|
Реферат: Современная типография (Цифровые устройства)
Курсовая работа
на тему
Современная типография
студента группы ФХ-13
Московского Института Электронной Техники
Белоусова Сергея
Зеленоград
2000г.
Оглавление.
Современная типография, что это такое 3
Цифровая печать:
что это такое
4
дорога в будущее
4
Цифровая офсетная машина E Print 1000 5
Стратегия и тактика мирового лидера
в условиях жесткой конкуренции:
печатные средства информации в 2010г. 8
Современная типография, что это такое.
Полиграфическая промышленность – одна из немногих, стабильно
развивающихся сегодня в нашей стране отраслей. Поэтому к полиграфии
обращается все больше людей, которые ищут наиболее рациональные современные
методы размножения информации – от однокрасочных бланков и листовок до
многокрасочных журналов, буклетов, проспектов, открыток и другой
высококачественной полиграфической продукции.
Техническое оснащение вновь создаваемой типографии зависит от того,
какую продукцию в ней собираются печатать. Чем больше задач по изданию
разнообразной продукции стоит перед организатором типографии, тем сложнее
будут выглядеть варианты её структуры, организации и оснащения.
Современная типография, какой бы величины она ни была, должна
состоять из трех основных подразделений: допечатного, печатного и
послепечатного. Допечатные процессы могут включать в себя компьютерные
системы обработки текста и иллюстраций, а также оборудование для
изготовления печатных форм. В данной статье мы не касаемся этой области
полиграфии.
Предмет нашего рассмотрения – печатные и послепечатные, или
отделочные, процессы, которые обычно вызывают много вопросов в связи с
оснащением вновь создаваемой или реконструируемой типографии. А если
поточней то речь пойдет о первой в России цифровой офсетной машине E-Print
1000 фирмы Indigo, Установленная в рекламно-издательском центре «Федоров».
Говоря об отличительных особенностях машины E-Print 1000 по
сравнению с другими машинами, особенно отметим 100-процентный переход
изображения с офсетного полотна на бумагу, резкость контуров растровой
точки благодаря беспленочной технологии, четкость контуров штриховых
элементов, возможность печатать более тонкие линии.
E-print 1000 идеально отвечает таким тенденциям на полиграфическом
рынке, как экономичная печать малых тиражей по требованию, увеличению
красочности, выполнение заказа в короткие сроки качественно при высокой
производительности, быстрая смена информации в пределах одного заказа,
совместимость с любой компьютерной платформой.
Целесообразность применения E-Print 1000 лежит между копировально-
множительной техникой и традиционным офсетом. Машина позволяет производить
персонифицированную печать, благодаря передаче данных в электронной форме
можно осуществлять децентрализованную печать, возможна печать определённой
выборки из базы данных для каждого клиента.
Цифровая печать – что это такое?
Если вы попытаетесь сформулировать точное определение цифровой
печати, то сразу же почувствуете всю трудность поставленной задачи. Скорее
всего, ваше определение будет состоять из множества фраз, описывающих
особенности, присущие цифровой печати. Любой другой специалист может дать
свой вариант определения цифровой печати. Это подтверждается обилием
определений, которые присутствуют в специализированных западных изданиях.
Более того, даже сам технологический процесс все еще не имеет устоявшегося
названия. Чаще всего используется термин digital printing – цифровая
печать. Тем не менее, довольно часто можно встретить и другие варианты:
Short-Run Printing, Printing on Demand, Computer to Press, Direct to Paper.
Но мы под цифровой печатью будем понимать процесс производства
цветной печатной продукции, имеющий следующие особенности:
- исключены процессы вывода фотоформ;
- исключены процессы изготовления или подготовки печатных форм вне
печатного агрегата;
- имеется возможность «персонифицировать», т. е. изменять
содержание каждого оттиска в тираже.
Вводя такое толкование, мы оставляем за полем основного внимания
различные системы использующие высокоскоростные цветные принтеры и
копировальные автоматы, поскольку все эти устройства не отвечают в полной
мере последнему требованию.
Фирма Indigo (Израиль) производит цифровую печатную машину E-Print
1000,а также ее модификации для производства упаковки – Omnius. Далее
рассмотрим принцип работы этой машины.
Цифровая печать – дорога в будущее.
Официальной датой рождения цифровой печати считается 1991 год,
когда Heidelberg анонсировал печатную машину Heidelberg GTO-DI. Две
последние буквы – DI являются аббревиатурой слов «Direct Imaging», что
означает непосредственную запись изображения из компьютера на печатную
форму, предварительно установленную на печатном цилиндре.
Тем не менее, появление в 1993 г. трех других цифровых печатных
машин E-Print 1000 фирмы Indigo , DCP-1 фирмы Xeikon и Chromapress фирмы
Agfa по-настоящему привлекло внимание полиграфистов – специалистов по
допечатным процессам. Производители начала объявлять об огромном интересе к
этим машинам со стороны больших и малых типографий, электронных сервисных
бюро, книжных издателей и производителей поздравительных открыток. В общем,
весь полиграфический мир, оказывается, давно ждал появления таких машин.
Оставив технические и технологические подробности, а также
особенности конструкции таких машин для отдельной статьи, попробуем оценить
цифровые печатные машины как новое явление в полиграфии цифровой печати.
