Конструирование
отказов.
li =0,5
0,2=0,1
В
двенадцатой колонке определяем:
lс = li х n,
(2.2)
где:
li - произведение коэффициентов влияний;
n - количество элементов.
lс=0,11=0,1
Определим
среднее время наработки на отказ:
, (2.3)
где:
Тср
– среднее время наработки на отказ
Slс – суммарное
значение двенадцатой
колонки
Slс = 7,83
Тср = 1/7,8310-6 =
1,3105 часов
3.
Конструкторская
часть
3.1 Обоснование выбора элементов схемы
3.1.1 Обоснование выбора транзисторов
В ключевом режиме работает транзистор VT2 ПДУ. Произведём
выбор наиболее подходящего полупроводникового прибора из ниже приведённого
списка.
Таблица 3.1
| Тип транзистора |
Обратный ток
коллектора |
Номинальный
прямой ток коллектора |
| КТ315Б |
1мкА |
0,3А |
| КТ101А |
1мкА |
0,1А |
| КТ312А |
1мкА |
0,2А |
Выбираем транзистор с наибольшим допустимым прямым током типа
КТ315Б.
Цепи усиления принятого приёмником сигнала построены на
биполярных транзисторах.
Таблица 3.2
| Тип транзистора |
Статический
коэффициент усиления |
Номинальный
прямой ток стока |
| КТ315Б |
150-200 |
0,3А |
| КТ3102А |
350 |
0,3А |
| КТ312А |
150 |
0,2А |
Выбираем транзисторы с наибольшим статическим коэффициентом
усиления типа КТ3102А.
3.1.2 Обоснование выбора диодов
Диоды VD2 – VD4
приёмника универсальные. Проходящий через них ток не превышает 10мА.
Таблица 3.3
| Тип диода |
Допустимый
прямой ток |
Максимальный
обратный ток |
| КД522А |
30мА |
1,5мкА |
| КД105В |
1А |
5мкА |
| КД209А |
2А |
5мкА |
Нашим требованиям удовлетворяют все диоды, но выбираем
наиболее дешёвый малогабаритный диод типа КД522А.
Диоды VD5-VD8 выбираем по
протекающему номинальному току и обратному напряжению. Ток, определяется
мощностью подключаемой лампочки. При нагрузке 100Вт, ток равен 0,5А.
Таблица 3.4
| Тип диода |
Допустимое
обратное напряжение |
Допустимый
прямой ток |
Максимальный
обратный ток |
| КД213А |
350В |
5А |
2мкА |
| КД202В |
400В |
10А |
3мкА |
| КД2997А |
60В |
5А |
3мкА |
Опираясь на вышеизложенные требования выбираем диоды типа
КД213А.
Основным
силовыми ключевым элементом схемы является тиристор VS1, которые так же
определяет допустимую мощность нагрузки.
Таблица 3.5
| Тип тиристора |
Номинальный
прямой ток |
Максимальное
обратное напряжение |
| КУ201А |
0,5А |
100В |
| КУ202Б |
2А |
120В |
| КУ202Н |
2А |
400В |
Выбираем
тиристор типа КУ202Н.
3.1.3. Обоснование выбора резисторов
Все резисторы выбираются по требуемому номинальному
значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое
отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от
номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный,
проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность
рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=UI, P=U2/R, P=I2R, выведенные из
закона Ома. Полученная величина увеличивается в двое. Исходя из полученых
значений выбирают резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5,
10Вт и т.д.
3.1.4. Обоснование выбора конденсаторов
При выборе конденсаторов для радиоэлектронных устройств,
приходиться решать одну из противоположных по своему характеру задач. Прямая
задача – по известному стандартному напряжению конденсатора найти максимально
допустимые значения переменной и постоянной составляющих рабочего напряжения.
Обратная задача заключается нахождения типа и стандартного напряжения
конденсаторов по рабочему режиму.
Под номинальным напряжением понимается наибольшее
напряжение между обкладкам конденсатора, при котором он способен работать с
заданной надёжностью в установленном диапазоне рабочих температур. Номинальное
напряжение, оговоренное стандартами, называется стандартным напряжением – оно
маркируется на конденсаторах, выпускаемых согласно действующих стандартов. Под
рабочим напряжением подразумевается значения постоянного и переменного
напряжения, которые действуют на конденсаторе при его работе.
Прямая задача нахождения рабочего напряжения по
стандартному решается с помощью условий, оговоренных в действующих стандартах.
Однако эти условия справедливы лишь для тех случаев, когда переменная
составляющая (пульсация) напряжения на конденсаторе меняется по закону
гармонического колебания.
Для решения обратной задачи – нахождения типа и
стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале
найти минимальное напряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное
значение.
Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается
тремя требованиями:
а) конденсатор не должен перегреваться;
б) перенапряжение на нём недопустимо;
в) он должен быть защищён от прохождения обратных токов,
если это полярный оксидный конденсатор.
Для того чтобы конденсатор не перегревался следует
рассчитать выделяемую на нём реактивную мощность. Она не должна превышать номинальную
мощность конденсатора.
Чтобы защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее
напряжение на нём не должно превышать номинальное. Это условие формулируется в
стандартах как сумма постоянной составляющей и амплитуды переменной
составляющей рабочего напряжения не должна быть больше стандартного напряжения.
Полярные оксидные конденсаторы, помимо перегрева и
перенапряжения, должны быть защищены от прохождения разрушающих обратных токов.
Чтобы оксидная плёнка была непроводящей, потенциал оксидированного метала
(анода) должен всегда превышать потенциал второго электрода (катода). С этой
целью в стандартах оговаривается, что амплитуда переменной составляющей
напряжения не должна превышать постоянную составляющую.
3.1.5 Обоснование выбора микросхем.
Основу
устройства составляют интегральные микросхемы серии 561 (КМОП), построенные на
полевых транзисторах. Она отличается малым потреблением электроэнергии, в
отличии от других серий. Перечислим параметры некоторых из них.
К561ЛН2– шесть элементов НЕ.
1. Номинальный потребляемый ток (мкА)……………………….….0,25;
2. Номинальное напряжение питание
(В)…………….……….......+5..+18;
3. Диапазон рабочих температур (ºС)………………………..-10…+70;
4. Напряжение логической единицы при Uпит=9В
(В)………………..>8;
5. Напряжение логического нуля при Uпит=9В
(В)………………….<3,5;
К561ТМ2-
два D-триггера.
1.Напряжение
питания (В) ……………………………………...+5…+10;
2.Напряжение
логического нуля (В) ………………………………...<0,3;
3.Напряжение
логической единицы(Uпит=10В) (В) ……………….>8.2;
4.Потребляемая
мощность (мВт) ……………………………………..300;
5.Потребляемый
ток (Uпит=5В) …………………………………...(мА) 5;
6.Время
прохождения сигнала (нс) …………………………………....300;
КР142ЕН8А- интегральный компенсационный стабилизатор.
1. Минимальный потребляемый ток (мА)………….…..…...10
2. Номинальное выходное напряжение (В)………..………+9
3. Минимальное входное напряжение (В)………….……...+14
4. Максимальный выходной ток (А)…………………………2
3.2. Обоснование разработки трассировки печатных плат
Печатные платы –
это элементы конструкций предназначенных для соединения элементов электрической
цепи при помощи печатных проводников. Печатные платы состоят из
диэлектрического основания, на котором расположены плоские проводники. Они
обеспечивают соединение элементов. Применение печатных плат позволяет увеличить
плотность монтажа. Они дают возможность получить в одном технологическом цикле
проводники и экранирующие поверхности. Печатные платы гарантируют повторяемость
характеристик, особенно паразитных. Повышается стойкость к механическим и
климатическим воздействиям, обеспечивается унификация сложных изделий и
повышается надёжность. Платы дают возможность механизировать и
автоматизировать монтажно-сборочные, регулировочные и контрольные работы, при
этом снижается трудоёмкость работ и стоимость изделия. Недостатком печатных
плат является сложность внесения изменений в конструкцию и плохая
ремонтопригодность.
К
печатным платам предъявляются некоторый ряд технических требований:
Основание должно быть однородным по цвету, монолитным, без
внутренних пузырей и раковин, без посторонних включений, сколов, трещин и
расслоений. Допускаются одиночные вскрошения металла, царапины, следы от
удаления отдельных не вытравленных участков, контурное просветление.
Проводящий рисунок должен быть четкий, с ровными краями,
без вздутий, следов инструмента. Отдельные протравы (5 точек на 1 дм2)
при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально
допустимой по чертежу.
Допускаются риски глубиной менее 25 мкм и длинной до 6 мм.
Допускаются отслоения проводника в одном месте не более 4 мм.
При наличии критических дефектов, печатные проводники
могут дублироваться объёмными не более 5 для плат 120х180 мм и не более 10 для
плат большего размера.
Связь между сторонами платы осуществляется при помощи
монтажных отверстий. При помощи их крепятся элементы. Вокруг монтажного
отверстия делается ободок, который называется контактной площадкой. Его ширина
не менее 50 мкм. Разрывы не допускаются. Допускаются отдельные отслоения
контактных площадок до 2% и их ремонт при помощи эпоксидного клея, после чего
они должны выдерживать три пайки.
При воздействии повышенной температуры, контактные площадки
должны держать температуру порядка 290 °С не менее 10 сек
без разрывов и отслоения.
Печатные платы классифицируются по параметрам и
применению.
Односторонние печатные платы просты и экономичны.
Применяются для монтажа бытовой радиоаппаратуры, техники связи, источников
питания и т.д. Обычно они выполняются на слоистом или листовом основании:
гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Монтажные отверстия могут быть
металлизированными и не металлизированными. На одной стороне расположен
печатный монтаж, а на другой объёмные элементы; крепёж, арматура, тепло отводы
и т.д.
Двухсторонние печатные платы. У них печатный рисунок
располагается с двух сторон, а элементы, как правило, с одной стороны. Связь
между сторонами осуществляется при помощи металлизированных сквозных отверстий.
Проводные
печатные платы применяются в опытном производстве при макетировании. На плате
делают контактные площадки, на которые размещают элементы. Связь между ними
осуществляют при помощи проводов.
Печатные проводники желательно располагать параллельно друг
к другу. При необходимости угол печатного проводника 45°.
Узкие проводники легко отслаиваются. Для их закрепления
используют сквозные отверстия через каждые 25 – 30 мм, или расширяются контактные площадки 1х1 мм. Если ширина экрана более 5 мм, то в экране надо делать вырезы, т.к. при нагреве медь расширяется и может покоробиться.
Печатные платы в зависимости от минимальной ширины печатных
проводников и минимального зазора между ними делят на три класса. К классу 1
относятся платы с пониженной плотностью монтажа, у которых ширина проводников и
зазор между ними должен быть не менее 0.5 мм. Класс 2 образуют платы с повышенной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников и зазоры не менее 0.25 мм. Платы с шириной проводников и зазорами до 0.15 мм (класс 3) имеют высокую плотность монтажа.
Платы этого класса следует применять только в отдельных, технически
обоснованных случаях.
Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей
координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не
ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.
Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2.5 или 1.25 мм. Шаг 1.25 мм применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с
шагом расположения выводов 1.25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий
должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки.
Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более,
расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все
такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Если устанавливаемый
элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной
сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки.
Диаметр отверстия в печатной плате