основная часть (Восстановлен) (Восстановлен). К аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на электровакуумных лампах

• Название: К аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на электровакуумных лампах
• Дата: 11.05.2021
• Размер: 1.52 Mb.
• Имя файла: основная часть (Восстановлен) (Восстановлен).doc
• Тип: Документы; #203692
• страница: 1 из 9

Введение

Широкое развитие радиоэлектроники и внедрение её во все отрасли науки и техники является реалией нашего времени. Применение радиоэлектронной аппаратуры во многом обуславливает огромный рост эффективности производства, повышение качества продукции, дает возможность научным достижениям. Практически во всех областях знаний прогресс немыслим без широкого использования электроники. Именно поэтому радиоэлектроника, зародившаяся всего несколько десятилетий назад, является бурно развивающейся областью техники. За это время радиоэлектронная аппаратура прошла несколько этапов развития, каждый из которых позволял резко увеличивать количество функций, которые выполняет аппаратура, повышать их сложность и одновременно при этом сокращать вес и размеры аппаратуры, повышать ее надежность и снижать потребление энергии.

К аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на электровакуумных лампах.

Ко второму поколению относится аппаратура, основу которой составляли полупроводниковые приборы.

Третьего поколение аппаратуры определили интегральные схемы среднего уровня интеграции. В аппаратуре резко уменьшилось количество элементов и соединений между ними. В связи с этим во много раз уменьшились масса и габариты, повысилась надежность и функциональность радиоэлектронных изделий.

Четвертое поколение – это аппаратура, построенная с использованием интегральных схем повышенной степени интеграции; аппаратура, в которой применяются большие интегральные схемы с программируемой логикой (микропроцессорные комплекты), позволяющие использовать цифровую обработку информации.

В настоящее время развиваются РЭС пятого поколения, в которых находят применение приборы функциональной электроники.

В современной радиоэлектроники нашли широкое применение однокристальные микроконтроллерные системы. Микроконтроллерные технологии очень эффективны. Одно и то же устройство, которое раньше собиралось на традиционных элементах, будучи собрано с применением микроконтроллеров, становиться проще. Оно не требует регулировки и меньше по размерам.

К основным тенденциям современной технологии производства РЭС относятся:

- Производство РЭС на безвыводных ЧИП-ЭРЭ и миниатюрных ЭРЭ с применением поверхностного монтажа;

- Применение инновационных технологий на базе новых материалов;

- Широкое применение систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

Технология (от греческого «techne» – мастерство и «logos» – учение) – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, а также сами процессы (технологические процессы), при которых происходят качественные изменения обрабатываемого объекта.

Новая технология – это, обладающая более высокими качественными характеристиками по сравнению с лучшими аналогами, доступными на данном рынке, пользующаяся спросом и удовлетворяющая формирующимся или будущим потребностям человека и общества.

Высокая технология – это, обладающая наивысшими качествами показателями по сравнению с лучшими мировыми аналогами, пользующаяся спросом и удовлетворяющая формирующимся или будущим потребностям человека и общества.

1 Общая часть

1. 
   Анализ технического задания
   

Анализ исходных данных, указанных в техническом задании, позволяет определить основные параметры разрабатываемого пробника многофункционального, а также уяснить назначение устройства и условия эксплуатации.

Преимущество разрабатываемого пробника многофункционального в том, что он является весьма простым как в управлении так и в изготовлении.

Первичное питание для пробника многофункционального - 220 В, 50 Гц. Вторичное электропитание должно составлять +9 В.

Устройство должно эксплуатироваться в умеренном климате. При этом категория условий эксплуатации - в помещениях с искусственным климатом (4). В закрытом помещении с искусственным регулированием климатических условий (вентиляция, отопление).

Режимы работы: логический пробник (предел измерений 0,8 – 3,7 В); генератор прямоугольных импульсов ( предел изменения от 0,5 мкс – до 5 мс); частотомер (предел измерений 1кГц – 100 МГц); счетчик событий; вольтметр (до 5 В); измеритель напряжение на p-n переходе; измеритель емкости конденсаторов (предел измерений 0,01 мкФ – 500 мкФ); измеритель индуктивности (предел измерений 0,01 мГн – 999,9 мГн);); генератор NTSC видеосигнала; генератор импульсов для сервоконтроллера (предел изменения от 1 - до 2 мс); генератор прямоугольных импульсов (частота от 1 Гц - до 9999 Гц); генератор случайных чисел (частота 10 кГц); генератор ИК импульсов (несущая частота 38 кГц); генератор ШИМ импульсов (частота 6 кГц).

Диэлектрические материалы необходимо подобрать так, чтобы не допустить пробивных напряжений (с большим удельным сопротивлением).

