31

33

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.

Роль электротехники в развитии народного хозяйства.

Основная часть

· Назначение стабилизированного источника питания, его применение

· Схема стабилизированного источника питания

· Устройство стабилизированного источника питания

· Изготовление печатных плат.

· Принцип действия.

· Технология монтажа.

· Инструменты и материалы

· Техника безопасности, пожарная безопасность.

Материалы.

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Роль электротехники в развитии народного хозяйства

С давних времен человек использовал силы природы: силу падающей воды, затем энергию, открытую в каменном угле. Использовать эту энергию удавалось только в непосредственной близости от места установки водяного колеса мельницы или паровой машины, удаляясь от двигателя не более, чем на длину трансмиссионного вала или ременной передачи. И только благодаря многолетним работам ученых в области электричества удалось разрешить проблему передачи энергии на расстояния.

Прежде всего, свойства электрического тока в начале девятнадцатого века были использованы для передачи сигналов телеграфии. Сложнее было с передачей по проводам значительных мощностей. Однако быстрый рост промышленности во второй половине девятнадцатого века в основных странах Европы и Америки стимулировал развитие электрических станций постоянного тока, обслуживающих общественные здания, фабрики, заводы, улицы и т.п. Район их действия ограничивался только потребителями, находящимися в непосредственной близости от станции. На смену старым источникам света пришли источники электрического освещения.

Большую роль, при этом, сыграли работы Павла Николаевича Яблочкова над созданием электрического источника света. Внимание Яблочкова привлекла открытая русским физиком В.В. Петровым электрическая дуга. Проф. В.В. Петров, открывший электрическую дугу в 1802 году в Петербурге, и Гемфри Деви, демонострировавший ее девять лет спустя в Лондоне, прежде всего обратили внимание на яркость светового явления, и оба крупнейших физика своего времени указали на возможность применения ее для освещения. Однако прошло несколько десятков лет прежде, чем электрическая дуга получила практическое применение в качестве источника света…

Первыми электрическими источниками света, использующими дугу, были т.н. “регуляторы”. Ввиду сложности и дороговизны “регуляторы” не получили практического применения. Вопрос о практическом электрическом источнике света впервые решил Яблочков в 1876 г. изобретением своей “электрической свечи”. В свече Яблочкова нет никаких механизмов. Она состоит из двух угольных стержней, разделенных прослойкой какого либо огнеупорного изолирующего материала, например каолина, гипса и т.п., испаряющегося под действием электрической дуги. Узкая прослойка изолирующего вещества держит угли на неизменном расстоянии лучше, чем сложный регулятор, достигающий этого лишь приблизительно. Свеча Яблочкова получила в свое время широкое применение. Яблочков работал также над занимавшей в то время многих электриков проблемой дробления света питания нескольких светильников от одного источника тока. Для решения этой проблемы Яблочков пошел по пути применения переменного тока, создав впервые трансформатор. На это изобретение Яблочков получил привилегию в 1876 г. На основе трансформатора Яблочков разработал принцип распределения переменного тока. Принцип распределения переменного тока, предложенный Яблочковым лежит в основе развития современных электрических сетей.

В это же время, другой русский электрик Александр Николаевич Лодыгин создал лампу накаливания, вытеснившую впоследствии “свечу Яблочкова”. Появление таких практических источников света как лампа накаливания в большой степени способствовало развитию электрических сетей.

В тот же, примерно, период, когда работали Яблочков и Лодыгин, русский военный инженер Ф.А. Пироцкий впервые в 1874 г. показал возможность передачи электрической энергии, осуществив передачу 6 л.с. на расстояние около одного километра. В 1877 г. Пироцкий напечатал в “Инженерном журнале” статью, в которой пришел к выводу о возможности передачи электрической энергии на большие расстояния. К сожалению, опыты Пироцкого не привлекли особого внимания и были забыты

В 1882 г. возможность передачи электрической энергии продемонстрировал также французский инженер Марсель Депре, передавший энергию водяной турбины на расстояние 57 км на Мюнхенскую выставку, где приводился в действие насос мощностью 1/2 л. с. (КПД передачи всего 22%). Современники, получившие известие об опытах Депре, придавали большое значение передаче электроэнергии на дальние расстояния.

Однако потребовалась разработка ряда теоретических вопросов и производство многих исследований, прежде чем осуществилось то, чего ждали от электропередачи. Первую теорию передачи электроэнергии дал русский ученый Д.А. Лачинов. Этот труд, названный “электромеханическая работа” был напечатан в 1880 году в журнале “Электричество” (№ 1). Кстати, ряд довольно интересных статей из журнала "Электричество" рубежа XIX-XX вв. в наше время было опубликовано журналом "Новости электротехники" в 2001м году.

Большим толчком в развитии передачи электроэнергии явилось создание русским инженером М.О. Доливо Добровольским систем трехфазного тока и асинхронного двигателя. Им же были сконструированы трехфазный синхронный генератор и трехфазный трансформатор. Таким образом Доливо Добровольским были изобретены и разработаны все элементы для трехфазной передачи энергии и для распределения энергии. Это позволило ему впервые в 1891 году осуществить достаточно мощную трехфазную передачу. Энергия передавалась от гидроэлектростанции мощностью 300 л.с. на расстояние 178 км при напряжении 30000 В с КПД 77%.

Технические и экономические преимущества трехфазного тока высокого напряжения привели к широкому строительству электропередач и сетей. В 1908 -1910 гг. появились первые передачи напряжением 110 кВ. Затем появились линии с напряжением 150 кВ, а в 1923 г. были построены линии с напряжением 220 кВ. В конце тридцатых годов осуществлена электропередача длиною 155 км при напряжении 287 кВ от гидроэлектростанции Boulder Dam в Лос Ажелос. Затем наивысшим напряжением для электропередач явилось напряжение 500 кВ, которое было впервые применено для передачи электроэнергии от Волжской ГЭС им. В.И. Ленина в Москву. Следующим напряжением электропередач переменного тока стало 750 кВ (Конаковская ГРЭС - Москва, Москва - Ленинград, Донбасс - Западная Украина, в Канаде и США электропередачи 735 765 кВ), а постоянного тока 800 кВ (Волгоград Донбасс), а затем 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.

Особенно интенсивно энергетика развивалась в начале 50х годов после восстановительных работ по ликвидации разрушений, причиненных войной. В 1956 - 1960 гг. были введены в эксплуатацию ЛЭП 500 кВ от Волжских гидроэлектростанций на Москву и на Урал. Затем появились первые в мире электропередачи 750 кВ (60 - 70е годы) и несколько позже ЛЭП переменного тока 1150 кВ.

Электропередачи 750 кВ переменного тока имеются также в США, Канаде и Бразилии.

Сооружаются также электропередачи высокого напряжения постоянного тока. Применение этих электропередачи рассматривается в следующих направлениях: а) транзитная передача больших мощностей от удаленных источников энергии к центрам нагрузки; б) межсистемная связь; в) кабельные глубокие вводы в города; г) вставки постоянного тока.

Первая опытно промышленная передача Кашира - Москва с кабельной линией 100 км, мощностью 30 МВт и напряжением 200 кВ была введена в 1950 г. В 1954 г. была введена в эксплуатацию кабельная однополюсная ЛЭП постоянного тока длиной 98 км, напряжением 100 кВ, мощностью 20 МВт, соединяющая остров Готланд с энергосистемой Швеции; линия проложена по дну Балтийского моря. В 1962 г. была построена ЛЭП постоянного тока Волгоград - Донбасс мощностью 720 МВт, напряжением ±400 кВ и длиной 475 км. В дальнейшем сооружались и строятся ЛЭП постоянного тока в различных странах.

Кроме функции транспорта энергии электропередачи решают задачу - образование электрических систем. Независимо от развития путей выработки электроэнергии и техники передачи электрической энергии системообразующая функция электропередач будет оставаться весьма важной и существенной.

В один из осенних дней 1838 г. Жители Петербурга, проходящие по набережной Невы, невольно остановилисьи с интересом смотрели на реку. По ней против течения плыла большая лодка необычного вида. На На лодке не было не гребцов, ни весел. Не походила она и на пароход. У судна были гребные колеса, но не было трубы, не было слышно звука парового двигателя. Какая - то сила вращала гребные колеса и судно быстро двигалось по реке преодолевая сильное встречное течение.

Это испытывалось первое в мире судно, приводимое в движение электрическим мотором; ток для него давала мощьная батарея гальванических элементов.

Одним из первых такой двигатель создал в 1834 г. Русский ученый и изобретатель Б. С. Якоби. Его двигатель состоял из вращающегося диска, по окружности которого были закреплены электромагниты. Такие же электромагниты были закреплены по окружности неподвижной рамки. Когда включался электрический ток подвижные и неподвижные магниты притягивались друг к другу, и диск начинал вращаться.

Почти четыре года совершенствовал Якоби свое изобретение, прежде чем решил его продемонстрировать, наконец все сомнения отпали, и осенью 1838 г. Новый электрический двигатель был успешно испытан на Неве. Так был создан практически пригодный электрический двигатель работающий на постоянном токе. Вскоре появились и другие, более совершенные двигатели и генераторы электрического тока.

Современная жизнь не мыслима без электрических двигателей Они работают повсюду: в шахте и на железной дороге, в квартире и на фабрике, на подводной лодке и теплоходе. Они во многом облегчают нашу жизнь.

Электричество помогло осветить города, благодоря электричеству появились новые технические процессы - электротермическая обработка, электрохимия, электросварка. Электричество открыло широкие пути автоматике.

Электрическая энергия дала миру также современную связь - быструю и надежную. Благодакря работам американца С. Морзе, русского ученого П. Л. Шиллинга и других был создан телеграф. В 1876 г. Американец А. Белл создал телефон.

Таким образом, развитие электротехники сильнейшим образом повлияло на все отрасли народного хозяйства, электрические двигатели пришли на смену паровым, появление новых отраслей производства связанных с электричеством позволило значительно расширить возможности производства. Благодоря электроэнергии выросли объемы и скорость производства, облегчился ручной труд, что повлекло за собой глобальное расширение объемов производства и научно - технического прогресса.

Электричество поставило производство и народное хозяйство не новый уровень, предоставив человечеству новые возможности и поставив перед ним новые вопросы и задачи.

А сегодня электоэнергетика является составляющей частью энергетического комплекса Украины. Она влияет не только на развитие народного хозяйства, но и на территориальную организацию производственных сил. Строительство мощных линий электропередач дает возможность осваивать топливные ресурсы независимо от отдаленности районов потребления. Достаточное количество электроэнергии притягивает к себе предприятия и производства, в которых доля топливно-энергетических затрат в себестоимости готовой продукции значительно больше по сравнению с традиционными отраслями промышленности.

Электроэнергетика имеет большое значение для специализации районов. В ряде районов Украины (Донбасс, Приднепровье) она определяет их производственную специализацию, является основой формирования территориально-производственных комплексов. Электроэнергетика - капиталоемкая составляющая топливно-энергетического комплекса какой-либо страны, его базовая отрасль.

Ей отводится ведущая роль в развитии научно-технического прогресса. В развитии и размещении электроэнергетики в Украине определяющими являются такие принципы: концентрация производства электроэнергии вследствие строительства больших районных электростанций, которые используют дешевое топливо и гидроэнергоресурсы; комбинирование производства электроэнергии и тепла с целью теплоснабжения городов и индустриальных центров; широкое освоение гидроэнергоресурсов с учетом комплексного решения задач электроэнергетики, транспорта, водоснабжения, ирригации и рыбной промышленности; опережающее развитие атомной энергетики, особенно в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. Размещение электроэнергетики зависит в основном от двух факторов: наличия топливно-энергетических ресурсов и потребителей электроэнергии.

Сейчас почти треть электроэнергии производится в районах потребления и больше 2/3 потребляется в районах ее производства. Пока что место строительства ДРЕС выбирают на основании сравнения экономических показателей транспортировки топлива и электроэнергии с учетом экологической обстановки. Технический прогресс может резко изменить географию электростанций. Если ученые создадут высокоэффективные методы транспортировки электроэнергии на большие расстояния, то строительство ДРЕС будет происходить в большинстве случаев в восточных районах Украины. Электроэнергия производится по большей части за счет не возобновляемых источников - угля, нефти, природного газа. Возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика.

Все электростанции Украины разделяют на четыре вида. В основу разделения входит используемый ресурс: - тепловые электростанции, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе. Их разделяют на конденсатные и теплоэлектроцентрали; - гидравлические, которые используют соответствующие гидроресурсы и разделяются на гидроэлектростанции, гидростимулирующие и приливные;

- атомные, которые используют обогащенный уран или другие

радиоактивные элементы; - электростанции, которые используют нетрадиционные источники энергии. Среди них самыми перспективными являются ветровые, солнечные. Самыми распространенными в Украине являются тепловые электростанции, которые по характеру обслуживания потребителей являются районными (ДРЭС). Они производят почти 2/3 всей электрической энергии. За последние 30 лет мощность тепловых станций выросла в 5 раз. Доля угля в структуре топлива, которое используется ТЭС, - велика. Преимуществом ТЕС является относительно произвольное размещение, стоимость капиталовложений вдвое меньше по сравнению с ГЭС.

Самыми большими ДРЭС в Украине являются Углегорская, Старобешевская, Кураховская, Словянская (Донецкая обл.), Кривоозерская-2, Приднепровская (Днепропетровская обл.), Бурштынская (Ивано-Франковская обл.), Запорожская, Ладыжынская (Винницкая обл.), Трипольская (Киевская обл.) и др. Далее по значимости идут теплоэлектроцентрали. Их строят возле потребителя, поскольку радиус транспортировки тепла небольшой (10-12 км), зато коэффициент полезного использования тепла составляет почти 70%, тогда как на ТЭС - только 30-35%. Теплоэлектроцентрали обогревают свыше 25 городов Украины. Самая большая из них - Киевская ТЭЦ-5 (700 тис квт.), Дарницкая (Киев) , Киевская ТЭЦ-6, Харьковская ТЕЦ-5, Одесская, Калужская, Краматорская и др. Атомная энергетика стала отдельной отраслью энергетики после второй мировой войны. Сегодня она играет важную роль в электроэнергетике. Атомные электростанции используют транспортабельное топливо - уран. Их располагают независимо от топливно-энергетического фактора и ориентируются на потребителей в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. Поскольку атомные электростанции очень водоемкие, их сооружают возле водных источников. К наибольшим экспортерам урановых концентратов принадлежат Канада, Австралия, ЮАР, Бразилия, США.

Атомные электростанции по характеру используемого топлива не связаны с месторождениями его добычи, что обеспечивает широкий маневр их размещения. АЭС ориентированны на потребителей, особенно на районы с ограниченными ресурсами топлива и гидроэнергии.

В Украине работают несколько мощных атомных электростанций -

Запорожская, Южноукраинская, Ровненская, Хмельницкая, Чернобыльская. Под натиском общественности было остановлено строительство Крымской, Чигиринской, Харьковской АЭС и Одесской атомной ТЭЦ. Гидроэлектростанции являются одним из самых эффективных источников электроэнергии. Преимущества ГЭС состоят в том, что они производят электроэнергию, которая в 5-6 раз дешевле, чем на ДРЭС, а персонала, их обслуживающего в 15-20 раз меньше, чем на АЭС. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет свыше 80%. Однако, их размещение полностью зависит от природных условий, а производство электроэнергии носит сезонный характер. Строительство ГЭС на равнинных реках Украины приносит значительные материальные убытки, поскольку требует затопления больших территорий, которые используются под водохранилища. Пока что гидроэнергетика занимает незначительное место в энергетике Украины - почти 9% мощностей и 4% производства электроэнергии. Основные электростанции расположены на Днепре. Это - Днепрогес,

Кременчугская, Каховская, Днепродзержинская, Каневская, Киевская. На Днестре построена Днестровская ГЭС - ГАЭС, в Закарпатской области - Требле- Рицкая ГЭС. Кроме них, на маленьких речках действуют около сотни электростанций небольшой мощности, большинство из них принадлежат к государственной энергосистеме. Специфическую роль играют гидроаккумуляторные электростанции (ГАЭС): Киевская, Днестровская и Запорожская (Днепрогес-2). С их помощью можно успешно разрешать проблему обеспечения потребителей электроэнергией в пиковые часы. Действуя по принципу перемещения одного объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных уровнях высоты, ГАЭС работают как помпы. Самая важная тенденция в развитии электроэнергетики - объединение электростанций в энергосистемы, которые осуществляют производство, транспортировку и распределение электроэнергии между потребителями. Создание энергосистем определяется необходимостью обеспечения ритмичного обеспечения потребителей электроэнергией, производство и потребление которой имеет не только сезонные, но и суточные колебания. Энергосистемы дают возможность маневрировать производством электроэнергии как во времени, так и в пространстве. Несовпадение пиковых нагрузок в отдельных частях энергосистем позволяет при необходимости перебрасывать электроэнергию во встречных направлениях с запада на восток и с юга на север. При транспортировке электроэнергии на значительное расстояние ее потери неминуемы, и они увеличиваются при увеличении расстояния, зато могут уменьшаться при увеличении напряжения передачи. Так, строительство высоковольтных линий - вопрос очень актуальный.