Цифровая офсетная машина E-Print 1000
В Москве в рекламно-издательском
центре «Фёдоров» МНТК
«Микрохирургия глаза» пущена
в эксплуатацию первая в России
многокрасочная цифровая офсетная
машина E-Print 1000 фирмы Indigo.
Так что же она собой представляет?
И по чему она вызвала в мире и у
Нас такой ажиотаж?
Машина E-Print 1000 представляет собой офсетную листовую машину с
печатной группой классической трехцилиндровой компоновки с формным,
офсетным и печатным цилиндрами, но без системы увлажнения (т.е. работает по
технологии «сухого» офсета). Её красочный аппарат сродни так называемому
«короткому» красочному аппарату, который находит всё большее
распространение в рулонной офсетной печати.
Однако покрытие формного цилиндра – сменяемое полупроводниковое,
сменное покрытие офсетного цилиндра – специальная резина, обеспечивающая
при известных условиях 100-процентный перенос краски. Долговечность обоих
покрытий – порядка 50 тыс. и более оборотов.
Принцип работы машины E-Print 1000 следующий.
Лазерный луч на ходу экспонирует поверхность формного цилиндра (по
аналогии с подобным процессом в лазерных принтерах), причем управление
лазерным лучом осуществляется электронными системами машины по программе
встроенного РИПа.
В начале каждого оборота формный цилиндр (его поверхностный слой)
получает отрицательный заряд порядка –800 В., а в ходе экспонирования
лазерным лучом полупроводникового слоя на нем остается заряд –100 В по
участкам скрытых печатных элементов.
По мере поворота формного цилиндра (а он вращается со скоростью до 4
тыс. об/час) на экспонированный сектор поверхности формного цилиндра
подается в виде аэрозоля жидкая краска на Electrolnk с определенным
отрицательным зарядом, которая оседает на экспонированных участках. Краска
подается в соответствии с заданным цветом из одной из четырех сменных
емкостей, в которой она хранится в концентрированном виде и разбавляется
перед подачей специальным растворителем до нужной консистенции под
контролем регулятора вязкости. Пигменты краски в целом соответствуют
полиграфическим триадам. Тонкость помола пигментов обеспечивает их
зернистость в пределах три микрометра. Каждое пигментное зерно покрыто
полимерным слоем.
Краска по мере поворота формного цилиндра входит в зону контакта с
поверхностью офсетного цилиндра и переходит на его поверхность при
определенных температурных условиях (в машине имеются три температурные
зоны с разной температурой в пределах от 40( до 140 (С, для чего
предусмотрена трёхзонная система термостатирования, на которую идёт
существенная часть мощности в 9,0 киловатт).
После перехода краски на офсетный цилиндр ее остатки с формного
цилиндра удаляются, поверхность формного цилиндра очищается и заряжается
вновь до –800 В для начала нового цикла лазерного экспонирования следующим
цветоделенным сюжетом.
При печати на офсетном цилиндре накапливается красочный слой, и
затем он передается при обороте на поверхность бумажного листа. Температура
офсетного цилиндра 140(С, потенциал +500 В, что и обеспечивает за счет
свойств полимерных капсул краски ее 100-процентный переход с поверхности
офсетного цилиндра на поверхность бумажного листа. Благодаря подобной схеме
перехода всех составных частей сюжета на бумажный лист обеспечивается его
качественная приводка по печати, а полимерная пленка предохраняет оттиск от
истирания (возможен процесс «лакировки» бесцветной краской – такие примеры
фирма Indigo демонстрирует).
Если требуется печать по схеме 4+4, то вышедший из печатной группы
лист вновь захватывается грейферами печатного цилиндра за его «хвост» и
начинается еще один четырехоборотный цикл печати оборота листа. Стандартный
состав машины ориентирован на печать по схеме 4+0.
По опциону, возможно, включить в состав поставки еще две
дополнительные системы подачи краски (например, магнитную и
металлизированную), что уже широко используется в США при печати ценных
бумаг (концерн «Доннелли» имеет участок из двенадцати машин Indigo для
подобных целей).
При необходимости печати по схеме 4+4 машина должна иметь не только
механизм перехвата и переворота листа, но и расширенную базу данных как по
минимум для 8 цветоделенных сюжетов экспонирования формного цилиндра.
Разрешающая способность машины – 800 точек/дюйм с воспроизведением
полиграфического растра с линиатурой до 54лин/см. Производительность машины
E-Print 1000 достигает 500 листов формата А3 в час при работе по схеме
4+4.
Машина E-Print 1000 может печатать по заказу целое издание с полной
сменой сюжетов на каждой полосе. В этом случае машина комплектуется базой
данных емкостью до 100 полос с красочностью 4+4(т.е. емкостью до 8 Гб) и
устройством сортировки и подборки комплектов издания, включая и устройство
шитья по корешку.
На основе описанной выше технологии фирма Indigo создала рулонную
офсетную цифровую многокрасочную печатную машину Omnius, которая после
доработки сейчас широко распространяется упаковочным концерном «Галлус»
под маркой Д-330 для печати на таре и упаковке, включая и печать заказных
элементов оформления на заполненных банках с соками и другими напитками с
красочностью от 4+0 до 6+0.
Для оперативной заказной печати периодических изданий фирма Indigo
создала рулонную машину Mobius с двумя печатными группами машины E-Print
1000 для печати с красочностью 4+4, нодо ее появления на рынке еще далеко.
