів, було обрано рішення використовувати польові підсилювачі. Польові транзистори були обрані через їх не високу ціну, та простоту монтажу. А також спираючись на їхню високу потужність, та низький рівень шуму і спотворень.
2. СХЕМОТЕХНІЧНА РОЗРОБКА
2.1 Структурна схема
Підсилювач звуку складається з кількох основних блоків: попереднього підсилювача (Поперед. П), підсилювача потужності (ПП) та блоку живлення (БЖ), а також джерело сигналу (Дж. С), вхідний пристрій (Вх. П), вихідний пристрій (Вих. П) та навантаження (Н) (рис. 1.1)
Рисунок 2.1 – Структурна схема підсилювача потужності звуку
Принцип роботи підсилювача звуку полягає в тому, що вхідний аудіосигнал, який має дуже малу потужність, підсилюється в попередньому підсилювачі і передається до підсилювача потужності. Потім сигнал змінюється в потужніший і передається на гучномовець для відтворення звуку.
2.2 Розгляд компонентів
Схема складається з 2 основних частин, попереднього підсилювача де основну роль підсилення виконують транзистори типу VT1, VT3 (рис.2.2) типу 2N5551 (рис. 2.3) та VT2, VT4 типу 2N5401 (рис.2.4). Та основного каскаду підсилювача потужності (рис. 2.5).
Рисунок 2.2 – Диференційний каскад попереднього підсилення
Рисунок 2.3 - Основні параметри транзистора 2N5551 при температурі навколишнього середовища 25°C
Рисунок 2.4 – Основні параметри транзистора 2N5401 при температурі навколишнього середовища 25°C
В основі каскаду потужності задіяні транзистори VT8 типу IRF640 (рис. 2.6) і VT9 типу IRF9640 (рис. 2.7), які виконують функцію буферного підсилювача.
Рисунок 2.5 – Каскад підсилення потужності
Рисунок 2.6 – Основні параметри польового транзистора IRF640 при температурі навколишнього середовища 25°C
Рисунок 2.7 – Основні параметри польового транзистора IRF9640 при температурі навколишнього середовища 25°C
Резистори R3 та R6 є баластним і виступають обмежувачами струму для живлення диференційного каскаду (рис. 2.8). Їх опір необхідно розрахувати виходячи із напруги живлення підсилювача.
Рисунок 2.8 – Застосування резисторів обмеження струму живлення (R3, R6) диференційного каскаду підсилення.
(2.1)
Формула розрахунку резисторів
де
– робоча напруга живлення підсилювача
– напруга стабілізації
– сила струму стабілізації (2.2)
Підставляючи вихідні значення до формули 2.1 отримуємо наступні результати
Також у схемі використовуються транзистори проміжного підсилення (рис. 2.9) VT5 типу 2SA1930 (рис. 2.10), VT6 типу 2SC5171 (рис.2.11) та польовий транзистор VT7 типу IRF510 (рис. 2.12).
Рисунок 2.9 - Каскад транзисторів проміжного підсилення
Рисунок 2.10 - Основні параметри транзистора 2SA1930 при температурі навколишнього середовища 25°C
Рисунок 2.11 - Основні параметри транзистора 2C5171 при температурі навколишнього середовища 25°C
Рисунок 2.12 - Основні параметри польового транзистора IRF510 при температурі навколишнього середовища 25°C
3. РОЗРОБКА КОНСТРУКТОРСЬКИХ РІШЕНЬ
3.1 Розробка друкованої плати
Для розробки друкованої плати було обрано систему автоматичного проектування P-CAD.
Для виконання принципової схеми (рис.3.1) використовувалось ПЗ «P-CAD Schematic». Для якого заздалегідь була підготована бібліотека компонентів символьних образів, яка створена власноруч в ПЗ «P-CAD Symbol Editor» (рис. 3.2)
Рисунок 3.1 – Принципова схема підсилювача звуку
Рисунок 3.2 – Бібліотека схемних компонентів створених в ПЗ «P-CAD Symbol Editor»
Після виконання принципової схеми, було виконано автоматичне перенесення компонентів до редактору «P-CAD PCB» (рис. 3.3). Для цього спочатку була виконана власноруч бібліотека посадкових місць радіоелектронних компонентів в ПЗ «P-CAD Pattern Editor» (рис. 3.4). А потім було виконане інтегрування компонентів в ПЗ «P-CAD Library Executive» (рис. 3.5), тобто було виконане пов’язування схемного позначення компонента з його посадковим місцем на друкованій платі.
