Разработка устройства охранной системы (стр. 2 )

Характеристика	Слюдяные	Многослойные керамические	Керамические
Пределы изменения емкости	10пФ...2.2нФ	10пФ...1 мкФ	1 пФ...47нФ
Точность	±0.5...±1%	±5%...-20%/+80%	±1%...-50%/+80%
Максимально допустимое напряжение	5000 В	200 В	15000 В
Тангенс угла потерь или последовательное сопротивление	0.001	0.01	0.001
Рабочая частота	1 кГцГГц	1 кГц...2ОО МГц	100 ГцГГц
Стабильность (АС/С)	Превосходная	Зависит от типов конденсаторов	Хорошая температурная стабильность
Применение, особенности	ВЧ-цепи, импульсные цепи, самовосстановление	Развязки в цепях ВЧ и там, где важно отношение емкость/объем	Развязки в цепях ВЧ, резонансные цепи, высоковольтная техника

("9") По назначению конденсаторы делят на контурные, блокировочные, разделительные, фильтровые, термокомпенсирующие и подстроенные, а по характеру изменения емкости — на постоянные, переменные и полупеременные.

По материалу диэлектрика различают три вида конденсаторов: с газообразным, жидким и твердым диэлектриком.

К первому относят переменные и полупеременные воздушные конденсаторы и газонаполненные постоянные, а ко второму — маслонаполненные и с синтетической жидкостью, которые ограниченно применяют в радиоаппаратуре. Широкое распространение и наибольшее количество типов имеют конденсаторы третьего вида.

В зависимости от материала диэлектрика их подразделяют на группы, присваивая сокращенные обозначения: керамические на номинальное рабочее напряжение до 1600 В (К 10), и выше 1600 В (К 15); стеклянные (К21), стеклокерамические (К22), стеклоэмалевые (К23); слюдяные (К31); бумажные с фольговыми обкладками на напряжение до 2 кВ (К40) и выше 2 кВ (К41), а также бумажные с металлизированными обкладками (К42); электролитические фольговые алюминиевые (К50), танталовые (К51) и танталовые объемно-пористые (К52); оксидно-полупроводниковые (К53) и оксидно-металлические (К54); вакуумные (К61); полистирольные с фольговыми и с металлизированными обкладками пленочные (К70) и (К71); фторопластовые пленочные (К72); полиэтилен-терефталатные с металлизированными и с фольговыми обкладками пленочные (К73 и К74); комбинированные пленочные (К75) и лакопленочные (К76); поликарбонатные и полипропиленовые пленочные (К77 и К78); переменные вакуумные (КШ); подстроенные воздушные (КТ2) и с твердым диэлектриком (КТ4). Конденсаторы тонкопленочных гибридных и полупроводниковых ИС имеют твердый диэлектрик.

Диодом называется полупроводниковый прибор, принцип работы которого основан на пропускании тока только в одну сторону. Диод представляет собой двухэлектродный электропреобразовательный элемент с р-п переходом.

По области применения диоды можно разделить на следующие группы:

выпрямительные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока различной частоты и мощности; импульсные диоды, предназначенные для работы в импульсных схемах; детекторы и переключатели СВЧ диапазона. Эти диоды применяются в схемах детектирования (видеодетекторы) или преобразования частоты СВЧ диапазона. Особые требования предъявляются в этих приборах к реактивностям и уровню собственных шумов, при
этом коэффициенты выпрямления могут быть и небольшими. К диодам СВЧ диапазона относятся также диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды. туннельные диоды, предназначенные для генерации и усиления электрических высокочастотных сигналов. Особенность туннельного диода в том, что на его вольтамперной характеристике при прямом смещении имеется участок с отрицательной дифференциальной проводимостью; варикапы, предназначенные для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. Их действие основано на зависимости емкости запертого р-п перехода от приложенного напряжения; стабилитроны — диоды, предназначенные для стабилизации
напряжения. Действие стабилитрона основано на том, что напряжение на нем в области электрического пробоя слабо зависит от тока.

В зависимости от типа р-п переходов различают плоскостные, точечные, микроплоскостные и поверхностно-барьерные диоды.

В плоскостных р-п переходах линейные размеры, определяющие площадь, значительно больше его толщины. В точечных переходах все линейные размеры, определяющие площадь, меньше толщины области объемного заряда.

Микроплоскостные переходы имеют почти такую же, как и точечные переходы, малую площадь, но в отличие от точечных диодов граница раздела р - и л-областей в них плоская. В поверхностно-барьерных диодах р-п переход создается за счет образования у поверхности полупроводника слоя инверсии.

В выпрямительных диодах большой и средней мощности низкой частоты (предельная частота не выше 50 кГц) используются плоскостные переходы.

Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n-переходами и тремя зонами разной проводимости, имеющий структуру n-р-n или p-n-р (Рис. 7.2). Средняя зона транзистора называется базой, к ней примыкают две зоны иной проводимости: эмиттер (испускающий ток) и коллектор (собирающий ток).

Интерес к транзисторам вызван их способностью усиливать электрический ток. Если от базы к эмиттеру транзистора протекает ток /в, то через коллектор по направлению к эмиттеру протекает ток, величина которого в несколько раз больше.

Допустимые токи и напряжения:

("10") VCB(max) — максимально допустимое напряжение между коллектором и базой (при разорванной цепи эмиттера); VCE(max) — максимально допустимое напряжение между коллекто
ром и эмиттером (при разорванной цепи базы); VEB(max) — максимально допустимое напряжение между эмиттером
и базой (при разорванной цепи коллектора); /с(тах) — максимально допустимый ток коллектора.

Для понимания работы транзистора наиболее важна зависимость коллекторного тока от напряжения между коллектором и эмиттером. Данная область вольтамперных характеристик подразделяется на две характерные зоны. В первой из них, при малых напряжениях VCE, транзистор используется как ключ и работает в режиме переключения. Во второй зоне, при напряжениях VCE, лежащих в пределах от 0.3 В до VCE(max), вольтамперные характеристики соответствуют линейной зоне работы, а транзистор используется как усилитель.

Диоды

КД510А

Условное обозначение на сборочном чертеже:

Тип элемента

Материал

Iпр max, А

Iпр и max, А

tи max, мкс

Iобр max, мкА (Iобр max имп)

Uобр max, В (Uобр max имп)

Uобр и max, В

Uпр max, В

Iпр, А

tвос обр max, нс

Iпр, А

Сд, пФ

Т, °С

КД510А

Si

0,2

1,5

10

5

50

75

1,1

0,2

4

0,01

4

-60…+125

("11")
Транзисторы

КТ972А

КТ972Б

Условное обозначение на сборочном чертеже:

Тип элемента	КТ972А	КТ972Б
I к max, А	4	4
UКБ0 max, В	60	45
Рк max (Рmax), Вт	8	8
Тп max, °С	150	150
h21Э	750	750
UКБ (UКЭ), В	3	3
Uкэ нас, В	1,5	1,5
IКБ0 (IКЭR), мкА	1000	1000
fгр (fh21), МГц	200	200
tвыкл (tрас), мкс	0,2	0,2
RТп-к (RТп-с), °С/Вт	15,6	15,6

("12")
Микросхема

К561ЛА7

Тип микросхемы	К561ЛА7
Изготовитель	СНГ
Функцион. назначение	4 эл-та 2И-НЕ
Т, °С	-10…+70
Vdd min…Vdd max, В	-0,5…+18
Pd, мВт	300
Направление прохождения сигнала	A. B-Q
VIL (VNL), В при Vdd=5В (9В)	1,5
VIH (VNH), В при Vdd=5В (9В)	3,5
Icc, мкА при Vdd=5В (9В)	<0,25
TPHL, нс	60

Конденсаторы

К10-17

Условное обозначение на сборочном чертеже:

("13")

Тип	Номинальное напряжение, В	Группы ТКЕ	Диапазон номинальных емкостей	Размеры, мм	Масса, г
B	L	A
К10-17	25	П33 М47 М75 М750 М1500 Н50 Н90	пФ 910…10000 1100…12000 1200…15000 2400…27000 3900…39000 0,047…0,1 мкФ 0,015…1,5 мкФ	4,6…8,6	6,8…12,0	2,5…7,5	0,5…2,0

("14")
К10-23

Условное обозначение на сборочном чертеже:

Тип	Номинальное напряжение, В	Группы ТКЕ	Диапазон номинальных емкостей	Размеры, мм	Масса, г
B	L	Н	A
К10-23	16	П33 М47 М75 М750 М1500 430	пФ 2,2…360 2,2…330 10…820 33…1500 75…3000 680пФ…0,033мкФ	4,5	9	6,5	5	1

("15")
К50-6

Условное обозначение на сборочном чертеже:

Тип	Номинальное напряжение, В	Номинальная емкость, мкФ	tg δ	Допуск, %	Размеры, мм	Масса, г
D	L
К50-6	10 16 25 50	2000;4000 2000;4000 1000…4000 500…2000	15…35	-20…+80	24…34	45…78	40…120

("16")
2.2. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной устройства

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран одновибратор. В исходном состоянии на вход 2 DD1.1 поступает высокий потенциал лог. 1. Такой же уровень лог. 1 будет на выходе DD1.2, поскольку на обоих входах этого элемента благодаря резистору R3 поддерживается низкий потенциал (уровень лог. 0). Следовательно, на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 будет длительно сохраняться уровень лог. 0, транзистор VT1 заперт, сирена «молчит».

При замыкании КД хотя бы на время порядка 20 мс напряжение на входе 2 DD1.1 упадет до уровня лог. 0, и одновибратор очень быстро перейдет в другое свое устойчивое состояние, которое будет длиться примерно 3 с. В этом состоянии уровень лог. 1 на выходе элемента DD 1.2 сменится уровнем лог. 0 и соответственно уровнем лог. 1 близким к Uпит станет напряжение на выходах элементов DD1.3 и DD1.4. Это напряжение создает в базе составного транзистора VT1 ток, открывающий его до насыщения и включающий тем самым пье-зосирену VА1. Продолжительность ее тревожного звучания составит примерно 3 с.

Промежуточный узел включающий микросхему DD1, также имеет резисторы R1 и R2 по 100 кОм, R3 (3 МОм) и конденсаторы С1 и С2 по 0,1 мкФ и С3 номиналом 1 мкФ. На входной узел через ключ SA1 подается напряжение питания 6-12 В. Узел, содержащий диод имеет обвязку из конденсаторов С4 (33 мкФ) и С5 (220 мкФ). Транзистор VT1 соединен с резистором R4 номиналом 10 кОм.

2.3. Описание функционирования устройства

Схема «хитрого» замка имеет следующие узлы: контактный датчик, микросхему DD1 (К561ЛА7), составной транзистор VT1 (КТ972) , светодиод VD1 (КД510А), пьезосирену VA1 (АС-10), включенную между узлами цепи, а также ключ SA1 в цепи питания.

Промежуточный узел включающий микросхему DD1, также имеет 3 ограничивающих резистора R1 и R2 номиналом 100 кОм, R3 (3 МОм) и 3 фильтрующих конденсатора С1 (0,1 мкФ), С2 (0,01 мкФ) и С3 (1 мкФ). На входной узел через ключ SA1 подается напряжение питания 6-12 В. Узел, содержащий диод VD1 имеет обвязку из двух конденсаторов С4 (33 мкФ) и С5 (220 мкФ). Транзистор VT1 подключен к микросхеме через ограничивающий резистор R4 (10 кОм).

2.4. Расчет надежности устройства

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации в течение определенного времени при сохранении эксплуатационных характеристик в допустимых приделах. Надежность является комплексным свойством, которое обуславливается безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохранностью.

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Безотказность количественно оценивается вероятностью безотказной работы.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Предельное состояние - состояние, при котором должна быть прекращена эксплуатация изделия из-за нарушения требований безопасности или из-за невозможности устранить превышение предельно допустимых параметров.

Ремонтопригодность - приспособленность изделия к предупреждению, обнаружению и устранению повреждений.

Сохраняемость — свойство изделия непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние во время и после хранения и транспортирования.

Исправное состояние - состояние изделия, при котором оно соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Неисправное состояние - состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией.

Работоспособное состояние - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. По характеру отказы делят на внезапные и постепенные. Внезапные отказы характеризуются скачкообразными изменениями одного или нескольких заданных параметров изделий и вызываются скрытыми дефектами изделий и случайными факторами (электрическая перегрузка, механические повреждения). Постепенные отказы характеризуются постепенным изменением одного или нескольких заданных параметров изделий и вызываются старением и износом составных частей изделия.

Показатель надежности - количественная характеристика одного или нескольких свойств составляющих надёжность изделия.

Наработка - продолжительность или объём работы, произведенной изделием.

("17") Технический ресурс - наработка изделия от начала эксплуатации или её возобновления после ремонта до наступления предельного состояния.

Срок службы – календарная продолжительность эксплуатации изделия от ее начала или возобновления после ремонта до наступления предельного состояния.

Вероятностью безотказной работы (P(t)) называется вероятность того, что в заданном интервале времени или в приделах заданной наработки не произойдет ни одного отказа. Вероятностью безотказной работы определяется отношением:

, где N(t) - число безотказно работающих изделии к моменту времени t; - общее число наблюдаемых изделий; n(t) - число отказавших изделий за время t.

Точность определения вероятности безотказной работы зависит от количества наблюдаемых образцов: чем их больше, тем точнее определено P(t). 0<=P(t)<=l

Средняя наработка до первого отказа - среднее значение наработки изделий в партии до первого отказа. Статистическая средняя наработка до первого отказа определяется как среднее арифметическое наработок до первого отказа всех наблюдаемых изделий в партии, т. е.

(ч), где - наработка до первого отказа i-гo изделия; — число изделий в партии.

Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших изделий за единицу времени к среднему числу изделий, исправно работающих в данный отрезок времени.

(1/ч), где - число изделий, отказавших за время; Ncp=( N1+ N2)/2 - среднее число исправно работающих изделий в интервале времени At; N, - число изделий исправно работающих в начале интервала ; N2 - число изделий исправно работающих в конце интервала .

На практике наиболее часто интенсивность отказов изделий является величиной постоянной и определяется формулой:

, где е - основание натурального логарифма (е ~ 2,72); t - заданное время работы, ч.

Наработкой на отказ называется среднее значение времени между соседними отказами. Статически по результатам испытаний наработка на отказ определяется по формуле: , где t – время исправной работы между соседними отказами, n – число отказов за время t.

Коэффициент нагрузки оценивает электрический режим работы элемента и
определяется отношением значения параметра, характеризующего работу элемента в реальном режиме, к номинальному значению этого параметра, определенному техническими условиями.

Коэффициент нагрузки для резисторов:

, где Рра6 - рассеиваемая мощность в данном режиме резистора, Вт; - номинальная мощность рассеивания, Вт.

Коэффициент нагрузки для конденсаторов

, где - действующее и рабочее напряжения конденсатора, В.

Коэффициент нагрузки для трансформаторов:

, где - рабочее и номинальное значения токов обмотки, А.

Коэффициенты нагрузки подсчитываются для всех обмоток трансформатора, и в качестве расчетного принимается наибольший из полученных коэффициентов.

("18") Для диодов определяются два коэффициента нагрузки:

1.) по напряжению

2.) по току , где - рабочее значение обратного напряжения, В; — номинальное значение обратного напряжения, В; - рабочее значение прямого тока, мА; - номинальное значение прямого тока, мА.