Курсовая по схемотехнике. курсовая_Авдеев_2. 1. Общая часть 7 Описание структурной схемы 7
Скачать 1.35 Mb.
|
≈ RН. >> Ri.СодержаниеВведение 4 1.Общая часть 7 1.1.Описание структурной схемы 7 1.2.Описание принципиальной схемы УНЧ с регулятором тембра 9 1.3. Описание элементной базы 11 1.4. Технические характеристики устройства 12 2.Технологическая часть 13 2.1. Выбор и обоснование контрольно-измерительной аппаратуры, и технические характеристики приборов 13 2.2. Организация рабочего места 16 2.3. Охрана труда 18 2.4. Анализ работы схемы и составление таблицы типовых неисправностей 21 2.5. Разработка и сборка печатной платы устройства 23 3. Расчетная часть 25 3.1 Расчёт надёжности каскада устройства 25 Литература 29 ВведениеУНЧ (усилители низкой частоты) - электронный прибор, предназначен для усиления электрических звуковых колебаний. Одной из наиболее важных операций в электронике является усиление. На базе усилителей построены практически все электронные устройства. Усилители электрических сигналов классифицируются по ряду признаков: характеру усиливаемых сигналов; диапазону частот; назначению; электрическим характеристикам усиливаемого сигнала; типу усилительных (активных) элементов. Современная электроника предъявляет высокие требования к качественным показателям усилительных устройств. Несмотря на существующее многообразие типов ИМС, рассматриваемых как активные усилительные элементы, использование транзисторов во многих случаях практики является более предпочтительным. Так, например, ИМС не всегда могут выдержать конкуренцию в вопросах обеспечения больших уровней сигнала, малых уровней внутренних шумов, заданных верхних граничных частот, в ряде случаев гибкости получения конфигурации схем с качественными различными показателями и др. Проектирование усилительных устройств на транзисторах (дискретных элементах) является основой схемотехнического синтеза микросхем. Кроме того, сочетание при проектировании тех и других усилительных элементов может привести к более изящным техническим решениям, удовлетворяющим поставленным техническим задачам. Таким образом, проектирование усилителей на транзисторах является основой для успешного проектирования современных усилительных и аналоговых устройств. Усилители низкой частоты, предназначенные для усиления непрерывных периодических сигналов, частотный диапазон которых лежит в пределах от десятков герц до десятков килогерц. Характерной особенностью УНЧ является то, что отношение верхней усиливаемой частоты к нижней велико и обычно составляет не менее нескольких десятков. Разрабатываемый усилитель низкой частоты предназначен для усиления электрических сигналов указанного частотного диапазона. Область применения устройства достаточно широка. Оно может быть использовано в качестве узла радиоэлектронной аппаратуры, применяемой в быту или любой другой сфере человеческой деятельности История электронных усилителей началась в 1904 году, когда Ли де Форест сконструирован первый усилитель на основе изобретенной им же электронной лампы. Последующее развитие усилителей происходило достаточно стремительно и напрямую зависело от развития других электронных технологий. С 1948 г., американскими учеными Дж. Бардиным, У. Браттейном и У. Шокли создан точечный транзистор, начался новый этап развития полупроводниковой электроники. У. Шокли разработал теорию плоскостного транзистора. В 1952 г. были созданы первые промышленные образцы плоскостных транзисторов, получивших в дальнейшем широкое распространение. Тогда же У. Шокли предложил полевой транзистор с управляющим p—n переходом. В 50-х годах были разработаны различные типы биполярных транзисторов. Принцип действия полевых транзисторов с изолированным затвором был предложен еще в 1926 г. Ю. Лилиенфельдом, но до окончательной разработки этих транзисторов потребовалось почти 30 лет исследований электрофизических процессов на границе полупроводника с диэлектриком и технологии получения необходимых структур. Эти п/п приборы и создавались с целью их применения в усилителях 1932 год — Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью. 1942 год — в США построен первый операционный усилитель — усилитель постоянного тока с симметричным (дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления (более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Общая частьОписание структурной схемыСтруктурная схема устройства представлена на рис. 1. Рис. 1. Структурная схема УНЧ Входной каскад выделен с группы каскадов предварительного усиления, так как к нему предъявляются дополнительные требования по согласованию с источником сигнала. Для уменьшения шунтирования источника сигнала Riнизким входным сопротивлением усилителя RВХ Чаще всего входным каскадом является эмиттерный повторитель, в которого RВХ |
Напряжение питания | DC9-15V, рекомендуется 12 В |
Выходная мощность | может быть подключена к динамикам 4-8 Ом, максимальная стерео система 2×35 Вт (14,4 В 4 Ом) |
Сопротивление | 4-8 Ом |
Аудио вход | 3,5 мм аудио вход |
Защита | защита от обратного питания, короткое замыкание, перегрузка, перегрев |
Размеры | 55,12 мм * 45,21 мм |
Ручка открытия потенциометра | 7 мм |
Размеры с радиатором | 55,12 * 59,09 * 50 мм (длина * ширина * высота) |
1.4. Технические характеристики устройства
Характеристики:
• Напряжение питания: DC 10...18 В;
• Полоса воспроизводимых частот: 20...20 000 Гц;
• Входное сопротивление: 10 кОм;
• Глубина регулировки тембра: 20 дБ;
• Коэффициент гармоник, при Uпит = 14,4 В ; Р = 0,1...10 Вт: 0,03 %;
• Номинальная выходная мощность, при U = 14,4 B и R = 4 Ом: 2x20 Вт;
• Максимальная выходная мощность, при U = 18 B и R = 4 Ом: 2x30 Вт;
• Размеры блистера: 200 x 122 x 38 мм;
• Размеры OEM упаковки: 185 x 100 x 20 мм;
• Размеры устройства: 108 x 75 x 25 мм.
Технологическая часть
2.1. Выбор и обоснование контрольно-измерительной аппаратуры, и технические характеристики приборов
Осцилограф - электронный прибор для измерения и наблюдения переменных электрических сигналов. Используем осциллограф Rigol DS2102A.
Технические характеристики представлены в таблице 2.
Таблица 2. Технические характеристики осциллографа
Параметр | Значение |
Модель | xDS2102A |
Разрешение по вертикали | 12 бит |
Полоса пропускания | 100 МГц |
Время нарастания фронта | < 3,5 нс |
Количество каналов | 2 канала + вход внешней синхронизации |
Чувствительность по вертикали | от 1 мВ/дел до 10 В/дел. |
Погрешность измерений | 1% |
Скорость развертки | от 2 нс/дел. до 1000 с/дел. |
Память | 20М точек |
Рис. 4. Внешний вид осциллографа
Осциллограф используется для анализа и исследования сигналов различной формы. За счет данного прибора можно измерить амплитуду и частоту сигнала, а также рассмотреть изменения параметров сигнала при подстройке его уровня.
Мультиметр – комбинированный измерительный прибор, с помощью которого производиться проверка исправности различных радиодеталей, контактов между ними, а также измерение значений тока, напряжения или сопротивления в цепи.
Цифровой мультиметр - комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций измерения. Внешний вид представлен на рис. 5. Используем компактный цифровой мультиметр EM393B для измерения напряжения, тока и сопротивления.
Рис. 5. Внешний вид мультиметра
Технические характеристики:
Измерение напряжения постоянного и переменного тока до 250 В;
Измерение постоянного тока до 10 А;
Диодный тест с акустическим сигналом;
Измерение сопротивления до 2000 кОм;
TTL тестовый сигнал 5V.
Генератор звуковой частоты (ГЗЧ) - это устройство, используемое для образования частот в звуковом диапазоне, а именно от двадцати до двадцати тысяч герц (рис. 6). В приспособлении осуществляется преобразование электромагнитных колебаний в звуковые.
Рис. 6. Генератор низкой частоты
Генератор звуковой частоты в основном применяется для того, чтобы настраивать или определять некоторые технические характеристики трактов на низкой частоте. Также их применяют для управления узлами и элементами приемо-передающих радиоустройств. Еще одна функция, возложенная на генератор звуковых частот – это их применение в качестве модуляторов, а также источников для питания измерительных устройств и их градуировки.
