Расчетная часть (стр. 1 )

Содержание

Введение. 3

1. Общая часть. 5

2. Расчетная часть. 7

2.1. Расчет надежности импульсного источника питания. 7

2.2 Расчёт коэффициента заполнения печатной платы. 15

3. Конструкторская часть. 17

3.1. Обоснование выбора элементов. 17

3.1.1. Обоснование выбора резистора. 17

3.1.2. Обоснование выбора конденсатора. 17

3.1.3. Обоснование выбора диодов. 18

3.1.4. Обоснование выбора микросхемы.. 19

3.2 Разработка трассировки платы.. 19

3.3 Разработка компоновки платы. 22

Литература. 28

Введение

Современный этап научно-технического прогресса связи с революционными изменениями в передаче, обработке, защите и использовании информации, которые оказывают значительное влияние на все стороны жизни общества. Всё это стало возможным в результате синтеза радиотехники. Более того, сам термин «радиоэлектроника» появился не более 20-30 лет назад и до тех пор не получили ещё достаточно чёткого и однозначного определения.

Современная радиоэлектроника - это собирательное название ряда областей науки и техники, связанных с передачей и преобразованием.

Информации на основе использования и преобразования радиочастотных электромагнитных колебаний и волн; основные из них радиотехника, радиофизика, электроника.

Основываясь на результатах открытий и исследований М. Фарадея, Дж. Максвелла и Г. Герца, наш знаменитый соотечественник изобрёл, сконструировал, а затем продемонстрировал на заседании Русского Физико - химического общества 7 мая 1895 года свой первый в мире радиоприемник. Отметим, что только 2 июня 1896 года итальянский инженер Г. Маркони подал в Англии заявку на патент на приемную аппаратуру.

Развитие радиотехники непосредственно связано с созданием элементной базы, в частности, с разработкой электронных приборов для систем передачи информации на расстояние с помощью электромагнитных колебаний.

Дальнейшее развитие радиотехники непрерывно ставило задачи по созданию и внедрению новых электронных элементов и узлов, что привело к появлению самостоятельной отрасли науки - электроники.

Разработка в начале 50-х годов полупроводниковых приборов и в 60-х годах интегральных микросхем позволило снизить массу и габариты радиотехнической аппаратуры, при одновременном повышении её надёжности и значительном уменьшении энергопотребления.

При этом электроника четко разделилась на энергетическую (силовую) электронику и микроэлектронику.

Микроэлектроника - раздел электроники, связанный с созданием интегральных микросхем. Мерило прогресса в микроэлектронике - число элементов, размещающихся на одной микросхеме. Современные большие аналоговые интегральные схемы и цифровые микропроцессоры на одном кристалле заменяют подчас целые блоки и устройства радиоэлектронной аппаратуры предшествующего поколения.

Квантовая электроника - это современная область физики, изучающая взаимодействие электромагнитного излучения с электронами, входящими в состав атомов молекул твердых тел и создающая на основе этих исследований научные методы для разработки квантовых устройств различного назначения.

На основе квантовой электроники как науки быстро формируется лазерная техника. В понятие лазерной техники входят научные рекомендации и технические решения, при выполнении которых создаются разнообразные приборы квантовой электроники. Эти приборы генерируют электромагнитное излучение, усиливают и формируют его, а также преобразуют спектр лазерного излучения.

Следует отметить, что в последние годы в радиоэлектронике внедряются новые методы создания и обработки сигнала. Одним из них является фрактальный метод, малоизвестный, однако за ним стоит большое будущее.

1. Общая часть

Этот вольтметр предназначен для встраивания в регулируемые лабораторные источники питания. Он осуществляет измерение и индикацию на четырехразрядном цифровом светодиодном семисегментном индикаторе напряжения в пределах 0...99.9 В.

Этот интервал разбит на два поддиапазона: 0...9.99 В и 10,0...99,9 В, а их переключение осуществляется автоматически. В индикаторе не используются десятичные точки, поэтому разделение единиц и десятков вольт от десятых и сотых долей вольта осуществляется одним "погашенным" разрядом индикатора.

Измерение напряжения и преобразование в цифровой код осуществляет встроенный в микроконтроллер DD1 10-разрядный АЦП. Диод VD1 защищает его вход от напряжения минусовой полярности, а диод VD2 ограничивает напряжение на нем на уровне 3,1...3,3 В. Дроссель L1 совместно с конденсатором СЗ образуют фильтр питания аналоговой части микроконтроллера DD1. Конденсатор С1 снижает уровень помех на входе АЦП, а конденсатор С4 — на выходе РАЗ микроконтроллера, на котором присутствует образцовое напряжение для АЦП (2,56 В), заданное программно.

Пока входное напряжение менее 9,99 В, значение в регистрах данных АЦП меньше установленного порога и на выходе РАО микроконтроллера низкий уровень. Поэтому транзистор VT1 закрыт и резисторы R1—R3 образуют делитель напряжения с коэффициентом передачи 0,25. В этом случае "светятся" первый и второй разряды индикатора HG2, которые индицируют сотые и десятые доли вольта соответственно. Третий разряд погашен, так как он является разделительным, "светится" также первый разряд индикатора HG1, который является в данном случае третьим разрядом всего индикатора вольтметра, на нем отображаются единицы вольт.

Если входное напряжение достигнет значения 10 В и более, на выходе РАО микроконтроллера установится высокий уровень, транзистор VT1 откроется и параллельно резистору R3 через малое сопротивление сток—исток открытого транзистора будет подключен резистор R4, уменьшая коэффициент передачи резистивного делителя напряжения R1 — R4 в десять раз — 0,025. В этом случае "светятся" первый (десятые доли вольта) и третий (единицы вольт) разряды индикатора HG2 (второй является разделительным и погашен), а также первый разряд (десятки вольт) индикатора HG1.

Большинство деталей, кроме светодиодных индикаторов, монтируют на плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита. В устройстве применены оксидные конденсаторы К50-35 или импортные, резисторы - МЛТ, С2-23, транзисторы BSS88 заменимы на BS170P, КП504А. Можно применить один четырехразрядный, два двухразрядных или четыре одноразрядных светодиодных семиэлеменных индикатора с общим катодом. Дроссель L1 — ДМ-0,1 или импортный ЕС24, на плате он установлен между выводами 5 и 15 микроконтроллера со стороны печатных проводников. Питать устройство необходимо от стабилизированного источника напряжения, например, интегрального стабилизатора 78L05, подключив его к выходу выпрямителя источника питания. Но следует помнить, что максимальное входное напряжение стабилизатора 78L05 составляет 30 В. Средний ток, потребляемый устройством, — около 12 мА.

Налаживание сводится к подборке резисторов R1 и R4. Сначала, подав на вход напряжение около 5 В и контролируя его образцовым вольтметром, подборкой резистора R1 устанавливают на индикаторе необходимое значение. Затем увеличивают входное напряжение до 15...20 В и подборкой резистора R4 также устанавливают на индикаторе необходимое значение.

2. Расчетная часть.

2.1. Расчет надежности импульсного источника питания.

В таблицу 4 заносятся данные из принципиальной схемы. Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносится название элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах указывается тип конденсатора, а дается только его емкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку. Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 3.

Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 40°С.

Далее следует заполнить колонку 6, пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 1.

Таблица 1

Наименование элемента	Контролируемые параметры	к нагрузки
Импульсный режим	Статический режим
Транзисторы	РкдопКн = Рф/ Ркдоп	0,5	0,2
Диоды	IпрмахКн= Iф / Iпрт	0,5	0,2
Конденсаторы	UобклКн = Uф / Unрт	0,7	0,5
Резисторы	РтрасКн = Рф / Рдоп	0,6	0,5
Трансформаторы	IнКн = Iф / Iндоп	0,9	0,7
Соединители	IконтакгаКн=Iф / Iкдоп	0,8	0,5
Микросхемы	Iмах вхIмах вых	-	-

Коэффициенты нагрузок.

Для транзисторов: Кн = Рф / Ркдоп = Рф / Рн (2.1.1)

Для диодов: Кн=1ф/1рср=1ф/1н (21.2)

Для конденсаторов: Кн=иф / Uh = Uф / (Uu * п) * 2 (2.1.3)

Для резисторов: Кн = Рф / Рн (2.1.4)

Зная Кн определяем фактическое значение параметра и заполняем колонки 5 и 8.

Если Кн в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать Кн =0.5.

Колонка 7 заполняется по справочнику. Далее определяется коэффициент влияния (α), который показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи коэффициентом нагрузки. Находят (α) по таблице 2.

Таблица 2

t °C	Значение α при k равном
0,1	0,3	0,5	0,8	1
Кремневые полупроводниковые приборы
20	0,02	0,058	0,15	0,5	1
40	0,05	0,15	0,3	1	-
70	0,15	0,35	0,75	1	-
Керамические конденсаторы
20	0Д5	0,3	0,35	0,65	1
40	0,3	0,3	0,5	1	1,4
70	0,3	0,5	0,75	1,5	2,2
Бумажные конденсаторы
20	0,35	0,55	0,7	0,85	1
40	0,5	0,6	0,8	1	1,2
70	0,7	1	М	1,8	23
Электролитические конденсаторы
20	0,55	0,65	0,75	0,9	1
40	0,65	0,8	0,9	1,1	1,2
70	1,45	1,75	2	2,5	2,3
Металлодиэлектрические или металооксидные резисторы
20	0,4	0,5	0,65	0,85	1
40	0,45	0,6	0,8	1,1	1,35
70	0,5	0,75	1	1,5	2
Силовые трансформаторы
20	0,4	0,43	0,45	0,55	1
40	0,42	0,5	0,6	0,9	1,5
70	1,5	2	3,1	6	10

Для германиевых полупроводниковых диодов а брать таким, как у кремниевых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть в схеме, следует спросить у преподавателя, как быть.