Рисунок 3.3 – Результат автоматичного перенесення принципової схеми
Рисунок 3.4 – Бібліотека створених посадкових місць радіоелектронних компонентів
Після чого в ПЗ «P-CAD PCB» для компоновки елементів було створено корпус друковано плати розмірами (рис. 3.5) 122 х 117 мм використовуючи шар «Board» та інструмент «Place Line».
Рисунок 3.5 – Корпус друкованої плати
Далі необхідно розмістити компоненти на платі (рис. 3.6) враховуючи заздалегідь розташування силових транзисторів VT5, VT6, VT7, VT8 та VT9, бо саме до них в подальшому буде під’єднано радіатор відводу тепла. Тому ці транзистори необхідно розташувати на краю плати для більш зручного розташування радіатора.
Рисунок 3.6 – Компоновка компонентів на платі
Після розташування елементів на відповідних місцях в ПЗ «P- CAD PCB» необхідно провести трасування. Для цього необхідно обрати шар «Top» або «Bottom» і використовуючи функції «Route Manual», «Route Advanced», «Diff Pair Route» та «Multi Route» поєднати контактні площадки компонентів між собою відповідно принциповій схемі (рис. 3.7).
Рисунок 3.7 – Результат трасування
Використовуючи трасування отримуємо необхідні ескізи з лицьової (рис. 3.8) та зворотної (рис. 3.9) сторін плати для її подальшого травлення.
Рисунок 3.8 – Контактні доріжки з лицевої сторони друкованої плати
Рисунок 3.9 – Контактні доріжки з зворотної сторони друкованої плати
3.2 Розробка корпусу
Один з найпоширеніших матеріалів для корпусів колонок - це дерево. Воно має відмінні звукоізоляційні властивості, а також приємні для вуха характеристики, зокрема, довговічність і природну теплість звуку, що в звуковій акустиці є одним із важливих параметрів. Також, дерево піддається деформації і розкладанню при вологому середовищі, тому не підходить для тривалого використання в умовах високої вологості.
Після того як матеріал був обраний, необхідно створити модель корпусу (рис. 3.10). Для цього було застосоване ПЗ «Компас 3D»
Збирання корпусу необхідно використовувати з обробленої деревини, яка повинна бути просочена лляними оліями для мінімізації поглинання вологи та продовження сроку експлуатації.
Рисунок 3.10 – Корпус колонки-сателіт
3.3 Умови експлуатації
Згідно ДСТУ 15150-69 (2006), було обрано категорію кліматичної умови експлуатації УХЛ з основною категорією 4 та додатковою – 4.1, а саме - об'єднання помірного та холодного макрокліматичних районів та експлуатація у приміщеннях зі штучно регульованими кліматичними умовами, наприклад, у закритих виробничих та інших приміщеннях без опалення або охолодження і вентиляції, у тому числі підземних приміщеннях, що добре вентилюються (відсутність впливу прямого сонячного випромінювання, атмосферних опадів, вітру, піску й пилу зовнішнього повітря; відсутність або істотне зменшення впливу сонячного випромінювання й конденсації вологи)
Також необхідно зазначити необхідні рекомендовані умови зберігання та експлуатації задля довговічності та збереження звукових властивостей:
1. Уникнення прямого сонячного світла і високих температур. Колонка повинна бути збережена в прохолодному, сухому місці, де немає прямих джерел тепла і сонячних променів. Продовжені перепади температур та вологості можуть пошкодити деревину і погіршити її звучання.
2. Використання колонки на підставці або стійці. Колонка з деревини може бути досить важкою і крихкою, тому важливо зберігати її на стійці або підставці, щоб уникнути пошкоджень і випадкових падінь.
3. Уникнення вологи та пилу. Деревина може погано переносити вологу і пил, тому важливо зберігати колонку в сухому місці і регулярно очищувати її від пилу та інших забруднень.
4. Запобігання впливу сильних вібрацій і ударів. Вібрації та удари можуть пошкодити деревину, плату підсилювача та спотворити її звучання, тому важливо зберігати колонку на стійці або підставці, яка зменшує вібрації, і запобігає падінням та ударам.
5. Регулярна перевірка колонки на наявність подряпин, тріщин або інших пошкоджень допоможе вчасно виявити і усунути проблеми, які можуть вплинути на звукову якість колонки. Якщо ви помітили будь-які пошкодження, такі як тріщини, подряпини або вигини, важливо негайно вжити заходів для їх усунення. Якщо проблема залишається без уваги, вона може призвести до подальшого пошкодження колонки і погіршення її звукових характеристик.
6. Розташування колонки правильно. Для отримання максимального звукового досвіду важливо розташувати колонку на правильній відстані від слухача та відповідним чином налаштувати її параметри. Наприклад, колонки з деревини зазвичай мають теплий звук, тому важливо підібрати правильні налаштування для отримання оптимального звучання.
7. Правильне транспортування колонки Якщо потрібно перевезти колонку, важливо дотримуватися правильної техніки транспортування, щоб запобігти будь-яким пошкодженням. Колонку необхідно упакувати відповідним чином і забезпечити її захист від ударів та вібрацій під час транспортування.
3.4 Конструкторські розрахунки
3.4.1 Розрахунок резонансної частоти друкованої плати
(3.1)
Резонансна частота друкованої плати залежить від її геометрії, матеріалу та товщини. Для розрахунку резонансної частоти ДП можна використовувати наступну формулу:
де a, b - довжина та ширина друкованої плати, м;
М – маса плати, кг;
D – циліндрична жорсткість
(3.2)
Циліндричну жорсткість можна розрахувати за наступною формулою:
де Е – модуль пружності (див. табл 3.1);
h – товщина ДП, м
ν – коефіцієнт Пуассона.
(3.3)
Підставивши параметри до формули 3.1 отримуємо наступні результати:
Таблиця 3.1 – Характеристики матеріалів конструкції
| Матеріал | | | | |
| Склотекстоліт фольгований (СФ) | 3,02 | 0,22 | 2,05 | 2-0 |
| Сталь | 22 | 0,3 | 7,8 | - |
| Алюміній | 7,3 | 0,3 | 3,7 | - |
3.3.2 Розрахунок радіатору охолодження
(3.4)
Для розрахунку площі радіатора можна скористатись наступною формулою:
де
– максимальна потужність, яка розсіюється на колекторі транзистора;
– коефіцієнт тепловіддачі, = 0,8*10-3 (Вт/°С*см2);
– максимально допустима температура колекторного переходу транзистора, °С;
– максимальна температура оточуючого середовища;
– тепловий опір колекторний перехід - корпус транзистора, °С/ВтРозрахуємо площу радіатора для наступних компонентів:
(3.5)
транзистора IRF510
(3.6)
транзистора 2SA1930:
(3.7)
транзистора 2CS5171:
(3.8)
транзистора IRF640:
(3.9)
- транзистора IRF9640:
Тепер знаючи необхідну площу радіатора для кожного транзистора, можна розрахувати загальну площу радіатора, яка дорівнюватиме 771 см2. Для кращої тепловіддачі дане значення можна округлити до 800 см2.
Після визначення загальної площі був обраний радіатор ребристого типу (рис. 3.11)
Рисунок 3.11 – Радіатор ребристого типу
Обравши тип радіатора, необхідно сформувати потрібні вихідні дані для розрахунку його параметрів.
Початкові вихідні дані:
tп.max – максимальна температура переходу = 173 °С;
Rвн – внутрішній тепловий опір прилада = 0,8 °С/Вт;
Pроз – потужність, що розсіює прилад = 110 Вт;
tc – температура навколишнього середовища = 25 °С
RКТ – контактний опір прилада – теплосток = 0,1 °С/Вт
(3.10)
Спочатку необхідно розрахувати теловий опір теплосток-середовище за наступною формулою:
де q – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу температури по радіатору (типове значення q = 0,9)
(3.11)
Підставивши вихідні значення до формули 3.10 отримуємо наступний результат:
(3.12)
Далі необхідно розрахувати
за наступною формулою:
(3.13)
Підставивши значення до формули отримуємо наступне значення:
Використовуючи графік (рис. 3.12) за допомогою значення
знаходимо мінімально допустиму висоту радіатора 
Виходячи з розмірів ширини друкованої плати та попередніх розрахунків задаємо наступні габарити радіатора: l – ширина радіатора = 117x155 мм; d – товщина основи = 5 мм; h – висота ребра = 155 мм; δ – товщина ребра = 3 мм; b – відстань між ребрами ураховуючи природну конвенцію = 12 мм.
Рисунок 3.12 – Залежність опору RTCвід розміру ребра радіатора та
1 2 3 4