2.2. Организация рабочего места
Рабочее место монтажника включает в себя: стол, покрытый жаропрочным пластиком, винтовой стул, кассетницу с радиокомпонентами, расположенными слева от монтажника, подставку с набором монтажных инструментов, расположенных справа от монтажника, ящик для отходов, светильник, панель для включения электропаяльника и электроизмерительных приборов (рис. 7).
Рис. 7. Рабочее место радиомонтажника
На панели находится зажим для подключения заземляющих браслетов и электропаяльника заземления.
1) На столе размещены: кассетница с радиокомпонентами и необходимыми крепежными деталями, лист из антистатического материала, подставка для электропаяльника, набор с монтажными клеями, коробка с флюсом и припоем, тара с изоляционными материалами (изоляционные трубки, гетинаксовые шайбы, прокладки).
2) Для питания электропаяльника, съемника изоляции и электрифицированного монтажного инструмента предназначен отдельный пульт.
3) Инструменты в ящиках стола раскладывают по группам применения: измерительные (металлические линейки, штангенциркуль, микрометр, пробник, тестер).
4) В специальном отсеке инструментального ящика хранится техническая документация (маршрутные карты технологического процесса сборки узла, принципиальные электрические и монтажные схемы).
5) Стол монтажника должен быть хорошо освещен дневным светом. При искусственном освещении применяют лампочку мощностью 60 — 75 Вт, создающую вполне достаточную освещенность рабочего места.
6) Кроме того, рабочее место монтажника должно быть оборудовано индивидуальной вытяжной вентиляцией, предназначенной для удаления вредных испарений, образующихся в процессе пайки или сварки
7) Дымоуловитель. Предназначен для отведения производственных газов с рабочего места.
2.3. Охрана труда
1. Общие требования безопасности
1.1. К работам по эксплуатации электроустановок до 1000 В (установочных, осветительных, нагревательных приборов, технических средств обучения и электрических машин) допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр и инструктаж по охране труда. Не электротехническому персоналу, эксплуатирующему электроустановки до 1000 В, прошедшему инструктаж и проверку знаний по электробезопасности, присваивается I квалификационная группа допуска с оформлением в журнале установленной формы с обязательной росписью проверяющего и проверяемого.
1.2. Лица, допущенные к эксплуатации электроустановок до 1000 В, должны соблюдать правила внутреннего трудового распорядка, установленные режимы труда и отдыха.
1.3. При эксплуатации электроустановок до 1000 В возможно воздействие на работающих следующих опасных производственных факторов:
- поражение электрическим током при прикосновении к токоведущим частям;
- неисправности изоляции или заземления.
1.4. При эксплуатации электроустановок до 1000 В должны использоваться следующие средства индивидуальной защиты: диэлектрические перчатки, диэлектрический коврик, указатель напряжения, инструмент с изолированными ручками.
1.5. Лица, эксплуатирующие электроустановки до 1000 В, обязаны строго соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения, а также отключающих устройств (рубильников) для снятия напряжения.
1.6. О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить администрации учреждения. При неисправности электроустановки прекратить работу, снять с нее напряжение и сообщить администрации учреждения.
1.7. В процессе эксплуатации электроустановок персонал должен соблюдать правила использования средств индивидуальной защиты, соблюдать правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место.
1.8. Лица, допустившие невыполнение или нарушение инструкции по охране труда, привлекаются к дисциплинарной ответственности в соответствии с правилами внутреннего трудового распорядка и, при необходимости, подвергаются внеочередной проверке знаний норм и правил охраны труда.
2. Требования безопасности перед началом работы
2.1. Проверить отсутствие внешних повреждений электроустановки, наличие и исправность контрольных, измерительных и сигнальных приборов, тумблеров, переключателей и т.п.
2.2. Убедиться в целостности крышек электророзеток и выключателей, электровилки и подводящего электрокабеля.
2.3. Убедиться в наличии и целостности заземляющего проводника корпуса электроустановки.
2.4. Проверить наличие и исправность средств индивидуальной защиты, отсутствие их внешних повреждений.
3. Требования безопасности во время работы
3.1. Перед включением электроустановки в электрическую сеть, при необходимости, встать на диэлектрический коврик (если покрытие пола выполнено из токопроводящего материала).
3.2. Не включать электроустановку в электрическую сеть мокрыми и влажными руками.
3.3. Соблюдать правила эксплуатации электроустановки, не подвергать ее механическим ударам, не допускать падений.
3.4. Не касаться проводов и других токоведущих частей, находящихся под напряжением, без средств индивидуальной защиты.
3.5. Наличие напряжения в сети проверять только указателем напряжения.
3.6. Следить за исправной работой электроустановки, целостностью изоляции и заземления.
3.7. Не разрешается работать на электроустановках в случае их неисправности, искрения, нарушения изоляции и заземления.
4. Требования безопасности в аварийных ситуациях
4.1. При появлении неисправности в работе электроустановки, искрении, нарушении изоляции проводов или обрыве заземления, прекратить работу и сообщить администрации учреждения. Работу продолжать только после устранения неисправности электриком.
4.2. При обнаружении оборванного электрического провода, свисающего или касающегося пола (земли), не приближаться к нему, немедленно сообщить администрации учреждения, самому оставаться на месте и] предупреждать других людей об опасности.
4.3. В случае загорания электроустановки, немедленно отключить ее от] электрической сети, а пламя тушить только песком, углекислотным или порошковым огнетушителем.
4.4. При поражении электрическим током, немедленно отключить напряжение и при отсутствии дыхания и пульса у пострадавшего сделать ему искусственное дыхание или провести непрямой (закрытый) массаж сердца до восстановления дыхания и пульса, сообщить о несчастном случае администрации учреждения, при необходимости отправить пострадавшего в ближайшее лечебное учреждение.
Охранное освещение должно предусматриваться раздельно от сети наружного освещения.
Для освещения резервуарных парков, как правило, следует применять прожекторы, установленные на мачтах, расположенных непосредственно за пределами обвалования резервуаров
5. Требования безопасности по окончании работы
5.1. Отключить электроустановку от электрической сети. При отключении от электророзетки не дергать за электрический шнур (кабель).
5.2. Привести в порядок рабочее место.
5.3. Убрать в отведенное место средства индивидуальной защиты и тщательно вымыть руки с мылом. По окончании работ светильник должен быть очищен и возвращён ответственному лицу с соответствующим оформлением.
2.4. Анализ работы схемы и составление таблицы типовых неисправностей
Таблица №3
Описание проблемы | Способы решения проблемы |
Устройства полностью не работает. Отсутствует наличия входного питания. А при измерениях входного напряжения на разъёме входного питания, показания прибора отсутствуют, когда в противном случае напряжение должно находиться в диапазоне 10-18В. | Убедимся, что пайка выполнена правильно и блок питания используется для питания данной схемы исправен и сетевое напряжения на него подходит. Надо измерить на клемме СON2 наличие входного питания для этого используют измерительное оборудование. В случае обнаружения неисправности блока питания, необходимо его заменить на исправный. |
Наблюдается самовозбуждение при вращение ручки регулятора громкости . | Прежде всего, надо проверить качество пайки и монтажа. Причиной неисправности может являться электролитический конденсатор в базовой цепи первого каскада УНЧ. Неисправен электролитический конденсатор в фильтрах АРУ. Используем измерительное оборудование, проверяем конденсатор в базовой цепи УНЧ и меняем его. Используя измерительное оборудование, проверяем конденсатор в фильтре АРУ и меняем его. |
Возбуждается УНЧ при подключении в телефон. Неисправность в цепи обратной связи. | Прежде всего, нужно выявить участок схемы, вызывающий самовозбуждение. Для этого из схемы приемника поочередно исключаются транзисторы, начиная со входа. Этим устанавливается цепь, которая приводит к самовозбуждению последующей части схемы. Далее, подключая к коллекторным нагрузкам (резисторам) транзисторов (с последнего до первого) этой цепи конденсаторы большей или меньшей емкости, определяется самовозбуждающийся каскад. Для устранения этого явления необходимо внимательно осмотреть монтаж и устранить все замеченные недостатки. Используя измерительное оборудование, проверяем источник питания, если источник питания исправен, то проблема в фильтрующем конденсаторе и меняем его. |
2.5. Разработка и сборка печатной платы устройства
Сборка
Механическая обработка фольгированного текстолита, с целью удаления каких-либо неровностей, заусенцев и так далее.
Обезжиривание медной поверхности текстолита на стороне где будут находиться токопроводящие проводники.
Изготовление фотошаблона по схеме разводки схемы устройства.
Фиксация фоторезистивного материала, подготовленного под размер печатной платы на поверхности текстолита.
Фиксация фотошаблона поверх фоторезистивного материла.
Экспонирование фоторезистивного материала ультрафиолетовым источником света.
Снятие фотошаблона.
Удаление неэкспонированного фоторезистивного материала.
Травление печатной платы.
10) Удаление проэкспонированного фоторезистивного материала.
11) Промывка платы.
12) Сверление отверстий под элементы.
13) Обезжиривание печатной платы.
14) Лужение токопроводящих проводников, или нанесение паяльных масок, лаков. Это необходимо для защиты проводников от корроззии.
Порядок установки радиодеталей:
Установка панелей под микросхемы.
Установка резисторов.
Установка конденсаторов малой ёмкости.
Установка разъёмов.
Установка конденсаторов большой ёмкости.
Установка микросхем в панели.
3. Расчетная часть
3.1 Расчёт надёжности каскада устройства
Схема для расчёта надёжности представлена на рис. 8.
Рис. 8. Схема для расчёта надёжности
Измерения:
С1: U= 1,125 В
С2: U=7,074 В
С5: U=3,65 В
R3: U = 4,81 В
R7: U = 2,26 В
R1: U = 4,9 В
R4: U = 0,023 В
Расчёт:
1. По сводным таблицам определяем интенсивность отказов ( ) для каждой группы элементов:
Электролитический конденсатор С1,С5
2. Рассчитываем коэффициент нагрузок для элементов схемы:
:
:
:
:
:
:
:
3. По графикам коэффициентов нагрузки и температуры определяем эксплуатационные коэффициенты интенсивности отказов ( ) при t=35℃:
=f( , t)→35℃
Для
Для
Для С1,5 0,1
4. Определяем для каждого элемента:
– коэффициент, зависящий от условий эксплуатации
– коэффициент механической нагрузки
Для R:
Для C3:
Для C1,5:
5. Определяем суммарную интенсивность отказов :
6. Определяем среднюю наработку на отказ :
7. Определяем вероятность безотказной работы:
e = 2,73
На рис. 9 представлен график вероятности отказов участка схемы.
Рис. 9. График вероятности безотказной работы
Литература
Основная:
В.П. Петров Выполнение монтажа и сборки средней сложности узлов, блоков, приборов радиоэлектронной аппаратуры, аппаратуры проводной связи, элементов узлов импульсной и вычислительной техники.
А.П. Ганенко, Ю.В. Милованов, М.И. Лапсарь. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных, курсовых и письменных экзаменационных работ.
Резисторы: Справ./Под ред.И.И. Четверткова, В.М. Терехова. М.,1991
Справочник по электрическим конденсаторам/Под ред. И.И. Четверткова, В.ФСмирнова. М., 1983.
Головин О.В., Кубицкий А.А., Электронные усилители М., 1983
Селф Дуглас. Схемотехника современных усилителей/ Дуглас Селф.-М.Я: ДМК Пресс 2011.
Интернет-источники:
http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/42/42516/index.htm#i565048
https://ohranatruda.ru/ot_biblio/instructions/168/2288/
http://5fan.ru/wievjob.php?id=43294
http://radio-kit.ru/product/radiokonstruktor-rs160-stereofonicheskiy-unch-s-tembroblokom-2h30-vt-na-mikrosheme-tda7377
http://5fan.ru/wievjob.php?id=43294
Приложение 1. Структурная схема устройства
Приложение 2. Принципиальная электрическая схема стереофонического усилителя с регулятором тембра