Модернизация лабораторных макетов по дисциплинам электротехника и электроника.
Введение
Проблема обновления учебных макетов в лаборатории электротехники и электроники (213ф.) стала насущной более 10 лет назад. Неоднократно преподаватели, ведущие лабораторные работы говорили об этом и писали служебные записки о необходимости модернизации лабораторных макетов (ЛМ). Эти служебные записки размещены в приложении. И только в конце прошлого 2012 г. процесс был запущен. Были выделены деньги в размере 50 тысяч рублей на обновление шести новых макетов по темам: резонансные цепи, транзисторные усилители (два макета), аналоговая интегральная электроника, цифровая электроника.
Исследование работоспособности старых макетов
Описание
1. Выявление слабых мест в электронике
2. Переработка принципиальных схем
Для оптимального решения всей задачи в целом модернизация лабораторных макетов (ЛМ) должна выполняться людьми, которые непосредственно с ними работали, но такой момент ТУСУРом и кафедрой был упущен. Три года назад на кафедре вел лабораторные наш выпускник 2010 года Александр Евгеньевич Кобзев. Именно при его участии, и участии Анатолия Андреевича Шибаева и Валерия Федоровича Сиверцева в 2011г. (см. Приложение A) была поставлена окончательная точка в этом вопросе — модернизация жизненно необходима — ситуация когда студент осваивает азы электроники в условиях тотального дребезга контактов абсурдна. Руководство начало поиск финансирования.... К тому времени когда деньги для модернизации были выделены уже не работал в ТУСУРе.
Состояние элементной базы
Несмотря на то, что элементная база ЛМ устарела, т. к. в ней использованы компоненты первого и второго поколения советских транзисторов и ИС, что само по себе вызывало у «посвященных» студентов смех, радиокомпоненты там все рабочие. Признаться выкидывать музейные компоненты - времен успешного освоения советским народом космоса, немного жалко... Основная проблема старых ЛМ — это изношенность контактных групп, как на самих платах так и в измерительных устройствах. Поэтому самым необходимым была замена контактных гнезд ЛМ (Приложение А).
Другая проблема - это ремонт ЛМ. Дело в том что макеты выполнены с помощью навесного монтажа, печатная технология использована только частично, к выводам ИС все равно припаяны провода идущие к гнездам (см. рисунок 1). Это обуславливает чрезвычайную трудоемкость ремонта ЛМ.
accjpg
Рисунок 1 — Внешний вид монтажа старого ЛМ
Также выяснилось, что в схемах макетов, где использованы ИС нет цепей защиты от электростатических воздействий. Поэтому самой проблематичной задачей в этих макетах было выход из строя ИС впаянной в печатную одностороннюю плату и проводам с другой стороны.
Решение задачи обновления ЛМ
В первую очередь были выбраны гнезда и штекеры для замены старых. Выбор был сделан в пользу надежности соединения — выбраны гнезда типа “BANAN” с пружинным наконечником. Далее было принято решение, по совету заф. каф. , изготовить печатные платы ЛМ на современном производстве, «что бы было красиво». Это требование поставило задачу полной оцифровки принципиальных схем макетов, которых кстате, просто не существовало в природе. Т. о. мы пришли к задачи реинжиниринга.
Обновление внешнего вида корпуса
Данная задача еще не решена и требует своей проработки. Ее обещал решить на производственном участке НИИЭАМ. Суть решения: пескоструйная обработка — покраска.
Изготовление лицевой панели ЛМ
Лицевая панель — это то с чем непосредственно работают студенты (рис. 2.). Сейчас она реализована подручными средствами: лазерный принтер, бумага и пленка. Понятно, что все это быстро ветшает.
В первоначальном варианте она была сделана с помощью технологии «шелкографии» на металле толщиной 0.75 мм. За тридцать лет эта краска просто выгорела, истерлась, и обозначения и схемы уже практически не читались.
Сначала мы решили повторить то, что было сделано нашими предшественниками. Т. е. оставить тектослит на которым был реализован монтаж ЛМ, обновить монтаж, добавить новые печатные платы. Печатные платы уже были сделаны, когда уже неработающий на каф. предложил совершенно простое решение: полностью отказаться от навесного монтажа - использовать только печатный! Это решение упрощает эксплуатацию, делает монтаж очень надежным и что не мало важно, все можно сделать на одном производстве печатных плат в соседнем с ФЭТом . Это избавляет нас от закупки металла для лицевых панелей, его покраске и нанесения рисунка, хотя уже к этому времени были готовы рисунки для производства шелкографии, реализованные в пакете AuotoCAD. Поэтому пришлось поменять траекторию проекта.
Разработка принципиальных схем
Для разработки печатных плат потребовалось разработать и принципиальные схемы к ним. В таблицы 1 приведены разработанные принципиальные схемы (ПС)
Таблица 1. - Разработанные принципиальные схемы
Название ПС | Номер ЛМ |
Переработка схемы генератора. (формирователя меандра) | ЛМ_1 |
Переработка схем на ОУ. | ЛМ_4 |
Переработка схем цифровой электроники. | ЛМ_6 |
Переработка макета с логическими элементами | ЛМ_5 |
Переработка макета с усилителем | ЛМ_2 |
Финансовый отчет
Как уже говорилось выше на проект первоначально было выделено 50 т. р. С учетом налогов эта сумма немного сократилась где то до 45т. р. Из них было выплачено за разработку принципиальных схем и печатных плат инженеру Верхулевскому Константину 15 т. р. (два месяца работы) На разработку рисунков для шелкографии ушло 5 т. р. (один месяц) Недяку Сергею Павловичу. На оплату компонентов для макета по счету № 000 от 01.01.01 г ушло 9 879,40 рублей. Также небольшая часть радиодеталей покупалась за наличный расчет руководителем проекта. Судьба оставшихся 15 т. р. пока окончательно не решена, возможно они пойдут на компенсацию издержек ответственного за проект или если у ТУСУРа сосем не будет денег, они будут использованы в последующей разработке печатных плат.
Закупка компонентов
Закупка компонентов осуществлялась конечно же не через ТУСУР, с его бюрократией врядтли можно было сделать хоть что то.
Выполнение монтажа
Монтаж одной платы операционных усилителей был выполнен одним студентом по его собственному желанию для повышения рейтинга про предмету «основы электротехники» (рисунок. ). Плата настроена и проверена, хотя только в одном усилительном режиме.
Приложение A
Заведующему кафедрой ЭСАУ
д. т. проф.
Служебная записка
В связи с морально-техническим устареванием лаборатории электротехники и электроники в аудитории 213 для обеспечения нормального процесса обучения студентов предлагается предпринять следующие меры:
1. Замена разъемов на макетах. Используемые на данный момент разъемы не обеспечивают надежного электрического контакта, что в свою очередь затрудняет проведение лабораторных работ.
2. Замена или ремонт измерительных щупов осциллографов и вольтметров. Используемые на данный момент щупы часто не позволяют провести измерения, т. к. в щупах происходит замыкания в момент прикосновения к ним.
3. Замена вилок на измерительных приборах и генераторах. В данный момент вилки на приборах не фиксируются в розетках, что зачастую приводит к выключению приборов во время работы.
4. Ремонт переключателей осциллографов, вольтметров, и переключателей, расположенных на макетах. На данный момент некоторые переключатели находятся в аварийном состоянии.
Сроки выполнения работ: июль-август 2011 года.
Для выполнения данных работ предлагается привлечь студентов, которые будут проходить технологическую практику на кафедре.
Уточненная смета на материалы
Наименование | Цена за 1, руб | Кол-во на макете | Рабочих мест | Видов л. работ | Итого единиц | Итого, руб |
Разъем BP-113 | 8 | 80 | 6 | 4 | 1920 | 15360 |
Штекер BP-112G | 8 | 80 | 6 | 4 | 1920 | 15360 |
Сетевая вилка | 50 | 4 | 6 | 24 | 900 | |
Провода гибкие соединительные | 40 | 11 (0.7 м) | 6 | 100 | 4000 | |
BNC разъемы | 50 | 3 (1 м) | 6 | 18 | 900 | |
ВЧ-Провод РК 50 (RG-58) | 20 | 100 | 2000 | |||
Итого | 38520 |
_________
_________
03.06.2011
