close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Пояснительная записка

код для вставкиСкачать
Содержание
Введение 3
1 Общая часть 6
1.1 Анализ технического задания 6
1.2 Разработка схемы электрической структурной 6
1.3 Разработка схемы электрической принципиальной 9
1.4 Выбор элементной базы 13
2 Расчётная часть 15
3 Экспериментальная часть 21
Заключение 22
Список использованных источников 23
Приложение А Перечень элементов Введение
В настоящее время трудно представить область науки и техники, где не использовались бы достижения радиотехники. Уже прочно вошло в быт не только звуковое и телевизионное вещание, но и сотовая телефония, космическая телефония, персональные средства связи, пейджинговая связь, компьютерная радиоэлектроника, управление бытовыми приборами, управление наземными, морскими, воздушными транспортными средствами и др. Идет бурное развитие телеметрических систем, радиолокационных систем наземного, воздушного и космического базирования и систем связи с освоением новых радиочастотных диапазонов. Интенсивно ведутся работы по созданию техники связи в микроволновом диапазоне частот.
Быстрыми темпами происходит развитие радиоэлектронных устройств. С каждым годом появляются все новые разработки, производятся новые устройства, каждое из которых превосходит по качественным, эргономическим, экономическим и другим показателям своих предшественников. Постоянно происходит совершенствование и модернизация. С началом развития ИМС производство радиоэлектронных устройств вышло на новый уровень. Освоение выпуска больших и сверхбольших интегральных схем позволило перейти к созданию функционально законченных цифровых устройств - микропроцессоров, рассчитанных на совместную работу с устройствами памяти и обеспечивающих обработку информации и управление по заданной программе. На данном этапе, с использованием передовых технологий, таких как ЭВМ, проектирование занимает всё меньший промежуток времени. В настоящее время развитие электроники идет по пути микроминиатюризации радиоэлектронных устройств, повышения надежности, экономичности электронных приборов и интегральных микросхем ИМС, улучшения их качественных показателей, уменьшения разброса параметров, расширения частотного и температурного диапазонов.
Повсеместно используется автоматизация и механизация в производстве радиоэлектронных устройств. Внедряются новые и высокие технологии на базе новых материалов. Интенсивно внедряются системы автоматизированного проектирования технологических процессов. Непрерывно происходит совершенствование технологий производства радиоэлектронных устройств, что приводит к повышению технических и эксплуатационных характеристик, улучшению конструкций, повышению экономичности производства. В настоящее время радиоэлектронные устройства разрабатываются для всех сфер человеческой деятельности. Немалую долю занимают устройства культурно-бытового назначения. Целью проекта является разработка устройства именно бытового назначения. Устройство может применяться для любого рода оповещения. Оно будет отличаться своими некоторыми преимуществами, в отличии от аналогичных устройств. Достаточно простое в использовании и подключении.
1 Общая часть
1.1 Анализ технического задания
Наименование устройства - "Устройство оповещения". Устройство предназначено для любого рода ручного звукового оповещения. Разрабатываемое устройство применяется самостоятельно (автономно). Устройство предназначено для эксплуатации в быту. Прибор может использоваться как стационарно, так и устанавливаться на подвижные объекты.
Все узлы устройства, за небольшим исключением, будут питаются стабилизированным напряжением около 10 В от сетевого источника питания, который входит в состав устройства. Устройство будет включаться в сеть переменного напряжения с действующим напряжением 220 В и f = 50 Гц. В дежурном режиме устройство будет потреблять ток не более 5 мкА, а в рабочем режиме - не более 200 мкА. Габариты устройства должны не превышать значений 150×100×60, что делает его удобным в плане установки и эксплуатации. Масса устройства
Условия эксплуатации определяются по ГОСТ15150-69. Климатическое исполнение - умеренный климат (У).
Категория условий эксплуатации - в закрытых помещениях с естественной вентиляцией (3) и в помещениях с искусственным регулярным климатом (4).
Температура окружающей среды - от минус 10 до плюс 55°С.
Материалы диэлектриков должны быть выбраны так, чтобы не допустить пробивных напряжений (т.е. с достаточным удельным сопротивлением). Для защиты устройства от перегрузок и коротких замыканий следует применить плавкий предохранитель. Основная часть прибора должна быть выполнена на печатной плате, рассчитанной на установку всех необходимых ЭРЭ. При этом должна быть обеспечена полная изоляция элементов друг от друга, а также между областями, которые не должны контактировать. Для защиты от вибраций, линейных искажений и ударов печатную плату необходимо надежно закрепить в корпусе. Корпус должен быть выполнен так, чтобы обеспечить легкий доступ к узлам и элементам для быстрого и несложного устранения возможных отказов. Корпус также должен быть выполнен из прочного материала. Если корпус выполнен из металла, то обязательно необходимо обеспечить заземление.
1.2 Разработка схемы электрической структурной
При разработке структурных схем используются следующие методы:
Эвристический метод. Основан на накопленном опыте, анализе технической литературы и интуитивных соображений. На основе их анализа создаётся несколько моделей структурных схем, из них выбирается самая надёжная, самая простая, самая дешёвая.
