Введение

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя в строго определённые моменты времени. Воспламенение смеси может быть осуществлено с помощью батарейной системы зажигания.

По способу прерывания тока первичной цепи батарейные системы подразделяются на контактные, контактно-транзисторные и бесконтактные.

Описываемое устройство является контактно-транзисторным, и предназначено для работы в автомобилях со старой электромеханической системой зажигания, то есть имеющей в своём составе катушку зажигания, контактный прерыватель, распределитель, регулятор опережения зажигания, и так далее. Например, на модели ВАЗ от 2101 до 2107.

По типу блок относится к классу комбинированных. Он представляет собой сочетание тиристорной схемы с непрерывным накоплением энергии от однотактного блокинг-генератора, и транзисторной с узлом добавки напряжения. Система предназначена для работы с высокоомной катушкой зажигания, у которой у которой сопротивление первичной обмотки 2…4 Ом

МАИ.210201.204.010

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Анализ технического задания

1.1 При разработке этого блока (рис. 1) удалось объединить в нём все лучшие свойства подобных устройств.

Рис.1

В данном блоке большая амплитуда и скорость нарастания начального импульса напряжения в первичной обмотке катушки зажигания.

У блока большая длительность искры (2,0…2,5 мс), по сравнению с обычной системой (рис.2) у которой 1,2 мс при наилучших условиях.

Рис.2

МАИ.210201.204.010

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Стабилизация мощности искры перекомпенсированная по напряжению питания.

Блок автоматически оптимизирует высоковольтные импульсы по трём основным параметрам: амплитуде, длительности искры и энергии искры. Соответственно максимальные значения этих параметров равны 25 кВт, 5,3 мс, 55 мДж при наименьшем напряжении бортовой сети и низкой частоте искрообразования.

В пусковом режиме блок автоматически устанавливает двух искровое зажигание.

При выходе из строя транзисторной системы блока тиристорная схема продолжает нормально работать. В результате чего блок зажигания не теряет работоспособности, лишь уменьшается до 0,75 мс длительность искры и ухудшаются пусковые характеристики двигателя. При таком режиме работы двигателя автомобиль не выдаст хороших характеристик, но вполне сможет самостоятельно добраться до места ремонта.

В устройстве реализована обратная зависимость длительности искры от частоты искрообразования, вид которой можно варьировать от близкой к линейной до гиперболической. Амплитуда начального импульса на первичной обмотке катушки зажигания зависит от частоты искрообразования. При напряжении питания 12,5…18 В и частоте 0…100 Гц она постоянна, а с увеличением частоты уменьшается. Введённые зависимости позволяют получить оптимальные коэффициенты по пробивному напряжению зазора в свечах и необходимой энергии разряда, которые уменьшаются с увеличением частоты искрообразования. Это свойство способствует значительному повышению надёжности и экономичности данного блока, резкому уменьшению эрозии электродов свечей. Кроме того в блоке зажигания достигнуто увеличение амплитуды начального импульса с 300, у базового блока до 375 В при понижении напряжения питания с 14…12 В до 8…7 В. Это относится к пусковому режиму работы двигателя. Большая амплитуда начального импульса и значительная длительность двуискрового разряда обеспечивают уверенный запуск двигателя в любых реальных условиях. По мере увеличения частоты вращения коленчатого вала автомобиля, амплитуда начального импульса уменьшается. В блоке применён простой и эффективный узел вольтодобавки. Поскольку напряжение вольтодобавки выбрано равным 13 В при напряжении питания 12,5 В,

МАИ.210201.204.010

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

а при снижении напряжении питания до 8 В из-за перекомпенсаций оно увеличивается до 16 В, то с катушками зажигания Б115 и Б117 амплитуда протекающего через коммутирующий транзистор тока достигает примерно 5 А. При таком токе не возникает затруднений ни с выбором транзистора , ни с отводом тепла. Это позволяет довести верхниё предел рабочей температуры блока до 90…100 С . Для сравнения в других комбинированных системах зажигания амплитуда импульсов протекающего через коммутирующий транзистор тока превышает 17…20 А , вынуждая применять для коммутации мощные германиевые транзисторы серии ГТ806 на пределе возможностей по току.

1.2 Блок предназначен для установки в автомобили с карбюраторной системой питания двигателя, и эксплуатации автомобиля круглый год в местности с умеренным климатом.

1.3 Основные технические характеристики

Напряжение питания, 6...18 В.

Максимальная частота искрообразования 250 Гц.

Длительность искрово­го разряда на частоте

искрообразования (мс)

Потребляемый ток, при разомкнутых контактах

прерывателя, не более 0,3 (А)

Максимальный потребляемый ток 1,8 (А).

1.4 Диапазон рабочих температур и допустимые значения относительной влажности

Категория по назначению - Мобильные условия

Категория по размещению 2.1

Категория климатического исполнения УХЛ

Диапазон рабочих температур от -40 до +40 ºC

Значение средней влажности (при t=20 ºC) 80%

МАИ.210201.204.010

Лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

1.5 Описание работы блока

При размыкании контактов прерывателя напряжения через резистор R25 в цепь подавления дребезга контактов (VD1,C1,R3) поступает на вход триггера Шмидта (VT1,VT2). Пока на базе транзистора VT1 напряжение не превышает 1 В, он закрыт, а транзистор VT2 открыт. При увеличении напряжения транзисторы переключаются, а при понижении до 0,7 В возвращаются в исходное состояние.

К коллектору транзистора VT2 подсоединён формирователь импульсов зажигания для транзисторной системы (VT3, VT4, R8-R11, C2), который представляет собой одновибратор с времязадающей цепью (C2, R6, R8). В устойчивом состоянии транзистор VT3 открыт, а VT4 закрыт. Транзистор VT2 в паузе между управляющими импульсами открыт, так что до переключения одновибратора, конденсатор С2 успевает зарядится до напряжения примерно 6,7 В. Когда же транзистор VT2 закрывается положительный импульс с его коллектора проходит через конденсатор С2 и закрывает транзистор VT3, а VT4 при этом открывается. Затем конденсатор С2 разряжается через резисторы R8, R6 до тех пор, пока транзисторы VT3, VT4 не переключатся в исходное состояние. После этого напряжение на конденсаторе некоторое время остаётся равным напряжению на базе открытого транзистора VTЗ, а затем, после открывания тран­зистора VT2, оно увеличивается до первоначального значения.

Сформированный таким обра­зом импульс зажигания по­стоянной длительности на кол­лекторе транзистора VT4 (рис. 3) с резистора R11 поступает на управляющий электрод тиристора VS1.

Необходимую длительность импульса устанавливают подборкой резистора R8. С катушкой Б117 и накопитель­ным конденсатором С8 ем­костью 2 мкФ длительность импульса должна быть рай­она 0,45...0,5 мс. С коллектора транзистора VT4 импульсы с амплитудой 7,7 В через диод VDЗ поступают на одновибратор транзисторной системы зажигания (VT5, R13— R18, С4, С5, VD4), который формирует положительные им­пульсы с длительностью, зави­сящей от частоты искрообразования.

МАИ.210201.204.010

Лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Рис.3

Эти импульсы управляют работой усилителя тока (VT6) и коммутатора (VT7). В исходном состоянии тран­зистор VT5 открыт до насыще­ния током через резистор R16 и диод VD4, а транзисторы VT6 и VT7 закрыты. С появлением на коллекторе транзистора VT5 импульса зажигания конденса­торы С4 и С5 заряжаются через диод VD3 — первый через рези­стор R14, а второй — через резистор R13, диод VD4, эмиттерный переход транзистора VT5 и резистор R21. По окончании импульса зажи­гания напряжение на конденса­торе С4 закрывает диод VDЗ, а разностное напряжение встречно включенных конденса­торов С4 и С5 диод VD4. Транзистор VT5 тоже закрыва­ется, так как напряжение на его базе станет равным нулю. После этого конденсатор С4 разряжается через резистор R15, а конденсатор С5 — по цепи R13—R15, источник питания и резистор R16 до тех пор, пока разностное напряжение на этих конденсато­рах не уменьшится до порога открывания диода VD4 и тран­зистора VT5.

МАИ.210201.204.010

Лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

В процессе разрядки конден­сатора С5 напряжение на конденсаторе С4 уменьшается не­значительно, так как его постоянная времени разрядки во много раз больше, чем у С5. И поскольку длительность и амплитуда импульсов зажига­ния постоянны, оно тем больше, чем выше частота искрообразования. Следовательно, с уве­личением частоты уменьшается начальное значение разностного напряжения на этих конденса­торах, которое удерживает диод VD4 и транзистор VT5 в закрытом состоянии, и сокраща­ется время разрядки конденса­тора С5 до их открывания. Другими словами, с увеличением частоты увеличивается напряжение на конденсаторе С4, а оно уменьшает начальное напря­жение и, стало быть, время разрядки конденсатора C5.

Таким образом, на коллекторе транзистора VТ5 формируется положительный импульс, фронт которого совпадает со спадом импульса зажигания, а длитель­ность является обратной функ­цией частоты искрообразования (см. диаграмму напряжения на коллекторе транзистора VТ5, рис. 3). В течение этого импульса транзисторы VT6 и VT7 открыты.

Диод VD4 и резистор R17 предотвращают возможность пробоя эмиттерного перехода транзистора VТ5 напряжением на заряженном конденсаторе С5. Накопительный конденсатор С8 тиристорной системы и демпферный конденсатор С7 узла вольтодобавки заряжаются от однотактного преобразова­теля напряжения, в состав которого входят транзистор VТ8, трансформатор Т1, диоды VD10 — VD16, конденсатор С10 и резисторы R23 и R24.

В пре­образователе с непринципиаль­ными изменениями использо­вана схема блокинг-генератора. Для расшире­ния рабочего интервала темпе­ратуры германиевый транзистор заменен кремниевым. В связи с этим для надежного возбужде­ния колебании после каждого цикла разрядки конденсатора С8 введен диод VD16 и изменено соотношение чисел , витков обмоток трансформатора.

Графическая зависимость амплитуды напряжения U_M на обмотке1 катушки зажигания Т2, а также длительности искры и потребляемого тока Iпотр. от частоты вращения n коленча­того вала двигателя показаны сплошными линиями (рис. 4).

МАИ.210201.204.010

Лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Остальные кривые иллюстриру­ют характер изменения зависи­мостей при изменении номина­лов некоторых элементов. Штриховыми линиями изобра­жены характеристики блока при С10=0,47 мкФ, R13=470 Ом, R14=110 Ом, R15=7,5 кОм, штрихпунктирными — при тех же условиях, кроме R15=11 кОм. Линия a штрихпунктирная и линия b штри­ховая линии совпадают с соответству­ющими сплошными линиями. (Uбс — на­пряжение бортовой сети).

Рис.4

То обстоятельство, что резис­тор R23 ограничивает мощность преобразователя, т. е. факти­чески конечное напряжение на конденсаторе С8, до которого он успевает зарядиться перед очередным циклом разрядки, использована для построения зависимости (кривые a на рис. 4). Если необходимо обеспечить ампли­туду начального импульса тиристорной системы равной 300В до частоты 180...200 Гц, сопротивление резистора R23 следует уменьшить до 3...5 Ом. Включением диодов VD10 — VD13 и конденсатора С9 значи­тельно усилено увеличение выходного напряжения при уменьшении напряжения питания.

Данному блоку не опасны замыкания: в цепях выходных обмоток I и IV трансформатора Т1, т.к. диоды VD6 и VD8 проводят ток в промежутки времени, когда транзистор VТ8 закрыт.

МАИ.210201.204.010

Лист

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Графики, характери­зующие зависимость напряже­ния на конденсаторе С8 от напряжения питания преобра­зователя для трех значений частоты искрообразования, изо­бражены на рис5.

Рис.5

Напряжение вольтодобавки, получаемое на конденсаторе С7 с помощью обмотки IV трансформатора Т1 и диода VD6, изменяется по тому же закону, достигая максимального значения 16...16,5 В при напряжении питания блока 7,5...8 В.

Демпфер­ный конденсатор С7 подзаряжа­ется от преобразователя почти непрерывно, лишь частично разряжаясь в короткие интер­валы времени, когда открыт транзистор-коммутатор.

После открывания тиристора VS1 в LC-контуре, состоящем из обмотки 1 катушки зажига­ния и конденсатора С8, под действием напряжения на этом конденсаторе возникают зату­хающие колебания (на обмотке 1 катушки зажигания Т2, рис 3). Во время первого полупериода ток контура течет через тиристор, а во время второго — через диод VD9. Длительность импульса зажигания (на кол­лекторе транзистора VT4, рис. 3) выбрана такой, что в начале второго периода тиристора снова откроется и колебательный процесс продол­жится, но уже с меньшим начальным напряжением на конденсаторе С8.

По окончании импульса зажи­гания срабатывает одновибратор и открывается коммутатор VТ7. В цепь обмотка первой катушки зажигания, согласно с напряжением питания, включается напряжение вольтодобавки. Под дейст­вием суммарного напряжения в этой цепи увеличивается ток, а во вторичной цепи — поддерживается искровой разряд, возник­ший при открывании тиристора.

МАИ.210201.204.010

Лист

11

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

С увеличением первичного тока увеличивается и запасае­мая в катушке электромагнит­ная, энергия.

После окончания импульса на выходе одновибратора транзисторы VT6 и VT7 закрываются. Из-за большой скорости изме­нения тока на коллекторе ком­мутатора VT7 возникают не­сколько коротких импульсов с большой амплитудой. Конденса­тор С6 и резистор R22, явля­ющиеся элементами цепи отри­цательной ОС по напряжению, сглаживают и ограничивают их на уровне 200...350 В при длительности соответственно 40...25 мкс.

После закрывания коммута­тора вследствие явления самоиндукции на обмотках ка­тушки зажигания изменяется полярность напряжения, а иск­ровой разряд продолжается за счет запасенной в катушке энергии. Так по каждому им­пульсу зажигания формируют­ся два, следующих один за дру­гим, искровых разряда. Первый начинается с высоковольтного импульса и колебаний в катуш­ке зажигания за счет энергии разряжающегося накопительно­го конденсатора тиристорной системы (первая фаза) и затем поддерживается при открытом коммутаторе (вторая фаза). На рис. 6 изображена диа­грамма напряжения на первич­ной обмотке катушки зажига­ния во время

Рис.6

МАИ.210201.204.010

Лист

12

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

формирования искры (вторичная обмотка катушки зашунтирована резисто­ром сопротивлением 1 Мом).

Второй разряд начинается так­же с высоковольтного импуль­са после закрывания коммута­тора (третья фаза) и продолжается за счет электромагнитной энергии катушки (четвер­тая), накопленной во время вто­рой фазы.

Как видно, в двух последних фазах блок работает аналогично любой транзисторной системе зажигания, но в отличие от нее он создает искру и во время накопления энергии в катушке, что было бы невозможно без первой фазы.

Эти два разряда можно разделить паузой, то есть сделать зажига­ние двуискровым в обычном понимании (ток и напряжение в обмотке II катушки зажига­ния). Причем пауза будет возникать только на ма­лой частоте искрообразования или при пониженном напряже­нии питания, и чем они меньше, тем продолжительнее пауза. Если во вре­мя второй, фазы коммутатор будет открыт долго, то наступит момент, когда искровой разряд прекратится, так как по мере увеличения тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания скорость его изменения и, следовательно, напряжение на вторичной об­мотке уменьшаются. В данном блоке длительность искры во второй фазе равна 1,3...1,7 мс (при разрядном промежутке 7 мм), а максимальная — всех четырех фаз без паузы — 4…4,5 мс. Меньшие значения относятся к минимальному на­пряжению питания, поскольку при его уменьшении с 14 до 8…6 В напряжение вольтодобавки хоть и увеличивается с 13 до 16 В, но суммарное напряжение все же уменьшается с 27 до 24-22 В, а от него зависит максимальное значение и время нарастания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания.

Если установить время открытого состояния коммутатора 1,7 мс (на холостом ходе при напряжении питания 12…14 В), то при запуске дви­гателя стартером искровой раз­ряд окажется разделенным на две части паузой длительностью 1,5...2,5 мс.

В этой паузе отрезок 0,3…0,4 мс обусловлен сниже­нием напряжения питания до 9…7 В, а отрезок 1...2 мс — увеличением длительности импульса на вы­ходе функционального одновибратора, при изменении частоты искрообразования от 25 Гц до значений, близких к нулю.

МАИ.210201.204.010

Лист

13

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Измерение параметров иск­рового разряда с паузой более 0,5…1 мс показывает увеличение длительности и энергии искры в четвертой фазе не менее чем на 8...10 мДж. Это обусловлено тем, что после окончания второй фазы ток первичной обмотки катушки зажигания непосредст­венно перед закрыванием коммутатора (так называемый ток разрыва, характеризующий запасенную в катушке энергию) значительно меньше максимального, а в течение паузы увели­чивается фактически до пре­дельного значения.

Целе­сообразность двуискрового (или многоискрового) за­жигания при значительной дли­тельности и энергии искры со­мнительна. В описываемом блоке обнару­жить благотворное влияние па­узы в разряде не удалось даже в пусковом режиме. Причина в том, что и без добав­ки 8...10 мДж энергия искро­вого разряда очень велика — примерно 55 мДж. Измерения выполнены по стандартной ме­тодике.

Время работы тиристорной системы выбрано равным двум периодам колебаний. Это зна­чит, что если коллекторная цепь транзистора-коммутатора VТ7 окажется разорванной, то колебания в контуре с первичной обмоткой катушки зажигания, а значит, и искровой разряд будут продолжаться два перио­да — 0,73 мс (график a на рис. 5).

у Импульс зажигания (с эмитте­ра транзистора VТЗ) должен заканчиваться пределах второго периода спустя 20...3О мкс после окончания первого, чтобы повторно успевал открываться тиристор VS1.

Ограничение колеба­тельного процесса только двумя периодами связано с тем, что обнаружить реальный вклад третьего и четверто­го периода, ввиду малой амплитуды напряжения, не удает­ся ни на стенде (при искровом промежутке 5...1 мм), ни на дви­гателе (при зазоре в свече более 0,5 мм). Проблема в данном случае в по­терях энергии на искровом раз­ряде.

При определении оптималь­ной длительности импульса зажигания экспериментально ус­тановлено, что максимальная энергия искры соответствует случаю, когда момент открыва­ния коммутатора приходится на начало второй четверти вто­рого периода (через 450...480 мкс после включения тиристорной системы).

МАИ.210201.204.010

Лист

14

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Во второй фазе разряда ток искры достигает наибольшего значения. Если длительность импульса равна примерно полу­тора периодам колебаний, то энергия второй фазы становит­ся меньше, а четвертой больше. Суммарная энергия уменьшает­ся по мере увеличения частоты от 0 до 200 Гц на 15...3 мДж. Длительность искры при этом оказывается максимальной, по­скольку ток в катушке на­растает до возможного предела, начиная с наибольшего отри­цательного значения.

Установка излишне длитель­ной паузы (более 1 мс) между второй и третьей фазами при­водит к бесполезной разрядке конденсатора С7 и уменьшению напряжения на нем, вследствие чего снижается ток разрыва и энергия искры в четвертой фазе.

Напряжение вольтодобавки выбрано равным 13 В (при U_пит=12 В и f_ио=25…10 Гц) для того, чтобы получить макси­мальную энергию искры в 50...60 мДж (с катушкой зажи­гания Б117-А), хотя в экспери­ментах только путем увеличения числа витков обмотки IV на том же трансформаторе Т1 была получена энергия в 100 и даже 150 мДж.

С ростом частоты искрообразования напряжение вольто­добавки автоматически пони­жается до 8 В при 200 Гц.

Это положительное свойство блока обусловлено уменьшением скважности разряжающих кон­денсатор С7 импульсов и малой мощностью блокинг-генератора, который не может заряжать конденсатор до прежнего уров­ня в паузах между искровыми разрядами.

Чем ближе момент открыва­ния коммутатора к началу треть­ей четверти второго периода, тем больше напряжение на верх­ней обкладке конденсатора С8, который с началом второй фазы разряжается по цепи VD7, С7, VТ7, VD9. Однако благо­даря кратковременности его разрядки и инерционности це­пи импульс тока через комму­татор не превышает 1 А. Даже при возникновении опасных значений тока транзистор вый­дет из режима насыщения, за­данного резистором R19, и ток будет ограничен.

Мощ­ность этого резистора выбрана такой, что он практически не нагревается, если транзистор VT6 работает в нормальном им­пульсном режиме. Резистор R19 перегорает как плавкий предохранитель, если транзистор будет открыт более 8…10 с.

МАИ.210201.204.010

Лист

15

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Если момент открывания ком­мутатора приходится на начало второй четверти второго перио­да, что соответствует, как отме­чалось, максимуму энергии иск­ры, то второй высоковольтный импульс существует только при частоте искрообразования 50...70 Гц, а с ее повышением он пропадает, чего не проис­ходит при более позднем от­крывании коммутатора. Это объ­ясняется особенностью режима выключения тиристора VS1. Максимальный пробиваемый воздушный промежуток с шунтирующим вторичную цепь ка­тушки зажигания резистором сопротивлением 1 МОм при U_пит=7...8 В равен 20 мм, а при U_пит =12…14 В -17 мм, что соответствует 25 и 20 кВ. По­этому зазор в свечах может быть любым вплоть до двух миллиметров. Но для быстрого перехода на батарейную систе­му зажигания его не следует делать более 0,8...1 мм.

МАИ.210201.204.010

Лист

16

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

2 Назначение электрорадиоэлементов

2.1 Анализ условий эксплуатации ЭРЭ

Анализ условий эксплуатации ЭРЭ это совокупность внешних факторов, влияющих на характеристики и работоспособность устройства. Внешние факторы можно разбить на два основных вида:

1. Климатические воздействия. Связаны с параметрами атмосферы (температурой, влажностью, осадками, радиацией, различными загрязнениями и т.д.).

2. Механические воздействия. К ним относятся: ускорение (перегрузки), вибрации, удары и т.д. Механические воздействия характеризуются: диапазоном частоты колебаний F, амплитудой колебаний А, временем действия t.

Изделия должны сохранять свои параметры в пределах норм, установленных техническим заданием в течение всего срока службы в процессе воздействия климатических и механических фактов. Данный блок предполагается использовать в районах с умеренным климатом. Изделия в климатическом исполнении УХЛ могут эксплуатироваться в тёплом влажном, жарком сухом и очень жарком сухом климатических районах по ГОСТ 16350, в которых средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура воздуха не выше 40 ºC и (или) сочетание температуры, равной или выше 20 ºC, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается более 12 часов в сутки за непрерывный период более двух месяцев в году. При нормированном верхнем значении 100% наблюдается конденсация влаги. Поэтому более подходящей для эксплуатации данного устройства является зона умеренного климата. Условия эксплуатации аппаратуры подразделяют на несколько категорий:

а) предназначенную для работы под навесом;

б) предназначенную для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий;

в) предназначенную для работы в конструкции которая исключает возможность конденсации влаги.

2.2 Требования, предъявляемые к выбору ЭРЭ

Для обеспечения нормальной работоспособности устройства, компоненты схемы должны отвечать следующим требованиям: выдерживать температурный диапазон; быть стойкими к коррозии; должны иметь надежное крепление к печатной плате.

МАИ.210201.204.010

Лист

17

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3 Выбор элементной базы

В разработанной схеме устройства, согласно схеме элементов, применяются как активные, так и пассивные ЭРЭ. Общие требования к ЭРЭ:

а) выдерживать номинальные значения параметров;

б) соответствовать требованиям климатического исполнения;

в) иметь невысокую стоимость.

3.1 Сравнительная характеристика конденсаторов

Так как блок состоит из цепей с различными режимами работы, в нём применяются несколько видов конденсаторов.

Конденсатор танталовый оксидный К53-67 является одной из новейших разработок и превосходит по основным параметрам устаревшие модели такие как К53-6.

Конденсаторы полярные оксидно-электролитические, алюминиевые К50-59, малогабаритные, с высокими удельными емкостями, превосходящие по данному показателю конденсаторы К50 - 12, подобные в 2-4 раза.

Керамические конденсаторы К10-47 являются наиболее распространенной группой конденсаторов, нашедших свое применение в различных областях техники где требуются малые размеры при относительно большой удельной емкости, широкий диапазон емкостей. По своим основным параметрам эти элементы превосходят разработанные ранее К10-17

Конденсаторы К73-17 с органическим диэлектриком характеризуются высоким сопротивлением изоляции и относительно высокой температурной стабильностью параметров. По своим параметрам они превосходят К73-16

Кроме того, большая электрическая прочность органических диэлектриков и особенности конструкции этой группы конденсаторов позволяют реализовать высокие энергетические характеристики и большие токи при разрядке.

Конденсаторы слюдяные К31-11 применяются вследствие возможности выдать большую емкость и работать при высоком напряжении, к достоинствам можно отнести невысокую цену данной модели. По своим характеристикам он превосходят конденсаторы КСО-2

МАИ.210201.204.010

Лист

18

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Данные конденсаторы находят широкое применение в стационарной и переносной бытовой радиоэлектронной аппаратуре: магнитофоны, телевизоры и т.п. По техническому уровню соответствуют зарубежным образцам. Области применения: фильтры источников питания, шунтирующие цепи, цепи развязки на низких частотах и другие. Они предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего тока и в импульсных режимах.

3.2 Сравнительная характеристика диодов

КД521Г это импульсный диод отечественного производства, является проверенным и надёжным элементом, подходящим под требования эксплуатации изделия, к тому же обладает низкой ценой.

Максимальное постоянное обратное напряжение 30 В.
Рабочая температура -60...125 ºC

КД212А это выпрямительный диод российского производства обладает сравнительно низкой ценой и соответствует требованиям эксплуатации.
Максимальное постоянное обратное напряжение 200 В
Максимально допустимый прямой импульсный ток 50 А
Рабочая частота 100 кГц
Рабочая температура -60...125 ºC

КД202Р это выпрямительный диод имеет небольшие габариты, для устройств со схожими характеристиками. Как и другие диоды группы существенно излучает тепло, поэтому конструктивно предусмотрена установка его на стенку внутренней части корпуса, при условии что внешняя часть корпуса снабжена радиатором.
Максимальное постоянное обратное напряжение 420 В
Максимально допустимый прямой импульсный ток 30 А
Рабочая частота 1.2 кГц
Рабочая температура -60...125 ºC

КД102Б является так же выпрямительным диодом с малыми габаритами, нетребователен к охлаждению.
Максимальное постоянное обратное напряжение 300 В
Рабочая частота 4 кГц
Рабочая температура -60...100 ºC

МАИ.210201.204.010

Лист

19

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

КД105Г выпрямительный диод так же как и КД102Б обладает очень низкой ценой, но немного более требователен к охлаждению, поэтому при трассировки платы вокруг него оставлено достаточно свободного пространства.
Максимальное постоянное обратное напряжение 800 В
Максимально допустимый прямой импульсный ток 15 А

Рабочая частота 1 кГц
Рабочая температура -55...85 ºC

3.3 Сравнительная характеристика стабилитронов

Д808 кремниевый сплавной стабилитрон в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами, массой не более 1 грамма.

Является подходящим выбором так как имеет довольно высокий ток стабилизации и не требователен к охлаждению.

Напряжение стабилизации 7…8.5 В

Максимальный ток стабилизации 33 мА

Рабочая температура -60...125 ºC

Д815Ж кремниевый диффузионно-сплавной стабилитрон в металлостеклянном корпусе с жёсткими выводами, массой не более 6 грамм. Из-за своей конструкции монтируется в стенку корпуса, снабжённую радиатором.

Является подходящим выбором так как имеет довольно высокий ток и большой разброс возможного напряжения стабилизации.

Напряжение стабилизации 16…20 В (номинальное 18 В)

Максимальный ток стабилизации 450 мА

Рабочая температура -60...130 ºC

Д817Б кремниевый диффузионно-сплавной стабилитрон в металлостеклянном корпусе с жёсткими выводами, массой не более 6 грамм. Из-за своей конструкции монтируется в стенку корпуса, снабжённую радиатором.

Напряжение стабилизации 61…75 В (номинальное 68 В)

Максимальный ток стабилизации 75мА

Рабочая температура -60...130 ºC

3.4 Тиристор один из ключевых элементов в схеме, его выбору стоит уделить особое внимание т. к. от этого напрямую зависит качество работы схемы. Не запираемый тиристор КУ202Н по своим основным параметрам (стабильность работы, диапазон рабочих температур и диапазон рабочего напряжения) превосходит КУ221А.

МАИ.210201.204.010

Лист

20

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Из-за своей конструкции монтируется в стенку корпуса, снабжённую радиатором .

Максимальное обратное напряжение 400 В
Максимальное среднее за период значение тока в открытом состоянии 10 А

Максимальное напряжение в открытом состоянии 1.5 В
Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 400 В
Максимальный повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии 30 А
Рабочая температура -60…85 ºC

3.5 Сравнительная характеристика транзисторов.

Транзистор КТ209Ж являются наиболее подходящими для данной схемы чем прочие транзисторы из серий КТ208 и

КТ209. Рабочая температура -45…50 ºC

Транзистор КТ315А превосходит прочие транзисторы из серий КТ312 а так же транзисторы КТ342А и КТ342Б. Рабочая температура -45…50 ºC.

Транзистор КТ817Г наиболее подходящий по характеристикам из всей КТ817 серии, а так же серии КТ360. Рабочая температура -45…50 ºC.

Транзистор КТ812А лучше по основным параметрам (рабочая частота и напряжение коллектор эмиттер) транзисторы КТ838А и КТ840А. Рабочая температура -45…50 ºC.

Транзистор КТ818Г несколько лучше аналогичных транзисторов, таких как КТ837Ж и КТ812 Б. Рабочая температура -45…50 ºC.

3.6 Сравнительная характеристика резисторов

В устройстве могут быть применены резисторы ОМЛТ с различными сопротивлениями. Данные резисторы просты по конструкции, надёжны и имеют невысокую цену.

Предельные эксплуатационные данные:

Мощность рассеяния 125 мВт

Температура окружающей среды (при номинальной электрической нагрузке) от - 45 до +50 ºC

Относительная влажность воздуха (при t=+35 ºC) до 98%

МАИ.210201.204.010

Лист

21

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

3.7 Прочие элементы.

Катушка индуктивности SOLEN S2 15 mH является надёжным и доступным по цене элементом. Эксплуатационные данные: индуктивность 15 мГн, сопротивление 75 Ом.

Трансформатор ОМ-0,1-УХЛ2 является самым доступным по цене и приемлемым по характеристикам готовым решением.

Предохранитель керамический ВП1-1. Эксплуатационные данные: напряжение 250В, максимальный ток 1А.

Переключатель МТ1 отечественного производства является одним из самых приемлемых по цене решений.

МАИ.210201.204.010

Лист

22

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

4 Применение ЭРЭ в конструкции

4.1 Выбор и обоснование выбора конструкции печатной платы

В данном разделе курсовой работы будет обоснованна конструкция печатной платы. При выборе печатной платы необходимо учитывать условия эксплуатации изделия, в состав которого печатная плата будет входить, возможность выполнения всех коммутационных соединений, требования к материалам, технико-экономических показателей, стоимость основного материала, возможность автоматизации процесса изготовления и контроля.

Печатные платы имеют 5 классов точности:

а) печатные платы 1 и 2 классов точности наиболее просты в изготовлении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость;

б) 3 класс - требуют использования высококачественных материалов, более точного инструмента и оборудования;

в) 4 и 5 классов - специальных материалов, прецизионного оборудования, особых условий для изготовления.

Конструкция печатной платы соответствует 2 классу точности, конструктивные параметры которого обеспечат исправную работу и электрические параметры при заданных условиях. Конструкция печатной платы 2 класса точности не предъявляет высоких требований к технологии изготовления, позволит применить унифицированное оборудование и применение рабочих не высокой квалификации.

Плата изготавливается комбинированным позитивным методом. При этом применяется фольгированный односторонний стеклотекстолит. Метод сочетает в себе химический (травление) и электрохимический технологические процессы. Способ получения рисунка - фотолитография.

Тип платы - односторонняя с металлизированными монтажными отверстиями. Характеризуется высокими коммутационными возможностями, повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы. Размеры печатной платы 50х120 мм, места крепления печатной платы к корпусу по краям печатной платы.

МАИ.210201.204.010

Лист

23

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Размеры сторон печатных плат соответствует ГОСТ 10317-79 (максимальный размер не более 470мм) и нормативно-технической документации, разработанной для его ограничения.

Влагозащитное покрытие улучшает прочностные характеристики узла. Из электрических параметров: мощность и напряжение выбираем толщину диэлектрика равной 1,5 мм в соответствии с ГОСТ10316-78. Расстояние от края должно быть не меньше толщины ПП. В данном случае - не менее 1,5 мм. Материал печатной платы выбирают по ГОСТ10316-78 или техническим условиям. Для изготовления печатной платы с металлизированными отверстиями, следует использовать материалы с гальвано стойкой фольгой. Данная конструкция печатной платы соответствует 3ей группе жесткости по ГОСТ23752-79, поэтому выбран материал на основе стеклоткани - фольгированный стеклотекстолит (СФ). Для обеспечения стабильности электрических, механических и других параметров печатных плат необходимо применять конструктивные покрытия как металлические так и не металлические. Конструктивные металлические покрытия выбирают по ОСТ4.014.000. вид и толщину покрытия указывают в чертеже. Выбран сплав Розе 1,5 мкм - защита от коррозии, обеспечение лучшей пайки. Выбор варианта установки навесных ЭРЭ, их размещение на печатной плате, осуществляют в соответствии с ОСТ4.010.030-81, ОСТ4.010.009-84,

OCT4.091.124-79. При расположении навесных ЭРЭ было предусмотрено:

а) рациональное взаимное расположение ЭРЭ, обеспечивающих наиболее простую трассировку и исключающее взаимное влияние на электрические параметры;

б) обеспечение технических требований, предъявляемых к аппаратуре (сборку, пайку, контроль);

в) обеспечение высокой надежности, малых габаритных размеров и массы, тепло отвода и ремонтопригодности.

В связи с небольшой массой устанавливаемых ЭРЭ, а также в целях облегчения конструкции в целом, выбираем закрепление в шести точках по углам ПП. Все устанавливаемые ЭРЭ обладают штыревыми выводами. На плате расположено 36 ЭРЭ.

МАИ.210201.204.010

Лист

24

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

4.2 Варианты установки ЭРЭ на печатную плату.

В данном разделе оговорены требования к установке ЭРЭ на плату.

Рис. 7

МАИ.210201.204.010

Лист

25

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Заключение

При разработке этого блока удалось объединить в нём все лучшие свойства подобных устройств. В данном блоке большая амплитуда и скорость нарастания начального импульса напряжения в первичной обмотке катушки зажигания. У блока большая длительность искры (2,0…2,5 мс).

Блок автоматически оптимизирует высоковольтные импульсы по трём основным параметрам: амплитуде, длительности искры и энергии искры. Соответственно максимальные значения этих параметров равны 25 кВт, 5,3 мс, 55 мДж при наименьшем напряжении бортовой сети и низкой частоте искрообразования. В пусковом режиме блок автоматически устанавливает двух искровое зажигание. При выходе из строя транзисторной системы блока тиристорная схема продолжает нормально работать. В результате чего блок зажигания не теряет работоспособности, лишь уменьшается до 0,75 мс длительность искры и ухудшаются пусковые характеристики двигателя.

Блок получился довольно надёжным, так как наработка на отказ у него 18 лет.

МАИ.210201.204.010

Лист

26

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Литература

1. Расчёт и конструирование радиоаппаратуры - «Высшая Школа», Г.Д. Фрумкин

2. Журнал «Радио» №1 1990г. «Полуавтоматический блок зажигания», стр. 31

3. Журнал «Радио» №2 1990г. «Полуавтоматический блок зажигания», стр. 39

4. Справочник «Полупроводниковые приборы: транзисторы» - «энергоиздат»

5. Справочник «Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы» - «энергоиздат».

6. www.platan.ru параметры радиоэлементов.

МАИ.210201.204.010

Лист

27

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата