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

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.

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

Мережний фільтр призначений для фільтрації перешкод, створюваних ультразвуковим генератором радіомовному діапазонові.

У комплект випромінювачів входять два п'єзоелектричних перетворювачі, змінні хвилеводи. П’єзокерамічні перетворювачі служать для перетворення енергії електричних коливань у механічні і посилення механічних коливань по амплітуді. Хвилеводи служать для посилення і підведення механічних коливань до хворої ділянки органів людини.

Апарат складається з наступних функціональних вузлів; А1 - пристрою індикації часу процедури; А2 - пристрою установки часу процедури; А3 - електронні генератори; А4 - пристрою індикації частоти й амплітуди вібрації; трансформатора з випрямлячем; мережного фільтра; комплекту випромінювачів.

Електронний генератор призначений для одержання напруги ультразвукової частоти, подаваної на п'єзоелектричний перетворювач, і являє собою генератор гармонійних коливань частотою (221,65) кГц і (444,4) кГц із пристроєм зворотного зв'язку.

Електронний генератор розташований на платі A3 і містить: емітерний повторювач; блок регулювання й установки величини зворотного зв'язку; попередній підсилювач напруги; погоджуючий пристрій; передкінцевий підсилювач; підсилювач потужності; пристрій захисту; перемикач амплітуди; перемикач хвилеводів; стабілізатор +40 В.

Коливання ультразвукової частоти виникають у результаті підбора значень елементів у ланцюзі зворотного зв'язку генератора.

Для самозбудження генератора на частоті п'єзоелектричного перетворювача повинні виконуватися умови балансу амплітуд і фаз. Баланс амплітуд забезпечується вибором робочих точок і коефіцієнтом підсилення попереднього підсилювача, передкінцевого підсилювача і вихідного підсилювача потужності. Баланс фаз досягається вибором кількості каскадів.

Напруга зворотного зв'язку, що знімається із сектора п'єзоелектричного перетворювача, через елемент R54 надходить на резистор R3 при роботі генератора на 44 кГц або на R4 при роботі генератора на 22 кГц.

З резистора R3 або R4 напруга надходить на контур L1, С5, С4 (44 кГц) або L1, С5, С4, С3, С2 (22 кГц) і далі через R1 на вхід емітерного повторювача, зібраного на транзисторі V 2 (КТ315Б).

Регулятор амплітуди напруги на резисторі R12 дозволяє регулювати величину напруги зворотного зв'язку, що надходить на попередній підсилювач напруги, зібраний на транзисторах V3 (КТ315Б) і V4 (КТ815В) за схемою з загальним емітером.

З попереднього підсилювача напруга зворотного зв'язку через проміжний трансформатор Т1 надходить на передкінцевий підсилювач напруги, що виконує роль фазоінвертора, зібраний на транзисторах V 5, V6 (КТ815В). Для вибору робочих точок фазоінвертора встановлені два резистори R21, R24.

З емітерних резисторів R26, R27 напруга зворотного зв'язку надходить на вхід підсилювача потужності, зібраного за двотактною схемою, на транзисторах V3, V4 (КТ819ВМ), установлених на радіаторах.

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).

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.

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).

Страницы: 1, 2, 3, 4