Для обеспечения надежности функционирования устройства при воздействии влаги необходимо применить влагозащитные материалы (лаки, компаунды).

Для обеспечения механической прочности изделия нужно выбрать материал печатной платы с достаточной прочностью (стеклотекстолит).

Для защиты от вибраций, печатную плату необходимо надежно закрепить в корпусе.

Органы управления и индикации, необходимо вынести на переднюю панель и надежно закрепить.

Вес прибора составляет не более 300 г.

Габариты изделия должны быть не более 125x70x30 мм.

Средняя наработка на отказ должна быть не менее 10⁵ ч.

Месячные программы запуска 663 шт, выпуска - 650 шт.

На основании характеристик типов производства изготовление пробника многофункционального, можно отнести к серийному производству.

2. 
   Разработка электрической структурной схемы
   

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. Выбирается модель, имеющая оптимальные показатели качества.

Функциональное наращивание. На основе технического задания составляется перечень функций, которые должно реализовывать разрабатываемое устройство. В соответствии с функциями приводится перечень устройств реализующих эти функции и строится структурная схема.

Для правильного выбора структурной схемы целесообразно из существующих методов выбрать метод функционального наращивания.

Таким образом, основными функциями пробника многофункционального являются:

• 
  формирование сигналов для индикатора, приём сигнала на вход и формирование сигнала на выход. Данную функцию может выполнять микроконтроллер;
  
• 
  переключение режимов работы. Данную функцию может выполнять панель управления;
  
• 
  отображение информации. Эту функцию может выполнять устройство индикации;
  
• 
  вторичное электропитание устройства. Данное устройство обеспечит питание пробника и позволит включать его в сеть.
  

Из вышесказанного следует, что в состав часов со светодиодной индикацией входят следующие устройства:

1. 
   микроконтроллер;
   
2. 
   панель управления;
   
3. 
   устройство индикации;
   
4. 
   блок питания.
   

Тогда электрическая структурная схема будет иметь вид, представленный на рисунке 1.



1.3 Разработка схемы электрической принципиальной

Принципиальная электрическая схема разрабатывается на основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы. Задача разработки электрической схемы проектируемого устройства заключается в выборе и обосновании принципиальных схем каскадов для реализации структурной схемы.

Вначале производится анализ известных схемных решений проектируемого каскада, приводится схема одного из них. И на основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы выбирается наиболее подходящая электрическая схема. Критерии выбора: простота, надежность, дешевизна при выполнении заданных требований. Она может быть дополнена, усовершенствована новыми схемными решениями.

Исходя, из разработанной структурной схемы пробника многофункционального принципиальная схема состоит из следующих функциональных узлов:

1. 
   микроконтроллер;
   
2. 
   панель управления;
   
3. 
   устройство индикации;
   
4. 
   блок питания.
   

В качестве управляющего устройства целесообразно выбрать микроконтроллер типа picl6f870 с кварцевым резонатором. Микроконтроллер серии picl6f870 производителен и экономичен. Имеет удобный для разводки платы и пайки корпус. Расстояния между ножками относительно большое. Широко доступен в продаже. Недорогой. Условное графическое обозначение микроконтроллера приведено на рисунке 2.



Рисунок 2 – Условно графическое обозначение микроконтроллера
В качестве устройства индикации целесообразно использовать светодиодные индикаторы, т.к. они дешевы и надежны, обеспечивают достаточную яркость свечения сегментов. Условное графическое изображение индикатора приведено на рисунке 3.


Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная устройства индикации
Для данного устройства, целесообразно использовать блок питания, обеспечивающий наличие стабилизированного напряжения +9В. Для получения данных напряжений необходимо использовать стабилизатор на +9В. Схема электрическая принципиальная источника питания показана на рисунке 4.

Таким образом, электрическая принципиальная схема пробника многофункционального, имеет вид, представленный на рисунке 5.


Рисунок 4 – Электрическая принципиальная схема источника питания

1.4 Выбор элементной базы
Данный подраздел тесно связан с разработкой принципиальной схемы. Следует стремиться к максимальной микросхемизации разрабатываемого узла, но и учитывать возможности учебной материальной базы производственных мастерских радиотехнического цикла.

Выбор электрорадиоэлементов (ЭРЭ) должен быть сделан так, чтобы обеспечить надежную работу узла, блока. При этом необходимо стремиться к выбору недорогих элементов и имеющих широкое применение в современных радиоаппаратах и добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и эксплуатации. Все ЭРЭ выбираются по справочной литературе и техническим условиям (ТУ).

