Підсилювач проміжної частоти робоча частота 33 МГц річний випуск 50000 шт

Міністерство освіти і науки України
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
До КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
з дисципліни: "Елементна база ЕА"
на тему: "Підсилювач проміжної частоти: робоча частота 33 МГц; річний випуск 50000 шт"
Виконав
Перевірив
Григор'єва О.В.
2008

ЗМІСТ
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Аналіз умов експлуатації
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Розрахунок конструкції і необхідних деталей
4. Опис конструкції і технології
Паспорт
Висновки
Список використаної літератури
Програми

ВСТУП
Більш високі показники можна забезпечити на підставі детальних розрахунків, що і є метою курсового проекту - розрахунок трансформатора живлення з заданими параметрами, забезпечивши при цьому мінімальні габаритні розміри. Основним вузлом сучасного радіоприймача є підсилювач проміжної частоти (ППЧ). Він забезпечує основне посилення приймача, його смугу пропускання і частотно-виборчі властивості. Експлуатаційні властивості радіоприймального пристрою істотно залежать від властивостей його УПЧ. Повна оцінка УПЧ може бути виконана тільки при спільному обліку комплексу його якісних показників, основними з яких є:
¾ номінальна проміжна частота;
¾ ступінь посилення корисного сигналу;
¾ смуга пропускання частот;
¾ частотна вибірковість;
¾ стаціонарність якісних показників.
Крім перерахованих часто використовують інші показники, які залежно від завдань, що виконуються радіоприймальних пристроєм, можуть набувати істотне значення. До них відносять: ступінь нерівномірності резонансної кривої, коефіцієнт шуму, габарити, вагу, вартість і ін
У каскадах УПЧ використовується властивість коливального контуру трансформувати напруги, струми, активні і реактивні провідності.
У даному курсовому проекті буде розрахований коливальний контур УПЧ. В аналізі технічного завдання потрібно звернути увагу на те, що відповідно до умов експлуатації РЕА конструкція елементів коливального контуру повинна забезпечувати надійну роботу протягом заданого часу експлуатації.
При аналізі конструкції необхідно підібрати конструкцію, яка б відповідала умовам технічного завдання. У розрахунку трансформатора будуть визначені параметри конструкції та її елементів.

1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
1.1 Аналіз умов експлуатації
Вихідні дані:
1. Робоча частота: 33 МГц.
2. Забезпечити підстроювання резонансної частоти на ± 5%
3. Річний випуск: 50000 шт.
В умовах ТЗ не зазначено вид апаратури, в якій буде використовуватися трансформатор. За ГОСТ 15150-69 він відноситься до першої групи виконання УХЛ (апаратура, що працює в житлових приміщеннях), категорія розміщення 4.2 (апаратура, призначена для експлуатації в опалювальних приміщеннях). Загальні норми кліматичних впливів на РЕА для виконання УХЛ наведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 - Загальні норми кліматичних впливів на РЕА

Виконання	Категорія розміщення	Впливу температури, ° С					Впливу відносної вологості,%
		Робітники			Граничні		Робітники
		Верхн.	Нижн.	СР	Верхн.	Нижн.	Верхнє
УХЛ	4.2	+35	+10	+20	+40	+1	98%	при 25 ° С

Відповідно до ГОСТ 16019-78 повинна витримувати нормативні впливу, наведені в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 - Наземна професійна РЕА. Норми кліматичних і механічних впливів для 1-ї групи
1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів
Для кожної з конструкцій трансформатора існує "оптимальна геометрія» (співвідношення розмірів магнітопроводу), що забезпечує одержання мінімальної маси, об'єму або вартості. Користуючись [1, табл. 13], вибираємо конструкцію трансформатора з урахуванням його потужності і частоти мережі - стрижнева з двома котушками (в порівнянні з броньовий конструкцією при однаковому обсязі виграш по потужності 6 - 25%).
Стрижневою двухкатушечний трансформатор володіє більшою поверхнею охолодження (за рахунок поверхонь котушки) і тому допускає великі щільності струму . З цієї причини двухкатушечний стрічковий трансформатор має питомі потужності за масою та обсягом більше, ніж у стрічкового броньового трансформатора: при 50 Гц - до 30% і при 400Гц - до 20%.
Стрижневою двухкатушечний трансформатор має меншу індуктивність розсіювання (на кожній котушці тільки половина витків і тому товщина котушки менша), менше зовнішнє електромагнітне поле і меншу сприйнятливість до постійних електромагнітних полів (наведені ЕРС в обох котушках віднімаються).
До недоліку стрижневого двухкатушечного трансформатора слід віднести зменшений приблизно на 15% коефіцієнт заповнення вікна міддю, тому що у неї вдвічі більше ізоляційних матеріалів між окремими обмотками і між магнітопроводом і обмоткою.
З урахуванням, що , Вибираємо електротехнічну сталь марки Е310 з товщиною стрічок . Також для забезпечення мінімальних габаритних розмірів приймають максимальне значення магнітно можливу індукцію муздрамтеатру і щільності струму в обмотках, задовольняючи необхідним параметрам.

2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
Залежно від технології виготовлення магнітопроводи трансформаторів невеликої потужності діляться на пластинчасті і стрічкові. По конструктивному виконанню пластинчасті і стрічкові магнітопроводи діляться на три основних типи: стрижневі, броньові і кільцеві.
Всі перераховані раніше конструкції магнітопроводів застосовуються як осердя в однофазних трансформаторах. У трифазних трансформаторах зазвичай використовується стрижнева конструкція, звана також Е - образною.
Так як трансформатор має великі електромагнітні силові потоки, то відповідно і великі розміри обмоток елемента. Для зменшення розмірів і маси важливу роль відіграє грамотний підбір матеріалів складових частин трансформатора.
У сучасних РЕА маса і габарити пристроїв харчування становлять 0.5-0.1 загальної маси і габаритів і на їх частку припадає в деяких випадках до 50% відмов. Що вимагає вдосконалення трансформаторів харчування. Основні труднощі при цьому визначаються тим, що матеріали сердечників мають обмежені магнітну проникність, індукцію насичення і великих втрат.
Згідно з умовами зовнішніх кліматичних, механічних і фізичних впливів використання броньового трансформатора виправдано.
З огляду на недоліки в існуючих трансформаторах, щодо проектованого вибираємо такі напрямки:
1. При стяжки трансформатора між стійкою і магнітопроводом підкласти шар паперу К-12 ГОСТ 1908-88 для того, щоб запобігти можливість утворення короткозамкнутого витка навколо всього сердечника або його частини; утворення такого витка призводить до сильного нагрівання трансформатора і втрати їх потужності, що не припустимо для реалізації мінімальних габаритних розмір;
2. Фіксація всієї конструкції до основи здійснюється клеєм ВК ОСТ4ГО.029.204.
3. Обмотка трансформатора - відкритого типу, тобто кришки не має, тому що умови роботи - лабораторії, житлові будинки та інші подібні приміщення.
4. Як обмотки застосовуємо провід марки ПЕВ-1 (ГОСТ 7262-78), що допускає перегрівання до 105 ° С.
5. Торці муздрамтеатру покривають емаллю МЛ-152 синя У1 ОСТ 4.070.015.

3. Розрахунок конструкції і необхідних деталей
Розрахунок стрижневого трансформатора
Розрахунок ведемо, виходячи з допустимого перегріву .
1. Знаючи величину , Вибираємо сталь марки Е310 з товщиною стрічок .
2. Визначаємо потужність вторинної обмотки (3.1)
; (3.1)
.
За відомим величинам і для стрижневого трансформатора з двома котушками визначимо [1, П12] орієнтовний типорозмір магнітопровода, потрібні параметри якого заносимо в табл. 1.3.
Таблиця 3.1 - Основні параметри муздрамтеатру ПЛ 12,5 X25-32

Розміри, мм						Активна площа перерізу магнітопроводу, см2	Середня довжина магнітної силової лінії, см	Маса магнітопровода, м	Орієнтовна потужність трансформатора, ВА, при частоті f = 50Гц	Середня довжина витка, см
a	b	c	L	h	H
12.5	25	20	45	32	55	2.76	13.8	301	33.5	10.3

3. Знаходимо номінальний струм у первинній обмотці (3.2)
; (3.2)

Значення і визначаємо по [1, рис.34]: , .
Тоді:
.
4. Приймаємо для холоднокатаної стали Е310 [1] .
5. Визначаємо втрати в сталі для індукції (3.3)
, (3.3)
де - Питомі втрати в сталі [1, рис.35], .
.
6. Знаходимо активну складову струму холостого ходу за формулою (3.4)
; (3.4)
.
7. Знаходимо намагничивающей потужність, виходячи з питомої реактивної потужності [1, рис. 35б] і маси стали за формулою (3.5)
; (3.5)
.

8. Знаходимо реактивну складову струму холостого ходу за формулою (3.6)
; (3.6)
.
9. Знаходимо за формулою (3.7) струм холостого ходу
; (3.7)
.
10. Визначаємо струм холостого ходу (3.8) у% при
; (3.8)
.
11. Визначаємо орієнтовне падіння напруги , і з [1, табл.15]
;
.
12. Знаходимо число витків , і за формулами (3.9) і (3.10). При послідовному з'єднанні обмоток на стрижнях напругу кожної з котушок буде в два рази менше

; (3.9)
; (3.10)
витків;
витків;
витків.
13. Знаходимо щільність струму , Виходячи з величин , і конструкції трансформатора по [1, табл. 14]
.
Для стрижневого трансформатора рекомендується вибирати щільність струму , Виходячи з (3.11)
;
.
14. Визначаємо орієнтовне значення проводів . Вибираємо марку проводів ПЕВ-1. А потім по [1, П14] уточнюємо їх стандартні перетину і виписуємо потрібні параметри. Отримані дані заносимо в табл. 1.4.
Таблиця 3.2 - Результати вибору проводу марки ПЕВ-1

Обмотка	s, мм2	dпр, мм	dіз, мм	Sпр, мм2	r ', Ом / мм	Gм1, кг	Gм1 ', кг
I	0,4267	0,74	0,8	0,4301	40,7	3,82	3,9
II1	0,7843	1	1,08	0,7854	22,4	6,98	7,12
II2	0,4183	0,74	0,8	0,4301	40,7	3,82	3,9

15. Уточнюємо фактичні щільності струму для кожної обмотки за обраними стандартним перетинах проводів (3.11)

; (3.11)
;
;
.
16. Визначаємо випробувальні напруга обмоток [1]
, Тому що .
17. Виробляємо конструктивний розрахунок обмоток.
а) Вибираємо збірну конструкцію каркаса з товщиною стінок і щік 0,5 мм; вид намотування - рядами, тому що провід досить товстий; вибираємо цільні концентричні обмотки.
б) Визначаємо вид ізоляції та її товщину відповідно до рекомендацій, викладених в [1] та [1, рис. 32]:
- Товщина гільзи з одним шаром паперу К-12;
-Один шар паперу ЕІП-50;
- Два шари К-12;
-Один шар паперу К-12;
- Два шари К-12;
-Один шар паперу ЕІП-50;
- Два шари К-12 + батистовий стрічка (0,16 мм);
;
;
.
в) Визначаємо осьову довжину обмотки за формулою (3.12)
; (3.12)
.
г) Знаходимо число витків в одному шарі (3.13)
, (3.13)
де - Коефіцієнт укладання, враховує нещільне прилягання витка до витка і захід междуслоевой ізоляції на щоку каркаса. Згідно з [1, табл. 16] ; ; .
витка;
витка;
витка.
д) Визначаємо число шарів кожної обмотки за формулою (3.14)
; (3.14)
;
;
.
е) Знаходимо радіальні розміри обмоток для каркасної конструкції і концентричного виконання обмоток. Якщо межслоевое ізоляція прокладається через кожен шар, то товщина первинної і вторинних обмоток знаходиться згідно (3.15)
; (3.15)
;
;
.
ж) Знаходимо радіальний розмір котушки за формулою (3.16)
, (3.16)
де - Коефіцієнт витріщення при намотування і після просочення, визначаємо згідно [1, табл.1] .
.
з) Визначаємо відстань між котушкою і сердечником згідно з формулою (3.17)
; (3.17)
,
що допустимо.
18) Визначаємо втрати в міді.
а) Знаходимо середні довжини витків за формулами (3.18) - (3.20)
; (3.18)
;
; (3.19)
;
; (3.20)
.
б) Знаходимо масу міді в кожній з обмоток (3.21)

; (3.21)
;
;
.
Знаходимо масу проводів в кожній з обмоток (3.22)
; (3.22)
;
;

Визначимо сумарну масу проводів в трансформаторі (3.23)
; (3.23)
.
в) Знаходимо втрати в кожній з обмоток (3.24), вважаючи, що привід ПЕВ-1 нагрівається до температури
; (3.24)
;
;
.
Знаходимо сумарні втрати в міді (3.25)
; (3.25)
.
19) Перевіряємо тепловий режим.
а) Визначаємо теплові опору:
- Тепловий опір котушки (3.26)
, (3.26)
де
;
.
.
- Тепловий опір кордону котушка - середа (3.27)
, (3.27)
де

;
.

- Тепловий опір кордону сердечник - середа (3.28)
(3.28)
де ;
;
;
;
;
.
.
- Тепловий опір гільзи (3.29)
, (3.29)
де ;
;
- Зазор між котушкою і сердечником.
.
б) Визначаємо величину теплового потоку котушка - сердечник (3.30)
(3.30)
.
в) Визначаємо тепловий опір котушки від максимально нагрітої області до гільзи за формулою (3.31):
; (3.31)

.
Якщо тепловий опір менше нуля, то необхідно знайти (3.32)
; (3.32)
.
г) Визначаємо величину максимального перевищення температури котушки за формулою (3.33) при
; (3.33)
.

д) Визначаємо, виходячи з , Максимальну температуру, до якої нагріються обмотки трансформатора (3.34)
; (3.34)
.
Таке перевищення температури припустимо для обраного нами дроту ПЕВ-1.
20) Визначаємо активний опір кожної з обмотки (3.35)
; (3.35)
;
;
.
У гарячому стані при температурі активний опір кожної з обмотки визначається згідно (3.36)
, (3.36)
де .
;
;
.
21) Визначаємо уточнене активне падіння напруги у всіх обмотках (3.37)
; (3.37)
;
;
.
22) Оскільки потужність , То вплив реактивного опору в порівнянні з активним можна знехтувати.
23) Трансформатор працює на вентильну систему. При цьому активна складова потужності, споживаної від мережі (3.38)
; (3.38)
.
Визначимо ККД трансформатора (3.39)
; (3.39)
.
24) При розрахунку трансформатора, виходячи з активної складової струму (3.40)
; (3.40)

знаходимо (3.41)
; (3.41)
.

4. ОПИС КОНСТРУКЦІЇ І ТЕХНОЛОГІЇ
Основними елементами конструкції трансформаторів є магнітопровід і обмотки. Муздрамтеатр вибрали стандартний ПЛ 12,5 X25-32 із сталі Е310 товщиною пластин 0,35 мм, який оптимальний для вирішення поставленого завдання. Торці муздрамтеатру покривають емаллю МЛ-152 синій У1 ОСТ 4.070.015.
Для обмотки вибрали провід круглого перерізу з емалевим високоміцним покриттям з лаку ВЛ-931 (ГОСТ 7262-70) марки ПЕВ-1, що допускає роботу при температурі +105 ° С, що припустимо, тому що розрахований трансформатор максимально може нагрітися до температури 95 ° С.
Обмотки трансформатора намотується на гільзу з товщиною щік рівної 0,5 мм, виконаної з гетинаксу II ГОСТ 2718-74.
Висновки трансформатора представляють собою провід марки МГШДО (ГОСТ 10349-69), що має струмопровідну жилу скручену з мідних луджених дротів, ізольований подвійною обмоткою з поліамідного шовку. Провід паяется з обмоткою припоєм типу ПОС-61 і виводиться через спеціальні отвори на котушці.
Просочення здійснюється лаком МЛ-92 ГОСТ 15865-92., Яка має на меті заповнити всі пори витіснити з котушок повітря і тим підвищити вологостійкість, а також теплопровідність котушок. Просочення також цементує котушки, в ряді випадків підвищує клас нагрівостійкості ізоляції.
У технічному завданні вказана програма випуску трансформатора -5000 штук на рік, що відповідає масового виробництва. Відповідно до цього, деякі операції з виготовлення трансформатора можна автоматизувати; виготовити нестандартних деталей, що максимально підходять для забезпечення додаткових умов ТЗ.
Виготовлення стійки зробити шляхом штампування. Нарізка стрічок з фольги здійснити прес-ножицями. Замість збірної конструкції каркасу застосовуємо гільзу.

ПАСПОРТ
1. Напруга джерела живлення, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 24
2. Частота живильної мережі, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 50
3. Напруження вторинних обмоток, ... ... ... ... ... ... ... ... .... 5; 9
4. Споживаний струм, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .1.92
5. Струми вторинних обмоток, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .3; 1.6
6. Фактична щільність струму в проводах обмоток,
... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 4.46; 3.82; 3.72
7. Номінальна потужність, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29.4
8. Споживана потужність, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56.4
9. ККД, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 80
10.Ток холостого ходу, ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 0.54
11. Тепловий опір котушки, ... ... ... ... ... ... ..... 2.98
12. Тепловий опір гільзи, ... ... ... ... ... ... .. ... ... .7.1
13. Максимальне перевищення температури котушки, ... ... .55
14. Максимальна температура проводів обмотки, ............. 95
Виконання УХЛ, категорія розміщення 4.2.
Програма випуску 5000 шт. на рік.

ВИСНОВОК
У процесі виконання даного курсового проекту була розроблена конструкція трансформатора живлення. Забезпечені мінімальні габаритні розміри шляхом вибору стрижневого магнітопровода з максимальної магнітної індукції, а також вибором максимально можливої ​​щільності струму в обмотках. Визначено конструкторські та технічні параметри трансформатора. Зроблено вибір матеріалів, необхідних для виготовлення трансформатора і його складових частин. Виконані необхідні розрахунки по визначенню електричних і конструктивних параметрів трансформатора. Отримані певні навички розрахунку параметрів і розробки технічної конструкторської документації на виготовлення елементів електронної апаратури.
Розрахований трансформатор піддається автоматизації, що дозволяє виготовляти трансформатор серійно.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Векслер Г.С. Розрахунок електроживлячих пристроїв. - К.: Техніка, 1978р.
2. М. І. Білопільський, Л. Г. Пікалова. Розрахунок трансформаторів і дроселів малої потужності. - М.: Енергія, 1970р.
3. Малогабаритні трансформатори та дроселі: Довідник / І.Н. Сидоров, В.В. Мукосеев, А.А. Хрістінін.: Радіо і зв'язок, 1985р.
4. Практичний посібник з навчального конструювання РЕА / В.Т. Бєлінський, В.П. Гондюл, А.Б. Грозін та ін - К.: Вища школа, 1992р.
5. В.А. Волго Деталі й вузли радіоелектронної апаратури. -М.: Енергія, 1977.