основная часть (Восстановлен) (Восстановлен). К аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на электровакуумных лампах
Скачать 1.52 Mb.
|
2.1.2 Расчет параметрического стабилизатора Исходные данные (номинальные значения): выпрямленное напряжение в нагрузке UОН=12В; выпрямленный ток в нагрузке IО=0,8 А; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке kП.Н.=1%; напряжение сети U1=220 В; частота сети fС=50 Гц; рабочий диапазон температур ΔТОКР= -50÷60ºc; мощность в нагрузке РОН= UОН· IО=12*0,8=9,6 В·А Применяется однофазная мостовая схема выпрямления с фильтром, начинающимся с конденсатора, который обозначается С3. Коэффициент пульсации выпрямленного напряжения принимается Kп.вх=15% Напряжение на выходе схемы выпрямления Uo=Uoн[1+0,01(∆Uф/ Uoн)]=12(1+0,0110)=13,2 B Основные параметры диодов схема определяются по [таблице 1], согласно которой приблизительное значение Iпр.и.п.=3,5Io=3,50,8=2.8 A; Iпр.ср=Io/2=0,8/2=0.4 A; Uобр.и.п.=1,5Uo=1,513,2=19,8 B В соответствии с этими данными выбираем диодную сборку RS407 со следующими параметрами при окружающей температуре -60 +130%; Iпр.ср.max=4 А> Iпр.ср; Uобр.max=1000 B> Uобр.и.п; Iпр.и.max= 6Iпр.ср.max=60> Iпр.и.прибл.; Uпр.ср=1B Таким образом, Nпосл=1 1. Активное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое ко вторичной обмотке, определяется согласно формуле (11) (11) 2. Дифференциальное сопротивление диодов определяется согласно формуле (12): (12) 3. Активное сопротивление фазы выпрямителя определяется согласно формуле (13) ro=2rдиф+rтр (13) ro=20.83+1.3=2.99 Ом 4. Индуктивность рассеяния обмоток трансформатора определяется согласно формуле (14) (14) 5. Соотношение между активным и реактивным сопротивлением фазы выпрямителя определяется по формуле (15) (15) φ=2,2º 6. Вспомогательный коэффициент определяется по формуле (16) (16) 7. Расчетные коэффициенты B, D, F и H определяются по графикам: B=1,6; F=3,7; D=1,8; H=49000 8. Уточняется значение Iпр.и (17) ; Iпр.и=1.48А<4А Таким образом, вентиль RS407 по току выбран правильно. 9. Электрические параметры трансформатора. U2= BUo=1,613,2=18,5 B (18) (19) (20) Pг=1,5Ро=1,5UoIo=1,513,20.8=15,8 BA (21) 10. Проверка выбранного диода по обратному напряжению: Uобр=1,41U2=1,4118,5=26 B < 1000 B Таким образом, по обратному напряжению вентиль RS407 выбран правильно. 11. Входная емкость фильтра С3 определяется согласно формуле (22) где =15% (22) Принимаем ближайшее стандартное значение С3=2200 мкФ. Выбираем конденсатор Samsung 9105 с Uраб=25 В. Коэффициент пульсации, соответствующий С3 определяется по формуле (23) (23) 2.1.3 Расчет диода Требуется рассчитать токоограничивающий резистор для питания диода Схема включения диода приведена на рисунке 7. Рисунок 7 – Схема включения диода Расчёт резистора производится по формуле: R = U – dU/I (24) где R – сопротивление резистора; U – напряжение питания; dU – падение напряжения; I – номинальный ток светодиода. Выбираем диод с номинальным напряжением 3,15В и номинальным током 0,02А. R = 5 – 3,15 / 0,02 = 92,5 Ом. Выбираем резистор 100 Ом. 2.2 Расчет надежности изделия Исходные данные вносим в таблицу 1, в которой содержится перечень, тип и количество используемых компонентов, и произведем их анализ. Надёжность – свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах. Надежность РЭС в конечном итоге зависит от количества и качества входящих в него элементов и от условий его эксплуатации. Качественными характеристиками надежности являются безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость. Если при работе или хранении аппаратуры произошло нарушение работоспособности изделия, то такое событие называют отказом. Отказы могут быть внезапными и постепенными. При конструировании аппаратуры необходимо принимать меры по повышению ее надежности. Необходимо также учитывать, что надежность можно повысить на этапе проектирования, производства и эксплуатации. Количественные характеристики надежности вводятся с целью сравнения различных типов изделий или образцов изделий одного и того же типа. Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени tp: О < P(tp) < 1. Эта формула дает возможность определить какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени tp. Вероятность безотказной работы можно определить по формуле: P(tp) ≈ b / а , (25) где b – количество ЭРЭ, работающих исправно; а – общее количество ЭРЭ. Вероятность безотказной работы, кроме зависимости от физических свойств ЭРЭ, зависит также от времени tp, в течении которого изделие должно работать безотказно: P(tp) = e– λtр, (26) где е - основание логарифма; λ - интенсивность отказов; tp - время безотказной работы. Расчёт надёжности РЭС производится по методике, изложенной в [11], и осуществляется в следующем порядке: а) Необходимо проанализировать исходные данные, в которых содержатся: - Перечень используемых компонентов; - Количество используемых компонентов; - Температура окружающей среды и фактическое значение параметра α, определяющего надежность. б) Составляем таблицу аналогичную таблице 2.3 [11], в которой находятся наряду с исходными данными, также и расчетные величины. в) По данным, содержащимся в справочниках и ТУ на радиокомпоненты, определяем значение параметра, определяющего надежность и конструктивную особенность. Данные вносятся в графы 6 и 7 таблицы 2.3 [11]. г) По формулам (2.7 - 2.10) [11] производим расчёты коэффициента нагрузки: Таблица 1 – Перечень, тип и количество используемых компонентов
По формулам (2.7 - 2.10) [11] производятся расчёты коэффициента нагрузки: Резисторы: , (27) где – фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе; – номинальная мощность, рассеиваемая на резисторе. МЛТ – 0,125: Кн = 0,008 / 0,0125 = 0,064 Конденсаторы: , (28) где – фактическое напряжение, прикладываемое к конденсатору; – номинальное напряжение, прикладываемое к конденсатору. К50 – 35: Кн = 24 / 25 = 0,96; К10 – 5: Кн = 5 / 100 = 0,05. Диоды: , (29) где – фактическое значение проходящего тока; – номинальное значение проходящего тока. RS407: Кн = 1 / 3 = 0,33; Д814б: Кн = 1,2 / 3 = 0,4; АЛ301А: Кн = 0,02 / 0,02 = 1. Микросхемы: , (30) где – фактическое напряжение питания ИМС; – максимальное напряжение питания ИМС. Pic16f870: Кн = 0,02 / 0,03 = 0,67; LM2931: Кн = 0,5 / 1 = 0,5. Трансформатор: , (31) где – фактическое напряжение; – номинальное напряжение. ТПП-207-220-35: Кн = 9 / 12 = 0,75 Индикаторы: , (32) где – фактическое напряжение; – номинальное напряжение. LTCS5461AS R: Кн = 3,3 / 5 = 0,66. Переключатели: , (33) где – фактическое напряжение; – максимальное допустимое напряжение. SB: Кн = 5 / 220 = 0,02; SA: Кн = 220 / 1000 = 0,022. Предохранитель: , (34) где – фактическое значение проходящего тока; – номинальное значение проходящего тока. ВП-1: Кн = 0,03 / 0,2 = 0,015. Кварцевый резонатор: , (35) где – фактическое напряжение; – номинальная напряжение. ZQ: Кн = 5 / 10 = 0,5. Транзисторы: Кн = Рс / Рс max, (36) где Рс – фактическая мощность рассеиваемая на коллекторе; Рс max – максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе. КТ315 : Кн = Рс / Рс max =0.25/0.150 = 0.16 КТ817 : Кн = Рс / Рс max =0.25/25 = 0.01 По таблице 2 интенсивности отказов определяем значение (интенсивность отказов) для каждого радиокомпонента. Таблица 2 – Интенсивность отказов радиокомпонентов
Таким образом получаются исходные данные: - резисторы ; - конденсаторы ; - конденсаторы ; - диоды ; - диоды ; - диоды ; - микросхемы ; - трансформатор - индикаторы - переключатели ; - предохранитель ; - кварцевый резонатор ; - транзисторы ; - пайка . Из таблицы 3 определяется также для каждого компонента дополнительный коэффициент , учитывающий значение температуры и коэффициента нагрузки (заносится в таблицу 5). Затем рассчитываем (интенсивность отказов с учетом температуры и коэффициента нагрузки) по формуле (37). , (37) где – коэффициент влияния температуры; – интенсивность отказов для группы компонентов. Таблица 3 – Зависимость от
Рассчитывается для каждого элемента: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; . Все значения заносятся в соответствующие графы таблицы 5. Для расчета учета влияния температуры выбирается температура . Рассчитываются (интенсивность отказов всех ЭРЭ) для каждой группы компонентов по формуле (36). , (38) где – число компонентов, входящих в группу; – интенсивность отказов группы компонентов. Рассчитывается для каждой группы компонентов: ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; . Находится значение интенсивности отказа для всего блока: (39) Все рассчитанные и исходные данные заносятся в таблицу 5, которая служит основанием для дальнейших расчетов. Определяется средняя наработка на отказ по формуле: , (40) при , получим: ; Рассчитывается значение вероятности безотказной работы для четырех значений времени работы узла РЭС по формуле: , (41) Расчет вероятности безотказной работы производится по формуле 41, результаты заносятся в таблицу 4 и отражаем на рисунке 8. Таблица 4 – Расчет безотказной работы изделия
Рисунок 8 – График безотказной работы
2.3 Расчет размера печатной платы При выполнении расчётов используются справочные данные о габаритных размерах электрорадиоэлементов (ЭРЭ) или производят измерения установочных размеров ЭРЭ с учетом выбранного способа размещения и крепления их на печатной плате. Для обеспечения оптимизации размещения ЭРЭ на печатной плате, размер платы должен выбираться (рассчитываться) с определённым запасом. Коэффициент запаса площади (плотности монтажа) для большинства узлов РЭС выбирают в пределах Кз = 1,0 – 2,5. Расчёт производится в следующей последовательности: Расчет площади, занимаемой всеми ЭРЭ данного типа в проектируемом печатном узле РЭС: Исходные данные для расчёта являются справочными данными: Установочная площадь: резисторы R3…R8, R10…R13: МЛТ – 0,125 – 38 мм2 (10 шт.); конденсаторы С2: К50 – 35 – 40 мм2 (1 шт.); конденсаторыС1,С4,С5: К10 – 5 – 40 мм2 (3 шт.); микросхемы DD1: pic16f870 – 350 мм2 (1 шт.); DA1: LM2931 – 35 мм2 (1 шт.); кварцевый резонатор ZQ1: 20,0 МГц – 40 мм2 (1 шт.). Коэффициент запаса (1 – 2,5) выбираем Кз = 2,5. Расчёт площади, занимаемой всеми ЭРЭ данного типа производится по формуле: , (42) где n(R,C,DD,DA,VT,BA) – количество ЭРЭ данного типа; Si – установочная площадь одного ЭРЭ данного типа в мм2; Рассчитываем площадь, занимаемую ЭРЭ соответствующего типа: ; ; ; ; . Расчёт общей площади элементов монтажа: . 4) Определяем установочную площадь всех элементов на плате с учетом площади уголков для крепления платы и площади монтажных проводов. Sуст.= Sобщ.* Куст , (43) где Куст - коэффициент установки. Куст.=1,2; Sуст.= Scум.*1,2 S уст = 969*1,2 =1163 мм2 5) Расчёт площади печатной платы с учётом коэффициента площади монтажа производится по формуле: , (44) где Sуст – общая площадь элементов монтажа; Кз – коэффициент запаса. Sпп = 1163*2,5 =2908 мм2 6) Выбирается соотношение сторон по удобству расположения и крепления платы в конструкции узла РЭС: 1:1. 7) Расчет размера сторон платы: , (45) Хр= (46) Хр = 54мм Длина платы с учетом кратности в соответствии с ГОСТ 10317 – 79 равна 55мм. Ширина платы 55мм. 2.4 Расчёт печатного монтажа Печатные платы обладают электрическими и конструктивными параметрами. К электрическим параметрам относятся: t – ширина печатного проводника; S – расстояние между печатными проводниками; b – радиальная ширина контактной площадки; R – сопротивление печатного проводника; C – емкость печатного проводника; L – индуктивность печатного проводника. К конструктивным параметрам печатных плат относятся: размеры печатной платы; диаметры и количество монтажных отверстий; диаметры контактных площадок; минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников. Расчет печатного монтажа производится в следующей последовательности: Исходные данные для расчета: максимальное рабочее напряжение в электрической схеме: 9В; максимально возможный ток через печатный проводник Imаx = 0,1 А; размер печатной платы равен 55*55 мм. Минимально допустимая ширина проводника: tmin Imax /( hФ х J),: (47) где I – ток, А, протекающий по проводнику– берется из исходных данных (О,1 А). hФ- толщина фольги hф = 0,05 мм); j – плотность тока, А/мм2. Максимально допустимая плотность тока для печатных проводников следующая: 30 А/мм2 для внешних слоев печатной платы бытовой аппаратуры; 20 А/мм2 для внешних слоев печатной платы специальной аппаратуры; 15 А/мм2 для внутренних слоев многослойной печатной платы. t = 0,1/0,05*30 = 0,07мм. Минимально допустимое расстояние (зазор) между двумя печатными проводниками. Минимальное расстояние S между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка, расположенные на наружном слое печатной платы, приведены в таблице 6. Расчёт минимального расстояния между двумя печатными проводниками производится исходя из максимального рабочего напряжения в электрической схеме. Для напряжения питания 9В, при использовании стеклотекстолита в качестве основания печатной платы, минимальное расстояние между проводниками составляет 0,2 мм. Таблица 6 – Допустимые рабочие напряжения
|