Практическая работа №2. Параметрический стабилизатор на биполярном транзисторе

 

Цель работы:

- Создание базы компонентов для проектирования печатной платы параметрического стабилизатора в пакете Diptrace;

- Разработка схемы электрической принципиальной;

- Трассировка печатной платы.

1. Схема разрабатываемой платы состоит из:

- Клеммы «in+, in-», к которым осуществляется подключение напряжения питания стабилизатора;

- Входной фильтрующий электролитический конденсатор С1 типа TKR222M1HKDB (Конденсатор К50-35 -50 В -2200 мкФ), осуществляющий фильтрацию высокочастотной составляющей      входного напряжения питания;

- Токоограничивающие резисторы R1-R3 типа С1-4-1 Вт - 2 Ом ±5%, ограничивающие входной ток стабилизатора и рассеивающие избыточную мощность транзистора VT1;

- Согласующего резистора R4 С1-4-1 Вт - 2 Ом ±5%, устанавливающего рабочую точку стабилитрона VD2;

- Диода VD1, компенсирующего падение напряжения на переходе база-эмиттер силового транзистора VT1;

- Стабилитрона VD2, устанавливающего величину выходного напряжения на уровне 5,6 В;

- Силового транзистора VT1 2SC6144SG, включенного по схеме с общим коллектором и обеспечивающего протекание силового тока стабилизатора;

- Выходной фильтрующий конденсатор С2, обеспечивающий фильтрацию выходного напряжения стабилизатора.

Схема рассматриваемого стабилизатор представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема разрабатываемого параметрического стабилизатора на биполярном транзисторе.

2. Создание УГО и установочного макета резистора в пакете Diptrace:

2.1 Резисторы С1-4 мощностью 1 Вт:

Внешний вид резистора С1-4-1 представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Резистор С1-4-1

       Геометрические размеры резистора представлены в таблице 1:

Таблица 1

Тип	H, мм	D, мм	L, мм	d, мм
С1-4-1 Вт	11,0	4,5		0,80

 

2.2 Создание элементов для проектирования печатной платы начинается с создания установочных макетов элементов, разрабатываемой схемы. Для этого запустим пакет и выберем подпрограмму создания корпусов, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3

2.3 Для создания собственной библиотеки в открывшемся окне во вкладке «библиотека» кликаем на «Новая» и создаем новую библиотеку с именем «Laba1_patterns». В боковой вкладке задать имя, создаваемого компонента «Res_1W», как показано на рисунке 4.

Рисунок 4

2.4 Приступим к созданию установочного макета резистора мощностью в 1 Вт.

Создадим отображение резистора на плате, наносимое шелкографией, обозначающего его расположение, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5

Для установки резистора и пайки его в плату необходимо установить проходные отверстия с металлизацией, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6

2.5 Необходимо сохранить библиотеку, нажав левой кнопки мыши во вкладке «Библиотека» строку «Сохранить как», обязательно сохранив библиотеку с ранее заданным именем «Laba1_patterns».

2.6 Необходимо привязать разработанный макет к схемному элементу – для этого в главном меню переходим в подпрограмму «Component Editor», как показано на рисунке 7.

Рисунок 7

2.7 Для создания собственной библиотеки компонентов во вкладке «библиотека» подпрограммы «Component Editor» создадим свою библиотеку с именем «Laba1_comp» и обязательно сохраним ее под тем же именем.

2.8 Из библиотеки стандартных символов, как показано на рисунке 8 скопируем обозначение элемента в созданную библиотек нажав на представленном элементе правой кнопкой мыши и выбрав пункт «Копировать компонент в другую библиотеку» и указав созданную ранее библиотеку «Laba1_comp».

Рисунок 8

2.9 Перейдем в созданную нами библиотеку, выбрав ее во вкладке «Компоненты», как показано на рисунке 9.

Рисунок 9

2.10 В созданной библиотеке в окне с компонентами выбираем «RES_FIXED» и в открывшемся подменю в соответствии с его мощностью и типом элемента зададим ему имя «Res_1W».

2.11 Условно графическое изображение не соответствует принятым стандартам, поэтому необходимо задать УГО компонента в соответствии с ГОСТ 2.728: прямоугольник со сторонами 4 и 10 мм. Для этого на схему вносится прямоугольник с указанными на рисунке 10 координатами.