Математический метод. На основе исходных данных создаётся модель - математическое описание внешних воздействий. Проводится анализ модели, в которую входит математический расчёт, моделирование на ЭВМ, испытание макетов. В результате анализа модели определяются значения показателей качества в зависимости от параметров модели. Таких моделей может быть несколько. Выбирается модель, имеющая оптимальные показатели качества.
Функциональное наращивание. Применяется наиболее часто. На основе исходных данных составляется перечень функций, которые должно реализовать разрабатываемое устройство. Далее изображается схема этого устройства путем условных прямоугольных изображений структурных единиц с изображением линий связи между ними, в соответствующем порядке узлов, реализующих эти функции. При разработке структурной схемы устройства оповещения использовался метод функционального наращивания.
Функции, которые должно реализовывать устройство:
- преобразование напряжения сети в стабилизированное напряжение определённого значения при нажатии кнопки;
- формирование импульсов для запуска и перевода мелодий;
- синтезирование мелодий;
- детектирование импульсов;
- невосприимчивость к запускающей кнопке во время проигрывания мелодии;
- усиление звукового сигнала;
- преобразования электрических сигналов в акустические и излучения их в окружающее пространство.
На основании выше названных функций разработана структурная схема представленная на рисунке 1.
1.3 Разработка схемы электрической принципиальной
Электрическая принципиальная схема разработана на основе анализа исходных данных принятой структурной схемы. Исходя из структурной схемы, разрабатываемое устройство оповещения состоит из 8 функциональных устройств.
Звонковая кнопка. Представляет собой простое коммутирующее устройство. Коммутирующие устройства (КУ) - представляют собой РЭА, обладающие свойством замыкать (размыкать) электрические цепи за счёт изменения электрического сопротивления. В замкнутом состоянии контакты имеют очень малое сопротивление, в разомкнутом - большое. Кнопки представляют собой коммутирующие элементы, замыкающие (размыкающие) контакты лишь на время нажатия на кнопку. При снятии усилия под действием возвратного механизма кнопка возвращается в исходное состояние.
В разрабатываемом устройстве будет применяться КУ с ручным управлением - кнопка.
Сетевой источник питания. Применяемый источник питания состоит из понижающего трансформатора, выпрямительного моста, сглаживающего фильтра и параметрического стабилизатора.
Трансформатор широко применяется в системах питания радиоустройств, причём в качестве трансформаторов питания электронной аппаратуры используются трансформаторы малой мощности, которые предназначены для преобразования напряжения электрических цепей в напряжение, необходимое для питания электронной аппаратуры. Исходя из экономичности, КПД, массогабаритных характеристик для источника питания выбираем маломощный, броневой трансформатор питания.
В источниках питания РЭА чаще всего используется однофазная мостовая схема выпрямителя. Данная схема позволяет получить двухполупериодное выпрямление. Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, которая имеет ряд преимуществ над остальными: меньшие значения габаритной мощности, меньшие значения обратного напряжения на диоде и напряжения вторичной обмотки. Однако необходимость использования четырёх диодов является её недостатком.
В источниках питания в качестве фильтра используется преимущественно электролитические конденсаторы, хотя иногда их заменяют масляными. Электролитические конденсаторы обладают большой ёмкостью при относительно небольших размерах. Конденсатор, включённый параллельно нагрузке, представляет собой простейший емкостный фильтр. При повышении напряжения источника питания конденсатор периодически заряжается и разряжается на нагрузку, когда питающее напряжение становится меньше напряжения на его зажимах. При этом конденсатор отдаёт нагрузке заранее запасенную энергию и напряжение на нагрузке изменяется в относительно меньших пределах, чем при отсутствии конденсатора, в чём и заключается сглаживающее действие емкостного фильтра.
Важнейшим условием нормальной работы радиоустройств является стабильность питающего напряжения. Причиной нестабильности питающего напряжения являются в основном колебания напряжения питающей сети и изменение нагрузки на выходе выпрямительного устройства. Дестабилизирующими факторами могут быть также температура окружающей среды, частота напряжения сети и др.
В параметрических стабилизаторах постоянного напряжения в качестве линейных элементов используются резисторы, а в качестве нелинейных - полупроводниковые (кремниевые) стабилитроны, а также полупроводниковые стабисторы. Выбираем параметрический стабилизатор. Конечная принципиальная схема источника питания приведена на рисунке 3.
Рисунок 2 - Схема электрическая принципиальная сетевого источника питания
Формирователь импульсов высокого уровня и детектор импульсов. Данные функции будет выполнять микросхема К561ЛП2. К561ЛП2 содержит четыре логических элемента "Исключающее ИЛИ". Высокий уровень на выходе Q появляется только в том случае, если один из входных уровней А или В высокий. Если оба уровня А и В низкие или высокие, на выходе Q будет низкий уровень. Рисунок 3 - УГО логического элемента "Исключающее ИЛИ"
Музыкальный синтезатор. В качестве данного элемента выступает ИМС УМС8-08. Данная микросхема разработана для воспроизведения фрагментов музыкальных произведений. Микросхемы серии УМС выполняют по технологии КМОП, что обеспечивает их высокую экономичность. Основным узлом микросхемы является постоянное запоминающее устройство, в которое на заводе-изготовителе записывают в кодовом виде восемь различных мелодий. Блокировка переключения мелодий. Данную функцию будет выполнять электромагнитное реле типа HK3FF-DC12V-SHG. Вышеописанный детектор импульсов будет управлять электромагнитным реле через ключ на биполярном транзисторе. Контактами реле будет блокировать контакты звонковой кнопки, после её нажатия. Данная функция обеспечивает проигрывание мелодии до конца, устраняя возможность переключения. После того как мелодия проиграет до конца контакты реле разомкнутся, и устройство перейдет в дежурный режим.
Усилитель мощности. Усилитель мощности выполнен на биполярном транзисторе включенным по схеме с общим эмиттером. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности. Однако при такой схеме нелинейные искажения сигнала значительно больше. Кроме того, при данной схеме включения на характеристики усилителя значительное влияние оказывают внешние факторы, такие как напряжение питания, или температура окружающей среды. Нагрузкой усилителя мощности служит динамическая головка.
Динамическая головка. Динамическая головка предназначена для преобразования сигналов звуковой частоты из электрической формы в акустическую. Паспортная мощность, это значение мощности, подведенной к головке, при которой температура ее нагрева не должна превышать заданное значение и не должно происходить электрического пробоя изоляции. По диапазону воспроизводимых частот динамические головки громкоговорителей делят на четыре вида: широкополосные, низкочастотные, среднечастотные и высокочастотные. Широкополосные головки имеют полосу воспроизводимых частот от 80-100 Гц до 12,5 кГц, низкочастотные - от 30 до 63 Гц, высокочастотные - до 16-25 кГц; у среднечастотных диапазон воспроизводимых частот уже, чем у широкополосных. В разрабатываемом устройстве применяется широкополосная динамическая головка мощностью 1Вт со звуковой катушкой сопротивлением 8 Ом.
1.4 Выбор элементной базы
Выбор электрорадиоэлементов должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу каждого узла и устройства в целом. При этом необходимо стремиться к выбору недорогих элементов, имеющих широкое применение и распространение в современной радиоаппаратуре, добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и испытаний. Все электрорадиоэлементы выбираются по справочной литературе и техническим условиям.
Следует также учесть следующие особенности выбора. ИМС выбираются:
- по функциональному назначению (аналоговые, многофункциональные, усилители, преобразователи, стабилизаторы, цифровые);
- по рабочему диапазону частот; - рабочему напряжению; - потребляемому току; - температурной стабильности параметров.
Транзисторы выбираются для работы в узле РЭС с учетом таких параметров:
- Коэффициент усиления на рабочих частотах (h21E); - Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе;
- Максимальное допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (базой);
- Максимальная рабочая частота;
- Величина входного сопротивления.
Резисторы выбираются:
- По величине рассеиваемой мощности (Кн = 0,5 ¸ 0,6);
- По типу проводящего слоя - непроволочные, проволочные (подстроечные);
- По максимальному рабочему напряжению (например МЛТ - 2 Вт имеет Uраб max > 750 В, а МЛТ - 1 Вт имеют Uраб max < 750 В);
- По классу точности от ± 0,1% до 20%;
- По температурному коэффициенту сопротивления (ТКР).
Конденсаторы выбираются:
- По типу - при С > 1-2 мкФ - электролитические, при С < 1 мкФ -
керамические и прочие;
- По номинальному напряжению: Uном ³ (1,3 - 1,5 ) Uраб , которое должно быть в 1,5 раза большим рабочего напряжения с учетом переменной составляющей;
- По классу точности от ±1% до 90%;
- По температурному коэффициенту емкости (ТКЕ).
Диоды выбираются:
- По максимально выпрямляемому току I max.
- Максимально допустимому обратному напряжению Uобр max.
- Прямой рассеиваемой мощности Pпр.
Стабилитроны выбираются:
- по напряжению стабилизации (Uст); - пределам рабочего тока стабилизации (Iст min и Iст max) - по наименьшему току стабилизации с целью экономии потребляемого тока.
Трансформатор выбирается с любой конструкцией магнитопровода и количеством вторичных обмоток, с максимально высоким КПД. Основные параметры:
- Коэффициент трансформации - отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке;
- КПД (коэффициент полезного действия) представляет собой отношение активной мощности на входе.
В трансформаторах малой мощности КПД составляет 60-90%
Исходя из выше перечисленных требований, выбираются ЭРЭ для проектируемого устройства оповещения:
Микросхемы:
- К561ЛП2: Uпит = 3...15 В; Iпотр = 10 мкА; Tокр = от -45 до +85 °С;
- УМС8-08: Uпит = 1,35...2 В; Iпотр = 10 мкА...100мкА; Tокр = от -10 до +55 °С.
Трансформатор:
- ТП-112-8-1: Pвых = 7,0 Вт; Iх.х. = 0,030 А; U2х.х. = 16,8 В.
Транзисторы:
- КТ817Г: h21=25; Pmax = 1 Вт; Uк-э max = 80 B; fmax = 3 МГц;
- КТ315А: h21=30...120; Pmax= 150 мВт; Umax=25 B; fmax= 250 МГц.
Резисторы: - Рном = 0,125 Вт; МЛТ; резистор общего назначения; Umax=350В±5%;
- Рном = 1 Вт; МЛТ; резистор общего назначения; Umax < 750В±5%. Конденсаторы: - Uном = 16 В; ±0,4; ТКЕ= 10-8 1/Сº;
- Uном = 50 В; ±0,2; ТКЕ= (-47±40)·10-6/ °С.
Диоды: - КД522Д: Imax = 100 мA; Pmax= 0,111 Вт; Uобр max= 50 B;
- АЛ307Б: Iпр = 10 мА; Uпр = 2 В;
- КЦ407А: Imax = 0,5 мA; Pmax= 1,25 Вт; Uобр max= 400 B.
Стабилитрон: - Д815Г: Ucт = 10 В; Iст max=0,8А.
Электромагнитное реле:
- HK3FF-DC12V-8HG: Uраб = 12 В; Iсраб = 80 мА.
Динамическая головка:
- широкополосная; P = 1 Вт, R = 8 Ом.
Кварцевый резонатор:
- f = 32678 Гц
2 Расчетная часть
2.1 Расчет надежности изделия
Расчёт надёжности РЭС производится следующим образом.
Анализируются исходные данные, в которых содержатся:
- Перечень используемых компонентов;
- Количество используемых компонентов;
- Температура окружающей среды и фактическое значение параметра α, определяющего надежность.
Составляется таблица 3, в которой находятся наряду с исходными данными, также и расчетные величины.
По данным, содержащимся в справочниках и ТУ на радиокомпоненты, определяется значение параметра, определяющего надежность и конструктивную особенность. Данные вносятся в графы 6 и 7 таблицы 3.
Производятся расчёты коэффициента нагрузки:
Транзисторов: Кн = Рс / Рс max,(1)
где Рс - фактическая мощность рассеиваемая на коллекторе, Вт;
Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе, Вт.
Кн КТ315Б = 0,073 Вт / 0,150 Вт = 0,48;
Кн КТ817Г = 0,7 Вт / 1 Вт = 0,7.
Диодов:
Кн = Iф / Imax,(2)
где Iф - фактический выпрямленный ток диода, А;
Imax - максимально допустимый выпрямленный ток, А.
Кн КД522Б = 0,021 А / 0,1 А = 0,21;
Кн Д815Г = 0,35 А / 0,8 А = 0,4375;
Кн КЦ407А = 0,35 А / 0,5 А = 0,6.
Резисторов и трансформаторов: Кн = Рф / Рн,(3)
где Рф - фактическая мощность рассеиваемая на ЭРЭ, Вт;
Рн - номинальная мощность рассеиваемая на ЭРЭ, Вт.
Кн МЛТ-0,125 = 0,070 Вт / 0,125 Вт = 0,56;
Кн МЛТ-1 = 0,192 Вт / 1 Вт = 0,192;
Кн ТП-112-8-1 = 2 Вт / 7 Вт = 0,28.
Конденсаторов: Кн = Uф / Uн,(4)
где Uф - фактическое напряжение, приложенное к конденсатору, В;
Uн - номинальное напряжение, приложенное к конденсатору, В. Кн КМ-5б = 10 В / 50 В = 0,2;
Кн К50-30(16 В) = 10 В / 16 В = 0,625;
Кн К50-30(10 В) = 1,6 В / 10 В = 0,16;
По таблице 1 определяются значения λо и заносятся в графу 10 таблицы 3. Используя значение λо и выбранный по коэффициенту нагрузки (Кн) и заданной рабочей температуре дополнительный коэффициент α. Определяется расчетное значение λi: λi = λо α,(5)
где λо - интенсивность отказов радиокомпонентов;
α - дополнительный коэффициент, выбранный по коэффициенту нагрузки (Кн) и заданной рабочей температуре из таблицы 2. Коэффициент α заносится в графу 9 таблицы 3.
λi МЛТ-0,125 = 0,04 10-6 0,65 = 0,02610-6;
λi МЛТ-1 = 0,04 10-6 0,4 = 0,01610-6;
λi КМ-5б = 0,05 10-6 0,17 = 0,008510-6;
λi К50-30(16 В) = 0,5 10-6 0,75 = 0,37510-6;
λi К50-30(10 В) = 0,5 10-6 0,55 = 0,27510-6;
λi КТ315Б = 0,2 10-6 0,15 = 0,0310-6;
λi КТ817Г = 1,3 10-6 0,05 = 0,06510-6;
λi КД522Б = 0,2 10-6 0,15 = 0,0310-6;
λi Д815Г = 0,1 10-6 0,15 = 0,01510-6;
λi КЦ407А = 0,2 10-6 0,15= 0,0310-6;
λi АЛ307Б = 0,1 10-6 0,15 = 0,01510-6;
λi ТП-112-8-1 = 0,810-6 0,43 = 0,34410-6.
Рассчитывается интенсивность отказов λс для каждой группы компонентов (R, C, VD, VT, SA):
Резисторов: λсR = nR λiR,(6)
где nR - количество резисторов;
λiR - расчётное значение для резисторов.
λс МЛТ-0,125 = 16 0,02610-6 = 0,41610-6;
λс МЛТ-1 = 1 0,01610-6 = 0,01610-6.
Конденсаторов: λсС= nC λiC,(7)
где nC - количество конденсаторов;
λiC - расчётное значение для конденсаторов.
λс КМ-5б = 4 0,008510-6 = 0,03410-6;
λс К50-30(16 В) = 1 0,37510-6 = 0,37510-6;
λс К50-30(10 В) = 1 0,27510-6 = 0,27510-6.
Транзисторов:
λсVT= nVT λiVT,(8)
где nVT - количество транзисторов;
λiVT - расчётное значение для транзисторов.
λс КТ315Б = 3 0,0310-6 = 0,0910-6;
λс КТ817Г = 1 0,06510-6 = 0,06510-6.
Диодов:
λсVD= nVD λiVD,(9)
где nVD - количество диодов;
λiVD - расчётное значение для диодов.
λс КД522Б = 8 0,0310-6 = 0,2410-6;
λс Д815Г = 1 0,01510-6 = 0,01510-6;
λс КЦ407А = 1 0,0310-6 = 0,0310-6;
λс АЛ307Б = 1 0,01510-6 = 0,01510-6.
Трансформаторов:
λсT= nT λiT,(10)
где nT - количество трансформаторов;
λiT - расчётное значение для трансформаторов.
λс ТП-112-8-1 = 1 0,34410-6 = 0,34410-6.
По формуле (11) находится суммарное значение интенсивности отказов λ, 1/ч, для всего функционального узла:
λ= λ_CR+λ_CC+λ_CVD+λ_CVT+λ_CT= ∑_(i=1)^k▒λ_Ci ,(11)
где λ_CR - значение интенсивности отказов для резисторов;
λ_CC - значение интенсивности отказов для конденсаторов;
λ_CVD - значение интенсивности отказов для диодов;
λ_CVT - значение интенсивности отказов для транзисторов;
λ_CT - значение интенсивности отказов для трансформаторов.
λ = (0,416 + 0,016 + 0,034 + 0,375 + 0,275 + 0,09 + 0,065 + 0,24 + 0,015 + 0,03 + + 0,015 + 0,344) 10-6 = 1,915 10-6
Определяется средняя наработка на отказ Тср, ч, по формуле (12): Тср = 1/ λ,(12)
где λ - суммарное значение интенсивности отказов для всего функционального узла.
Тcр = 1 / λ = 1 /(1,915 10-6) = 0,522 10-6 ч.
Рассчитывается значение вероятности безотказной работы по формуле (13) для трех значений времени работы узла РЭС: Tp1 = 100 ч, Тр2 = 1000 ч, Тр3 = = 10000 ч.
P(tp) = e- λtр,(13)
где е - основание логарифма;
λ - интенсивность отказов;
tp - время безотказной работы. Р (Tp1=100)= e^(-λ×tp)=e^(-Tp / Тср)=e^(-100/(0,522 ×〖10〗^(-6)))=0.9998
Р (Tp1=100)= e^(-λ×tp)=e^(-Tp / Тср)=e^(-1000/(0,616 ×〖10〗^(-6)))=0.9980
Р (Tp1=100)= e^(-λ×tp)=e^(-Tp / Тср)=e^(-10000/(0,616 ×〖10〗^(-6)))=0.9810
Строится график зависимости P(tp), рисунок 5.
Рисунок 5 - График зависимости вероятности P(tp) от времени работы
Таблица 1 - Интенсивность отказов радиокомпонентов
Наименование радиокомпонента λо 10 - 6, 1/ч Диоды кремниевые: Выпрямительные Универсальные Импульсные
Стабилитроны 0,2
0,1
0,5
0,1 Транзисторы кремниевые малой мощности: Низкочастотные Среднечастотные Высокочастотные 0,5
0,25
0,2 Транзисторы кремниевые средней мощности:
Среднечастотные Высокочастотные 1,3
0,5 Транзисторы полевые: 0,1 Конденсаторы:
Керамические, пленочные
Электролитические алюминиевые 0,05
0,05 Резисторы постоянные:
Непроволочные
Проволочные ИМС 2...3 Коммутационные изделия (переключатели, кнопки) 1,0 Трансформаторы 0,8 Один контакт соединителя типов:
РМ
СНЦ
РН
СНП 0,003
0,002
0,02
0,005 Пайка 0,005 Таблица 2 - Значения коэффициента α - влияния температуры
Т, °С
Значение α при Кн равном: 0,1 03 0,5 0,8 1 КРЕМНИЕВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ 20 0,02 0,05 0,15 0,5 1 40 0,05 0,15 0,30 1 - 70 0,15 0,35 0,75 - - КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ 20 0,15 0,20 0,35 0,65 1 40 0,20 0,30 0,50 1,00 1.4 70 0,30 0,50 0,75 1,5 2,2Продолжение таблицы 2 БУМАЖНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ 20 0,35 0,55 0,70 0,85 1,0 40 0,50 0,60 0,80 1,0 1,2 70 0,7 1,0 1,4 1,8 2.3 ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ 20 0,55 0,65 0,75 0,90 1,0 40 0,65 0,80 0,90 1,1 1,2 70 1,45 1,75 2.0 2,5 2,8 МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЛИ МЕТАЛЛООКСИДНЫЕ
ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ 20 0,40 0,50 0,65 0,85 1,0 40 0,45 0,60 0,80 1,1 1,35 70 0,50 0,75 1,00 1,5 2 СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ 20 0,40 0,43 0,45 0,55 1 40 0,42 0,50 0,60 0,90 1,5 70 1,5 2.0 3,1 6,0 10,0 Таблица 3 - Исходные данные и расчётные величины
НаименованиеТипКоличество nТемпература окружающей среды t, Фактическое значение параметра, определяющего надежностьНоминальное (предельное) значение параметра определяющего надежностьКонструктивная характеристикаКнα λо 10 - 6, 1/чλi = λо α 10 - 6λс = λi n, 10 - 6123456789101112РезисторМЛТ-
0,1251620P=0,070 ВтPн=0,125 ВтМетал-оксидный0,560,650,040,0260,416МЛТ-1120P=0,192 ВтPн=1 Вт0,1920,40,040,0160,016КонденсаторКМ-5б420U = 10 ВUн = 50 ВКерамический0,20,170,050,00850,034Продолжение таблицы 3К50-30
(16 В)120U = 10 ВUн = 16 ВЭлектролитический, алюминиевый0,6250,750,50,3750,375К50-30
(10 В)120U = 1,6 ВUн = 10 В0,160,550,50,2750,275ТранзисторКТ315Б320Pc= 73 мВтPc max= 150 мВтКремниевый0,480,150,20,030,09КТ817Г120Pc= 700 мВтPc max= 1 Вт0,70,51,30,0650,065ДиодКД522Б820I = 45 мАImax = 100 мА0,450,150,20,030,24КЦ407А120I = 0,35 АImax = 0,5 А0,60,150,20,030,03АЛ307Б120I = 13 мАImax = 25 мА0,520,150,10,0150,015Д815Г120I = 350 мАImax = 800 мА0,4370,150,10,0150,015ТрансформаторТП-112-8-1120P= 2 ВтPн= 7 ВтБроневой0,280,430,80,3440,344 2.2 Расчет печатного монтажа
Исходными данными для расчета являются:
- Напряжение вторичного источника питания: U2 = 10 В.
- Максимально возможный ток через печатный проводник Imax = 0,5 А.
- Материал печатной платы: фольгированный стеклотекстолит.
- Метод изготовления печатной платы - химический.
- Методы получения рисунка - офсетная печать.
- Размер платы: 87,50 82,50 мм.
- Резистивное покрытие печатных проводников - припоем ПОС-61.
Определяется минимально допустимое расстояние (зазор) между двумя печатными проводниками из таблицы 4, исходя из максимального рабочего напряжения в электрической схеме:
Таблица 4 - Допустимое рабочее напряжение между проводниками печатной платы
МатериалНапряжение, В, не более при расстоянии между проводниками, мм0,150,20,250,30,40,50,60,811,52,5Гетинакс--305075100125175250400450Стеклотекстолит2025305075100125175250400500 Минимально допустимое расстояние (зазор) между двумя печатными проводниками равен 0,15 мм, при напряжении 20 В.
Определяется минимально допустимая ширина проводника:
bmin Imax /(hп × Iдоп),(14)
где Imax - максимально возможный ток через печатный проводник, А;
hп = hФ+ hnm + hr - толщина печатных проводников, мм;
hФ - толщина фольги(0,035 мм);
hnm - толщина предварительно осажденной меди (0,005 мм);
hr - толщина наращенной гальванической меди (0,05 мм);
Iдоп - допустимое значение плотности тока (30 А/м2).
bmin 0,5 /( (0,035+ 0,005 + 0,05) × 30) = 0,185 мм
Определяется падение напряжения на печатном проводнике:
UПП = ρl ∕ (hn bmin), (15)
где р - удельное сопротивление печатного проводника (0,02 Ом × мм2/м);
l - длина проводника, мм;
bmin - минимальная ширина проводника, мм.
UПП = 0,02 × 30 ∕ (0,09 × 0,185) = 36,03 В
Определяется мощность потерь:
Pп = 2π f СU2paбtgδ,(9)
где f - рабочая частота, Гц;
Upaб - рабочее напряжение, В;
С - паразитная емкость печатной платы, пФ;
tgδ - тангенс угла потерь, например для стеклотекстолита он равен 0,002.
Паразитная емкость находится по формуле:
С = 9 ×10 -3 ε SПП ε ∕ hп ,(16)
где ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, для стеклотекстолита ε = 5;
hп - толщина платы, мм; SПП - суммарная площадь печатных проводников, мм2.
С = 9 ×10 -3 × 5 × 831,7 ∕ 2 = 18,71 пФ
Суммарная площадь печатных проводников находится по формуле:
SПП = Sкпл + Sпр,(11)
где Sкпл - площадь контактных площадок, мм2;
Sпp - суммарная площадь печатных проводников в виде линий, мм2.
SПП = 467,2 + 364,5 = 831,7 мм2
Площадь контактных площадок находится по формуле:
Sкпл = n (π R2k - π R2отв),(12)
где Rk - радиус контактной площадки, мм;
Rотв - радиус отверстия, мм;
n - количество контактных площадок.
Sкпл = 124 × (3,14 × 2 - 3,14 × 0,8) = 467,2 мм2
Суммарная площадь печатных проводников в виде линий:
Snp = bl,(13)
где b - ширина печатного проводника, мм;
l - общая длинна печатных проводников, мм.
Snp = 1 × 364,5 = 364,5 мм
Определяется площадь металлизации: Sмет = Sпп + Sмapк + Syo,(14)
где Sпп - суммарная площадь печатных проводников, мм;
Sмapк - маркировка отдельных ЭРЭ;
Syo - условное обозначения платы.
Рассчитанное значение Sмeт заносится в технические требования к чертежу печатной платы (графическая часть КП). УДАЛИТЬ!
Паразитная поверхностная емкость между соседними проводниками рассчитывается по следующей формуле:
С = Кп lп ε,(15)
где Кn - коэффициент, зависящий от ширины проводников и их взаимного расположения, Кn = 0,8 (см. с.307, Рис.13.4 [11]);
lп - длинна взаимного перекрытия проводников, см; ε - диэлектрическая проницаемость материала платы.
С = 0,8 × 1,8 × 5 = 7,2 пФ
Величина паразитной взаимоиндуктивности между двумя параллельными печатными проводниками определяется по формуле:
M=2l(ln2l/D-1),(16)
где М - взаимоиндукция в 10-9 Гн;
ln - натуральный логарифм;
l - длина проводников, см; D = d + b - расстояние между центрами (осями) проводников, см.
M=2 × 1,8 × (ln3,6/0,5-1) = 9,22 нГн
3 Конструкторская часть
3.1 Формирование конструкторского кода обозначения изделия
Структура обозначения пояснительной записки ПЗ КП должна содержать четырёхзначный код организации-разработчика - "БГПК.", шестизначный код специальности - "390202.", трёхзначный порядковый номер учебной группы - "Р35" и шифр (код) документа - не более четырех знаков - "КП ПЗ" в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 - Структура кода ПЗ КП
Итоговый код пояснительной записки: "БГПК. 390202. Р-35. КП ПЗ".
Каждое обозначение начинается с четырехбуквенного кода организации разработчика, для радиотехнического отделения УО "Брестский государственный политехнический колледж" применяется аббревиатура "БГПК." с точкой после четырех букв. Далее следует шесть цифр кода классификационной характеристики и точка после них.
Первые две цифры кода обозначают класс изделия в соответствии с классификатором ЕСКД:
"42" - устройства и системы контроля и регулирования параметров технологических процессов, средства телемеханики, охранной и пожарной сигнализации.
Третья цифра - подкласс изделия:
"5" - средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации.
Четвертая цифра - группа изделия:
"1" - извещатели охранные и охранно-пожарные.
Пятая цифра - подгруппа:
"3" - акустические. Шестая цифра - вид:
"2" - звуковые.
Порядковый регистрационный номер присваивается в пределах цифр от 001 до 999. Для изделия, спроектированного в КП - последние две цифры зачетной книжки - "009".
Окончательный сформированный код: "БГПК. 425132."
Шифр (код) документа в обозначении не основных конструкторских документов:
- Схема электрическая структурная: "БГПК. 425132. КП Э1"
- Схема электрическая принципиальная: "БГПК. 425132. КП Э3"
- Перечень элементов: "БГПК. 425132. КП ПЭ3"
- Сборочный чертеж: "БГПК. 429135. КП СБ" (9135 - код сборочного чертежа)
Код печатной платы:
Класс "75" - детали радиоэлектронные крепёжные.
Третья цифра - подкласс изделия:
"8" - крепёжные, радиоэлектронные платы печатные;
Четвёртая цифра - подкласс изделия:
"7" - платы печатные на жестком основании.
Пятая цифра - подгруппа:
"1" - в плане прямолинейные с печатными проводниками, односторонние.
Шестая цифра - вид:
"5" - от 80 до 125 мм.
3 Экспериментальная часть
3.1 Описание конструкции блока питания
Разрабатываемый блок питания состоит из трансформатора, печатной платы, на которой размещаются электрорадиоэлементы.
Корпус сделан из плотного картона, скреплён при помощи клея и скрепляющих металлических элементов. Боковая крышка открывается, что обеспечивает простоту в замене деталей при неисправности. Габаритные размеры составляют 18,5×9,5×5 см, что делает его проще в использовании. Вес 330г. Печатная плата.
Печатная плата сделана из стеклотекстолита толщиной 2мм химическим методом, при котором выполняется травление незащищенных участков фольги на поверхности диэлектрика; детали должны располагаться от платы на расстоянии не менее 1,5мм; лужение производить припоем ПОС-61 при температуре 183Сº. К корпусу печатная плата крепится тремя шурупами длиной не более 9 мм.
Порядок сборки блока питания.
Сборка печатной платы;
Сборка корпуса;
Размещение блока питания в корпусе и крепёж платы к корпусу;
Проверка на работоспособность.
3.2 Проверка на работоспособность
Диагностику блока питания начинают с контроля выходного напряжения. Если его нет, проверяют последовательно фильтр, выпрямительное устройство и трансформатор на отсутствие замыканий и разрывов.
Диагностику стабилизатора напряжения начинают с проверки выходного напряжения. При его отсутствии определяют напряжение на входе стабилизатора. Его наличие говорит о дефекте в стабилитроне. В противном случае поиск неисправностей необходимо перенести на выпрямитель и трансформатор. Проверка на работоспособность проводится на номинальных напряжениях и токах.
Структурная схема проверки:
220ВRН
Рисунок 9 - Структурная схема проверки
Заключение
В ходе проведенных работ был разработан и собран источник вторичного электропитания, а также рассчитан его режим теоретически. Был осуществлен разбор понятия источников питания и их разновидностей. Также был принят во внимание вопрос о применении блока питания. Так как у него на выходе 5 В он применяется для питания плеера, телевизионной антенны и много другого.
С помощью расчетов были получены различные параметры разработанного устройства: потребляема мощность, выходное напряжение и другие, а также различные характеристики. Также получены навыки в разработке структурной и принципиальной схем, выборе элементной базы. Электрорадиоэлементы были выбраны для обеспечения надежной работы каждого узла. При этом были использованы элементы: имеющие широкое применение, простоту сборки, минимальную стоимость и т.д. Все элементы были выбраны на основании расчетов, изложенных в разделе 2.
При помощи расчетов также были рассчитаны все рабочие узлы, из которых состоит блок питания: трансформатор, выпрямитель, стабилизатор. Параметры рассчитанных элементов были сравнены со справочными.
В заключении необходимо отметить, что в наше время создание экономичных, дешевых и надежных источников вторичного электропитания является исключительно важной задачей.
Список использованных источников
[1] Аксенов, А.И. Мощные транзисторы в радиоустройствах/ А.И. Аксенов,
Д.Н. Глушкова. М., 1974.
[2] Грумбина, А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлетронных устройств/ А.Б. Грумбина. М., 1990.
[3] Вересов, Ю.П. Стабилизаторные источники питания радиоаппаратуры/ Г.П. Вересов, Ю.Л. Смуряков. М., 1978.
[4] Артамонов, Б.И. Источники электрических радиоустройств/ Б.И. Артамонов, А.А. Бокуняев. М.,1982. [5] Ермолин, Н.П. Расчет трансформаторов малой мощности/ Н.П. Ермолин. Л., 1969.
[6] Ефимов, И.П. Источники питания РЭА: Учебное пособие/ И.П. Ефимов, Ульяновск. 2002.
[7] Источники вторичного электропитания( Проектирование РЭА на интегральных микросхемах)/ под ред. Ю.Н. Конева. М., 1983.
[8] Китаев, В.Е. Проектирование источников электропитания устройств связи. Учебное пособие / В.Е. Китаев, А.А. Бокуняев. М., 1972.
[9] Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры / под ред. Р.Г. Варламова. М., 1972.
[10] Попов, В.С. Теоритическая электротехника / В.С. Попов. М., 1990.
[11] Шангин, Ю.В. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры / Ю.В. Шангин. Мн., 1998.
[12] Шустов, М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилитроны. кн. 2 / М.А. Шустов. М., 2002. Министерство образования Республики Беларусь
УО "Брестский государственный политехнический колледж"
Радиотехническое отделение
Курсовой проект
по дисциплине "Конструирование радиоэлектронных средств"
Тема: "Источник питания стабилизированный"
ПОЯСНИТЕЛНАЯ ЗАПИСКА
БГПК. 390202. Р35 КП ПЗ
Проект защищён с отметкой Руководитель проекта
_____________ ________________ А.Н.Басалаев
(отметка) (подпись) Выполнил уч-ся гр.Р35 курс2 Г.А.Юлов
2012
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
435
Размер файла
365 Кб
Теги
пояснительная, записка
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа