Выбор и обоснование структурной и принципиальной электрических схем

ОУ–5. Следовательно, помещение отвечает требованиям /10/ и является безопасным с пожарной точки зрения.

Выводы по обеспечению пожарной безопасности на рабочих местах: в процессе выполнения работ выполнялись меры предосторожности по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с /9,10/.

6.2.4 Экспертиза освещенности

Освещение служит одним из важнейших факторов, влияющих на производительность труда. Требования к рациональной освещенности производственных помещений сводятся к следующему:

• правильный выбор источников света и систем освещения;

• создание необходимого уровня освещенности рабочих поверхностей;

• ограничение слепящего действия света, устранение бликов;

• обеспечение равномерного освещения.

При выполнении дипломного проекта производилось довольно большое количество работ по разработке, блока, поэтому рабочее место должно быть обеспечено нормальным искусственным или естественным освещением.

Исходя из /11/, номинальная освещенность на рабочих поверхностях для данных видов работ должна быть не менее 300 лк.

Работы, связанные с разработкой принципиальной схемы блока, проводились в помещении, размеры которого 8 ґ 6 ґ 3 м. Помещение освещают двенадцать люминесцентных ламп дневного света. Применение люминесцентных ламп дневного света позволяет обеспечить равномерность освещения рабочего места, а также исключает наличие слепящего действия света. Это помещение, кроме того, имеет естественное освещение, которое организованно в виде трех оконных проемов, каждое из которых имеет размеры 2,6ґ 2 м. Окна расположены с юго-западной стороны помещений, и поэтому большую часть рабочего времени естественное (без искусственного ) освещение обеспечивает освещенность не менее 350 лк. Для устранения ослепления ярким солнечным светом, а также наличия солнечных бликов на экранах приборов визуального отображения информации (монитор компьютера, экран осциллографа и проч.) применялись солнцезащитные шторы.

Выводы по освещенности рабочих мест: работы, связанные с разработкой модуля сопряжения проводились в двух разных помещениях. Освещенность на рабочих местах составляет не менее 400 лк для одного помещения, и не менее 350 лк для другого, что не ниже номинальной освещенности в 300 лк, установленной в /11/.

6.3 Эргономичность проекта

Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденье, органы управления, средства отображения информации) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям, а также характеру работы /12/.

Данная конструкция рабочего места обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны деятельности моторного поля. Зоны досягаемости моторного поля в вертикальных и горизонтальных плоскостях для средних размеров тела человека приведены на рис.6.3.1. Выполнение трудовых операций “часто” и “очень часто” обеспечивается в пределах зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля, приведенных на рис.6.3.2 (зоны 1, 2).

Рисунок 6.3.1 - Зоны досягаемости моторного поля тела человека

Т.к. работа с персональным компьютером соответствует /12/ согласно которому, высота рабочей поверхности для людей с ростом 1800 мм. должна составлять 800 мм. Данные для Ш-ей группы работ (монтаж более крупных деталей, конторская работа, станочные работы, не требующие высокой точности) по /13/ приведены в табл. 6.3.

Рисунок 6.3.2 - Зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля

Таблица 6.3.1

Параметр	Значение, мм
Высота рабочей поверхности	800
Высота пространства для ног	675
Высота сидения	460

Расположение средств отображения информации, в данном случае это дисплей ЭВМ соответствуют /14/.

Дисплей расположен в вертикальной плоскости под углом ±15° от сагиттальной плоскости (рис.6.3.3 и 6.3.4). Уровень шума согласно /14/ на рабочих местах с использованием устройств для исследований, разработок, конструирования, программирования и врачебной деятельности должен составлять до 50 dB.

Для снижения нагрузки на глаза, дисплей, используемый при лабораторной работе, установлен с точки зрения эргономики наиболее оптимальным образом: верхний край дисплея находится на уровне глаз, а расстояние до экрана около 40 см, что укладывается в рамки от 28 до 60 см. Мерцание экрана происходит с частотой fмер=100 Гц, что соответствует условию fмер>70 Гц.