Так как машина E-Print 1000 работает с оцифрованными файлами в
среде PostScript Level 2, то она оказалась очень удобной для оперативного
размножения и мелкого тиражирования заказных изданий высокого качества с
многокрасочными иллюстрациями (По опциону возможно и утроение растровых
возможностей.). Такого рода полиграфические услуги в настоящее время очень
ценятся на Западе.
До появления машины E-Print 1000 фирма Heidelberg широко продавала в
США свою 4-красочную машину GTO-DI с формированием печатных сюжетов на
форме в самой печатной машине, однако, с появлением машин E-Print 1000 этот
рынок переключился на машины Indigo и некоторые иные.
Параллельно началась настоящая гонка фирм в создании чего-либо
подобного для работы в этом секторе полиграфического рынка. Так появились
цифровые электрографические (типа Xerox, но рулонные многокрасочные) машины
формата А3 фирм Agfa и Xeikon, цифровая струйная схема печати фирмы Scitex
и другие. Однако это не офсетная печать с ее возможностями и
полиграфическим качеством воспроизведения настоящих многокрасочных сюжетов
на бумаге и других материалах разного типа.
Все машины этого типа, включая и машины фирмы Indigo, экономически
выгодны потому, что позволяют осуществлять печать в процессе цифрового
формирования образа сюжета без формного производства, переналадки машины
(что занимает при малотиражных изданиях непропорционально много времени и
средств) и обеспечивают рентабельность при тиражах от 1 до 100-500 экз. В
пределах до 5 тыс. экз. их рентабельность падает и сравнивается уже с
классической офсетной печатью. По сравнению с машиной Heidelberg
Quickmaster 46-4-DL эта зона рентабельности ограничивается несколько
более низким пределом.
Стратегия и тактика мирового лидера в условиях жесткой конкуренции.
Печатные средства информации в 2010 г.
В этой главе показан развернутый анализ ситуации в области печатных
средств информации в связи с все большим наступлением электронных средств
информации и с прогнозированием ее дальнейшего развития. Конечно, никто не
может заглянуть в будущее, единственное, что можно сделать – провести
анализ на основе различных параметров и сделать вывод о том, что нас
ожидает через 10 лет. Основной вопрос, на который требовалось ответить, -
останутся или исчезнут печатные средства массовой информации, и если
останутся, то, какое положение они будут занимать наряду с электронными
средствами информации. Были рассмотрены четыре возможных сценария:
оптимистический и пессимистический, экономический и оптимистический и
пессимистический технологический. Среди факторов, определяющих рынок
печатной продукции, выделяется развитие мировой торговли, численность
народонаселения, политическое развитие, состояние воспитания и образования,
экологию, развитие сферы средств информации, технологическое и
общеэкономическое развитие. Причем каждый из этих факторов действует не
только сам по себе, но и во взаимосвязи с остальными. Для решения
поставленной задачи можно выделить основополагающие факторы. К ним
относятся: увеличение объема печатной продукции пропорционально росту
населения, с валовым национальным продуктом, спрос на печатную продукцию,
который является не только показателем покупательской способности граждан,
но и состояния образования и политических структур. Приведем данные по
росту населения Земли к 2010г. (отдельно по оптимистическому и
пессимистическому сценарию). Выделим три больших экономических блока в
Восточной Азии, Северной Америке и Европе, которые будут доминировать в
мировой торговле. В таблице приведены ожидаемые изменения в спросе на
печатную продукцию в млрд. долл. США.
Таблица
| |Пессимистический |Оптимистический |
| |сценарий |сценарий |
|Мировой спрос в 1990г. |249 |249 |
|Рост спроса вследствие | | |
|увеличения населения и валового |123 |262 |
|национального продукта | | |
|Дополнительный спрос вследствие | | |
|роста благосостояния |44 |80 |
|Дополнительный спрос в странах, | | |
|валовый национальный продукт в | | |
|которых возрос более чем на 10 |2 |12 |
|тыс. долл. США на человека | | |
|Технологически обусловленный | | |
|дополнительный спрос на печатную |15 |22 |
|продукцию | | |
|Дополнительный спрос, |- |3 |
|обусловленный демократизацией | | |
|Дополнительный спрос, | | |
|обусловленный повышением |- |8 |
|образовательного уровня | | |
|Мировой спрос в 2010г. |433 |636 |
Теперь рассмотрим консервативный и прогрессивный технологические
сценарии. Важнейшие области деятельности на рынке печатной продукции
охватывают рекламу (каталоги, брошюры, листовки, рекламные письма и др.),
развлечения (газеты, журналы, книги, игры), деловую информацию (формуляры,
конверты, прейскуранты, канцтовары, перечни, инструкции по эксплуатации),
упаковку, прочее (проездные билеты, деньги, чеки, календари, почтовые марки
и др.). Из них только упаковка не попадает под давление электронных средств
информации.
Пока еще в значительной степени доминируют печатные средства
информации, однако уже сегодня ожидается бурное развитие всех электронных
средств информации. В последние годы начались бес примерные
технологические изменения, которые преобразуют целые отрасли промышленности
и области жизни. Коммуникационный сектор подвержен особенно большим
технологическим изменениям. Двадцатый век обещает стать веком информации,
следствием чего, но долгое время коммуникационные технологии останутся
инновационным двигателем. К важнейшим изменениям в микроэлектронике и в
области переработки данных относятся увеличение мощности компьютерных
чипов, использование искусственного интеллекта, увеличение скорости
передачи данных по стекловолоконным проводникам и снижение затрат на этот
процесс. Введение текста с рукописи или голосом, а иллюстраций – с помощью
цифровой фотокамеры с высоким разрешением, оптическая запись на CD- и МО-
диски, обмен данными благодаря стандартизированным компьютерным системам и
программному обеспечению и др.