В Украине существует объединённая энергосистема, к которой принадлежат все большие электростанции: Донбасская, Днепровская, Харьковская, Киевская, Крымская, Львовская, Винницкая и Одесская. Объединённая энергосистема связана с энергосистемой «Мир», а также с энергосистемами соседними с Украиной государств. В 1995 г. производство электроэнергии в Украине составило 194,0 млрд. кВт.час. Важной народнохозяйственной проблемой в топливно- энергитическом комплексе является преодоление нехватки так называемых регуляционных мощностей, которая приводит к отключению в час «пик» ряда предприятий, а также, к значительным потерям, что стало характерным для осенне-зимнего периода 1994-1995 гг. Чтобы предотвратить это, необходимо наращивать мощности базовых тепловых электростанций. Например, стоимость топлива, использованного для производства электроэнергии в 1992 г. в Украине, составляла, млн. дол. США: угля - 734, мазута - 693. Урана - 140, газа - 2424. Стоимость топлива на производство 1 кВт.час электроэнергии составила, дол. США: угля - 0,012, мазута - 0,018, нефти - 0,026, урана - 0,18, газа - 0,32. Нерентабельность производства электроэнергии в Украине (т.е. отношение себестоимости электроэнергии, изготовленной с этого энергоисточника в Украине, к её мировой себестоимости) составляет, %: угля - 58, газа - 155, мазута - 95 - 125, урана -89, воды - 24. Что касается электростанций, которые работают на угле, то они очень рентабельные - себестоимость их 1 кВт.час элекроэнергии составляет 58% мировой себестоимости. Причиной этого является невыполнение ТЭС экологических требований и загрязнение окружающей среды. Производство электроэнергии с газа является крайне невыгодным и нерентабельным, поэтому целесообразно перевести электростанции, работающие с угля, на производство электроэнергии с угля. Вместе с тем, если газ использовать в парогазовых установках (ПГУ), которые в настоящее время имеют КПД на уровне 50 - 52%, то себестоимость 1 кВт.час электроэнергии, произведённой на газовом топливе, значительно снизится. Если учесть экологические аспекты ПГУ, то рентабельность газовых ТЭС очень приблизится к угольным. В этом случае не следует предоставлять полный приоритет развитию угольных и угольно-газовых электростанций с ПГУ. На первых этапах следует ориентироваться на газовой ТЭС с ПГУ. При условии конверсии машиностроение Украины сможет обеспечить в кратчайшие сроки производство и внедрение в электроэнергетику современных ПГУ, способных успешно конкурировать на мировом рынке. В стратегии развития энергетики необходимо также определить место энергоустановок с неизотермическими процессами выпаривания и конденсации, которые исследуются и производятся в Украине. Эти энергоустановки реализуют принципиально новую технологию превращения тепла в работу, которая не имеет аналогов в мировой науке и практике. КПД энергоустановок с неизотермическими процессами выпаривания и конденсации составляет 59 - 60%. Благодаря этому себестоимость газовых электростанций сравнивается с угольными, даже по стоимости горючего. Если принять во внимание другие преимущества данных энергоустановок, то газовые ТЭС даже превышают угольные по своей рентабельности. Удовлетворение нужд электроэнергии предвидится осуществить благодаря всестороннему энергосбережению, реконструкции и техническому перевооружению действующих мощностей, сооружение новых электростанций в том числе и введению в действие по одному блоку на Хмельницкой, Ровненской и Южно-Украинской АЭС. Перспективы развития и размещения ТЭК связаны со многими факторами. Это увеличение масштабов геологических и географических изысканий на территории Украины традиционных видов горючего - нефти, газа в Донецко-Приднепровской впадине, в Причерноморской равнине, в Прикарпатье и Закарпатье. В старопромышленных районах увеличение добычи можно достичь за счёт применения современных технологий, откачки нефти из недр.

В Донецком бассейне имеют смысл стабилизировать добычу угля. Поскольку в Донбассе шахтное оборудование значительно устарело, необходимо технически переоснастить и перестроить его предприятия. Следует проводить реконструкцию атомной электроэнергетике на новой технологической основе, создавать энергоблоки, которые использовали бы уран низкого обогащения, вырабатываемые на наших обогатительных фабриках Приднепровья и Прикарпатья. Разумно строить новые блоки средних по мощности АЭС под землёй с многократным уровнем техники безопасности, как это делается за рубежом. Их захоронение после окончания эксплуатации не потребует много времени и средств. По мере наращивания мощностей атомной энергетики, появилась бы возможность применение решительных шагов по закрытию нерентабельных шахт Донбасса с одновременным открытием новых на перспективных площадях. Необходимо увеличить производство электроэнергии с нетрадиционных источников: с отходов сельского хозяйства изготовляют биотопливо, которое в больших масштабах практикуется странами Латинской Америки и Африки. По подсчетам специалистов, Украина биотопливом может обеспечить больше чем на половину нужд своего автомобильного транспорта. А также целесообразно использовать энергию маленьких речек, силу ветра, энергию солнца, морских волн, сероводорода вод Чёрного моря, метана шахт Донбасса. Ветровые электростанции могут дать мощность, которая равняется 22 Днепрогрессам, волновой электростанции Чёрного и Азовского морей, по подсчетам учёных, могут произвести до 17 млрд. кВт.час в год. Структурная перестройка народного хозяйства, экономное использование видов топлива и энергии, и внедрение экономических стимулов будет благоприятствовать уменьшению энергоемкости национального продукта. Сегодня в Украине нет механизма стимулирования уменьшения потребления энергоносителей, который должен включать государственную систему энергосбережения на долгосрочную перспективу, систему стандартов и нормативов затрат топливно-энергетических ресурсов, отчетность об энергопотреблении.

Таким образом, электричество сыграло важнейшую роль в развитии человечества и его истории, электротехника продолжает изменять жизнь общества, внося в нее все более значительные коррективы. Исходя из вышеизложенного материала смело можно предположить, что в будущем значение электричества для людей будет все больше возрастать.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Назначение и применение стабилизированного блока питания

Стабилизированный блок питания предназначен для запитки различной аппаратуры при её ремонте и эксплуатации. Стабилизированный блок питания заменяет гальванические элементы.

Стабилизатор предназначен для выравнивания электрического тока и устранения перепадов напряжения. Он не позволяет напряжению превысить максимального допустимого значения за счет применения в нем стабилитронов. Таким образом, стабилизированный блок питания является надежным источником электричества и служит для защиты чувствительной аппаратуры от перепадов и скачков напряжения, таким образом, обеспечивается широкая сфера применения этих устройств. В настоящее время стабилизированные источники питания применяются для питания бытовой техники и приборов, что значительно повышает надежность и длительность эксплуатации этой техники. Также стабилизированные источники питания получили широкое применение в корабельной аппаратуре, они применяются для подключения радиостанций, датчиков, двигателей постоянного тока, что позволяет контролировать обороты двигателя и другой важной и чувствительной аппаратуры.

Современные стабилизаторы изготавливаются на базе полупроводников, что позволило уменьшить их габариты, потребление электроэнергии повысив мощность и точность. Особенной сложностью отличаются стабилизированные блоки питания, используемые для сложной вычислительной техники.

Таким образом, использование стабилизаторов позволяет уменьшить расход электричества и увеличить надежность и долговечность эксплуатации аппаратуры, в которой они применяются.

Блоки питания применяются во всей технике для работы, которой требуется пониженное напряжение, стабилизированные блоки питания применяются в аппаратуре чувствительной к колебаниям и перепадам питающего напряжения и тока. При ремонте и конструировании транзисторных приемников, портативных магнитофонов и других радиоэлектронных устройств в качестве питающего устройства применяется стабилизированный блок питания, дающий возможность плавно регулировать выходное напряжение от 2 до 15 Вольт. Максимальный ток нагрузки 300 мА. Источник питания защищен от коротких замыканий и автоматически восстанавливает нужный режим работы после их устранения. Выпрямитель питается от сети переменного тока напряжением 127 или 220 Вольт. Стабилизированный источник питания собран на трех транзисторах и семи диодах, имеет низковольтовый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, на диодах Д1-Д4 и питаемый от сети переменного тока через понижающий трансформатор Тр1, и последовательный стабилизатор напряжения на составном транзисторе Т2Т3.

Технология изготовления печатных плат

Первые изготовлении печатных плат автоматизированным методом были разработаны фирмой Multiwire . За истекший период за рубежом и у нас в стране разработаны новые методы печатно - проводного монтажа, основанные на различных принципах прокладки трасс из изолированных проводов и способах получения меж соединений в платах. Различают два метода изготовления печатных плат: метод стежкового монтажа и метод прямых отрезков.

Метод стежкового монтажа («Аракс») используют в промышленности в двух вариантах: с разделением процесса монтажа проводов на плате на отдельные операции и с объединением операций в один процесс. При этом методе печатным способом получают типовую одно- или двухстороннюю плату с постоянной топологией рисунка. В первом варианте типовую плату устанавливают на бумажную маску и прокладки из эластичного материала, а затем в соответствии с заданной схемой прошивают её и прокладки через отверстия пустотелой иглой, внутри которой проходит тонкий изолированный провод. После прошивки провода прижимают к плате, удаляют эластичные прокладки с петель, образованных из изолированных проводов иглой, обслуживают петли припоем, снимают с петель маску и припаивают их к плате. Во втором варианте на автомате прошивают плату проводом, одновременно обслуживая и припаивая петли из провода к контактным площадкам. В результате получают плату, эквивалентную по функциональным возможностям многослойной печатной платы, но с более высокой ремонтопригодностью и меньшей стоимостью.

Автоматизированное проектирование печатных плат. Одной из основных задач в системе автоматизированного проектирования плат является оптимизация соединений между элементами схем. В зависимости от выбранной конструктивно-технологической базы эта задача может иметь различную степень сложности и соответственно может сильно влиять на трудоёмкость проектирования печатных плат. При автоматизированном проектировании печатного монтажа, в том числе и многослойной, необходимо оптимизировать целый ряд критериев (показателей качества), таких как суммарная длина всех связей, число связей между элементами схемы, например ИС, находящимися в соседних позициях на монтажном поле, число пересечений между связями, число цепей с возможно более простой конфигурацией. Оптимизация такого числа показателей качества, являясь сложной задачей самой по себе, требует учёта ряда конструктивных характеристик платы. К ним можно отнести: размер монтажного поля, минимально допустимую ширину печатных проводников и расстояние между ними, число монтажных слоёв, способы перехода с одного слоя на другой, расположение выводов элементов и цепей на монтажном поле, число участков, запрещённых для прокладки проводников. (Технологические отверстия, места для обозначений, заранее проложенные стандартные печатные проводники и др.). Получить оптимальный вариант печатных соединений при соответствии всех условий очень трудно. Поэтому, по существу, ни один из методов автоматизированного проектирования многослойной печатной платы не гарантирует трассировки всех соединений. Удовлетворительными считаются результаты, когда автоматически трассируются 90…95% связей. Остальные соединения требуют неавтоматизированной или автоматизированной доработки путём изменения конфигурации ранее проложенных связей, что значительно повышает трудоёмкость проектирования монтажных плат.

Преимущества и недостатки стежкового метода. Стежковый монтаж по сравнению с многослойным печатным монтажом позволяет следующее:

Снизить трудоёмкость конструкторских работ в несколько раз, причём, чем больше номенклатура печатных плат, тем эффективнее стежковый монтаж.

Сократить трудоёмкость автоматизированного проектирования печатных плат более чем в два раза.

Снизить стоимость материалов в три раза.

Сократить трудоёмкость производства узлов печатных плат на 30%.

Повысить ремонтопригодность печатной платы и оперативность внесения изменений в монтаж.

Сократить сроки разработки аппаратуры уменьшить технологический цикл проектирования и производства печатных плат.

Исключить металлизацию в отверстиях печатной платы.

Снизить число вредных стоков при производстве печатных плат.

Уменьшить массу печатных плат, увеличить выход годных печатных плат.

К недостаткам стежкового метода монтажа необходимо отнести:

Одностороннее расположение на плате.

Потребность в тщательном контроле информативного материала при автоматизированном проектировании печатных плат.

Увеличение габаритов печатных плат вызывает почти пропорциональный рост трудоёмкости монтажа.

Не конкурентоспособность с одно- и двусторонними печатных плат по трудоёмкости в серийном производстве, не считая этапа макетирования.

Сложность применения печатных плат проводного монтажа для элементов со штырьковыми выводами (необходимо планарная формовка выводов).

Метод прямых отрезков

Метод заключается в том, что печатным монтажом изготавливают типовую печатную плату с постоянной типологией рисунка и сквозными металлизированными отверстиями. Типовую печатную плату устанавливают на стол монтажного автомата и по заданной программе разводят связи прямыми отрезками из изолированного провода, обрезая его в заданных точках. При этом изолированный провод автоматически без предварительного лужения припаиваемого участка жилы, без удаления изоляции с него совмещается с контактной площадкой. Причём провод может укладываться на контактную площадку под любым углом по отношении к её оси. После совмещения соединяемых элементов расщепленный электрод опускается на провод и с заданным усилием прижимает его к гальваническому оловянно-свинцовому покрытию контактной площадки, а затем на электрод подаётся разогревающий импульс тока. Разогретый до значения температуры 973…1073 К (700…800С) электрод косвенным путём передаёт тепло соединяемым с элементам. В результате изоляция на проводе оплавляется и таким образом обеспечивается электрический контакт электрода с жилой провода. Затем на электрод подаётся второй импульс тока, который разогревает провод на участке ограниченном зазором в расщепленном электроде. При постоянно положенном давлении разогретый электрод и разогретая жила провода передают тепло гальваническому покрытию контактной площадке. При этом покрытие расплавляется, и жила провода погружается в расплав. После окончания действия импульса электрод поднимается, а расплавленное покрытие, охлаждаясь, кристаллизируется и таким образом происходит формирование соединения.

На стабильность процесса, а следовательно, и на качество соединений при этом влияют следующие факторы:

Степень соответствия нанесённого гальванического покрытия эвтектическому составу сплава олово-свинец и погрешность его толщины по всему полю платы, от которых зависит температура расплава покрытия.

Погрешность давления электродов на провод, от которой зависит степень деформации жилы в зоне соединения и соответственно механическая прочность соединения.

Стабильность площади контакта электрода с жилой провода, которая влияет на плотность тока и температуру нагрева соединения при автоматизации изготовления печатных плат. Общим недостатком обоих методов изготовления печатных плат является необходимость покрытия заготовок перед сверлением для защиты от механических повреждений печатных проводников. Сушка лака и его удаление после сверления и химического меднения отверстий увеличивают трудоёмкость процесса и длительность технологического цикла, нарушают его непрерывность. Поэтому нельзя создать автоматической поточной линии производства печатных плат.

При ручном изготовлении указанный порядок следования операций должен сохраняться, так как слой фоторезиста и образованный им рисунок печатных проводников указывают на расположение отверстий. Следовательно, рисунок должен создаваться до сверления. Операция сверления отверстий является процессом трудоёмким, поскольку число отверстий, например, на плате среднего размера составляет несколько сотен, а на платах с ИМС в корпусах со штырьковыми выводами - больше тысячи. Таким образом, возникает проблема автоматизации сверления отверстий, решения которой можно достичь использованием станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Использование ЧПУ для сверления отверстий в печатных платах упрощает весь процесс, делая его более приспособленным для дальнейшей автоматизации. В этом случае отверстия сверлят и металлизируют до покрытия заготовок слоем фоторезиста и формирования рисунка печатных проводников, что исключает такие операции, как покрытие плат защитным слоем лака и его удаление после химического меднения. Для получения рисунка схемы просветлённые на плате отверстия совмещают с их изображениями на фотошаблоне, поэтому данный метод получил название “метод базового отверстия “.

Дальнейшую обработку платы производят обычным способом, т.е. на проводники и контактные площадки гальванически осаждают медь и наносят защитное покрытие, после чего удаляют слой фоторезиста и стравливают фольгу. Все операции можно выполнять непрерывно на автоматической поточной линии.

В настоящее время разработаны плёночные фоторезисты, полностью изменившие технологию нанесения светочувствительного слоя на заготовку печатной платы. Они состоят из трёх слоёв: предохранительной плёнки, плёнки фотополимерного резиста и прозрачной полиэфирной плёнки для ультрафиолетового излучения. Предохранительную плёнку удаляют перед нанесением фоторезиста на заготовку. Когда плёночный Фоторезист прижимают валиком, он приклеивается к поверхности заготовки липким слоем.

Экспонирование производят через защитную полиэфирную плёнку, на которую накладывают фотошаблон. Затем защитную плёнку удаляют с поверхности светочувствительного слоя механическим отслаиванием и проявляют её. Использование плёночного фоторезиста снижает трудоёмкость операций формирования защитного рельефа и сокращает производственный цикл изготовления печатных плат примерно на 20-30% . Благодаря равномерной толщине слоя фоторезиста образованный им защитный рельеф имеет ровные и чёткие края, а размеры линий на заготовке после экспонирования точно соответствуют размерам на фотошаблоне. Для автоматизации химических и гальванических процессов при изготовлении печатных плат применяют агрегатированные автоматические линии с ЧПУ. Чтобы повысить универсальность таких линий, их строят по модульному принципу, который позволяет составлять различные линии, соответствующие тому или иному базовому технологическому процессу. Модули для гальванических процессов имеют штанги для подвешивания изделий. Загрузку и выгрузку модулей, а также передачу заготовок с одной позиции на другую осуществляет автооператор, управляемый от ЭВМ. Производительность подобных линий составляет 400-500печатных плат в смену.

Принципиальная схема стабилизированного источника питания.

Устройство

Стабилизированный блок питания состоит из корпуса, панели управления и схемы смонтированной на печатной плате. Печатная плата изготовлена из одностороннего фальгированного стеклотекстолита и оснащена следующими радиодеталями:

1 - Плавкий предохранитель ДВП4 - 1В на 2А состоит из керамической трубки, 2х клемм, в качестве проводника применен медный провод сечением 0,25 мм. Предохранитель используется для защиты прибора от скачков напряжения. В случае перегрузки медный проводник расплавляется.

2 - трансформатора - 1 шт.

Понижающий трансформатор выполнен на магнитопроводе сечением 4 см². Обмотка I содержит 1600 + 1172 витка провода ПЭВ-1 0,12 и 0,1 на 127 и 220 В, обмотка II -- 265 витков провода ПЭВ-1 0,35-0,41. Между первичной и вторичной обмотками положен экран -- незамкнутый виток медной или латунной фольги. Теплоотвод транзистора и корпус источника питания изготовлены из алюминия толщиной 1,5--2 мм.

Первый выполнен в виде угольника и слюдяными прокладками изолирован от корпуса. При компоновке деталей источника питания стабилизатор напряжения необходимо удалить от трансформатора.

Стабилизированный источник питания целесообразно снабдить вольтметром, который включен постоянно и отключается лишь при измерении тока потребления.

3 - диодного моста состоящего из диодов Д205 - 4 шт.

Диодный мост выполнен на базе четырех германиевых диодов, соединенных между собой проводом ПЭЛ6. Диоды имеют металлический корпус из нержавеющей стали. Диоды выпрямляют переменный ток, а благодаря мостовой схеме напряжение выпрямляется до постоянного тока.

31

33

Рис. 1 отображает электронно дырочный переход диода.

31

33

Рис. 2 отображает внешний вид диода.

4 - конденсатора 10000 мкФ 25В - 1шт.

Бумажный конденсатор предназначен для задержки электронов. Тока и стабилизации работы схемы. Конденсатор состоит из алюминиевого корпуса, электротехнической бумаги скрученной внутри корпуса. Между слоями бумаги имеются слои фольги и электролита. Такая конструкция обеспечивает большую емкость бумажных конденсаторов, поскольку электроны задерживаются между пластинами конденсатора.

5 - резисторов ОМЛТ 10 Ком и 1 Ком - 2 шт.

ОМЛТ - резистор керамический, лакерованый, термостойкий. Используется для понижения тока и напряжения. Изготовлен из керамики, в качестве проводника применяется металлическая спираль с большим сопротивлением. Для защиты от повреждений покрыт лаком, на который нанесены параметры резистора.

6 - транзисторов Мп 26 - 2 шт.

Транзисторы состоят из металлического корпуса с тремя выводами и кристалла полупроводника (кремний). Транзисторы предназначены для увеличения параметров постоянного тока.

7 - транзистора П214 - 1 шт.

Имеет конструкцию аналогичную транзисторам Мп26, только в качестве полупроводникового кристалла применен германий. Предназначен для усиления тока в схеме.

31

33

Рис. 3 отображает направление движения электронов и дырок в р - n - p переходе

31

33

Рис. 4 отображает электронно - дырчатый переход транзистора.

8 - стабилитронов Д101 - 2 шт.

Конструкция аналогична конструкции диода, за исключением полупроводникового кристалла. Предназначен для выравнивания и ограничения напряжения до 12 вольт.

9 - стабилитрона Д613 - 1 шт.

Аналогично стабилитронам Д101

10 - регулировочного резистора СП1 47 Ком - 1 шт.

Регулировочный резистор изготовлен из стального корпуса, огнеупорного пластика и стальной ручки. В качестве проводника применен константан. Резистор имеет три вывода, к центральному выводу присоединен контакт замыкающийся на константановую дорожку. С вращением ручки изменяется сопротивление резистора.

В данной схеме регулировочный резистор изменяет величину выходного напряжения.

11 - вольтметр - электроизмерительный прибор работающий за счет магнитной индукции. Вольтметр состоит из пластикового корпуса, стального циферблата со шкалой, 2х клемм, постоянного магнита, рамки вращающейся вокруг магнита и стрелки. На подвижной рамке имеется медная обмотка которая намагничивается с увеличением напряжения, таким образом рамка превращается в электромагнит, который при взаимодействии со стационарным постоянным магнитом приходит в движение перемещая стрелку прибора. Стрелка с циферблатом защищена стеклом. В стабилизированном блоке питания вольтметр предназначен для индикации напряжения.

Принцип действия

Стабилизированный блок питания работает следующим образом:

На понижающий трансформатор (Тр. 1) подается электричество из сети, предварительно проходящее через плавкий предохранитель, затем с вторичной обмотки трансформатора напряжение подается на диодный мост (Д1 - Д4) преобразующий переменный ток в постоянный. Причем заземление вторичной обмотки подключается на плюсовой контакт платы. Поскольку в схеме имеется общий плюс, то к нему подключается плюсовой вывод диодного моста в то время как минус подключается к общему проводу соответствующего значения, между ними подключен конденсатор (С1). Затем между полюсами подключен двухполупериодный стабилизатор выполненный на базе резистора Р1 и диодов Д6 и Д9 между резистором и диодами подключается база транзистора Т1 выполняющего функцию защиты от короткого замыкания. Эмиттер данного транзистора подключен к стабилизатору выполненному на базе резистора Р2 и стабилитрона Д7, из точки соединения эммитэра транзистора и стабилизатора выходит провод подсоединенный к одной из клемм подстроечного резистора СП1. вторая клемма данного транзистора напрямую подключена к положительному полюсу, в то же время коллектор транзистора Т1 напрямую подключен к отрицательному полюсу и соединен с коллектором транзистора Т3 в результате чего на базе данного транзистора возрастает ток и передается на резистор Р4 и коллектор транзистора Т2, резистор Р4 подключен к положительному полюсу для избежания повышения напряжения и точности настройки, поскольку данный резистор поглощает часть электричества в схеме, тем самым повышая точность её работы. База транзистора Т2 соединена с третьим выводом переменного транзистора П1, таким образом перемещение бегунка транзистора изменяет его сопротивление, что приводит к изменению напряжения на базе транзистора Т2, что в свою очередь ведет к изменению напряжения на его коллекторе. Таким же образом изменяются параметры напряжения на транзисторе Т3, а поскольку его коллектор подсоединен к отрицательному полюсу выхода стабилизатора, то с изменением напряжения на коллекторе транзистора изменяется выходной ток стабилизатора. Система защиты от коротких замыканий в цепи нагрузки выполнена на транзисторе Т1. В нормальном режиме стабилизатора транзистор Т1 закрыт положительным напряжением, снимаемым с делителя напряжения питания R1 Д9 Д6. При перегрузке на выходе стабилизатора цепь эмиттера транзистора Т1 замыкается на "+" схемы, что приводит к отрицательному напряжению на его базе. Под воздействием этого напряжения транзистор системы защиты открывается, ток его коллектора резко возрастает. Это приводит к сильному падению напряжения на резисторе R3 в цепи делителя напряжения R2 R3 Д7, к уменьшению напряжения смешения на базе транзистора Т2, закрыванию регулируемого транзистора Т3 и резкому ограничению тока, проходящего по закороченной цепи. После снятия перегрузки режим стабилизатора напряжений автоматически восстанавливается.

Технология сборки

Сборку стабилизированного блока питания осуществляю следующим способом: а) - монтирую компоненты на плату; б) - монтирую плату и трансформатор на подставку; в) - монтирую плату на подставке в корпус; г) - монтирую измерительный прибор и коммутационную аппаратуру в переднюю панель прибора.

Каждый из перечисленных этапов сборки включает в себя следующие элементы технологического процесса:

А) - монтаж компонентов на плату - включает в себя: разметку, нанесение дорожек с помощью краски или лака, протравливание платы (протравливание дорожек на плате химическим путем по средствам электролиза). Данный этап выполняется на предприятии изготовителе. Далее следует лужение дорожек, затем монтаж радиодеталей - также выполняется на предприятии изготовителе и представляет собой впаивание ножек радиодеталей в специальные отверстия на плате. Причем пайка может выполнятся в ручную либо автоматическим способом (в последнее время наибольшее распространение получил последний). Выбор способа пайки зависит от сложности данного процесса и возможностей предприятия.

Для осуществления пайки ножки деталей предварительно обезжиривают и лудят (за исключением автоматической пайки). Затем детали впаиваются в плату при помощи олова и флюса, применяемого для обезжиривания спаиваемых поверхностей.

Б) - монтаж платы на подставку - данный процесс начинается с разметки, сверления отверстий в подставке и подготовке к сборке и представляет собой монтаж платы на специальную подставку предназначенную для осуществления сборки прибора. Печатная плата крепится к подставке посредствам четырех болтов. Подставка изготовлена из огнеупорного пластика толщенной 3, 5 мм.

После этого присоединяется передняя панель, соединяемая с платой проводом ПЭЛ6.

В) - монтаж платы на подставке в корпус является самой простой операцией в процессе сборки. При этом подставка просто прикручивается к корпусу четырьмя болтами. При этом используются отвертка и гаечный ключ на 4.

Г) - монтаж измерительных приборов и коммутационной аппаратуры в переднюю панель прибора - при этом в специальных отверстиях панели закрепляются вольтметр, регулировочный резистор клеммы и предохранитель.

Вольтметр крепится при помощи четырех болтов, резистор и выключатель фиксируются крепежными гайками, причем между гайкой и панелью одевается шайба, аналогично монтируется предохранитель. Клеммы вставляются в отверстия и прикручиваются гайками. После завершения сборки все компоненты подключаются к схеме пайкой. Причем панель изготовлена из того же материала, как и подставка - из огнеупорного пластика толщиной в 3,5 мм.

Д) - проверка - включение прибора в сеть и проверка его работы при всех значениях выходного напряжения.

Безопасность труда при электромонтажных работах

Нарушение принятых способов работы и пренебрежение безопасными приемами работы, беспорядок на рабочем месте, загроможденность и захламленность производственных помещений способствуют появлению травм у работников. Для избежания различных травм при механосборочных работах следует соблюдать следующие правила безопасности.

А) Следует применять исправный инструмент, использовать его по назначению и быть осторожным при его использовании.

Б) При обработке металлических частей необходимо надевать защитные перчатки и очки для избежания попадания металлической стружки в глаза.

В) При работе с отвёрткой надо помнить, что соскочив, она может поранить руку.

Г) При закручивании болтов не пользоваться плоскогубцами - отскочив, они защемят пальцы.

Д) Пользуясь бокорезами, следует откусывать провод от себя. При этом нужно следить, чтобы отлетающие части не попадали в окружающих людей.

Е) При сверлении использовать только исправную дрель и не следует останавливать патрон руками.

Работа с электричеством опасна тем, что оно не действует на органы чувств до момента соприкосновения с токоведущими деталями или проводами. Это затрудняет обнаружение опасности. Электрическое напряжение выше 40В опасно для жизни. Степень поражения зависит от пути прохождения электрического тока через тело человека и от силы тока, особенно той его части, которая проходит через сердце. Наиболее опасны пути тока - “рука-нога”, “рука-рука”.

Пожарная безопасность

На производственных предприятиях технике пожарной безопасности предусмотрены следующие требования:

Курение разрешается только в отведенных местах, запрещается разводить костры и пользоваться открытым огнем в близи от легковоспламеняющихся объектов. В каждом цеху должны иметься огнетушители и пожарная сигнализация, на территории предприятия должны присутствовать емкости с пожарной водой или песком. На территории крупных предприятий должна быть собственная пожарная часть. При использовании инструмента нужно проверять исправность его изоляции, кабели с различным напряжением должны отличаться цветом или формой штекера. В пожароопасных и взрывоопасных помещениях должны быть установлены соответствующие светильники (взрывозащитные).При выполнении электромонтажных работ следует пользоваться только исправным инструментом, класть горячий паяльник на специальную подставку, не оставлять включенный паяльник на столе без присмотра. Отключать цепь от сети перед началом работ.