Помещения в котором проводятся лабораторные работы соответствуют /15/ и /16/. /15/ требует чтобы: “в помещениях, при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные величины температуры воздуха 22-24°С, его относительной влажности 40-60% и скорости движения воздуха не более 0.1м/с. Инструкция по эксплуатации персональных компьютеров предусматривает также очень жесткие требования к температуре окружающей среды. Для того, чтобы выдержать микроклиматические требования в лаборатории установлены два кондиционера БК-1500. Данные кондиционеры осуществляет автоматическое поддержание заданной степени охлаждения или нагрева, осушение, вентиляцию и очистку воздуха от пыли. Производительность обработки воздуха у кондиционера 1500 м³/ч, что позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в лаборатории объемом 144 м³. Предельное значение рабочей температуры наружного воздуха при работе в режиме охлаждения +52°С, что позволяет использовать его в данном климатическом поясе. Нижняя температура в режиме нагрева составляет +2°С, т.е. в холодный период года необходимо производить отопление помещения, что и осуществляется при помощи системы центрального отопления.

Рисунок 6.3.3 - Расположение линий взгляда относительно дисплея

Согласно /16/ на одного учащегося, находящегося в лаборатории должна приходится площадь помещения не менее 4.5 м². Площадь лаборатории 6м.x8м. составляет 48 м² рассчитана на 10 рабочих мест, получается, что на каждого присутствующего приходится 4.8 м², что соответствует /16/.

В лаборатории имеются инструкции по технике безопасности и пожарной безопасности, а также медицинская аптечка для оказания первой медицинской помощи.

Рисунок 6.3.4 - Взгляд под разными углами в горизонтальной плоскости

Освещение в лаборатории, согласно санитарному паспорту, составляет: в горизонтальной плоскости 365 люкс, в вертикальной плоскости 590 люкс, что соответствует СНиП 11-4-79 /11/ (300 люкс и 500 люкс соответственно), но при работе с дисплеем желательно иметь освещенность 2/3 от номинальной, т.е. 200 люкс и 330 люкс соответственно (с целью снижения нагрузки на глаза), для этого на оконных проемах имеются светозатеняющие шторы, с помощью которых можно отрегулировать освещение до оптимального уровня.

В ходе проектирования большую часть работ необходимо было произвести на компьютерном терминале, поэтому эргономические параметры видеодисплейных терминалов имели немаловажное значение, требования к ним будут рассмотрены ниже.

В соответствии с /17/ визуальные эргономические параметры видеодисплея являются важными параметрами безопасности при работе с ними и их неправильный выбор приводит к ухудшению здоровья пользователей.

Конструкция видеодисплея, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации.

Конструкция видеодисплея должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн видеодисплея должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона. Корпус видеодисплея и персонального компьютера должен иметь матовую поверхность одного цвета и не иметь блестящих поверхностей, способных создавать блики. На лицевой стороне корпуса видеодисплея не рекомендуется располагать органы управления, маркировку, какие-либо вспомогательные надписи и обозначения. При необходимости расположения органов управления на лицевой панели они должны закрываться крышкой или быть утоплены в корпусе.

Для обеспечения надежного считывания информации при соответствующей степени комфортности ее восприятия должны быть определены оптимальные и допустимые диапазоны визуальных эргономических параметров. Визуальные эргономические параметры видеодисплея и пределы их изменения, в которых должны быть установлены оптимальные и допустимые диапазоны значений, приведены в таблице 6.3.2.

Таблица 6.3.2 - Визуальные эргономические параметры видеодисплейных терминалов и пределы их изменения

Наименование параметра	Пределы значений параметров
	не менее	не более
Яркость знака (яркость фона), кд/м измеренная в темноте	35	120
Внешняя освещенность экрана, лк	100	250

При работе с видеодисплеями необходимо обеспечивать значения визуальных параметров в пределах оптимального диапазона, для профессиональных пользователей разрешается кратковременная работа при предельно допустимых значениях визуальных параметров.

Конструкция видеодисплея должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.

В целях защиты от электромагнитных и электростатических полей допускается применение приэкранных фильтров, специальных экранов и других средств индивидуальной защиты, прошедших испытания в аккредитованных лабораториях и имеющих соответствующий гигиенический сертификат.

Выводы по безопасности работы на ПК с использованием видеодисплея: в процессе выполнения работ на ПК соблюдались гигиенические требования при работе с видеодисплеями в соответствии с /17/. Визуальные эргономические параметры при выполнении работ лежат в пределах, установленных указанными правилами и нормами.

6.4 Экологичность проекта

Наиболее объективным критерием, используемым при экологической экспертизе производства, является ущерб, наносимый народному хозяйству загрязнением окружающей среды.

6.4.1 Электромагнитные излучения

Основным источником ЭМИ при разработке блока является видеодисплей ПК. Допустимые дозы излучений строго регламентируются в соответствии с /17/.

Конструкция видеодисплея должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 5 см от экрана и корпуса видеодисплея при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать в пересчете на эквивалентную дозу 0,1 мбэр/час (100 мкР/час).