Результат проведенного анализа позволил сделать следующие выводы:
- на основе изменений в микроэлектронике к 2010 г.
существенно возрастет мощность электронных средств
информации;
- электронные средства информации будут внедряться во
многие области печатных средств информации и
преобразовывать их;
- доля печатных средств в общем объеме уменьшится с 70% до
37-57%.
Такой прогноз вынуждает поставщиков оборудования для печатных
средств информации задуматься о разработке новых стратегий, даже если
абсолютный объем рынка не дает оснований для беспокойства.
Приведем четыре сценария развития печатных средств информации до
2010 г.
Сценарий 1
Сценарий 2
Сценарий 3
Сценарий 4
Нет смысла снабжать представленные прогнозы степенью вероятности их
осуществления, но, тем не менее, можно установить, что к 2010 г. можно
ожидать, что оборот в области печатных средств информации составит
приблизительно 340 млрд. долл. США. Эти ожидания означают расширение
хозяйственной деятельности в отрасли примерно на 100 млрд. долл. США или на
40%. Это составит 1,5% годового роста. Этот ослабленный рост приведет к
серьезной конкурентной борьбе между изготовителями оборудования и вынудит
их к разработке новых стратегий.
Полученные результаты послужили основой для выработки новой
концепции фирмы. После некоторого спада последних лет оборот фирмы
Heidelberg в 1997-99 г. хозяйственном году составит 10 млрд. нем. марок.
Однако нестабильность мировой экономики, колебания рынка и появление
сильных конкурентов заставляют фирму задумываться о будущем. Рынок печатной
продукции в значительно большой степени подвержен влиянию экономических и
социальных факторов, чем другие секторы экономики. Этим вызвана новая
концепция фирмы, которая сводится к тому, чтобы дать клиентам возможность
полностью оснастить любую типографию (большую или малую) из одних рук. Ради
этого фирма Heidelberg провела структурную реорганизацию, приобрела две
ведущие компании – Linotype-hell (оборудование для допечатных процессов) и
Sheridan (отделочное оборудование). Heidelberg, как комплексный поставщик,
готовится к тому, чтобы обеспечить оптимальные экономические и технические
решения для типографий.
Большое внимание фирма уделяет развитию цифровой печати. Передовые
технологии позволят получать сверстанные полосы по компьютерным сетям,
сразу переносить их на форму и вносить коррективы по суте в процессе
печати. Иными словами, типография, полностью оснащена оборудованием фирмы
Heidelberg, соединит в себе преимущества электронных средств информации с
печатными, и тем самым оно может составить серьезную конкуренцию
электронным средствам информации.
Литература.
1 В. В. Аполлонов, С. М. Галкин, Л. М. Добин, Б. А. Кузьмин.
Полиграфия // «Горячая тема»:Цифровая печать; Первая в России; Печатное
оборудование, 1997; № 4
2 В. В. Аполлонов, С. М. Галкин, Л. М. Добин, Б. А. Кузьмин.
Полиграфия//Предпринимательство в полиграфии; Современная типография-это
просто; Прогнозы распространения печатных средств к 2010 г.
-----------------------
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Реферат на тему: Стабилизатор напряжения
Содержание
|Введение |4 |
|1. Обзор литературы по теме |5 |
|2. Выбор описание электрической схемы устройства |14 |
|3. Расчёт элементов схемы |16 |
|4. Методика испытания устройства |19 |
|Заключение |20 |
|Список литературы |21 |
| | |
|Приложения. Комплект документов на устройство (эскизный проект) | |
ВВЕДЕНИЕ
В промышленной сети напряжение не постоянно в течение суток: в
зависимости от потребления энергии промышленными предприятиями,
электрическим транспортом и расхода в наших квартирах напряжение в сети то
возрастает, то убывает. Следовательно, при питании аппаратуры от этой сети
будет изменяться напряжение и на обмотках трансформатора, а значит, и на
выходах выпрямителя и фильтра. Если колебания напряжения сети составляют
±10%, то в таких же пределах изменяется и величина выпрямленного
напряжения. При изменении питающего напряжения нарушается режим работы
электронных приборов (транзисторов, электронных ламп), что приводит к
ухудшению параметров всего устройства. Например, в радиоприемнике при
изменении режима работы транзисторов могут возникнуть сильные искажения
звука, хрипы, гудение. Такие же явления наблюдаются в нем при питании от
химических источников тока, напряжение которых по мере разрядки
уменьшается. Чтобы этого не происходило, напряжение питания электронных
устройств часто стабилизируют. Здесь возможны два способа: стабилизация
переменного напряжения на входе силового трансформатора или стабилизация
выпрямленного напряжения. В первом случае применяют специальные
феррорезонансные стабилизаторы. Их недостатками являются большие габариты и
вес. Чаще прибегают к стабилизации выпрямленного напряжения, осуществляемой
с помощью электронных стабилизаторов.
1. Обзор литературы по теме
Простейшим стабилизатором напряжения является стабилизатор на
кремниевом стабилитроне. Для нормальной работы такого стабилизатора
необходимо, чтобы ток IСТ, протекающий через стабилитрон, не был меньше,
чем IСТ.МИН, и больше, чем IСТ.МАКС. При изменении тока, протекающего через
стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно ему
нагрузке RH напряжение, называемое напряжением стабилизации UСТ
стабилитрона, будет оставаться постоянным. Однако для стабилитронов одного
и того же типа это напряжение будет неодинаковым. Поэтому в справочниках
приводятся обычно минимальная и максимальная границы значений напряжения
или указывается номинальное напряжение стабилизации UCT и его допустимый
разброс ?UCT.
177
— о
R1
/Ь-СТ
Рис. 7.22.
Если напряжение UВХ, поступающее на вход стабилизатора (рис. 1.1, а),
в процессе работы может изменяться от некоторого наименьшего значения
UBX.МИН до наибольшего UBX.МАКС, то при неизменном напряжении на
стабилитроне все изменения входного напряжения должны гаситься на резисторе
R1. Поэтому резистор R1 называют гасящим, или балластным. Чтобы при этом
изменения тока, протекающего через стабилитрон, не выходили за пределы,
ограниченные значениями IСТ.МИН и IСТ.МАКС с, нужно правильно рассчитать
сопротивление этого резистора.
Отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора
(?UВХ/UВХ) к относительному изменению напряжения на его выходе (?UВыХ/UВыХ)
называют коэффициентом стабилизации (КСТ).
Следовательно,
Стабилизатор на кремниевом стабилитроне имеет еще одно свойство. Дело
в том, что стабилитрон обладает очень малым сопротивлением переменному
(пульсирующему) току, называемым дифференциальным сопротивлением — rд.ст.
Чем круче характеристика в области пробоя, тем меньше дифференциальное
сопротивление стабилитрона. Для большинства маломощных стабилитронов
rд.ст=5...15 Ом. Вместе с резистором R1 дифференциальное сопротивление
стабилитрона образует делитель (рис. 1.1,б), между плечами которого
распределяются как постоянная составляющая выпрямленного напряжения, так и
его пульсации. Если амплитуду пульсаций на входе стабилизатора обозначить
через UП.ВХ, а на выходе — через UП.ВХ, то в соответствии с рис. 1.1, б
получим
Так как rд.ст«R1, то rд.ст/(R1+ rд.ст)«1 и оказывается, что
UП.ВЫХ«UП.ВХ.
Снижение пульсаций в выходном напряжении свидетельствует об уменьшении
коэффициента пульсаций. Таким образом, простейший стабилизатор помимо
стабилизации выходного напряжения осуществляет сглаживание пульсаций в
выходном напряжении.
Важным параметром стабилизатора является его выходное сопротивление
(RВЫХ), которое определяется как отношение изменения выходного напряжения
стабилизатора к изменению тока нагрузки (?IH) при неизменном входном
напряжении:
[pic]
Для простейшего стабилизатора RВЫХ= rд.ст.
Рассмотренный стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне имеет
простое устройство, малое количество деталей и с успехом может применяться
тогда, когда ток нагрузки не превышает среднего значения тока, протекающего
через стабилитрон и находящегося в пределах между IСТ.МИН и IСТ.МАКС. При
использовании стабилитронов типа Д808...Д814 ток нагрузки не должен
превышать 20...30 мА. При больших токах нагрузки необходимы более мощные
стабилитроны. Недостатком простейшего стабилизатора на кремниевом
стабилитроне является потеря части напряжения на ограничительном резисторе
R1, что приводит к снижению КПД стабилизатора. Кроме того, у этого
стабилизатора сравнительно небольшой коэффициент стабилизации и
значительное выходное сопротивление. Поэтому во всех случаях, когда
требуется получить стабилизированное напряжение на нагрузке при большом
токе, протекающем через нее, применяют транзисторные стабилизаторы
напряжения. В качестве такового без существенного увеличения числа
элементов и усложнения схемы используют транзисторный фильтр со
своеобразной следящей системой, которая в зависимости от изменения
напряжения на входе фильтра или на его выходе за счет изменения тока
нагрузки изменяет сопротивление транзистора таким образом, что напряжение
на выходе этого фильтра — стабилизатора остается неизменным.
Схема транзисторного стабилизатора напряжения изображена на рис. 1.2,
а. В нее входит рассмотренный уже стабилизатор на кремниевом стабилитроне
VD с ограничительным резистором R1. Нагрузкой стабилизатора служит базовая
цепь транзистора VT, в эммитерную цепь которого включена основная нагрузка
Rн.
Эмиттерный и коллекторный токи транзистора в десятки раз превышают ток
базы, причем Iэ«Iк. Поэтому при токах базы, равных единицам миллиампер, в
коллекторной и эмиттерной цепях протекают токи, измеряемые десятками и
сотнями миллиампер (мА).
Рассмотрим работу транзисторного стабилизатора. Из рис. 1.2, а видно,
что напряжение на нагрузке (UH) отличается от напряжения на стабилитроне
(UСТ) на напряжение, падающее на эмиттерном переходе UЭБ транзистора VT2,
т. е.
UH=UCT-UЭБ. Если напряжение на входе стабилизатора увеличится, оно сразу
передастся и на его выход, что приведет к увеличению тока, протекающего
через нагрузку IH, и напряжения UH. Поскольку напряжение на стабилитроне
практически не изменяется, возрастание напряжения на нагрузке вызовет
уменьшение напряжения UЭБ, тока базы транзистора VT и увеличение
сопротивления перехода коллектор—эмиттер. Вследствие увеличения
сопротивления перехода коллектор—эмиттер на этом переходе будет большее
падение напряжения, что повлечет за собой уменьшение напряжения на
нагрузке. При уменьшении входного напряжения, наоборот, напряжение UЭБ
повысится, что повлечет за собой увеличение тока базы, уменьшение
сопротивления перехода коллектор—эмиттер и напряжения на этом переходе.
Таким образом, в рассматриваемом стабилизаторе напряжения транзистор
VT совместно с сопротивлением нагрузки RH образует делитель входного
напряжения, причем сопротивление транзистора изменяется так, что
компенсируются всякие изменения входного напряжения. Такой стабилизатор
называют компенсационным, а транзистор VT с изменяющимся сопротивлением
коллекторного перехода — регулирующим.
Выходное сопротивление этого стабилизатора составляет несколько ом, а
коэффициент стабилизации примерно такой же, как у простейшего
стабилизатора, выполненного на резисторе R1 и стабилитроне VD. Но так как
ток нагрузки через ограничительный резистор не протекает, а сопротивление
постоянному току перехода коллектор — эмиттер транзистора VT мало,
стабилизатор напряжения на транзисторе обладает более высоким КПД по
сравнению со стабилизатором на кремниевом стабилитроне. Если вместо VT
использовать составной транзистор, состоящий из маломощного транзистора VT1
и транзистора большой мощности VT2 (рис. 1.2, б), то можно осуществить
эффективную стабилизацию напряжения при токах, протекающих через нагрузку,
измеряемых амперами.
При таком включении VT1 и VT2 в качестве тока базы мощного транзистора
VT2 используется ток эмиттера маломощного (или средней мощности)
транзистора VT1, а током нагрузки стабилитрона VD является ток базы VT1,
который в десятки раз меньше тока базы VT2.
Важной особенностью транзисторных стабилизаторов напряжения является
еще следующее. Напряжение на нагрузке UH отличается от напряжения
стабилизации кремниевого стабилитрона UCT на напряжение, падающее на
переходе эмиттер—база UЭБ транзистора VT (рис. 1.2, а), т. е. UH=UCT-UЭБ.
Для германиевых транзисторов напряжение UЭБ составляет всего 0,2...0,5 В, а
для кремниевых — не более 1 В. Поэтому если вместо стабилитрона VD взять
стабилитрон с другим напряжением стабилизации, то изменится и напряжение на
нагрузке. Это позволяет создавать регулируемые стабилизаторы напряжения.
Одна из схем такого стабилизатора дана на рис. 1.2, в. В ней кроме
ограничительного резистора R1 используется дополнительный переменный
резистор RУСТ, подключаемый параллельно стабилитрону VD. Напряжение на
нагрузке UH вместе с напряжением на переходе эмиттер—база UЭБ транзистора
VT равно напряжению UУСТ, снимаемому с переменного резистора RУСТ, т. е.
UH+UЭБ=UУСT, откуда следует: UH=UУСТ-UЭБ.
При перемещении движка переменного резистора RУСТ будет изменяться
снимаемое с него напряжение и, следовательно, напряжение на нагрузке UH.
Таким способом можно регулировать напряжение на нагрузке от нуля до
значения, равного напряжению стабилизации стабилитрона VD (точнее, до
значения UCT-UЭБ).
Если ток базы регулирующего транзистора VT1 велик, в стабилизатор
вводят дополнительный усилитель постоянного тока. Одна из схем такого
стабилизатора приведена на рис. 1.3. Напряжение, подаваемое с движка
потенциометра R3 на базу транзистора VT2, на котором выполнен
дополнительный усилитель постоянного тока, называется напряжением обратной
связи (UOC). Из рисунка видно, что UOC=UCТ+ UЭБ. Ток, протекающий через
потенциометр R3, не должен превышать 10...15 мА. Сопротивление резистора R1
обычно составляет несколько килоом.
Коэффициент стабилизации стабилизатора около 100, а выходное
сопротивление составляет десятые доли ома.
Расчет компенсационного стабилизатора напряжения начинают с выбора
регулирующего транзистора VT1. Максимально допустимое его напряжение
UКЭ.МАКС должно превышать наибольшее напряжение на входе стабилизатора
(UВХ.МАКС), а максимально допустимый ток коллектора IK.МАКС - быть больше
предельного значения тока нагрузки.
Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT1, определяется по
формуле:
[pic]
Значение этой мощности должно составлять не более 75% от максимально
допустимой мощности РК.МАКС” приводимой в справочнике. Если это условие
невыполнимо, необходимо выбрать другой транзистор — с большим значением
РК.МАКС.
Определив по справочнику для выбранного транзистора VT1 минимальное
значение статического коэффициента передачи тока базы h21E, рассчитывают
максимальный ток базы, соответствующий максимальному току нагрузки:
[pic]
Поскольку ток IБ макс транзистора VT1 является током нагрузки
простейшего стабилизатора, состоящего из резистора R1 и стабилитрона VD, то
по его значению находят сопротивление резистора R1 по условию:
(Uвх.макс-Uст.мин)/Iст.мах?R1?(Uвх.мин-Uст.мин)/ (Iст.мин-IБ.макс)
Сопротивление резистора R2 можно определить по формуле:
R2= Uвых/Iн*(0,05...0,1).
Для нормальной работы стабилизатора требуется, чтобы напряжение на
переходе коллектор—эмиттер транзистора VT1 было не менее 1 В, если
транзистор VT1 германиевый, и не менее 3 В — если кремниевый.
Cложность построения рассмотренных стабилизаторов возрастает с
увеличением требований к параметрам выходного напряжения.
Задача конструирования высококачественных стабилизаторов напряжения
значительно упрощается, если использовать интегральные стабилизаторы. Эти
стабилизаторы отличаются малыми размерами и в то же время позволяют
получить стабильные параметры выходного напряжения, малочувствительные к
изменениям температуры, влажности и другим внешним воздействиям.
Примером интегрального стабилизатора напряжения, получившего
широкое распространение в радиолюбительской практике, является микросхема
серии 142, имеющая множество разновидностей. ИМС этой серии позволяют
получать фиксированное выходное напряжение, имеют защиту от перегрузок по
току, выпускаются в металлополимерных корпусах, могут работать при
температурах от -45 до +100°С и весят всего 2,5 г. У них всего три
вывода—вход, выход и общий. Корпус микросхемы соединен с металлической
пластинкой, в которой имеется отверстие для крепления на
терморассеивающем радиаторе. Несмотря на наличие всего трех выводов, в
миниатюрном кристалле этих микросхем выполнено более 17 биполярных
транзисторов, 3 диода, два из которых являются стабилитронами, 19
резисторов и 1 конденсатор.
2. Описание электрической схемы выбранного устройства
В результате анализа технического задания было выяснено, что получить
требуемые параметры, используя типовые схемы стабилизаторов не возможно,
вследствие сложности проектирования: большое количество каскадов (больше
10) и большое количество элементов обвязки. Расчет такого стабилизатора
также будет затруднен необходимостью подбора радиоэлементов по параметрам и
согласование каскадов. Оптимальным решением в данном случае будет
применение интегрального стабилизатора напряжения. Такие стабилизаторы
содержат большое количество транзисторов (больше 10) , подобранных по
параметрам, каскады включения согласованы. Не маловажным фактором является
и то, что основные каскады стабилизации содержаться в одном корпусе. Это
обеспечивает термостабильность (работу стабилизатора при температурах -40(С
до +100(С).
На рис. 2.1 приведена типовая схема включения стабилизатора с
обвязкой, необходимой для работы микросхемы.
На приведенной схеме стабилизатора напряжения резисторы R1, R2 и
конденсатор C1 составляют обвязку микросхемы, их номиналы содержатся в
справочнике по параметрах стабилизаторов.
Резистор R3 - это резистор защиты стабилизатора от перегрузки
выходным током.
Пара резисторов R4, R5 задают порог срабатывания тепловой защиты
стабилизатора.
Конденсатор C2 позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом
входном напряжении.
Конденсатор С3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и
снижения пульсаций выходного напряжения.
3. Расчёт элементов схемы
Из рассмотренных в справочниках микросхем выбираем интегральный
стабилизатор напряжения зарубежного производства LM317T, параметры которого
приведены в табл.3.1.
Табл. 3.1
Параметры микросхемы LM317T
|Выходное стабилизированное напряжение UВЫХСТ, В |12…30 |
|Максимальный ток нагрузки стабилизатора IНАГРMAX, А |1.5 |
|Максимальное входное напряжение стабилизатора UВХMAX, В |40 |
|Минимальное входное напряжение стабилизатора UВХMIN, В |20 |
|Минимальная разность напряжений на входе и выходе |4 |
|стабилизатора | |
|(UВХ-UВыХ)MIN, В | |
|Ток потребления микросхемы IПОТР, мА |4 |
|Коэффициент стабилизации КСТ |50 |
|КнI, % |0,5 |
|Температурный коэффициент изменения выходного напряжения |0,5 |
|ТКUВЫХ, %/К | |
Как уже говорилось в предыдущем разделе резисторы R1, R2 и конденсатор
C1 составляют обвязку микросхемы, их номиналы были получены из справочника
по интегральным стабилизаторам:
R1=1.2 кОм
R2=2 кОм
C1=0.1 мкФ
Резистор R3 - это резистор защиты стабилизатора от перегрузки
выходным током. Сопротивление этого резистора определяется по формуле
(3.1).
R3=(1.25-0.5*IПОТР-0,023(UВХ- UВЫХ))/IПОТР (3.1)
Подставив необходимые значения в формулу получаем значение
сопротивления R3=199 Ом, по которому из ряда Е24, номинальных значений
сопротивлений выбираем R3=200 Ом (2%.
Пара резисторов R4, R5 задают порог срабатывания тепловой защиты
стабилизатора. Для отключения интегрального стабилизатора на третьей его
ножке должно падать 1/3 выходного максимального напряжения, тогда R4/R5=3.
Рассчитаем сопротивления так, чтобы рассеиваемая ими мощность не
превышала 0.125 Вт:
R4=(2/3*UВЫХMAX)/PРАСС (3.2)
R5=(1/3*UВЫХMAX)/PРАСС (3.3)
Подставив необходимые значения в формулы (3.2) и (3.3) получили
значения R4=160 Ом, R5=80 Ом. Из ряда Е24, номинальных значений
сопротивлений выбираем R5=82 Ом (2%, R4=160 Ом (2%.
Конденсатор C2 позволяет снизить уровень пульсаций и помех при большом
входном напряжении. В справочнике интегральных стабилизаторов напряжения
советуют ставить конденсатор емкостью 10 мкФ и более. Следовательно С2=16
мкФ.
Конденсатор С3 – для уменьшения броска тока при подключении нагрузки и
снижения пульсаций выходного напряжения. Вследствие сказанного конденсатор
должен иметь достаточно большую емкость (сотни микрофарад) и должен
выдерживать напряжение в раза 1.5-3 больше чем максимальное выходное
стабилизированное напряжение на выходе интегрального стабилизатора.
Выбираем С3=470 мкФ (5% -50 В.
Мощности резисторов схемы рассчитываются по следующей формуле:
PR=URIR=UR*UR/R (3.4)
По схеме видно, что мощности всех сопротивлений не будут превышать
0.125 Вт.
В результате проведенных расчетов, получили следующие номинальные
значения элементов:
R1 - МЛТ-0.125- 1.2 кОм (5%;
R2 - МЛТ-0.125- 2 кОм (5%;
R3 - МЛТ-0.125- 200 Ом (2%;
R4 - МЛТ-0.125- 160 Ом (2%;
R5 - МЛТ-0.125- 82 Ом (2%;
C1 – К10-7B- 0.1 мкФ ±5%;
C2 – TESLA-16 мкФ ±5%;
C3 – TESLA-50 мкФ ±5%;
DA1 –LM337T;
4. Методика испытания устройства
Методика испытаний данного устройства состоит в замере напряжений на
входе и выходе стабилизатора напряжения. Измерения будем проводить при
помощи осциллографа, подключенного соответствующими каналами ко входу и
выходу стабилизатора напряжения. Для получения входного напряжения для
стабилизатора используем понижающий трансформатор (как наиболее простое и
распространенное решение), со вторичной обмотки которого снимаем переменное
напряжение, которое выпрямляем при помощи диодного моста
(двухполупериодного) и подаем на вход рассчитанного стабилизатора, U=20 В.
К выходу стабилизатора подключаем нагрузку, рассчитанную по формуле (4.1),
Rнагрузки=10 Ом.
Rнагрузки=Uвых/ Iвых (4.1)
Схема испытаний приведена в приложении.
Заключение
В данной курсовой работе была рассмотрена методика разработки
электронных устройств на стабилизатора напряжения на интегральной
микросхеме, рассмотрены основные условия стабилизации напряжения и методы
их реализации. Согласно техническому заданию была выбрана и рассчитана
схема стабилизатора напряжения.
В результате проделанной работы была создана следующая документация:
- пояснительная записка;
- схема электрическая принципиальная и перечень элементов
стабилизатора напряжения;
- чертёж печатной платы и компоновочный эскиз;
- схема испытаний устройства.
Данный стабилизатор может применяться в составе постоянных источников
питания радиоаппаратуры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борисов В.Г. Кружок радиотехнического конструирования: Пособие для
руководителей кружков. — М.: Просвещение, 1986.
2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника.
3. Терещук Р.М., Терещук К.М. Полупроводниковые приемно-усилительные
устройства: справочник радиолюбителя. — Киев: Наукова думка, 1988.
4. Полупроводниковые приборы: транзисторы, справочник под ред.
Горюнова Н.Н. М.: Энергоатомиздат, 1983.
|40 |
-----------------------
Рис. 1.3. Схема транзисторного мощного регулируемого стабилизатора
напряжения
Рис. 1.2. Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения
Рис. 2.1. Схема стабилизатора напряжения
[pic]
Рис. 1.1. Схема простейшего стабилизатора напряжения (а) и делителя (б),
образованного балластным резистором R1 и дифференциальным
сопротивлением стабилитрона
1
R5
МЛТ-0.125- 82 Ом (2%
1
R4
МЛТ-0.125- 160 Ом (2%
1
R3
МЛТ-0.125- 200 Ом (2%
1
R2
МЛТ-0.125- 2 кОм (5%
1
R1
МЛТ-0.125- 1.2 кОм (5%
Резисторы
1
X1
10x04MTA
Разъемы
1
DA1
LM337T
Микросхемы
1
С3
TESLA-50 мкФ ±5%
1
С2
TESLA-16 мкФ ±5%
1
C1
К10-7B- 0.1 мкФ ±5%
Конденсаторы
Кол.
Примечание
Наименование
Листов
Лит.
Стабилизатор напряжения
Н. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Поз.
обозн.
Масштаб
Масса
Реценз.
Листов
Лит.
Стабилизатор
напряжения
Схема электрическая принципиальная
Утверд.
Н. Контр.
Т. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Масштаб
Масса
Реценз.
Листов
Лит.
Стабилизатор
напряжения
Схема испытаний
Утверд.
Н. Контр.
Т. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
[pic]
2:1
40
35
30
25
20
15
10
5
0
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
Масштаб
Масса
Реценз.
Листов
Лит.
Стабилизатор
напряжения
Чертеж печатной платы
Утверд.
Н. Контр.
Т. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
3:1
[pic]
35
Масштаб
Масса
Реценз.
Листов
Лит.
Стабилизатор
напряжения
Компоновочный эскиз
Утверд.
Н. Контр.
Т. Контр.
Провер.
Разраб.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
| |
