Приклад аналізу технічного завдання (ТЗ) та синтезу структури електронного пристрою (ЕП).

Розглянемо приклад, який є аналогічним тим, що видають студентам на курсове проектування.

Приклад. Розробити стабілізоване вторинне джерело живлення (ВДЖ). Основні вимоги:

1. Вихідна напруга +12 В.

2. струм навантаження від 0 до 5 А.

3. живлення від однофазної мережі напругою 220 В + 5%.

4. частота живлючої мережі 50 Гц,

5. максимальні відхили вихідної напруги не більше + 0,5 % при вказаній
нестабільності мережі та струму навантаження.

6. повинна бути забезпечена електромагнітна сумісність ВДЖ з чутливою до
завад електронний апарат (ЕА) (споживач має у своєму складі
високочутливий приймач).

7. коло навантаження повинно бути електрично ізольованим від мережі.

8. експлуатація у приміщенні при температурі від +10 до +30 °С

9. конструкція - настольний прилад загального призначення.
Стабілізоване ВДЖ на високому рівні абстракції (перший рівень аналізу та

синтезу) можна розглядати як систему, синтезовану з двох підсистем (рисунок ), кожна з яких виконує функційно завершене перетворення.

Рисунок . структурна схема стабілізованого ВДЖ на першому рівні його аналізу та синтезу.

Підсистема випрямлювач перетворює змінну напругу мережі в постійну напругу. Підсистема стабілізатор напруги послаблює вплив зовнішніх параметрів (напруга мережі та навантаження) на величину вихідного параметру системи, який ця система повинна утримувати в заданих межах. Навантаження впливає на вихід стабілізатора безпосередньо, а напруга мережі впливає на його вхід через випрямлювач. На цьому синтез на високому рівні абстракції завершується. Використана інформація, яка міститься вп.1-513.

На другому, більш низькому рівні абстракції (другий, більш високий рівень аналізу та синтезу) спочатку синтезується структура стабілізатора, а потім випрямлювача.

Для синтезу структури стабілізатора використовуються дані п.1,2,5,6.за ступенпм важливості їх слід розташувати у такому порядку: 2,6,5,1.

В Ύ3 головним, найбільш принциповим пунктом є п.2, вимоги - струм навантаження до 5 А - виключає з розглядання всі слабострумні електронні стабілізатори.

Імпульсні та компенсаційні стабілізатори відповідають п.2 з послідовним включенням регулюючого елементу.

Друга вимога (п.6) - забезпечення електромагнітної сумісності ВДЖ з чутливою до завад ЕА - відсікає всі імпульсні стабілізатори, які звичайно створюють високий рівень перешкод.

Таким чином, π А та б відповідають тільки компенсаційні стабілізатори з послідовним включенням регулюючого елементу.

Третя вимога (п.5) побічно визначає коефіцієнт стабілізації. Стабілізатор повинен послаблювати не тільки повільні змінення постійної складової випрямленої напруги, але й її пульсації. Коефіцієнт пульсацій на виході випрямлювача ТЗ не встановлює, оскільки він відноситься до внутрішніх параметрів системи, який визначає взаємодію її підсистем, та його оптимальне знечання може бути визначено тільки при аналізі електронної схеми.

Якщо прийняти пульсації малої величини, що добре длі стабілізатора, то фільтр випрямлювача буде великим та дорогим. Якщо ж, прагнучи зменшити фільтр, допустити значні пульсації, то зростуть вимоги до стабілізатора і це відіб'ється на параметрах його елементів, знизить його ККД. Таким чином, оптимальне значення коефіцієнта пульсацій може бути встановлено тільки після вирішення багатофакторної оптимізаційної задачі.

У першому приближенно з точністю, що достатня для визначення структури, пульсації можна прийняти рівними коливанням напруги мережі, т.б, - 5 %. Тоді найбільший відхил напруги на виході стабілізатора від його номінального значення складе ± 10 %, а коефіцієнт стабілізації

З четвертої вимоги (/7.1) витікає, що стабілізатор найбільш доцільно побудувати на біполярних транзисторах. Постійне значення вихідної напруги дозволить обрати відносно високу опорну напругу, що збільшить коефіцієнт стабілізації.

На цьому етапі студент повинен знов звернутися до літератури, якщо він недостатньо добре знайомий зі схемами компенсаційних стабілізаторів, або переходити до складання структурної схеми.

Структурна схема складається в послідовності (рисунок ), що визначається функцій ними зв'язками її елементів. Першим повинен бути .зображений регулюючий транзистор РТ (рисунок а), т.я. ефект стабілізації напруги виникає завдяки його вихідній провідності. Вхідне коло РТ живиться струмом від струмостабілізуючого двополюсника ТД (рисунок б). Керується провідністю РТ підсилювач, у вихідне коло якого відходить деяки частина стабільного струму.

На вхід підсилювача поступає сигнал розузгодження з виходу схеми порівняння (нуль-органа НО) (рисунок в). Цей сигнал змінює струм РТ і в результаті змінює вихідну провідність РТ. Нуль-орган виробляє сигнал розузгодження при порівнянні опорної напруги ОН з вихідною напругою стабілізатора, зниженої до рівня ОН (рисунок r). Lie зниження виконує подільник напруги ПД.

Сучасні компенсаційні стабілізатори послідовного типу обов'язково мають швидкодіючий захист РТ від теплового пробоя при його перевантаженні. Тому структурна схема стабілізатора доповнена елементами захисту (рисунок д):датчиком сигналу струмового перевантаження ДП та схемою захисту від перевантаження СЗ. При перевантаженні схема захисту перехоплює на себе весь стабільний струм, в результаті чого РТ запирається. В обслуговуванні сильнострумових стабілізованих ВДЖ бажаний захист без самоповернення до робочого режиму (захист "з застібкою"), при якій ВДЖ після усунення причини перевантаження приводиться в робочий стан, наприклад, натисненням та відпущенням кнопочного вимикача на лицевій панелі ВДЖ.

Для синтезу структури випрямлювача використовуються вимоги п.З та 7. аналіз цих вимог 73, а також додаткових вимог, які розробник обов'язково повинен для себе сформулювати: пульсації випрямленої напруги , габарити та маса випрямлювача повинні бути мінімальними - вимогам 73 відповідає однофазна мостова схема з мереженим трансформатором,

При синтезі стабілізатора пульсацій на виході випрямлювача були прийняті рівними 5 %. Так як власне пульсації однофазної мостової схеми складають 48 %, то на виході випрямлювача повинен бути поставлений фільтр низької частоти з коефіцієнтом згладжування пульсацій не менше 10.

Структурна схема випрямлювача показана на рисунку , на якій зліва направо зображені длоки мереженого трансформатора МТ, випрямлювача та фільтру низьких частот.

рисунок - Структурна схема випрямлювача.

Д/з: Вивчити теоретичний матеріал.