Главная страница
Навигация по странице:

  • Рисунок 7 – Схема включения диода

  • 2.2 Расчет надежности изделия

  • Таблица 2 – Интенсивность отказов радиокомпонентов

  • Таблица 4 – Расчет безотказной работы изделия

  • Рисунок 8 – График безотказной работы

  • Наименование Тип Количество Температура окружающей среды

  • Конструктивная характеристика К

  • Таблица 5 – Расчет надежности изделия 2.3 Расчет размера печатной платы

  • 2.4 Расчёт печатного монтажа

  • Таблица 6 – Допустимые рабочие напряжения

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


    Скачать 1.52 Mb.
    НазваниеК аппаратуре первого поколения относят радиоэлектронную аппаратуру, построенную на электровакуумных лампах
    Дата11.05.2021
    Размер1.52 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаосновная часть (Восстановлен) (Восстановлен).doc
    ТипДокументы
    #203692
    страница2 из 9
    1   2   3   4   5   6   7   8   9

    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+0,0110)=13,2 B

    Основные параметры диодов схема определяются по [таблице 1], согласно которой приблизительное значение Iпр.и.п.=3,5Io=3,50,8=2.8 A; Iпр.ср=Io/2=0,8/2=0.4 A; Uобр.и.п.=1,5Uo=1,513,2=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=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 Iпр.и

    (17)

    ; Iпр.и=1.48А<4А

    Таким образом, вентиль RS407 по току выбран правильно.

    9. Электрические параметры трансформатора.

    U2= BUo=1,613,2=18,5 B (18)

    (19)

    (20)

    Pг=1,5Ро=1,5UoIo=1,513,20.8=15,8 BA (21)
    10. Проверка выбранного диода по обратному напряжению:
    Uобр=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
    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 = UdU/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) = eλtр, (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.

    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


    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 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.




    1. 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.

    1. 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
    1   2   3   4   5   6   7   8   9


    написать администратору сайта