Рисунок 10

2.12 Необходимо установить взаимосвязь с макетом элемента на плате и его УГО. Для этого в подменю компонента левой кнопкой мыши нажимаем кнопку «Корпус». В открывшемся подменю, выбираем созданную ранее библиотеку макетов «Laba1_patterns» и элемент «Res_1W». Для объединения выводов УГО и корпуса необходимо при нажатой ЛКМ соединить номер вывода с соответствующем выводом макета элемента (установочные отверстия), что продемонстрировано на Рисунке 11.

Рисунок 11

3 Создание УГО и установочного макета биполярного транзистора 2SC6144SG.

3.1 Транзистор 2SC6144SG изготавливается в корпусе TO-220. Выдержка из документации с размерами представленного элемента и обозначенными выводами представлена на рисунке 12.

Рисунок 12

       3.2 В соответствии с подпунктом 2.2 настоящей работы перейдем в подпрограмму «Pattern Edditor» перейдем в созданную в пункте 2 библиотеку и в списке компонентов нажав правой кнопкой мыши выберем пункт «Добавить новый корпус в библиотеку….». Создадим макет корпуса ТО-220 с видом сверху, как показано на рисунке 13. Для обозначения передней части корпуса проведена горизонтальная линия над выводами.

Рисунок 13

 3.3 В соответствии с пунктом 2.4 установим установочные отверстия с металлизацией под пайку. Диаметр металлизации во избежание перекрытия устанавливается равными 1,8 мм через окно свойств, всплывающее при нажатии на отверстии ПКМ – диаметр отверстия равен 1 мм. При этом следует обозначить справа-налево номера 1, 2, 3 контактов элемента через окно свойств, что будет соответствовать базе, коллектору и эмиттеру транзистора при обозначении его УГО на схеме.

На рисунках 14-16 приведены свойства выводов.

Рисунок 14

Рисунок 15

Рисунок 16

3.4 Сохраняем изменения проделанные в созданной библиотеке.

3.5 Переходим в подпрограмму «component Editor» и в соответствии с п. 2.8 настоящей работы в списке элементов «Symbols» стандартной библиотеки «Компоненты» копируем УГО «NPN» в созданную нами ранее библиотеку «Lab1_comp». На рисунке 17 представлен необходимый УГО из стандартной библиотеки.

Рисунок 17

3.6 В соответствии с пунктом 2.12 настоящей работы устанавливаем взаимосвязь выводов УГО и макета элемента на плате: справно – налево 1, 2, 3 соответственно «В», «С», «Е» (рисунок 18).

Рисунок 18

4.1 Макет конденсатора К50-35 -50 В -2200 мкФ на плате создать в соответствии с размерами рисунка 19.

Рисунок 19

4.2 УГО конденсатора задают, как «CAP_POLARIZED2»

5.1 Макеты корпуса диода VD1 и стабилитрона VD2 устанавливают с размерами корпуса DO-41 (рисунок 20). Черной линией на корпусе обозначен катод.

Рисунок 20

5.2 УГО диода VD1 устанавливают соответственно УГО DIO_1 из стандартной библиотеки компонентов «Symbols»

5.3 УГО стабилитрона VD2 устанавливают соответственно УГО DIO_ZENER из стандартной библиотеки компонентов «Symbols»

6 В соответствии с рисунком 1 из подпрограммы «Schematic Capture» (рисунок 21) создают схему с применением разработанных элементов из библиотеки «Lab1_comp»

Рисунок 21

7 После создания схемы в меню «Файл» подпрограммы «Schematic capture» ЛКМ переходим в пункт «Преобразовать в плату».

8 Все схемные элементы будут заменены в соответствии с заданными им макетами корпусов и с выводами, соединенными в соответствии с разработанной схемой (рисунок 22)

Рисунок 22

       9 Зададим границы платы, как показано на рисунке 23.

Рисунок 23

10 Для односторонней разводки платы в меню «Трассировка» в пункте «Выбор трассировщика» выбрать «Grid Router».

11 Для задания однослойной разводки платы в меню «Трассировка» в пункте «Параметры автотрассировщика» установить, как показано на рисунке 24.

Рисунок 24

12 Нажать  для запуска трассировки платы. Убедиться, что отсутствуют короткозамкнутые соединения не соответствующие схеме.

13 Дорожки силовых цепей, отмеченные стрелками на рисунке 25 для уменьшения потерь следует увеличить минимум до 1 мм.

Рисунок 25

 

Задание:

1. Произвести расчет рабочих параметров элементов схемы (токи, напряжения, потери)

2. Составить библиотеку элементов в пакете Diptrace (Схемные обозначения, изоборажения элементов с посадочными отверстиями)

3. Произвести трассировку печатной платы с проводниками не менее 0.6 мм и из расчета тока в 1А на 1 мм ширины печатных дорожек.