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: 2 из 9

2.1.2 Расчет параметрического стабилизатора

Исходные данные (номинальные значения): выпрямленное напряжение в нагрузке U_ОН=12В; выпрямленный ток в нагрузке I_О=0,8 А; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке k_П.Н.=1%; напряжение сети U₁=220 В; частота сети f_С=50 Гц; рабочий диапазон температур ΔТ_ОКР= -50÷60ºc; мощность в нагрузке Р_ОН= U_ОН· I_О=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 K_п.вх=15%

Напряжение на выходе схемы выпрямления

U_o=U_oн[1+0,01(∆U_ф/ U_oн)]=12(1+0,0110)=13,2 B

Основные параметры диодов схема определяются по [таблице 1], согласно которой приблизительное значение I_пр.и.п.=3,5I_o=3,50,8=2.8 A; I_пр.ср=I_o/2=0,8/2=0.4 A; U_{обр.и.п.}=1,5U_o=1,513,2=19,8 B

В соответствии с этими данными выбираем диодную сборку RS407 со следующими параметрами при окружающей температуре -60  +130%; I_{пр.ср.max}=4 А> I_пр.ср; U_обр.max=1000 B> U_обр.и.п; I_пр.и.max= 6I_{пр.ср.max}=60> I_{пр.и.прибл.}; U_пр.ср=1B

Таким образом, N_посл=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)

r_o=2r_диф+r_тр (13)

r_o=20.83+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 I_пр.и

(17)

; I_пр.и=1.48А<4А

Таким образом, вентиль RS407 по току выбран правильно.

9. Электрические параметры трансформатора.

U₂= BU_o=1,613,2=18,5 B (18)

(19)

(20)

P_г=1,5Р_о=1,5U_oI_o=1,513,20.8=15,8 BA (21)
10. Проверка выбранного диода по обратному напряжению:
U_обр=1,41U₂=1,4118,5=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
<sub>Требуется рассчитать токоограничивающий резистор для питания диода

Схема включения диода приведена на рисунке 7.</sub>


Рисунок 7 – Схема включения диода
<sub>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.</sub>

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

Наименование компонента	Тип	Количество
1	2	3
Резисторы	МЛТ – 0,125	13
Конденсаторы	К50 - 35	2
	К10 - 5	3
Диоды	RS407 Д814Б АЛ301А	4 1 1
Микросхемы	Pic16f870 LM2931	1 1
Трансформатор	ТПП-207-220-35	1
Индикатор	LTCS5461AS R	1
Переключатели	SB SA	2 2
Предохранитель	ВП - 1	1
Кварцевый резонатор	20 МГц	1
транзистиры	КТ315 КТ817	1 1
Пайка		86

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.

<sub>К50 – 35: Кн = 24 / 25 = 0,96;

К10 – 5: Кн = 5 / 100 = 0,05.</sub>
Диоды:
, (29)
где – фактическое значение проходящего тока;

– номинальное значение проходящего тока.

<sub>RS407: Кн = 1 / 3 = 0,33;

Д814б: Кн = 1,2 / 3 = 0,4;

АЛ301А: Кн = 0,02 / 0,02 = 1.</sub>
Микросхемы:
_, (30)
где – фактическое напряжение питания ИМС;

– максимальное напряжение питания ИМС.

<sub>Pic16f870: Кн = 0,02 / 0,03 = 0,67;

LM2931: Кн = 0,5 / 1 = 0,5.</sub>
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.

<sub>SB: Кн = 5 / 220 = 0,02;

SA: Кн = 220 / 1000 = 0,022.</sub>
Предохранитель:
, (34)
где – фактическое значение проходящего тока;

– номинальное значение проходящего тока.

ВП-1: К_н = 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

Наименование радиокомпонента	λо 10 – 6, 1/ч
1	2
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 Стеклянные Бумажные Электролитические алюминиевые	0,05 0,1 0,1 0,5
Резисторы Непроволочные проволочные	0,04 0,05
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

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

Т, °C	Значение при равном:
	0,1	0,3	0,5	0,8	1
Кремниевые полупроводниковые приборы
40	0,05	0,15	0,30	1	-
Керамические конденсаторы
40	0,20	0,30	0,50	1	1,4
Бумажные конденсаторы
40	0,50	0,60	0,80	1	1,2
Электролитические алюминиевые конденсаторы
40	0,65	0,80	0,90	1,1	1,2
Металлооксидные тонкопленочные резисторы
40	0,45	0,60	0,80	1,1	1,35

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

Время работы (tр), ч.	Вероятность безотказной работы Р(tр)
100	0,999
1000	0,995
10000	0,948
100000	0,586

Рисунок 8 – График безотказной работы

Наименование	Тип	Количество	Температура окружающей среды	Фактическое значение параметра, определяющего надежность	Номинальное значение параметра, определяющего надежность	Конструктивная характеристика	Кн	α	λ0, 10-6 1/ч	λi, 10-6 1/ч	λс, 10-6 1/ч
Резисторы	МЛТ-0,125	13	40	P=0,008 Вт	Pн=0,125 Вт	МЛТ	0,064	0,4	0,04	0,016	0,208
Конденсатор	К50-35 К10-5	2 3	40	U=24 В U=5 В	Uн=25 В Uн=100 В	Электр.. Кер.	0,96 0.05	0,1 0,75	0,5 0,05	0,05 0,0375	0,1 0,113
Диоды	RS407 Д814Б АЛ301А	4 1 1	40	I = 1А I = 1,2А I = 0,02А	Iн = 3 А Iн = 3 А Iн = 0,02А	Si Si Si	0,33 0,4 1	0,15 0,2 0,8	0,15 0,1 0,1	0,0225 0,02 0,08	0,09 0,02 0,08
Микросхемы	pic16f870 LM2931	1 1	40	I =0,02 А I =0,5 А	I =0,03 А I =1 А	28выв. 3выв.	0,67 0,5	1	2	2	4
Трансформатор	ТПП-207	1	40	U=22 В	Uн=24 В	--	0,91	0,15	0,8	0,12	0,12
Индикаторы	LTCS5461ASR	4	40	U=3,3 В	Uн=5 В	--	0,66	0,005	0,2	0,01	0,04
Переключатели	SB SA	2 2	40	U=5 В U=220 В	Uн=220 В Uн=1000 В	--	0,2 0,22	0,2	0,05	0,01	0,04
Предохранитель	РП-1	1	40	I = 0,4А	Iн = 0,5 А	Кер.	0,8	1	0,05	0,05	0,05
Кварцевый резонатор	ZQ	1	40	I = 4А	Iн = 10 А	Кер.	0,4	0,3	0,1	0,03	0,03
Транзисторы	КТ315 КТ817	2	40	Pc=0.25Вт Рс =0.25Вт	Рс мах=0.125Вт Рс мах=25Вт	--	0,16 0.1	0,5	0,05	0,025	0,05
Пайка	--	86	0	--	--	--	--	1	0,005	0,005	0,43
ИТОГО											5,344

Таблица 5 – Расчет надежности изделия

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 К_з = 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;

S_i – 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.

S_уст.= S_общ.* К_уст , (43)
где Куст - коэффициент установки. Куст.=1,2;

S_уст.= S_cум.*1,2
S _уст = 969*1,2 =1163 мм²
5) Расчёт площади печатной платы с учётом коэффициента площади монтажа производится по формуле:
, (44)
где S_уст – общая площадь элементов монтажа;

К_з – 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)


Х_р=  (46)

Х_р = 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 I_mаx = 0,1 А;
  
• 
  размер печатной платы равен 55*55 мм.
  

1. 
   Минимально допустимая ширина проводника:
   

t_min Imax /( h_Ф х J),: (47)
где I – ток, А, протекающий по проводнику– берется из исходных данных (О,1 А).

h_Ф- толщина фольги h_ф = 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.

2. 
   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

Расстояние между элементами проводящего рисунка	Значение рабочего напряжения, В
	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2 мм	-	25
Св.0,2 '' 0,3 ''	30	50
'' 0,3 '' 0,4 ''	100	150
'' 0,4 '' 0,7 ''	150	300
'' 0,7 '' 1,2 ''	300	400
'' 1,2 '' 2,0 ''	400	600