Дипломная работа: Модернізація апарату для ультразвукової терапії шляхом удосконалення блоку живлення

Підсилювач потужності працює в режимі „В”.

Навантаженням підсилювача потужності є погоджуючий пристрій, виконаний у виді підвищувального трансформатора Т2.

Пристрій установки часу процедури розташовано на платі А 2 і містить: формувач прямокутних, імпульсів; формувач тимчасових інтервалів; каскад керування; дільник на п'ять або шість; каскади керування, каскад збігу; дільник на десять; каскади збігу; формувач звукової сигналізації.

Формувач прямокутних імпульсів зібраний на мікросхемі D6 (К155ТЛ2) і формує прямокутні імпульси з частотою мережі.

Імпульсна напруга 10В з частотою мережі надходить на вхід мікросхеми V 6 через дільник, зібраний на резисторах R11, R12.

З мікросхеми D 6 прямокутні імпульси надходять на мікросхему D10 (К155ИЕ2) яка поділяє імпульси на п'ять або шість, потім імпульси надходять на мікросхему D5 (К155ИЕ2), що поділяє імпульси на десять.

Прямокутні імпульси частотою проходження 1 Гц надходять на каскади керування, зібрані на елементах збігу D 2 (К155ЛА4) і D7 (К155ЛА3).

Каскади керування забезпечують подачу на лічильники прямокутних імпульсів при роботі лічильника в прямому (установка часу процедури) і реверсивному (процедура) режимах, на формувач часових інтервалів, зібраний на мікросхемах D1 (К155ИЕ2) і D 4 (К155КП7), а також включення формувача звукової сигналізації, зібраного на мікросхемі D 6.

Сформовані часові інтервали (2с - експозиція, 5с - пауза) служать для забезпечення роботи електронного генератора в повторно-короткочасному режимі.

Дозвіл на роботу генератора здійснюється каскадом керування, зібраному на мікросхемі D3 (К155ЛА3),

Синусоїдальна напруга частотою 22 кГц або 44 кГц перетвориться в прямокутні імпульси мікросхемою D6 і через каскад збігу на мікросхемі V 8 (К155ЛАЗ) надходить на двійково-десяткові лічильники.

Керування каскадом збігу здійснюється через мікросхеми D 2 і D9 (К155ЛЕ1).

Пристрій індикації часу процедури розміщено на платі А1 і містить: стабілізатор +5В; цифрові індикатори часу; дешифратори; лічильник імпульсів.

Реверсивний лічильник імпульсів зібраний на мікросхемах D 2, D3, D4 (К155ИЕ6) і призначений для рахунку імпульсів, що надходять із пристрою установки часу процедури.

З виходу лічильників імпульси надходять на дешифратори D5, D6, D7 (КР514ИД2), призначені для керування 7-сегментними напівпровідниковими цифровими індикаторами з загальним анодом D 8, D9, D10 (АЛСЗЗЗБ).

Пристрій індикації частоти й амплітуди вібрації розміщені на платі А4 і містить: цифровий індикатор амплітуди; двоїчно-десяткові лічильники; цифровий індикатор хвилеводів; дешифратори; цифрові індикатори частоти.

Двоїчно-десяткові лічильники D1, D2, D3 і D 4 З виходу лічильників імпульси надходять на дешифратори D6 і D7 (КР514ИД2), призначені для керування 7-сегментними напівпровідниковими цифровими індикаторами D9 і D10 (АЛС333Б).

Для індикації положення перемикача АМПЛІТУДА (плата A3) у пристрої міститься 7-сегментний цифровий індикатор D11 (АЛС333Б), керування яким здійснюється перемикачем АМПЛІТУДА.

Для індикації номера хвилеводу пристрій містить 7-сегментний цифровий індикатор D12 (АЛСЗЗЗБ), керування яким здійснюється перемикачем ХВИЛЕВІД (плата A3).

Блок живлення забезпечує стабілізованими напругами +5, +40 В усі функціональні вузли генератора і складається з: трансформатора з випрямлячем; стабілізаторів.

Понижуючий трансформатор Т1 призначений для зниження напруги мережі до 10 і 50 В. Випрямляч +50 В зібраний за мостовою схемою на діодах V 5-V8 (КД202Д).

Як згладжуючі фільтри застосовані електролітичні конденсатори С1, С3, С4 (К50-35). Постійна напруга +60 В подається на стабілізатор напруги +40В, зібраний на транзисторах \/8 (КТ815М), V10 (КТ815М), стабілітроні V9 (КС512А), розташованих на платі A3, і транзисторі V2 (КТ819ВМ), що знаходиться на радіаторі.

Випрямляч +10 В зібраний за мостовою схемою на діодах V9. V12 (КД202Д).

Стабілізатор +5 В розміщений на платі А1. Стабілізатор зібраний на мікросхемі D11 (KP142EH1A), транзисторі V1 (КТ645А) і транзисторі V1 (КТ819ВМ), розташованому на радіаторі.

Для захисту підсилювача потужності генератора від перевантажень у блоці живлення встановлений пристрій захисту, виконаний на тиристорі \/12 (КУ101Е), діоді V14 (КД10 2А), конденсаторі С18, розташованих на платі A3, Напруга керування пристроєм захисту знімається з резистора R55, рівень спрацьовування захисного пристрою регулюється резистором R53. При спрацьовуванні пристрою захисту для повернення його у вихідний стан необхідно відключити і включити живлення апарата кнопкою МЕРЕЖА.

Мережний фільтр призначений для фільтрації перешкод, створюваних ультразвуковим генератором радіомовному діапазонові, і складається з двох котушок індуктивності L1, L 2, конденсатора С2 (К75-37).

2.3 Принцип дії апарата

Апарат складається з генератора, двох ультразвукових випромінювачів, тримача і комплекту змінних частин (хвилеводів).

Генератор виконаний у виді окремого приладу, що складається із шасі і кожуха.

Шасі складається з передньої і задньої панелей, з'єднаних за допомогою бічних і середньої вертикальних перегородок.

На кожусі міститься ніжка - підставка, що дозволяє розміщати прилад під кутом близько 15°, при необхідності прилад можна розміщати горизонтально, змінивши положення ніжки-підставки.

На задній панелі закріплені радіатори, мережний фільтр із запобіжниками, роз’єми ВИХІД, кнопка РУЧ. РЕЖИМ і гучномовець.

Блок живлення розміщений на горизонтальній панелі шасі.

Друковані плати індикації закріплені на вертикальній передній панелі шасі.

Інші друковані плати генератора розташовані горизонтально усередині шасі.

На передній панелі розміщені органи керування й індикації:

1) кнопка МЕРЕЖА, призначена для комутації мережного ланцюга генератора з живильною мережею;

2) перемикач ХВИЛЕВІД, що складається з трьох кнопок „1”,”2”, „3”, призначений для комутації ланцюга напруги, подаваного на перетворювач, з відповідним хвилеводом;

3) перемикач АМПЛІТУДА, що складається з двох кнопок „2” і „5”, призначений для комутації ланцюга напруги, подаваного на ультразвуковий випромінювач;

4) індикатор ЧАСТОТА кГц, що складається з двох цифрових індикаторів, що забезпечують світлову індикацію частоти ультразвукової вібрації на хвилеводі;

5) індикатор, що забезпечує світлову цифрову індикацію положення кнопок перемикача ХВИЛЕВІД;

6) індикатор амплітуди вібрації МКМ, що забезпечує світлову цифрову індикацію положення кнопок перемикача АМПЛІТУДА;

7) індикатор, що складається з трьох цифрових індикаторів, що забезпечують світлову індикацію установки, скидання й обліку часу процедури в хвилинах і секундах;

8) перемикач ЧАС, що складається з двох кнопок СКИДАННЯ й ВСТАН., призначений для комутації ланцюга скидання часу процедури й установки часу процедури;

9) кнопка ПРОЦЕДУРА, призначена для комутації ланцюга включення і вимикання амплітуди механічних коливань, а також для вимикання звукової сигналізації.

Перетворювачі ИУТ-22 і ИУТ-44 на 22 і 44 кГц виконані циліндричної форми і складаються з: джгута, кришки, пружини, підвісу, перетворювача, роз’єму, що служить для приєднання до генератора.

Змінні хвилеводи мають веретеноподібну форму, приєднання їх до перетворювача здійснюється за допомогою різьбового з’єднання, на кінці хвилеводу міститься наконечник, що виконаний з урахуванням анатомічної будови органів людини, що озвучуються.

2.4 Розрахунок електронного блока

Блок живлення повинен підключатися до промислової мережі ~Uвх=220В, f=50Гц. Вихідні параметри:

Uвих1=+10В,Uвих2=50В, Рвих1= І∙U=10·2=20Вт; Рвих2=1∙50=50Вт.

Складемо схему блока живлення (рис.2.4.1), яка складається з силового трансформатора, трьох мостових двонапівперіодних випрямлячах на напівпровідникових діодах, трьох RC фільтрів для згладжування пульсацій і схем стабілізації, які виконані як транзисторні компенсаційні стабілізатори напруги, які повинні працювати з коефіцієнтом стабілізації Кст=30 при струмі навантаження до 50мА.

Рис.2.4.1.

Розрахунок силового трансформатора.

1. Потужність, яка знімається з двох вторинних обмоток трансформатора

РІІ=Рвих1+Рвих2 =20+50=70Вт.

2. Прийняв ККД трансформатора ηтр=0,85, отримаємо потужність, яка споживається від електромережі [7]:

РІІ’==82,4Вт.

3. Площа поперечного перерізу осердя:

Q0=1,1=10см2.

Коефіцієнт перед радикалом взятий 1,1 з врахуванням того, що використовується трансформаторна сталь середньої якості.

Вибираємо для зборки осердя стрічковий кільцевий магнітопровід типу ОЛ.

Для площі Q0=10см2 підходить кільце ОЛ40/64-40, для якого

Q0’=11 см2

Як бачимо 11см2>10см2, відповідно магнітопровід вибраний правильно.

4. Число витків на один вольт

N1=6.

5. Число витків первинної обмотки:

n1=N1∙U1=6∙220=1320.

6. Число витків вторинних обмоток:

n2’= 1.25∙N1∙UH=1,25·6·10=75, n2’’=1.25∙N1∙UH=1,25∙6∙50=375.

7. Струм, який протікає по первинній обмотці:

ІІ=0,37А.

8. Діаметр проводу первинної обмотки:

d1=0,8∙=0,5мм.

9. Діаметри проводів вторинних обмоток:

d2’=0.8 =0,8мм, d2’’ = 0.8 =1,1мм

10. Перевіряємо можливість розміщення розрахованих обмоток у вікні осердя. Із таб.20 [7] знаходимо число витків, що припадає на 1см2 рядової обмотки діаметром 0,5мм (первинна обмотка). Якщо провід з емалевою ізоляцією марки ПЕ, то це число рівне 308. При загальному числі витків 1320 площа, яку займе первинна обмотка:

1320: 308= 4,3см2.

Площа, яка зайнята вторинними обмотками: для проводу 0,8 з емалевою ізоляцією марки ПЕ, число витків, що припадає на 1см2 відповідно до таб.20 [7] 128, для проводу 1,1см2 з емалевою ізоляцією марки ПЕ, число витків, що припадає на 1см2 відповідно до таб.20 [7] 69.

Тоді

75: 128=0,6см2.

375: 69=5,4см2

Загальна площа всіх обмоток:

4,3+0,6+5,4=10,3см2

Приймаючи коефіцієнт заповнення 0,7, отримаємо загальну площу реальних обмоток:

Qобм==14,7см2.

Приймаємо осердя кільцеве типу ОЛ.

Площа вікна у вибраного осердя:

Qв==15см2.

Очевидно, що розраховані обмотки розмістяться у вікні вибраного осердя.

Розрахунок трьох випрямлячів.

Випрямляч складається з трансформатора Тр1, який змінює напругу в розгляненій схемі з ~220В 50Гц до 22В 50Гц; вентилів, які випрямляють змінну напругу і згладжуючого фільтра. Вентиль являє собою нелінійний елемент, опір якого в прямому напрямку у сотні-тисяч разів менше, ніж у зворотному. В якості вентилів будемо використовувати напівпровідникові діоди.

Основні параметри випрямлячів - напруга та частота живлячої мережі та їх відхилення від номінальних, повна потужність, яка споживається від живлячої мережі при номінальному навантаженні, номінальний струм навантаження та його можливі відхилення від номінального, номінальна вхідна напруга, коефіцієнт пульсації вихідної напруги.

Коефіцієнт пульсації вихідної напруги Кп0, %, являє собою відношення подвійної амплітуди пульсацій 2Um до номінальної вхідної напруги U0:

Кп0=.

Подвійна амплітуда пульсацій вимірюється як сума позитивної та від’ємної напівхвилі змінної складової вихідної напруги.

З трьох схем, які частіше всього використовуються у випрямлячах для пісилюючо-перетворюючих пристроїв приладів: однонапівперіодна (однофазна), двонапівперіодна (двофазна) та однофазна мостова схема вибираємо останню, яка характеризується хорошим використанням потужності трансформатора. Зворотна напруга на вентилях при такій схемі у два рази менша, ніж при одно - і двонапівперіодній схемах випрямлення. Напруга на вторинній обмотці трансформатора при мостовій схемі приблизно у два рази менша, ніж при двонапівперіодній із середнім виводом обмотки, частота пульсацій така ж, тобто у два рази більша частоти живлячої мережі 50×2=100Гц (мал.2.4.2).

Рис.2.4.2.

Однофазна мостова схема (рис.2.4.2) містить трансформатор Тр та чотири вентилі, зібрані за схемою моста. Живляча напруга вторинної обмотки трансформатора включена в одну з діагоналей моста, а в іншу включений опір навантаження. Додатнім полюсом навантаження являється загальна точка з’єднання катодів вентилів, від’ємним - точка з’єднання анодів.

Форма кривої напруги вторинної обмотки трансформатора показана на рис.2.4.3.

Рис.2.4.3 Лінійні діаграми мостового випрямляча.

При додатній напівхвилі синусоїди напруги U2 струм протікає через вентиль В1, опір навантаження Rн і вентиль В3 у напрямку, показаному суцільними стрілками. Вентилі В2 і В4 у цей момент струм не пропускають і знаходяться під зворотною напругою, тобто вони закриті. У другий напівперіод, коли потенціал верхнього кінця обмотки стає від’ємним, а потенціал нижнього - додатнім, струм протікає через вентиль В2, опір навантаження Rн і вентиль В4 у напрямку вказаному пунктирними стрілками.

Вентилі В1 і В3 у цей напівперіод струму не пропускають. З діаграми бачимо і на схемі (рис.2.4.2), що напрям струмів, які протікають крізь навантаження протягом обох напівперіодів, співпадають.

Струм вторинної обмотки трансформатора протікає протягом усього періоду, причому напрям його змінюється кожний напівперіод (рис.2.4.3 І21, І22). Відповідно, у вторинній обмотці протікає змінний синусоїдний струм (при активному навантаженні), забезпечуючи хороше використання трансформатора в схемі.

Співвідношення між параметрами навантаження і вентиля наступні:

1. Фазова ЕРС у вторинній обмотці трансформатора:

U2==11,1B.

2. Максимальне значення зворотної напруги:

Uзвор. макс=1,57∙Uн=1,57∙10=15,7В.

3. Середнє значення струму через вентиль:

Іа=0,5∙Ін=0,5∙1=0,5А.

4. Максимальне значення струму через вентиль:

Іа макс=1,57∙Ін=1,57∙1=1,57А.

5. Значення струму, який протікає у вторинній обмотці трансформатора:

І2=1,11∙Ін=1,11∙1=1,11А.

6. Значення струму, який протікає в первинній обмотці трансформатора:

І1==0,06А,

де КТ=20.

7. По розрахованим параметрам згідно табл. IV-4 [5] вибираємо для мостової схеми кремнієві діоди типу КД202Д з наступними параметрами:

найбільше значення зворотної напруги Uзвор. макс=200В;

середнє значення випрямленого струму без радіатора 1,0А;

падіння напруги в прямому напрямку при максимальному значенні випрямленого струму 1В.

Для другого випрямляча розрахунок аналогічний. Вибираємо діоди типу КД202Д.

Розрахунок згладжуючих фільтрів.

Так як після фільтру стоїть стабілізатор і струм на виході фільтра часто не перевищує 30мА, то приймаємо коефіцієнт пульсації на виході фільтрів Кп. доп=0,01=1%, а вид фільтру (рис.2.4.4).

Рис.2.4.4.

Параметри фільтру визначаємо із співвідношення:

RC=1,5∙105q/мf,

де q - коефіцієнт згладжування

q=,

де Кпо і Кп1 - коефіцієнти пульсацій на вході і виході фільтра відповідно.

q=.

У противному випадку можуть виникнути резонансні явища.

м - число фаз випрямляча, м=1.

f - частота живлячої мережі, f=50Гц.

Задаючи Rф1=6,2кОм, отримаємо Сф1:

Сф1==940мкФ.

Для другого фільтра

Rф2=6,2кОм.

Сф2==940мкФ.

Приймаємо для Сф два конденсатори електролітичних по 470мкФ і включаємо їх паралельно.

Вибір стабілізаторів напруги.

Основним параметром стабілізаторів напруги являється коефіцієнт стабілізації напруги - величина, яка показує у скільки разів відносна зміна напруги на вході менше, ніж на вході:

Кст=.

Для навантаження, яке не перевищує 50мА і коефіцієнті стабілізації Кст=30 вибираємо схему транзисторного стабілізатора напруги (рис.2.4.5).

Рис.2.4.5.

Схема транзисторного компенсаційного стабілізатора напруги (ТКСН) являє собою стабілізатор з послідовно включеним складовим регулюючим елементом VТ1 і VТ2 (КТ817В, КТ608А) і одно каскадним підсилювачем постійного струму VТ3 (КТ373Г) і джерелом опорної напруги у вигляді двох кремнієвих стабілітронів VД1 і VД2 (Д814Г, Д814В), включених в ланцюг емітера транзистора - підсилювача постійного струму.

Транзистор VТ3, стабілітрони VД1 і Стабілізатор повинен підтримувати постійною (з заданою точністю) напругу Uвих на навантаженні незалежно від зміні Uвх і Rн.

Це здійснюється за рахунок використання від’ємного зворотного зв’язку, вплив якого так змінює опір нижнього плеча подільника R3-R4, що напруга на верхньому плечі залишається постійною.

В схемі ТКСН послідовно з навантаженням включений складовий регулюючий транзистор VТ1 VТ2, за допомогою якого регулюється Uвих або ін; схеми порівняння, де проходить порівняння Uвих з Uоп і підсилювача постійного струму (ППС - VТ3), з виходу якого підсилена різниця Uвих і Uоп подається на регулюючий в такій фазі, яка перешкоджає зміні Uвих або ін.

В якості джерела опорної напруги Uоп використовується кремнієвий стабілітрон (КС). Тип і кількість КС вибираємо відповідно до вихідної напруги на навантаженні і струму навантаження.

Розрахуємо граничний коефіцієнт стабілізації стабілізатора (рис.2.4.5), якщо відомо:

Uвих=40В, Ін=2А, Ін мін=1мА, Кст≥30.

Δ1=10% - допустиме відносне зменшення вхідної напруги порівняно з номінальною;

Δ2=10% - допустиме відносне збільшення вхідної напруги.

Rвих=1,1k.

Вибираємо КС типу КС512А для яких Uст=12В, Іст. мін=1мА, Іст. макс=67мА, rст=25Ом [5], і вичислюємо

Кст. пр==72.

Кст. пр>Кст. задан, тобто 72>30, відповідно схема стабілізатора вибрана правильно.

2.5 Особливості підготовки і роботи приладу

ПІДГОТОВКА АПАРАТА ДО РОБОТИ

1. Протріть зовнішні поверхні генератора, тримача, перетворювача і хвилеводу тампоном, змоченим 1% -ним розчином хлораміну або 3% -ним розчином перекису водню.

Встановіть генератор на відстані до 1,5 м від штепсельної розетки і не далі 1 м від місця роботи.

2. Встановіть кнопку МЕРЕЖА у віджате положення.

3. Підключіть до роз’єму ВИХІД генератора відповідний перетворювач на 22 або 44 кГц.

4. Приєднайте за допомогою різьбового з’єднання до концентратора перетворювача необхідний для лікування хвилевід.

5. Натисніть кнопку перемикача ХВИЛЕВІД, що відповідає цифрі, що слідує після 22 або 44 приєднаного хвилеводу,

6. Натисніть кнопку "2" або "5'' перемикача АМПЛІТУДА.

7. Підключіть мережний кабель до мережі 50 Гц 220 В. Заземлення відбувається одночасно з підключенням мережного кабелю до розетки з контактом, що заземлює.

8. Підготуйте судину ємністю 500 мл і налийте в нього води 500 мл.

9. Натисніть кнопку МЕРЕЖА, при цьому загоряються цифрові табло ЧАСТОТА, ХВИЛЕВІД, МКМ, ЧАС.

Переконайтеся в правильності інформації на цифровому табло у відповідності натиснутим кнопкам перемикачів ХВИЛЕВІД, АМПЛІТУДА, на інших цифрових табло повинна бути нульова інформація.

10. Натисніть кнопку УСТАН. перемикача ЧАС і установіть на цифровому табло час у хвилинах і секундах.

11. Опустіть на 1-2см у воду робочий кінець хвилеводу.

12. Натисніть кнопку ПРОЦЕДУРА, при цьому в момент експозиції повинний вироблятися зворотний відлік часу процедури, у цей же час спостерігається коливання води, а на цифровому табло ЧАСТОТА повинна бути індикація частоти (22 2) кГц або (44 4) кГц.

13. Виключите кнопку ПРОЦЕДУРА.

Страницы: 1, 2, 3, 4