В соответствии с разработанной принципиальной схемой, выбираем электрорадиоэлементы для проектируемых часов со светодиодной индикацией выбираем:
Резисторы R11…R13постоянные непроволочные резисторы, имеют минимальную ватность – 0,125Вт, с максимальным отклонением от номинального значения сопротивления 5%; ТКС = 0,001; максимальное рабочее напряжение U_{раб мах} = 200В. Выбираем резисторы типа МЛТ, так как они имеют малый вес, стоимость, габариты и паразитные параметры.

R1,R7 – 100 Ом, МЛТ-0,125;

R2 – 510 Ом, МЛТ-0,125;

R3– 20 Ом, МЛТ-0,125;

R4– 150 Ом, МЛТ-0,125;

R5– 470 Ом, МЛТ-0,125;

R6,R10,R11,R12,R13 – 10 кОм, МЛТ-0,125;

R8 – 100 кОм, МЛТ-0,125;

R9 – 1 кОм, МЛТ-0,125;

Конденсаторы C2,C3 конденсаторы постоянной емкости оксидно-электролитическиe алюминиевыe, рассчитанные на максимальное напряжение 25В, с максимальным отклонением от номинального значения емкости 10%, ТКЕ = 0,01.Выбираем конденсаторы К-10-35, они обладают большой емкостью, в пересчете на единицу объема, низкой ценой и доступны.

С2 – 100 мкФ 0,4; U_н(1,3-1,5);U_раб=25В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰;

С3 – 2200 мкФ 0,4; U_н(1,3-1,5);U_раб=25В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰.

Конденсаторы C1,C4,С5 конденсаторы постоянной емкости керамические, с рабочим напряжением ниже 1600В, с максимальным отклонением от номинального значения емкости 10%, ТКЕ = 0,01. Выбираем конденсаторы К-10-5, они позволяют получить высокую емкость в единице объема, имеют стабильную емкость, устойчивы к изменениям температуры.

С1 – 0,1 мкФ 0,4; U_н=50В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰;

С4,С5 – 22 пФ 0,4; U_н=50В;ТКЕ=10^-3 1/С⁰.

Диоды VD1…VD4: RS407 - диодная сборка. Выбираем RS407 – кремниевый диффузионный диод, он соответствует всем параметрам, стабилен в работе, доступен в цене. Максимальный прямой ток – 4 А, максимальное обратное напряжение – 1000В, температура окружающей среды -60 +130 С⁰. VD5: д814б – стабилитрон малой мощности. Номинальное напряжение стабилизации – 9В, максимальная мощность 340Вт. HL1: АЛ301А – светодиод. Номинальное напряжение - 3,15В, ток – 20 мА.

Трансформатор выбираем трансформатор ТПП-207-220-35. Это малогабаритный дешевый трансформатор, использующийся для питания п/п приборов .

Параметры:

• 
  f = 50 Гц;
  
• 
  U₁ = 220 B;
  
• 
  U₂ = 9 В.
  

_{Микросхема DD1: pic16f870 – микроконтроллер. 3,5 кб флеш-памяти команд, 128 б электрически программируемой памяти, 128 б статической памяти DA1: LM2931 – стабилизатор напряжения. Данная микросхема предназначена для вторичных источников питания, является стабилизатором фиксированного напряжения, недорога и доступна в продаже.}

Параметры:

• 
  диапазон рабочих напряжений – 25 В;
  
• 
  максимальный потребляемый ток 120 мА;
  
• 
  напряжение стабилизации – 5 В;
  
• 
  диапазон рабочих температур составляет от -65С⁰ - +150 С⁰.
  

Индикатор выбираем семисегментный, недорогой удовлетворяющий данным параметрам. HG1-HG4: LTC5461AS R - индикатор семисегментный. Потребление тока менее 30мА. Отображение информации: 4 символа 7 сегментов.

Кварцевый резонатор выбираем среднечастотный резонатор, имеющий стабильность и точность частоты удовлетворяющую бытовым приборам. Недорогой. Максимальное отклонение от номинала составляет 0.1%.

ZQ1: 20 МГц.

Аккумуляторная батарея. Напряжение – 9В, ток – 800 мА.

Предохранитель выбираем быстродействующую малогабаритную плавкую вставку ВП-1. FU1: ВП-1 – керамический предохранитель, 250В,0,2А.

Переключатели SB1,SB2 – кнопочные без фиксации и с возвратом в исходное состояние. SA1,SA2 – с фиксацией.

XP1 – шнур питания подключения к устройству.

XS1 – гнездовой соединитель.

Транзисторы КТ315 – кремниевый высокочастотный биполярный транзистор малой мощности n-p-n – проводимости в корпусе КТ – 13. КТ817 – кремниевый биполярный транзистор.



2 Расчетная часть

2.1 Электрический расчет каскадов

2.1.1 Расчет маломощного трансформатора
Расчет маломощного трансформатора осуществляется на основе методики, изложенной .

Расчет трансформатора целесообразно начать с выбора магнитопровода, т. е. определения его конфигурации и геометрических размеров.

Наиболее широко распространены три вида конструкции магнитопроводов, приведенные на рис. 3.

Для малых мощностей, от единиц до десятков Вт, наиболее удобны броневые трансформаторы. Они имеют один каркас с обмотками и просты в изготовлении.

Трансформатор с кольцевым сердечником (торроидальный) может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, торроидальные являются вместе с тем и наименее технологичными (удобными) в изготовлении.



Рисунок 6 - Конструкции магнитопроводов трансформаторов: а) броневого пластинчатого; б) броневого ленточного; в) кольцевого ленточного

Исходные данные: напряжение сети U₁=220 B; частота сети f=50 Гц; параметры вторичной обмотки U₂=9 В, I₂=0,8 А.

Мощность трансформатора в соответствии с формулой (1):

Р_г=U₂•I₂ (1)

P_г=9*0,8=7.2 B•A

Выбираем сталь 1511, магнитопровод из пластин толщиной 0,5 мм, у которого k_C=0,93, а так же находим параметры, соответствующие P_г=7,2 B•A, а именно, В=1,1 Тл, J=4,8 A/мм², k₀=0,22, η=0,85

Ток I1 в соответствии с формулой (2) и с учетом, что cosφ=0,9:

(2)



Исходная расчётная величина ScSo в соответствии с формулой (3) определяется:

(3)

см⁴

Согласно полученному ScSo вбираем броневой магнитопровод из пластин Ш20х32, у которого ScSo=64 см⁴ со следующими параметрами: а=20 мм, с=20 мм, h=50 мм, b=12 мм, Sc=5,82 см²

Число витков в обмотках трансформатора согласно формулам (4) и (5):

(4)

(5)

где =5÷4, =10÷8



Сечение проводов обмоток в соответствии с формулой (6) определяется:

(6)



По найденным сечениям проводов для провода марки ПЭВ-1 находим соответствующие диаметры проводов обмоток с изоляцией. Таким образом,

d1=0,135 мм, d2=0,55 мм.

Определяем возможность размещения обмоток в окне выбранного магнитопровода, для чего производим расчёты согласно формулам (7), (8), (9):

– число витков в первичной обмотке в одном слое:

(7)

где h–высота окна магнитопровода, мм;

ε1–расстояние обмотки до ярма, обычно ε1=2÷5 мм;

d1–диаметр провода обмотки, мм.

Полученное значение округляется до меньшего ближайшего числа.

– число слоёв обмотки:

(8)

Полученное значение округляется до большего ближайшего числа.

– толщина обмотки:

δ₁=m₁(d₁+γ₁) (9)

где γ₁ – толщина изоляционной прокладки, которая применяется, если напряжение между сломяи превышает 50 В (γ₁=0,05÷0,08 мм).

Обмотка ω₁:

Число витков в одном слое обмотки:

ω₁₁=(50–2•3.5)/0,135=319

Число слоёв обмотки

m₁=1478/319=4,6 Примем m₁=5

Толщина всей обмотки δ₁ с учётом, что γ₁=0

δ₁=5•0,135=0,675 мм.

Обмотка ω₂:

Число витков в одном слое обмотки:

ω₁₂=(50–2•3.5)/0,55=78

Число слоёв обмотки

m₂=58/78=0,74 Примем m₁=1

Толщина всей обмотки δ₂ с учётом, что γ₂=0

δ₂=1•0,55=0,55 мм.

Необходимая ширина окна определяется в соответствии с формулой (10):

С_НЕОБХ=k(ε₂+δ₁+ δ_1,2+ δ₂+ δ_2,3+…+ δ_N-1+ δ_N-1,N+ δ_N + ε₃)+ ε₄ (10)

где k–коэффициент разбухания обмоток за счёт неплотного прилегания cлоёв, k=1,2÷1,3;

ε₂–толщина изоляции между обмотками и стержнем, ε₂=1,0÷2,0 мм;

ε₃–толщина наружной изоляции катушки, ε₃=0,5÷1,0 мм;

ε₄–расстояние от катушки до второго стержня, ε₄=1÷4 мм;

δ_1,2, δ_2,3, …, δ_N-1,N–толщина изоляции между обмотками, она составляет 0,5÷1,0 мм.

Учитывается, что k=1,25; ε₂=1,5; δ_1,2= δ_2,3=0,75; ε₃=0,75; ε₄=2,5.

С_НЕОБХ=1,25(1,5+0.675+0,75+0,55+0,75+0,75)+2,5=8,7 мм.

Таким образом, С_НЕОБХ не превышает ширину окна выбранного магнитопровода, которая равна 20 мм, следовательно, обмотки трансформатора разместятся в окне данного магнитопровода.