Допустимые значения параметров неионизирутощих электромагнитных излучений приведены в таблице 6.4.1.

Таблица 6.4.1

Наименование параметров	Допустимые значения
Напряженность электромагнитного поля на расстоянии 50 см около видеодисплея, не более: в диапазоне частот (5..2000) Гц в диапазоне частот (2..400) кГц	25 В/м 2.5 В/м
Плотность магнитного потока, не более в диапазоне частот (5..2000) Гц в диапазоне частот (2..400) кГц	250 нТл 25 нТл
Поверхностный электростатический потенциал, не более	500 В

Выводы по мощности ЭМИ на рабочем месте: мощность ЭМИ на рабочем месте определяется мощностью ЭМИ видеодисплея и лежит в пределах, установленных нормами /17/.

6.4.2 Экспертиза вентиляции

При выполнении монтажных работ в результате процесса пайки в воздух рабочей зоны выделяются вредные пары, содержащие свинец, относящийся к обще токсичным веществам /18/. Характеристикой загрязнения воздуха рабочей зоны является предельно допустимая концентрация (ПДК) /15/: для свинца ПДК=0.01мг/м , класс опасности-1, относительный коэффициент опасности - 1.7. Для того, чтобы содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышало ПДК, рабочее место оборудовано местной вентиляцией /19/, отводящей вредные пары от рабочего места.

Кроме этого необходимо обеспечить достаточный воздухообмен в помещении. Для ориентировочных расчетов, когда неизвестно точное количество выделяющихся веществ, расчет необходимого количества воздуха принимают по кратности воздухообмена ( формула 6.4.2 ) /15/.

L = Kp • V (6.4.2)

где Кр - кратность воздухообмена (для помещений небольшого объема Кр=10);

V - объем помещения ( V=144 м і ).

Для используемой лаборатории необходимый воздухообмен 1440 мі в час. Лаборатория оборудована двумя кондиционерами БК-1500, каждый из которых обладает мощностью 1500 мі/ час, что обеспечивает выполнение санитарно-гигиенических требований.

Выводы по обеспечению необходимой вентиляции в лабораторном помещении: в лаборатории обеспечена достаточная кратность воздухообмена, которая удовлетворяет требованиям /12/.

6.5 Чрезвычайные ситуации

Воздействие ионизирующих излучений и сильных электромагнитных излучений на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Возможный характер их повреждений.

Для оценки возможных нарушений работоспособности электро радиокомпонентов и аппаратуры при воздействии ионизирующих излучений (ИИ) необходимо располагать информацией о возможных видах радиационных эффектов, их зависимости от временного масштаба процесса, разновидности и энергии ионизирующего излучения. Под радиационным эффектом понимают явление, состоящее в изменении значений параметров, характеристик и свойств объекта в результате воздействия ИИ /20/.

В настоящее время принято выделять следующие радиационные эффекты: эффекты смещения, переноса заряда и ионизирующие эффекты.

Эффекты смещения представляют собой перемещение атомов из нормального положения в кристаллической решетке материала. Эти перемещения сопровождаются возникновением структурных дефектов кристаллической решетки, к простейшим из которых относятся наличие свободных положений в решетке и дополнительных атомов между ее узлами. В электронных устройствах эффекты смещения влияют в основном на работу полупроводниковых приборов.

Говоря об эффектах смещения, следует различать долговременные и кратковременные эффекты смещения.

Долговременные эффекты смещения проявляются в необратимом по истечении некоторого времени после облучения изменении различных параметров полупроводниковых приборов, зависящем от интегрального потока частиц и дозы гамма-излучения, их энергетического спектра и температурных условий облучения. При прочих равных условиях более жесткий спектр излучения и пониженные температуры облучаемого материала приводят к росту числа структурных дефектов.

При облучении гамма-нейтронным излучением ядерного взрыва (ЯВ) воздействие гамма-излучения в процессе образования структурных дефектов чрезвычайно мало в сравнении с воздействием нейтронов. Поэтому его влиянием на процесс образования структурных дефектов и соответствующим им необратимым изменениям параметров материалов и изделий можно пренебречь.

Однако в некоторых случаях, например при воздействии гамма-нейтронного излучения на униполярные транзисторы металл-диелектрик-полупроводник (МДП-структуры), стекла, органические диэлектрики дозовые эффекты от гамма-излучения необходимо учитывать, так как число структурных дефектов при воздействии гамма-излучения сравнимо или существенно превышает число дефектов, создаваемых нейтронами.

Кратковременные эффекты смещения проявляются в обратимых изменениях параметров объектов и характерны для импульсного облучения. Смещенные под действием облучения нейтронами атомы в начальный момент времени являются термодинамически неустойчивыми образованиями, большинство из них имеют весьма малую энергию активации, определяющую скорость их рекомбинации. Вследствие этого значительная доля созданных дефектов структуры за очень малые промежутки времени «отжигается» , т.е. частично восстанавливает исходные свойства материала. Однако наряду с процессами рекомбинации идут процессы связанные с перегруппировкой структурных повреждений, взаимодействием их с атомами примеси и дефектами структуры.

При длительности облучения, значительно превышающей характерные времена таких процессов, приходится иметь дело с необратимыми повреждениями или медленными и слабо выраженными процессами восстановления параметров.

Эффекты переноса заряда обусловлены передачей кинетической энергии полей ионизирующего излучения вторичным частицам и проявляются в виде неустановившихся токов. При движении вторичных заряженных частиц создаются электрические и магнитные поля, а также протекают неустановившиеся токи, зависящие от мощности дозы облучения.

Эти эффекты могут привести к появлению ложных сигналов и сбоев в аппаратуре, а так же к выходу из строя отдельных узлов.

Ионизационными называются эффекты, вызванные носителями заряда с низким уровнем энергии. Они отличаются от эффектов переноса заряда, которые определяются как смещение зарядов высокоэнергетичными частицами. Число электронно-дырочных пар определяется только количеством энергии, выделяемой на ионизацию.

Ионизационные эффекты проявляются в виде переходных эффектов (эффектов свободных носителей), промежуточных релаксационных эффектов, долговременных эффектов захваченных носителей и химических эффектов.

Переходные эффекты связаны с образованием свободных носителей. В полупроводниках концентрация свободных носителей может быть оценена в предположении, что расход энергии на образование одной электронно-дырочной пары равен трех-пятикратному значению потенциала ионизации.

Промежуточные релаксационные эффекты связаны с тем, что в диэлектриках и изоляторах захваченные на ловушки носители могут снова высвободиться за счет тепловых эффектов.

Ионизационные эффекты при воздействии излучения вызывают образование в аппаратуре избыточных зарядов, появление которых в диэлектриках и изоляторах понижает их изолирующие свойства, а в полупроводниках – к образованию избыточных ионизационных токов. В результате возникают обратимые изменения параметров аппаратуры, находящейся во включенном состоянии, что может приводить к временной потере ее работоспособности, ложным срабатываниям и сбоям /21/.

В заключение нужно добавить, что по критерию бесперебойной работы повышение стойкости аппаратуры к импульсному гамма-излучению только выбором радиационно стойких комплектующих изделий ограничено, как правило, мощностью дозы порядка 10⁷ .. 10⁸ Р/c /22/, а при применении интегральных микросхем, изготовленных по технологии КМОП, 10¹⁰ .. 10¹² P/c.

Выводы по безопасности и экологичности проекта: на основании ранее сделанных выводов можно утверждать, что при соблюдении техники безопасности и правил эксплуатации блока ПЗК, настоящее изделие является безопасным при изготовлении и эксплуатации.

Библиографический список

1. СН 245–71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.

2. ГОСТ 12.1.038–82. ССБТ. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и токов.

3. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.

4. ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ. Защитное заземление. Зануление.

5. ОНТП 24–86. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.

6. ГОСТ 12.4.009–85. ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Общие требования.

7. ГОСТ 12.1.033–81. ССБТ. Пожарная безопасность объектов с электрическими сетями.

8. СНиП II–4.79. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение.

9. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.

10. ГОСТ 22.269-76. Система “человек-машина”. Рабочее место оператора. Временное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования.

11. ГОСТ 27.818-88. Машины вычислительные и системы обработки данных. Допустимые уровни шума на рабочих местах и методы его определения.

12. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.

13. ГОСТ 12.4.113-82 ССБТ. Работы учебные лабораторные. Общие требования безопасности.

14. СанПиН 2.2.2.542–96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы.

15. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.

16. СН 952-75. Санитарные правила организации процесса пайки мелких деталей сплавами, содержащими свинец.

17. ГОСТ 18298–79. Стойкость аппаратуры, комплектующих элементов и материалов радиационная. Термины и определения.

18. Мырова Л.О., Чипиженко А.З. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры связи. – М.: Радио и связь, 1983. – 216 с., ил.

19. Вавилов В.С., Ухин Н.А. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. – М.: Атомиздат, 1969. – 311 с.