48781

Схемотехнічна і конструкторська розробка вузла сканування, що входить в склад оптико-електричного приладу

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Спектральні прилади призначені для розкладу складного спектра випромінювання на монохроматичні складові і для вимірювання їх довжини хвилі та інтенсивності. За допомогою сучасних спектральних приладів можливо докладно вивчати властивості і будову різних матеріалів їх структуру і хімічний склад по наявності в спектрі випромінювання або поглинання визначених спектральних ліній. Тому виник розділ спектроскопії названий лазерною спектроскопією під якою розуміється сукупність апаратури і методів дослідження в яких лазери використовуються...

Украинкский

2013-12-29

911.5 KB

4 чел.

Зміст

Анотація

Введення

  1.  Основні поняття про оптичне випромінювання………………
  2.  Огляд існуючих методів спектрального аналізу……………..
  3.  Технічне завдання…………………………………………..
  4.  Аналіз технічного завдання……………………………….
  5.  Вибір базового елемента спектрального приладу…………..
  6.  Структурна схема спектрального приладу………………..
  7.  Принципова оптична схема спектрального приладу……….
  8.  Принцип роботі спектрального приладу…………………..
  9.  Вибір варіанту конструкції………………..
    1.  Описання варіантів конструкції………
    2.  Вибір оптимального варіанту………..
  10.   Розробка вузла сканування…………………
    1.  Розробка конструкції вузла……….
    2.  Аналіз електронної схеми вузла
    3.  Вибір елементної бази і матеріалів
  11.  Розрахунки, підтверджуючі працездатність приладу
    1.  Розрахунок міцності друкованої плати
    2.  Визначення параметрів друкованої плати
    3.  Розрахунок надійності по випадковим відмовам

  1.  Розрахунок блока живлення ФЕУ і вузла сканування (підсилювач-формувач міток)
  2.   Економічне обґрунтування розробки нового приладу
  3.  Охорона праці
  4.  Висновок
  5.   Література
  6.   Додаток

Введення

Серед направлень науково-технічного прогресу останніх років в медицині слід вказати, перш за все, на розвиток лазерної техніки, розширення досліджень в дальній інфрачервоній і ультрафіолетовій частині спектру,  розвиток фізичної електроніки, імпульсної техніки і т.д.

В усіх вказаних направленнях ефективність досліджень нероздільно зв’язана з розробкою високоточних засобів вимірювання. Серед різноманітних типів сучасних вимірювальних засобів одне з перших місць належить оптико-електронним приладам.

Сучасна оптична апаратура забезпечує вимірювання з дуже високою точністю і надійністю параметрів як непереривних, так і швидкоплинних процесів (навіть до нано- і субнаносекундного діапазону) в широкому спектральному і енергетичному інтервалі, а також в умовах сильних вібрацій, великих перепадів температури та тиску. Крім того, сучасна оптична апаратура дозволяє автоматизувати аналіз і обробку результатів вимірювання.

Серед основних класів оптико-електронних приладів, перш за все, потрібно згадати спектральні прилади. Чому і присвячена дана даний дипломний проект, в якій були розроблені вузол сканування оптико-електричного приладу(спектрометр, спектрофотометр).

Спектральні прилади призначені для розкладу складного спектра випромінювання на монохроматичні складові і для вимірювання їх довжини хвилі та інтенсивності. За допомогою сучасних спектральних приладів можливо докладно вивчати властивості і будову різних матеріалів, їх структуру і хімічний склад (по наявності в спектрі випромінювання або поглинання визначених спектральних ліній). Ці прилади безперервно вдосконалюються в зв’язку з усіма новими вимірюваннями, задачами, виникаючими при наукових дослідженнях.

Розроблені нові методи оптичних вимірювань і принципи побудови оптично-електронних  приладів для наукових досліджень знаходять широке застосування в різних медичних напрямках.

Винахід лазерів і їх широке впровадження в практику наукових досліджень здійснили вагомий вплив на спектральне приладобудування і техніку спектроскопії. Тому виник розділ спектроскопії, названий лазерною спектроскопією, під якою розуміється сукупність апаратури і методів дослідження, в яких лазери використовуються основні специфічні властивості лазерного випромінювання. Спектральні прилади, в яких лазери використовуються в якості джерел випромінювання, називаються лазерами.

Методами лазерної спектроскопії дозволили розширити можливості традиційних методів.

В даному дипломному проекті представлена схемотехнічна і конструкторська розробка вузла сканування, що входить в склад оптико-електричного приладу.

  1.  Основні поняття про оптичне випромінювання

Під випромінюванням розуміється перенос енергії в просторі від тіла до другого, або за допомогою матеріальних частинок, або за допомогою змінного електромагнітного поля.

Спектр являє собою розподілення потужності по довжинам хвиль або частоти, тобто сукупність (дискретну, або суцільну) монохроматичних (що характеризуються однією довжиною хвилі або частотою) коливань, якими можна представити світло від будь-якого джерела випромінювання.

Розрізняють спектри випромінювання (емісійні) і поглинання (абсорбційні). Сукупність довжин хвиль (частот), що входять в склад випромінювання будь-якої речовини, називається емісійним спектром, а поглинених даною речовинною – абсорбційним спектром. Крім двох найбільш розповсюджених типів спектрів існують спектри розсіювання. Спектр виникає шляхом розкладу випромінювання складного складу на монохроматичні складові за допомогою спектральних приладів. Кожному монохроматичному випромінюванню, яке представляє собою результат переходу збудженого електрону з високого енергетичного рівня на основний з виділенням кванта енергії ( h – постійна Планка, v – частота коливань), відповідає лінія випромінювання. При збудженні електроном атом поглинає квант енергії; цьому випадку відповідає лінія поглинання.

Зазвичай спектр зображується графічно, при цьому по осі абсцис відкладаються довжини хвиль або частота, а по осі ординат – значення, пропорційні квадрату амплітуди коливань. За ширину спектральної лінії (смуга)  приймають спектральний інтервал, рівний ширині лінії на рівні половини максимуму випромінювання (поглинання, розсіювання). Ця величина може бути виражена в довжинах хвиль ∆λ або частотах електромагнітних коливань (див.рис.1).

Рис.1

Розрізняють наступні основні види спектрів (див. рис.2 а, б, в, г)

а – лінійний

б – смуговий

в – суцільний

г – змішаний

 а     б

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

 в     г

Основний метод отримання інформації про спектральний склад випромінювання (дисперсія в призмі)

Існує декілька методів розкладання випромінювання на монохроматичні складові. До одного з них відноситься дисперсія в призмі.

Одним з простих способів розкладання випромінювання в спектр є використання призми або системи призм. При проходження білого світла крізь призму пучок променів різних довжин хвиль відклоняється до основи призми на різні кути. Це відбувається тому, що показник заломлення матеріалу призми змінюється зі зміною довжини світлової хвилі, тобто заломлююча дія призми різне для променів різної довжини хвилі. Кут А при вершині призми (рис.3) називається заломлюючим кутом призми.

Рис.3

Так як призми частіше всього працюють в паралельних пучках, розглянемо хід одного з променів падаючого на неї пучка. Позначимо - кути падіння променів на грані призми, через - кути заломлення на цих гранях. Кут φ називається кутом відхилення і визначається виразом:

    

Хід променя крізь призму можна розрахувати по формулам:

; ; , де n – коефіцієнт заломлення матеріалу. При даному куті падіння  кут φ більшає із збільшенням кута А і з підвищенням n. Для прозорих речовин n  підвищується зі збільшенням λ, тому короткохвильове випромінювання сильніше відхиляється призмою, ніж довгохвильове. Кут відхилення φ приймає мінімальне значення при симетричному ході променів в призмі, тобто при , та . При цьому кутове збільшення Г=1, тобто спектральна лінія не розширюється.

  •  Кутова дисперсія призми. Визначається як похідна кута відхилення φ по довжині хвилі λ і в загальному випадку визначається як

Для мінімуму відхилення кутова дисперсія призми

Для отримання більшої кутової дисперсії потрібно використати призми з великими кутами заломлення ( але так, щоб не було повного внутрішнього відбивання на другій грані призми згідно умови ) із матеріалів з великим значенням n. Кутова дисперсія призми змінюється нелінійно зі зміною . Для системи однакових призм, встановлених в мінімумі кута відхилення, кутова дисперсія пропорціональна числу призм.

  •  Кутове збільшення при проходженні пучка променів крізь призму не в мінімумі кута відхилення в меридіональному розрізі визначається формулою

Якщо промені крізь призму йдуть в мінімумі відхилення, то , тому Г=1, тобто спектральна лінія не розширюється.

  •  Кривизна спектральних ліній в площині зображення викликається тим, що промені, проходячи від країв вхідної щілин, проходять призму не в головному перерізі з кутом заломлення . При цьому і кривизна спектральних ліній направлена випуклістю в дальнохвильву область спектра. Для компенсації викривлення ліній використовують викривлені щілини з кривизною, рівною по величині, але протилежній по знаку кривизні ліній, що вноситься призмою.
  •  Роздільна здатність призми при проходженні променів крізь призму в мінімумі кута відхилення визначається як

2. Огляд існуючих методів спектрального аналізу і класифікація приладів

Спектральним аналізом називають фізичний метод аналізу хімічного складу речовини, оснований на вимірюванні і послідуючій розшифровці спектрів випромінювання, поглинання або розсіювання речовини. Спектри випромінювання, поглинання або розсіювання речовиною випромінювання несуть велику інформацію про атомно-молекулярний склад речовини, так як поглинання, випромінювання та інколи розсіювання відбувається за рахунок взаємодії світла з речовиною на атомно-молекулярному рівні.

В залежності від характеру отриманих спектрів розрізняють наступні види аналізу:

  •  емісійний  (по спектрам випромінювання)
  •  абсорбційний (по спектрам поглинання)
  •  люмінесцентний (по спектрам люмінесценції)
  •  комбінаційний (по спектрам комбінаційного розсіювання)

При емісійному аналізі пробу нагрівають до температури в декілька тисяч градусів за допомогою електричної дуги, іскри, полум’ям спеціальних горілок, лазерного випромінювання: розжарені пари або гази випускають промені характерного спектрального складу.

Абсорбційний аналіз використовує спектри поглинання (абсорбції) речовини. Цей метод використовується головним чином для аналізу молекулярного складу в інфрачервоній області спектра, де лежать основні лінії поглинання молекул. Через досліджувану речовину пропускають пучок світла, при чому частина світлової енергії поглинається речовиною і в результаті в спектрі пропущеного випромінювання з’являються смуги поглинання. По положенню та інтенсивності смуг поглинання визначають склад і будову досліджуваної речовини. Розрізняють атомно-абсорбційний і молекулярно-абсорбційний аналіз, які відрізняються один від одного своїми теоретичними основами, використовуваними приладами і методами вимірювань.

Комбінаційний аналіз використовують спектри комбінаційного розсіювання твердих, рідких і газоподібних проб, збуджених монохроматичним випромінюванням. Явище комбінаційного розсіювання характеризується тим, що при розсіюванні світла відбувається зміна довжини світлової хвилі, чого не спостерігається при поглинанні і відбиванні, коли змінюється тільки інтенсивність світла. Це відбувається, тому що при падінні кванта випромінювання на молекулу досліджуваної речовини можлива віддача тільки частини його енергії молекул, причому можливо також і відбирання енергії у молекул. За рахунок цього енергія розсіюваного кванта може бути як менше, так і більше енергії падаючого кванта , рівну енергії власного коливання молекули:

По зміні довжини хвилі можна судити про частоти власних коливань молекул.

Люмінесцентний спектральний аналіз оснований на властивості деяких речовин віддавати світлову енергію при їх опромінені збуджуючим випромінюванням. Поглинаючи падаюче випромінювання, молекули можуть переходити в нестійкий стан з більш високою енергією, а потім, випромінюючи, переходити в один із стійких станів з енергією, проміжною між початковою і тією, яку вони мали в нестійкому стані. В результаті довжина хвиль випромінювання люмінесценції буде відрізнятись від довжин хвиль збудження. По довжині хвилі випромінювання люмінесценції можна судити про рівні енергії нестійких станів молекули.

По точності отриманих результатів розрізняють якісний, напівякісний, і кількісний спектральний аналіз.

Якісний аналіз дає можливість визначити склад речовини без вказання на кількісне сполучення компонентів

 Напівякісний аналіз дає приблизну кількісну оцінку компонентів з похибкою, що доходить до 50%.

Кількісний аналіз дає можливість точного кількісного вміщення певних елементів в пробі ( з похибкою 5% і менше).

Кожний вид аналізу потребує специфічних вимог до використовуваних приладів, визначене особливостями отриманих спектрів Наприклад, для комбінаційного і люмінесцентного аналізів потрібні світлосильні прилади з високим ступенем гасіння розсіюваного в приладі випромінювання, оскільки потрібно реєструвати люмінесцентні спектри на фоні потужного збуджуючого випромінювання; для молекулярного абсорбційного аналізу, використовуючого складні коливально-обертальні спектри, потрібно зазвичай прилади з високою роздільною здатністю. Проте більшість виготовляємих приладів досить універсальні і можуть застосовуватись для проведення декількох видів аналізу ( зі спеціальними оснащеннями і змішаними вузлами).

Методи лазерної спектроскопії

 Емісійний аналіз. В емісійному аналізі лазери служать для випаровування речовини в пробі і збудження спектра, тобто в поєднанні зі спеціальним мікроскопом вони грають роль звичайного в спектральному аналізі іскрового або іншого джерела збудження. Застосування лазерів дає можливість проводити аналіз в дуже чистих умовах, так як повністю відсутній спектр електродів, який робіть важчим проведення аналізу неметалічних проб. Збуджуючи лазерну іскру в газах, можливо також аналізувати газові суміші без  викривлення результатів аналізу заряджаючою дією стінок і електродів розрядної трубки, що має особливо важливе значення в газовому спектральному аналізі.

Крім збудження емісійних спектрів речовин з послідуючим спектрографічною реєстрацією лазерне випромінювання знаходить застосування в мас-спектрометрії для селективної іонізації молекул, що суттєво перебільшує чутливість і вибірковість цього виду аналізу.

Лазерний спектрометр для емісійного аналізу будується на основі принципу гетеродинного прийму досліджуємого випромінювання (рис.1). Випромінювання, що аналізується від джерела 1 через лінзи 2 направляється на фотоприймач 5, де змішується з випромінюванням місцевого гетеродина 3 за допомогою напівпрозорого дзеркала 4. Сканування по спектру відбувається перестройкою частоти місцевого гетеродина, в якості якого найбільш зручно використовувати напівпровідникові лазери. При близькому спів паданні частоти гетеродину і частоти досліджуваного випромінювання між ними виникають так звані «биття». Реєстрація частот цих «биттів» і відповідних їм амплітуд сигналів дозволяє отримати інформацію про спектральний склад досліджуваного випромінювання.

Рис.1 Принципова схема лазерного спектрометра для емісійного аналізу

Абсорбційний аналіз. В цьому випадку лазери використовуються в якості джерел випромінювання, збільшують чутливість абсорбційного аналізу, тобто дають можливість визначити відчутно менші поглинання, ніж це досягається звичайними спектральними пробами. Висока спектральна яскравість лазерного випромінювання дозволяє реєструвати слабкі смуги поглинання, а мала ширина апаратної функції лазерного спектрального приладу дає можливість реалізовувати граничне розділення, що визначається власним уширенням лінії поглинання. Популярні три основні схеми, по яким будують лазерні спектральні прилади для абсорбційного аналізу.

Рис.2а

Рис.2б

Рис.2в

 В першій схемі (рис.2а) джерелом живлення служить лазер 1 з перестроюваною частотою, який безпосередньо освітлює кювету 2 за досліджуваним зразком. По ослабленню випромінювання, падаючого на приймач 3, визначається величина поглинання в залежності від довжини хвилі.

В другій схемі (рис. 2б) абсорбційна кювета розміщена всередині резонатора лазера з широкою смугою підсилення середовища зі слабим поглинанням всередині цієї смуги підсилення. В результаті поглинання падає потужність генерації, і якщо перевищення енергії накачки над пороговою дуже мало, то навіть невелике поглинання може привести до падіння потужності генерації до нуля. Іншими словами, в цьому діапазоні енергій залежність потужності генерації від коефіцієнта підсилення дуже сильна.

Якщо лазер генерує широку смугу частот, то в максимумі ліній поглинання утворюються різкі провали, які легко реєструються за допомогою звичайного спектрографа. Потрібно виділити, що чутливість лазерного абсорбційного метода в середині резонаторних селективних втрат, покладеного в основі схеми (рис. 2б), також збільшується в результаті збільшення ефективної товщини поглинаючого слою за рахунок багатократного відбивання випромінювання від дзеркал резонатора.

Третя схема (рис. 2в) основана не на вимірюванні ослаблення пройденого світлового потоку, а на вимірюванні безпосередньо поглинутої енергії оптико-акустичним методом. Тут використовується оптико-акустичний ефект, що проявляються в пульсаціях тиску газу в замкнутому об’ємі при поглинанні модульованої звукової частоти потоку випромінювання. Шуми приймача і флуктуація джерела випромінювання на практиці обмежують вимірювання поглинання прямими методами на рівні 0,1%. Проте, якщо падаюча енергія значна, то навіть при дуже малих коефіцієнтах поглинання  можна зареєструвати випромінювання, що поглинулось, повністю перетворене в тепло (5 – мікрофон).

Флуоресцентний аналіз. В основу цього аналізу покладений метод реєстрації поглиненої із лазерного випромінювання енергія по виникаючій флуоресцентній збуджених в зразку частинок. Оскільки ширина смуг випромінювання лазерів з перестроюваною частотою менше, ніж ширина резонансних ліній з доплеровським уширенням то з’являється можливість проводити селективне збудження окремих резонансних смуг. Схема лазерного спектрометра для флуоресцентного аналізу приведена на рис. 3. Збудження ліній здійснюється лазером з перестроюваною частотою, для аналізу флуоресцентного випромінювання використовується звичайний монохроматор.

Рис.3

За рахунок високої інтенсивності випромінювання імпульсних лазерів їх можна використовувати в якості приладів для дистанційного збудження молекул з послідуючою реєстрацією випромінювання флуоресценції. Такі прилади представляють собою комбінацію потужного лазера, оптичного телескопа і спектрометра і служать для дослідження складу атмосфери і контролю забруднення навколишнього середовища.

Г. Аналіз по спектрам комбінаційного розсіювання.

Застосування лазерів в якості джерел збуджуючого випромінювання дозволяє значно підвищити інтенсивність досліджуваного розсіюваного світла і працювати зі зразками дуже малих розмірів (масою до . Використовуючи як безперервні, так і імпульсні лазери, при цьому завдяки малій тривалості імпульсу випромінювання ( близько вдається реалізувати добре часову роздільну здатність.

Схеми лазерних спектрометрів для аналізу спектрів комбінаційного розсіювання принципово не відрізняються від схем для флуоресцентного аналізу (див. рис.3).

Класифікація спектральних приладів

Сучасні спектральні прилади представляють собою великий клас приладів, значно розширюваних по призначенню, конструктивним принципам роботи і характеристикам. Тому можливі декілька типів класифікацій таких приладів:

а) по методу розкладання досліджуваного випромінювання в спектр

призмові спектральні прилади. В них розкладання досліджуваного випромінювання в спектр по частоті коливань (або довжин хвиль) ґрунтується на явищі дисперсії в призмі. Класичні призмові прилади, в яких вхідним елементом являється вузька спектральна щілина, можна розглядати яка аналогові прилади перетворення вхідного сигналу (досліджуваного випромінювання). Над вхідним сигналом проводяться операції розрахування автокореляційної функції і перетворення Фур’є по частоті коливань.

дифракційні спектральні прилади. До цього типу відносять щілинні прилади, а яких для розкладання випромінювання в спектр в якості дисперсійного елемента використовується дифракційна решітка.

растрові спектральні прилади. Прилади цього типу відрізняються від класичних тим, що замість однієї вхідної і однієї вихідної щілини вони вміщують множину щілин на вході і виході, виконаних в виді растрів розноподібної конфігурації. Розкладання досліджуваного випромінювання в спектр по частоті коливань (довжинам хвиль) в цих приладах проводиться дисперсіючою призмою або дифракційною. Пропускаючі зони вхідного і вихідного растрів відчутно переважає по площині щілини класичних приладів, тому растрові прилади мають більш високу світлосилу при тій же роздільній здатності, що і щілинні прилади.

спектрометри за перетворенням Адамара. Розкладання випромінювання в спектр в таких приладах проводиться подібно тому,  як це робиться в класичних приладах. Проте ці спектрометри мають спеціальну маску, кодуючи випромінювання у відповідності з так званим кодом Адамара. Застосування такого коду дозволяє збільшити в декілька раз відношення сигнал/шум в прийомо-реєструючій системі приладу, що еквівалентно підвищенню світлосили.

спектральні прилади з еталоном Фабри-Перо. В таких приладах спектральне розкладання проводиться еталоном Фабри-Перо, дія якого основана на багатопроменевій інтерференції. При високій світлосилі вони мають дуже велику роздільну здатність

Фур’є-спектрометри. Фур’є-спектрометри представляють собою інтерферометр зі звичайним дзеркалами, на виході якого при лінійному вимірюванні різниця ходу двох пучків кожна монохроматична складова вхідного випромінювання модулюється частотою, пропорційною частоті випромінювання. Реєструємий приймачем складний сигнал (Фур’є –інтерферограма) представляє собою автокореляційну функцію досліджуваного випромінювання. Інформація про весь досліджуваний діапазон видається одночасно.

лазерні спектральні прилади. До цієї групи відносять всі спектральні прилади, в яких джерелом випромінювання служить лазер. В спектроскопії використовуються такі властивості лазерного випромінювання, як висока монохроматичність, більша спектральна густина потужності випромінювання, мале розсіювання, мала тривалість імпульса. Лазерні прилади відрізняються дуже високою роздільною здатністю: вони дозволяють реєструвати спектральні лінії з розширенням на рівні звичайного уширення, а також вимірювати малі концентрації різних речовин в складних сумішах.

б) по способу реєстрації спектра розрізняють прилади:

з візуальною реєстрацією (приймач випромінювання – око)

з фотографічною реєстрацією (запис інформації на фотопластинку або фотоплівку)

з фотоелектричною реєстрацією; в цій групі приладів реєстрація випромінювання відбувається фотонними приймачами променевої енергії (фотоелементами із зовнішнім фотоефектом, фотоелектронним помножувачем, фоторезисторами, фотодіодами) і тепловим приймачами.

в) по точності аналізу розрізняють прилади для якісного, напівякісного ( з відносною похибкою до 50%) і кількісного аналізу ( з похибкою порядку 5% і менше)

г) по виду спектрального аналізу можна виділити прилади для емісійного, абсорбційного, люмінесцентного і аналізу для атомного абсорбційного і молекулярно абсорбційного аналізу

д) по типу оптичної частини розрізняють спектральні прилади з монохроматичною оптичною частиною, які можуть виділяти вузьку спектральну ділянку (одну спектральну лінію) і з полі монохроматичною оптичною частиною, коли виділяється досить велика ділянка спектра (декілька спектральних ліній)

є) по оптичним характеристикам спектральні прилади класифікують наступним чином:

по робочому діапазону спектру: прилади для дальньої (вакуумної) і ближньої ультрафіолетової області (і відповідно), для видимої області спектру (), для ближньої, середньої і дальньої інфрачервоної області (; 2.5 – 50 мкм; 50-100 мкм.

по дисперсії: прилади малої (десятки нанометрів на 1мм), середньої (одиниці нанометрів на 1 мм), великої (десяті долі нанометрів на 1мм) і високої( стоні долі нанометрів на 1 мм) дисперсії

по світлосилі: прилади малої, середньої і великої світлосили.

4. Аналіз технічного завдання

У відповідності із завданням на дипломну роботу оптично-спектральний прилад має кінематичне виконання 4.2 по ГОСТ 15105-69, групу 1 по ГОСТ 20790-82 і призначений для експлуатації в науково-дослідницьких лабораторіях. Прилад має забезпечувати високу ефективність при мінімальній небажаній дії на організм і простому обслуговуванні. До виробу застосовуються вимоги високої надійності, технологічності.

Оптично-електронний прилад використовується в НДІ, що вимагає забезпечення естетичних і ергономічних вимог, стійкості до механічних впливів (в межах, встановлених норм), простоти установки і підключення на робочому місці, мінімум органів керування, можливість автоматичного і ручного керування.

Враховуючи умови роботи приладу і кваліфікацію обслуговуючого персоналу, підключення до мережі приладу не складає труднощів. На приладі мають бути передбачені попереджувальні надписи і знаки.

Конструкцією приладу необхідно передбачити легку заміну кювети.

Необхідно забезпечити надійний електричний контакт в силовому і високовольтному ланцюзі, неможливість доторкання до оголених контактів при роботі за апаратом (приладом). При використанні в якості джерела випромінювання лазер необхідно забезпечити безпекою обслуговуючого персоналу і від прямого попадання лазерного випромінювання в очі.

Згідно технічному завданню виробництво виробу малосерійне. В зв’язку з цим необхідно попіклуватися про зниження собівартості виробу. Для виготовлення приладу по можливості застосувати дешеві схемотехнічні рішення. Для забезпечення технологічності і ремонтопридатності приладу всі його вузли мають бути легко доступними і замінювані.

 

5. Вибір базового елемента спектрального приладу

На сьогодні призмові і дифракційні прилади найбільш широко використовуються для наукових досліджень і для рішення задач вимірювальної техніки (головним чином для спектрального аналізу).

Основою більшості спектральних приладів являється монохроматор – прилад, що дозволяє виділити із спектру випромінювання джерела окрему спектральну лінію або вузьку ділянку. Розглянемо обоє основних видів монохроматорів. Це призмений монохроматор і монохроматор з використанням дифракційної решітки.

В якості дисперсійних елементів призмених монохроматорів можуть бути використані як окремі призми, так і призмені і дзеркально-призмені системи. З ціллю збільшити дисперсію часто застосовуються автокореляційні схеми (див. рис.1)

Рис.1 (автокалімаційна схема Уолша)

  1.  вхідна щілина, 2 – вихідна щілина, 3,4 – дзеркала, 5 – призма, 6 – дзеркальний об’єктив.

Рис.2

Досить широке застосування знаходять монохроматори з дзеркальною оптикою, побудовані по автокореляційній схемі з використанням призми Літрова (рис.2)

Для розширення діапазону вимірювань спектру і забезпечення високої дисперсії в усьому спектральному діапазоні монохроматори часто комплектують змішаними призмами ( зі скла різного сорту і кварца).

Найбільш ефективним шляхом суттєвого зменшення розсіюваного світла, а згідно цього й підвищення яскравості спектральних ліній, являється використання двох послідовно розміщених монохроматорів. В них механічно об’єднується вихідна щілина першого і вхідна щілина другого монохроматорів

(рис.3)

Рис.3 (1 – вхідна щілина; 2, 4, 6, 8 – фокусуючи лінзи (об’єктиви); 3, 7 – призми; 5 – проміжна щілина; 9 – вихідна щілина)

В цілях підвищення роздільної здатності іноді використовують однопризмові монохроматори автокореляційного типу з багатократним розкладанням спектру (рис. 4). Така система еквівалентна чотрирьохпризмовій системі, проте наявність розсіюваного світла в середині приладу і великі втрати випромінювання при багатократному відбивані обмежують її використання.

Рис. 4 (1 - дзеркальний об’єктив; 2 – призма; 3 – дзеркало; 4 – вихідна щілина; 5 – вхідна щілина; 6 – модулятор).

Переваги автокореляційної схеми: практично вдвоє скорочуються габаритні розміри приладу, так як вхідний і вихідний коліматори мають один і той же об’єктив, відчутна економія матеріалу і затрат на виготовлення дорогих оптичних деталей.

Недоліком даних схем являється відносно велика кількість розсіюваного світла, завдяки тому, що дисперсійне і падаюче світло йде в одному і тому ж просторі. Недоліком подвійних монохроматорів являються великі світлові втрати, що веде за собою забезпечення високих вимог до прийомних приладів, а це значно впливає на ціну приладу.

Тепер розглянемо дифракційні монохроматори, в яких в якості дисперсійного елемента використовується дифракційна решітка.

Прилади з дифракційною решіткою також отримали широке застосування в спектральному аналізі, особливо в далекій ультрафіолетовій та інфрачервоній областях спектра, де застосування призмових приладівв свою чергу не дало таких хороших результатів.

Розглянемо декілька видів монохроматорів із застосуванням дифракційних решіток (див. рис. 5)

1 – вихідна щілина;

2 – дзеркало;

3 – вхідна щілина;

4 – дифракційна решітка;

5 – дзеркальний об’єктив.

1 – вихідна;

5, 2 – дифракційна решітка;

6, 3 – дзеркальний об’єктив;

4 – дзеркало;

7 – вихідна щілина;

1 – вихідна щілина;

2, 10 – плоске дзеркало;

3, 5, 7, 9 – дзеркальні об’єктиви;

4, 8 – дифракційні решітки;

6 – проміжна щілина;

11 – вихідна щілина

Недоліком всіх простих монохроматорів з дифракційною решіткою ( одна дифракційна решітка) є те, що на вихідну щілину попадає деяка кількість розсіюваного випромінювання інших хвиль. Рішення цієї проблеми – застосування подвійного монохроматора. Але застосування цього виду монохроматора призводить до викривлення спектральних ліній, яке веде за собою підвищення точності виготовлення механічних вузлів, що входять у склад приладу.

  •  Основні характеристики призмених монохроматорів

Прилад

Робочий діапазон, нм

Тип монохроматора

Матеріал

Зворотна лінійна дисперсій нм/мм (для λ = 0,4..0,8 мкм)

фокусна відстань, мм

УМ-2

360-1000

одинарний

скло ТФ-3

3,2 - 42,5

280

ДМР-4

900-25000

подвійний

скло ТФ-1

8,7 - 68

343

  •  Основні характеристики монохроматорів за дифракційною решіткою

Прилад

Робочий діапазон, нм

Тип монохроматора

фокусна відстань, мм

Зворотна лінійна дисперсій нм/мм (для λ = 0,4..0,8 мкм)

МДР-1 (1200 штрихів на 1 мм)

200 - 600

подвійний

500

8,0 - 9,6

МДР-2

200 - 2500

одинарний

400

2,0 - 8,0

МДР-3

200 - 2200

  -------------

600

0,13 - 0,52

 

Як ми бачимо з приведених таблиць по основним характеристикам монохроматорів (призмених і дифракційних) і виходячи із викладеної інформації та рекомендацій обираємо одинарний приземний монохроматор (див. рис.7)

1 – вхідна щілина;

2,4 – лінзи;

3 – призма;

5 – вихідна щілина.

6. Структурна схема спектрального приладу

В склад типового спектрального приладу входять (рис.1) джерело випромінювання 1, передаюча оптична система 2, дисперсійне прилад 3 (обладнання для розкладання випромінювання в спектр), прийомна оптична система 4, приймач випромінювання 5 і реєструючий прилад.

 

Джерело випромінювання утворює матеріальний носій корисної інформації – потом випромінювання. Джерело випромінювання може конструктивно входить в склад приладу або бути віддаленим від нього на значну відстань.

Оптична передаюча система формує потік від джерела випромінювання і направляє його на дисперсійний прилад. В багатьох випадках спектральних приладах використовується коліматорні системи.

Дисперсійний прилад – це найбільш важлива частина спектрального приладу, так як саме вона здійснює розкладання складного випромінювання на монохроматичні складові, тобто утворює спектр.

Прийомна оптична система застосовується для формування на приймачі потоку, розкладеного в спектр випромінювання.

Приймач енергії випромінювання потрібен для перетворення сигналу, що переноситься потоком, або в електричний сигнал, або в зміну оптичної густини почорніння фотопластини, або в зорові відчуття спостерігача.

Реєструючий прилад призначений для підсилення електричних сигналів приймача, перетворення їх в найбільш зручний вид і запис спектра.

Спектрометр – цей прилад служить для фотоелектричної реєстрації спектра. Спектрометр складається з (рис.2):

Джерела живлення 1, модулятора 2, вхідної діафрагми (щілини) 3, об’єктива коліматора 4, дисперсіючого елемента 5, вихідного об’єктива 6, вхідної щілини 7, сумісної з фокальною поверхнею об’єктива 6. За вихідною щілиною встановлений фотоелектричний приймач 8 (часто випромінювання, що пройшло крізь щілину, направляється на приймач за допомогою окремої оптичної системі. В реєструючи частину спектрометра входять підсилювальний блок та індикаторний пристрій 10 (осцилограф, телевізійна трубка, самописець, вимірювальний пристрій).

Оптична частина спектрометра представляє собою монохроматор, вихідна щілина якого виділяє вузьку ділянку спектра. Відносна особливість спектрометра в тому, що для отримання інформації про спектральний розподіл енергії в широкому діапазоні хвиль необхідно послідовно направити на вхідну щілину різні ділянки спектру ( сканувати спектр). Тому в склад спектрометра входить скануючий пристрій 11, який, як правило, змінює положення дисперсіючого елемента відносно нерухомих вхідної і вихідної щілин.

В оптичну схему спектрометра зазвичай входить модулятор, що являє собою пристрій для перетворення неперервного випромінювання в перервне. Введення модулятора дає можливість використовувати для обробки сигналів приймача більш досконалої електронної апаратури. А також зменшує шкідливий вплив фону.

Спектрометр може бути виконаний в багатоканальному варіанті. В цьому випадку його оптична схема повинна бути поліхроматором. Вздовж фокальної поверхні вихідного об’єктива такого спектрометра декілька вузьких спектральний інтервалів.

Багатоканальні спектрометри називають квантометрами, вони призначені для кількісного спектрального аналізу по багатьом компонентам одночасно.

Згідно вибраному виду спектрального аналізу і загальної структурної схеми спектрального приладу складемо структурну схему нашого приладу (рис.3)

Де, 1 – блок живлення лазера, 2 – лазер, 3 – кювет ний вузол, 4 – оптико-механічний вузол, 5 – блок живлення підсилювача міток (ПФМ), 6 – ПФМ, 7 – вузол сканування, 8 – блок живлення двигуна, 9 – двигун, 10 – фотоелектричний помножувач (ФЕП), 11 – блок живлення ФЕП, 12 – пристрій реєстрації.

Призначення вузлів (пристрою): лазер 2 – являється джерелом випромінювання. Випромінювання якого фокусується на кюветі (кювет ний вузол 3). Оптико-механічний вузол 4 – представляє собою систему лінз та дзеркал. Завдяки цьому вузлу випромінювання після кювети потрапляє на ФЕП 10 в необхідному виді для подальшого перетворення (див. розділ 10.1).

Підсилювач формувач міток призначений для формування і підсилення спеціальних міток, фіксуючи поворот дзеркала на певний кут. Вузол сканування 7 – забезпечує сканування спектрів комбінаційного розсіювання (див. 10.1). Прийомним пристроєм в нашій схемі служить фотоелектронний помножувач (ФЕП). Він потрібен для перетворення оптичного сигналу в електричний для подальшої його обробки. Пристрій реєстрації 12 являється заключною частиною нашого приладу. Його призначення – перетворення електричного сигналу в інформацію зручну для сприймання (графобудувач, самописець – отримана інформація виражається у виді залежності двох змінних величин – графік).

7. Принципова оптична схема спектрального приладу

Типова оптична схема спектрального приладу показана на рис.1. Вхідна щілина 1, освічується досліджуваним випромінюванням, знаходиться у фокальній площині коліматорного об’єктиву 2, направляючого промені в дисперсіюючий пристрій 3. Останній відхиляє на різні кути β в залежності від довжини хвилі випромінювання λ.

 

Основними дисперсіюючими елементами в спектральних приладах являється призма. Фокусуючий об’єктив 4 створює в своїй фокальній площині 5 монохроматичне зображення щілини., сукупність яких утворює спектр. Поверхня зображення 5 може бути плоскою або циліндричною. В деяких випадках окремі елементи оптичної схеми можуть бути відсутні. Іноді дисперсіюючий елемент встановлюється не в паралельних, а в розхідних або східних пучках променів. Тоді відсутній відповідно об’єктив 2 або об’єктив 4. На кінець може бути відсутнім вхідна щілина (без щілинні спектрографи).

Схема прийомної частини приладу визначається методом реєстрації. При фотоелектричному методі реєстрації використовується одна або декілька щілин, за якими розміщуються приймачі випромінювання. Виникаючий у фотоприймачі фототек, пропорційний інтенсивності падаючого на нього випромінювання, подається на підсилювач і вимірюється стрілочним приладом або записується самописцем.

Виходячи з принципової оптичної схеми спектрального приладу, складаємо оптичну схему розроблюваного приладу (див. рис.2)

  1.  Джерело випромінювання (лазер)
  2.  2,5,8 –фокусуючі лінзи
  3.  Кювета
  4.  Вхідна щілина
  5.  Дисперсіюючий елемент (призма)
  6.  плоске дзеркало
  7.  лінза
  8.  фотоелектронний помножувач (ФЕП)

Обґрунтування основних елементів оптичної схеми

Проводячи порівняльний аналіз оптичних схем, можна сформулювати деякі загальні вимоги до оптичних приладів даного класу (спектральні прилади):

  •  зображення, що створює оптична система, повинна забезпечувати високу роздільну здатність хоча б не меншу, ніж роздільна здатність дисперсію чого елемента;
  •  матеріал заломлюючих оптичних елементів повинен пропускати випромінювання світла у досліджуваній області спектру з мінімальними затримками;
  •  оптична система повинна забезпечувати найбільшу світлосилу (світлосила спектрального приладу характеризує освітлюваність, падаючу на приймач енергії випромінювання, в якості якого в нас являється ФЕП), що дозволяє повністю реалізувати роздільну здатність спектрального приладу.
  1.  Джерело випромінювання (на рис.2)

До джерел випромінювання, що застосовуються в спектральному аналізі, пред’являються високі вимоги. Джерело повинно забезпечувати достатню яскравість світіння, давати хорошу точність аналізу, забезпечувати чистоту спектру, простоту і безпеку в користуванні.

Для проведення аналізу рідин по спектрам комбінаційного розсіювання застосовують джерело випромінювання, який би мав наступні властивості, а саме:

  •  високу інтенсивність випромінювання;
  •  монохроматичність випромінювання;
  •  велику потужність випромінювання при цьому високу здатність до направляння;
  •  велику спектральну густину, а також велику енергію, що виділяється в малих об’ємах.

До джерел, що задовольняють ці вимоги відносяться газові лазери (в нашому випадку ми застосовуємо He-Ne лазер)

    

  1.  Вхідна щілина

В призмених приладах спектральна щілина являється одним із основних елементів, так як утворений на виході спектр представляє собою дискретну або неперервну сукупність зображень щілини. Тому роздільна здатність спектрального приладу в основному визначається якістю виготовлення щілини. До спектральної щілини застосовуються наступні вимоги:

- її ширина повинна бути постійною;

- ножі щілини повинні лежати в одній площині, перпендикулярній оптичній осі приладу;

- розкриття щілини повинно бути симетричним відносно початкового положення.

Вибір ширини вхідної щілини – дуже важливе питання, так як від ширини щілини і умов її освітлення залежить як інтенсивність спектральних ліній, так і реальна роздільна здатність спектрального приладу. Від ширини також залежить форма контуру спектральної лінії. В практиці спектроскопічних вимірювань варіант з нормальною шириною щілини, а саме коли (геометрична ширина щілини) рівна  (дифракційна ширина ліній) , де (ε – збільшена дисперсія елементу) (так як монохроматичне джерело випромінювання)

  1.  Дисперсіюючий елемент

Дисперсіюючий прилад – це найбільш важлива частина спектрального приладу, так як саме він забезпечує розклад випромінювання складної структури на монохроматичні складові., тобто утворює спектр. Основними дисперсіюючими елементами в спектральних приладах являється призма і дифракційна решітка. В нашому приладі – призма. Тому розглянемо більш детально основні характеристики і властивості призми.

Спектральна призма представляє собою багатогранник, виготовлений із прозорого матеріалу, показник заломлення якого залежить від довжин хвиль, тобто має дисперсію, що характеризує швидкість зміни показника заломлення при зміні довжини хвилі. Так як нами розроблюваний прилад працює в видимій і ближній ІЧ областях спектру, тому основним матеріалом для цієї області являється оптичне скло типу флінт (марки ТФ-1, ТФ-3, Ф-1). Його характеристики приведемо в таблиці 1

матеріал

робочий спектральний діапазон , мкм

показник заломлення

коеф. Дисперсії, 1/мкм

Ф-1

0,35-2,5

1,61

0,08

ТФ-1

0,35-2,7

1,64

0,09

При установці призми в оптичну схему, виникає питання як встановити, при цьому нічого не втратити із оптичного сигналу? В спектральному приладі призму встановлюють так, щоб лінія перетинання її заломлюючих граней (заломлююче ребро) була паралельна щілині або перпендикулярна оптичній осі приладу.

  1.  Приймач випромінювання (ФЕП)

Для видимої і ближньої ІЧ областей спектру в якості приймачів випромінювання використовують фотоемісійні приймачі, робота котрих основана на зовнішньому фотоефекті. До фотоемісійних приймачів відносяться фотоелектронні помножувачі (ФЕП). Чутливість ФЕП може досягати декількох десятків і сотень ампер на люмен. Параметри сучасних ФЕП дозволяють застосовувати їх, як для реєстрації слабких світлових потоків, так і для реєстрації спектральних лінії дуже великої інтенсивності. Перевагою ФЕП являється висока швидкодія, низький поріг чутливості і великий робочий діапазон. Принцип дії будь-якого ФЕП оснований на взаємодії випромінювання з речовиною чутливого елементу (відбувається пряма взаємодія між фотонами випромінювання електронами матеріалу чутливого елемента). В нашому випадку ми застосовуємо ФЕП-62. Наведемо основні характеристики ФЕП (ФЕП-62) в таблиці 2

Марка ФЕП

Область спектральної чутл. Мкм

Облатсь макс. Чутл,мкм

Робоча напруга 1800

ФЕП-62

0,4-1,2

0,6-0,85

1800

Тому для нашого спектрального приладу в якості приймача випромінювання була вибрана марка помножувача ФЕП-32.

8. Принцип роботи спектрального приладу

 Розкладання спектру складної структури здійснюється двома методами. Перший метод – просторове розділення спектру, або селективна фільтрація, другий – селективна модуляція. Представимо роботу спектрального приладу наступним чином. Нехай є досліджуване спектральне розділення (рис.1а), що описується функцією f (λ). Спектральний прилад, що розкладає і реєструє це розподілення, можна охарактеризувати деякою функцією , що описує можливість спектрального  приладу бачити вузькі частини спектру з шириною δλ(рис.1б) і називається апертурною функцією або функцією пропускання спектрального приладу. Із поняття апертурної функції зрозуміло, що чим менше її ширина, тим точніше буде виміряна спектральна лінія або смуга і тим більше тонка структура спектра може бути досліджена.

 Розподілення енергії випромінювання джерела F(λ), що ми спостерігаємо буде описуватись деякою функцією

   

 Процес вимірювання спектрів зводиться до слідуючого. Досліджуване випромінювання зі спектральним розподіленням f(λ) направляється на спектральний селективний фільтр або спектральний селективний модулятор.

В першому випадку фільтр із складного випромінювання зі спектром f(λ) виділяє деякі спектральні складові (інтервали) δλ в околицях кожної . Фільтр може неперервно або дискретно перестроюватись у часі по деякому закону , тобто сканувати спектр. На приймач випромінювання приходять виділені компоненти випромінювання δλ. Перетворення в сигнали випромінювання дає функцію спостерігаємого розподілення в часі F(t). Переходячи від аргументу до аргументу λ, можно отримати функцію F(λ), тобто наблюдаємий спектр (рис.1 в).

В другом випадку потік випромінювання складної структури зі спектром f(λ) модулюється селективним модулятором з деякою частотою  , при цьому модулюється тільки потік зі спектральним інтервалом δλ в околицях , а решта потоку залишається не модульованим. Модулятор шляхом перестройки забезпечує сканування таким шляхом, що різні довжини хвилі випромінювання послідовно модулюються з такою ж частотою . В сигналі приймача за допомогою електричного фільтра виділяється складова  і на виході отримується F(t), значення якої пропорційно  відповідним інтенсивностям в спектрі f(λ). Тут функція розділення випромінювання по довжинам хвиль переноситься із оптичної частини в електронну.

Принцип роботи приладу заклечається в наступному, Знаючи кут на який повернулось дзеркало (реалізовано завдяки підсилювачу формувачу кута повороту дзеркала) знаходимо кут падіння досліджуваної спектральної складової на ФЕП. Знаючи цей кут знаходимо кут падіння спектральної складової на дзеркало (так як кут падіння дорівнює кут відбивання). Знаючи кут падіння на дзеркало знаходимо кут виходу випромінювання із призми. А це означає, що можемо знайти кут відхилення випромінювання. Завдяки цьому знайдемо кутову дисперсію призми., яка в свою чергу визначається, як похідна від кута відхилення по довжині хвилі. Провівши зворотнє перетворення знайдемо довжину хвилі спектральної складової. А так як кожному визначеному елементу відповідає своя довжина хвилі спектральної складової, то ми можемо знайти хімічний склад досліджуваної рідини по спектральним складовим. Крім хімічного складу завдяки ФЕП мі можемо визначити інтенсивність спектральних складових

0, 4, 8,…36, 40 – шкала повороту дзеркала (сектор)

0, 6, 12, 18, 24, 36…360 – шкала обертання двигуна (диск)

9. Вибір варіанту конструкції

9.1 Описання варіантів конструкції

 В якості методологічної основи формування варіантів конструкції РЕА доцільно використовувати метод морфологічного аналізу.

Варіант 1

Несучими елементами конструкції являються: основа 1, кришка 2, панель передня 3 і панель задня 4.

Схема приладу  розділена на функціональні вузли, а їх конструктивна реалізація здійснена на окремих платах. Органи керування 5 і індикації 6 виведені на передню панель 3.

Стійкість конструкції до зовнішніх впливів підвищується завдяки зменшення габаритних розмірів плат, а значить і підвищення їх власних частот механічних коливань.

Тепловий режим визначається компонованою схемою. Основний механізм теплопередачі конвективно-конструктивний від ЕРЕ до корпусу. Забезпечення електромагнітної сумісності полегшується можливістю реалізації кожного функціонального вузлу у виді окремого модуля, який можна екранувати.

Технологічність конструкції підвищується за рахунок розпаралелювання операції зборки.

Показник надійності інтенсивності відмови визначається, в першу чергу, інтенсивністю відмови Ge-Ne лазера, комутаційних роз’ємів.

 Вартість виготовлення і експлуатації зменшується за рахунок функціонально-модульного принципу компоновки.

Варіант 2

Схема даного приладу складається із декількох функціональних вузлів. Але на відміну від варіанту 1, конструкція цих вузлів виконана на одній платі, тобто всі ЕРЕ розміщенні на одній друкованій платі. Тепловий режим залишається без зміни. Забезпечення електромагнітної сумісності вимагає раціонального розміщення блока живлення. Технологічність варіанту 2 вище, проте застосування однієї плати збільшує час технологічного циклу зборки вузла. Показник безвідмовної роботи краще, ніж першому варіанті, так як одна плата і мала кількість роз’ємних з’єднань, то погіршується показник відновленності.

Вартість варіанту 2 майже рівна варіанту 1. По стійкості до зовнішніх навантажень (механічним діям) гірше варіанту 1, але краще варіанту 3.

Ергономічні і естетичні вимоги гірші ніж варіанта 1, але однакові з варіантом 3. Також до недоліків можна віднести великі масо-габаритні показники, якщо прийняти до уваги те, що одним із основних вимог до конструкції являються мінімальні розміри.

Варіант 3

Установка (макет) складається із двох стаціонарних блоків. Всі електрорадіоелементи встановлені на одній друкованій платі, блок живлення інший. Органи керування винесені на передню панель. По стійкості до зовнішніх механічних впливів краще варіанту 2, але поступається варіанту 1.

Тепловий режим дещо кращий варіанта 2, але такий як у варіанта 1. ЕМС схожа з варіантом 1.

Вартість виробу схожа з варіантом 2. Ергономічні і естетичні показники гірше варіанту 1, але краще варіанту 2.

По надійності цей варіант схожий з варіантом 2.

9.2 Вибір варіанта (оптимального варіанта)

Вибір варіанту зводиться до порівняння конструкцій по різним показникам і введенням загальної оцінки.

При виборі показників якості необхідно враховувати специфіку приладу і передбачений об’єм випуску. Значення вагових коефіцієнтів повинні задовольняти умову:

, де n – кількість показників

- ваговий коефіцієнт i-го показника

Для вибору оптимального варіанту використовуємо метод експертних оцінок. Кожному варіанту по визначеним показникам виставляються бали в залежності від рівня якості. Результати оцінок зведемо в таблицю 1.

Показник/варіант

масо-габ.

надійність

технологічність

вартість

стійкість до зовн. Впливу

естетич. ергоном.

оцінка

0,2

0,25

0,15

0,1

0,2

0,1

1

7/1,4

7/1,75

6/0,9

6/0,6

7/1,4

7/0,7

6,75

2

6/1,2

6/1,5

7/1,05

7/0,7

5/1,0

5/0,5

5,95

3

5/1,0

6/1,5

6/0,9

6/0,6

6/1,2

6/0,6

5,8

10.1 Розробка конструкції вузла сканування

Під сканування спектру розуміється неперервна реєстрація сканування енергії в спектрі при послідовній зміні довжини хвилі реєструємого випромінювання. Спосіб сканування і пристрою для їх реалізації відрізняються великою різноманітністю, зо визначається певним типом спектрального приладу і задачами вимірювання.

Розглянемо декілька способів сканування

  •  сканування обертання або коливанням дисперсіюючого елемента;
  •  сканування обертанням дзеркала, встановленого за призмою;
  •  сканування рухом вхідної або вихідної щілини.

Із всіх способів сканування розглянутих вище найбільш задовільний другий. Тому що він являється і не потребує для його реалізації складних механічних засобів.

10.1.2 Розробляємий пристрій сканування складається з 2 вузлів (частин) механічної і електронної.

Розглядання електронної частини вузла сканування див. 10.2. Зупинимось на розгляданні механічної часини.

Механічний привід вузла сканування складається з:

  •  двигун;
  •  датчик кута повороту дзеркала;
  •  кулачковий механізм.

Механічний привід розміщений не окремій плиті, що знаходиться від верхньою панеллю стенда (приладу) і жорстко зв’язаною з нею стійками. У вузлі сканування використаний двигун РД-09 з’єднаний через редуктор і кулачковий механізм з віссю дзеркала. На осі також розміщений модулятор датчика кута повороту дзеркала, виконаний у вигляді диска з отворами по колу. Сам датчик кута представляє собою фотоелектронну пару світлодіод і фотоприймач, зібрану в один блок. При обертанні диску відбувається модуляція світлового потоку, падаючого на фотоприймач, що дозволяє формувати мітки при повороті дзеркала. Знаючи кут падіння на ФЕП (наявність фотоструму в ФЕП) використовуючи математичне перетворення мі знайдемо довжину хвилі спектральної лінії. Кожний визначений елемент має свою λ спектральної лінії випускання. Більш детально розказано у розділі 8.

 

10.1.3 Принцип вимірювання кута повороту дзеркала

 Виходячи із необхідності точно вимірювати кутові характеристики діаграми направленості потрібно застосовувати оптоелектронний метод вимірювання кута повороту дзеркала. Суть методу пояснює рис.1. На валу двигуна 1 встановлений диск модулятор 2, на краю якого виконані невеликі отвори однакового діаметру 3 через кожні 6 градусів. Над диском модулятором 2, навпроти отворів 3 знаходиться світло діод 4 з протилежної сторони знаходиться фотодіод 5. При обертанні диска модулятора 1 відбувається перетин осі випромінювання світлодіода 4 отворами 3 і проміжками між ними. В результаті цього опромінення світлодіода 5 буде періодичним. Період цього сигналу буде відповідно повороту діаграми направленості на кут λ , де λ –це кут, через який нанесені отвори 3 (). Сигнал з фотодіоду 5 потрапляє на вхід підсилювача-формувача, на виході якого виробляються мітки з періодом, рівним періоду облачання фотодіода 5 і відповідні повороту діаграми направленості дзеркала на кут . 

10.2 Описання електронної схеми вузла сканування (принцип роботи підсилювача формувача міток)

Підсилювач формувач міток призначений для формування і підсилення спеціальних міток, фіксуючих поворот діаграми направленості на визначений кут ().

Підсилювач зібраний по двухкаскадній схемі. Перший каскад зібраний на мікросхемі А1 і  призначений для підсилення вхідного сигналу з фотодіоду до рівня, забезпечуючого нормальну роботу наступного каскаду.

- визначає величину коефіцієнта підсилення;

- знижує коефіцієнт передачі на високій частоті;

 - роздільна ємність;

- фільтр (елементи).

Другий каскад виконаний на мікросхемі А2 і служить для формування меандру. Цей каскад представляє собою підсилювач з позитивним зворотнім зв’язком () і працює в режимі тригера, переключає мого вхідним сигналом із одного стану в інший.  - навантаження для мікросхем А2 при замиканні її виходу через діод VD 2  на корпус.

VD2 – обмежує сигнал негативної полярності;

- диф. ланцюг для отримання із меандру більш коротких імпульсів (міток). Каскад на транзисторі VT1 являється буферним, виконаний по схемі з спільним колектором (СК)

- навантаження транзистора VT1

Вихідний підсилювач виконаний на транзисторі VT2.  - являється навантаженням вихідного підсилювача. Живлення підсилювача формувача міток здійснюється від низьковольтної частини блока живлення (±12В).

 

10.3 Вибір елементної бази і матеріалів

При виборі матеріалу корпусу необхідно врахувати багато різних, часто суперечних, факторів: механічні і масо-габаритні вимоги до виробу, умов його експлуатації, технології виготовлення, об’єм виробництва, вимог надійності і довговічності, ряду спеціальних вимог таких як естетичні і ергономічні.

В умовах одиничного або дослідного виробництва, коли виріб виготовляється на універсальних верстатах, його форма повинна забезпечувати використання видів заготовок, на потребуючих для обробки спеціальної оснастки. Рекомендується максимально використовувати стандартний асортимент, виріб складних форм робити зібраним з елементів простих форм.

Визначаючими вимогами при виробі матеріалу корпусу опто-електронного приладу являється можливість його виготовлення на універсальних станках із наявних матеріалів в механічних майстернях кафедри.

При вивчанні номенклатури наявних матеріалів і можливості їх обробки можна зробити висновок, що для виготовлення корпусу пропонуються наступні матеріали: дюралюміній (Д-16), сталь (Ст45), латунь (Л86).

Керуючись естетичними вимогами, а також, що сталь тяжче обробляється, ніж дюралюміній, тому візьмемо дюралюміній.

 

10.3.2 Обґрунтування вибору матеріалу друкованої плати

При виборі матеріалу для виготовлення друкованої плати керуються:

  •  хімічною стійкістю матеріалу по відношенню до кислотних розчинів, в яких відбувається процес травлення рисунку;
  •  стійкість до нагрівання і вологостійкістю матеріалу;
  •  міцність зчеплення фольги з діелектриком;
  •  рекомендовані області застосування матеріалу.

Порівняльні характеристики матеріалів приведемо в таблиці 10.3.2 (1)

Характеристика

гетинакс

текстоліт

склотекстоліт

1. Густина без фольги (г/см3)

1,3…1.4

1,2…1,5

1,3…1,6

2. Діелектрична проникність (кВ/мм)

5,3

4,5

5

3. Вологопоглинання (кг/см3)

0,6

1,4

0,3…0,5

4. Густина зчеплення фольги з діелектриком (кг/см№)

1350

1000

1600

5. Діапазон робочих температур (С)

-60...+105

-60…+105

-60…+155

Виходячи із порівняльної характеристики матеріалів, приведеній в таблиці, а також враховуючи рекомендовані матеріали для такого типу плат можна зробити висновок, що найбільш відповідним матералом являється односторонній фольгований склотекстоліт СФ2-50-05

Виходячи із технологічних можливостей підприємства для виготовлення друкованої плати застосовується комбінований негативний метод виробництва плати фотохімічним способом отримання елементів друкованого рисунку. Суть методу заклечається в вибірковому травлені незахищених ділянок фольги після проявлення фоторезисту і подальша металізація отворів.

10.3.3 Вибір елементної бази

Вибір елементної бази проводимо методом експертних оцінок, при чому радіоелементи розіб’ємо на групи, враховуючи специфіку роботи кожної частини даного пристрою

  1.  ІМС та інші активні елементи (АЕ)
    1.  Резистори
    2.  Конденсатори
  2.  Виходячи із специфіки приладу, вибір активних елементів та ІМС проводити не будемо, а назначимо у відповідності зі схемою електричною принциповою: діоди SY 360/4, 1N4150; стабілітрони ZD402; транзистори  BC 807, BC 327; мікросхеми MC1456C.
  3.  Для вибору резисторів складемо таблицю експертних оцінок

Показник/тип резистора

стабіл. %/˚С

надійність, λ, 10^-6 1/τ

рівень власних шумів, мкВ/В

мао-габар. Г, ммхмм

вартість, грн за 10шт

зручність монтажу

оцінка

0,3

0,3

0,05

0,2

0,1

0,05

Σ=1

металоплівкові

8/2,4

5/1,5

8/0,4

8/1,6

8/0,8

8/0,4

7,1

вуглецеві

8/2,4

6/1,8

8/0,4

7/1,4

6/0,6

5/0,25

6,85

композиційні

4/1,2

8/2,4

4/0,2

8/1,6

4/0,4

4/0,2

6

  1.  Для вибору конденсаторів також складемо таблицю експертних оцінок

Критерії/тип резистора

стабіл. %/˚С

надійність, λ, 10^-6 1/τ

tg δ

мао-габар. Г, ммхмм

вартість, грн за 10шт

зручність монтажу

оцінка

0,3

0,3

0,1

0,15

0,1

0,05

Σ=1

керамічні

5/1,5

7/2,1

6/0,6

8/1,2

8/0,8

6/0,3

6,9

скляні

6/1,8

7/2,1

8/0,8

7/1,05

4/0,4

7/0,35

6,5

склокерамічні

8/2,4

4/1,2

7/0,7

6/0,9

6/0,6

7/0,35

6,15

Як ми бачимо із таблиці найкращими являються керамічні конденсатори, електролітичні конденсатори виберемо C-EL-20mF 450V HR 105 C і C-EL-10mF 25V HR 105 C.

11. Розрахунки, що підтверджують працездатність приладу

11.1 Розрахунок міцності друкованої плати (ДП)

 В даному розділі буде розглянуте питання і проведений розрахунок на віброміцність ДП. Під віброміцністю розуміють можливість в даному випадку, плати витримувати без руйнування тривалі вібраційні навантаження. Віброміцність характеризується максимальними амплітудами прискорень, власними частотами окремих елементів і блоку в цілому, демпфіруючими властивостями матеріалу конструкції і тривалістю дії.

11.1.1 Розрахунок власної частоти плати

Вихідні данні для розрахунку:

  •  габаритні розміри плати 65х140 мм;
  •  матеріал плати СФ-2-35;
  •  товщина плати 2 мм.

Для всіх випадків закріплення країв плати власна частота її визначається по формулі:

 (11.1), де

a – довжина пластини;

- циліндрична жорсткість пластини

ε – коефіцієнт Пуансона;

g – прискорення вільного падіння;

h – товщина матеріалу;

ρ – густина матеріалу;

α – коефіцієнт, що залежить від способу закріплення сторін пластини.

Але, використовуючи цю формулу, розрахунки проводити дуже складно, тому використовують для спрощення приблизного розрахунку перетворену формулу:

 (11.2), де

- частотна постійна

a – довжина пластини;

hтовщина пластини.

Значення частотної постійної вибирають в залежності від відношення меншої сторони пластини (плати) до більшої (); тоді частотна постійна способи закріплення пластин)≈65. Частота власних коливань:

(Гц)

Але так як плата (пластина) зроблена із склотекстоліту, а не із сталі як передбачено формулою, вводять поправочний коефіцієнт на матеріал:

(11.3), де

E,ρ – модуль пружності і густина матеріалу плати (для склотекстоліта E=1850 Н/м2,

- відповідно для сталі

 

 

Формула (11.2) справедлива для ненапруженої пластини. Але пластина приблизно рівномірно напружена, то в цю ж формулу вводять поправочний коефіцієнт на масу елементів

 (11.4),

- маса плати ;

- маса елементів, рівномірно розміщених на платі

 

 

 

 З врахуванням коефіцієнтів формула  (11.2) має вид

(11.5)

Гц

В результаті виконаного розрахунку, можна зробити висновок: так як власна частота плати більше максимальної границі частотного діапазону вібрацій (60 Гц), то плата витримає випробовування.

11.1.2 Перевірка віброміцності плати

Умови віброміцності друкованої плати

 (11.6), де

М – маса, встановлених на платі ЕРЕ, М=0,037 кг;

g – прискорення вільного падіння;

η – коефіцієнт передачі;

- коефіцієнт вібраційної перенавантаження,  =2;

a,b,h – габарити і плати;

 - допустиме навантаження при розрахунку плати на міцність.

Коефіцієнт передачі η визначається по формулі

 (11.7), де

δ – логарифмічний декремент затухання

 

 f – граничне значення f вібраційного діапазону частот, f=60Гц

 f - власна частота плати, f=68 Гц

 

Допустиме значення напруги при розрахунку плати на міцність  (11.8), де

- граничне значення механічних напруг

(11.9) , де

- границя міцності склотекстоліта, ;

n – запас міцності, ;

- коефіцієнт достовірності визначення розрахункових навантажень і напруг, =2;

- коефіцієнт, що враховує ступінь відповідальності деталі, обумовлюючий вимоги до надійності =1,3;

- коефіцієнт, що враховує однорідність механічних властивостей матеріалу, =1,6;

Із проведеного розрахунку видно, що умова віброміцності виконується, тобто  , .

З цього випливає, що плата витримає навантаження, які виникають при транспортуванні і експлуатації.

11.2 Визначення параметрів друкованої плати

Друковані плати являються основним видом комутаційних плат, що застосовуються при конструюванні електронної апаратури. В залежності від числа слоїв друкованого монтажу плати розділяють на односторонні, двосторонні і багатослойні. В даному випадку використовується одностороння плата.

Визначимо її параметри

1. Мінімальний діаметр контактних площадок

(11.8)

де,  d – діаметр отвору, d=0,9 мм

- верхнє граничне відхилення діаметру отвору, =0,05 мм(для даної плати 3-го класу точності розміром 65х140мм);

- верхнє і нижнє граничне відхилення ширини провідника відповідно, ;

- допуск на підтравлювання, =0;

- допуск на розміщення отворів, =0,1мм;

- допуск на розміщення контактних площадок, ;

- гарантійний поясок на зовнішньому слої, =0,1мм;

2. Мінімальна ширина провідників 0,25мм.

3. Номінальна відстань між провідниками 0,25мм.

4. Діаметр монтажного отвору d=0,9мм.

5. Діаметр перехідних отворів .

Крім визначення габаритних параметрів плати розрахуємо ємність, що виникає між провідниками. Для цього виберемо самий довгий провідник l=35мм і шириною a=0,25мм, товщина плати h=2мм, діелектрична проникність основи плати . Ємність, що виникає між провідниками визначається по формулі:

 (11.9)

де - ефективна діелектрична проникність ізоляційних матеріалів;
 - безрозмірна величина, що визначає ємність на одиницю довжини розраховуємої системи провідників;

  - довжина системи провідників, м.

Величина  визначається по формулі:

  (11.10)

Ефективна діелектрична проникність визначається за формулою

 (11.11)

де n – доля повітряного середовища в об’ємі діелектричного середовища (n≈0,3)

Тоді ємність:

Розрахуємо паразитну ємність між друкованими провідниками. Паразитна ємність визначається по формулі:

 (11.12), де

- погонна ємність між провідниками, пФ/см;

- довжина взаємо перекритих провідників, см.

 (11.13), де

- коефіцієнт пропорційності, визначений по графікам (8)

=0,2пФ/см;

- діелектрична проникність середовища:

 

 (11.14), де

- діелектрична проникність лаку, =4,7;

- діелектрична проникність плати, =6;

 

Допустима паразитна ємність для мікросхем різних серій складає інтервал від 20 до 80пФ, тобто розрахована паразитна ємність меньша допустимої.

11.3 Розрахунок надійності по випадковим відмовам

Розробляємий пристрій призначений для малосерійного виробництва, тому його слід віднести до класу відновлювального РЕЗ.

Для розрахунку надійності по випадковим відмовам необхідно зробити розрахунок показників безвідмовності і ремонтопридатності.

Розрахунок зробимо для граничних значень температури навколишнього середовища ( і вологості при .

Параметр потоку відмов

 (11.15), де

n – загальне число груп елементів;

- кількість відмов елементів і-ї групи;

- інтенсивність відмов елементів і-ї групи, визначена по формулі:

 (11.16)

 - середньогрупова мінімальна інтенсивність відмов;

- коефіцієнт, що враховує навантаження елемента при граничній температурі;

 - коефіцієнт, що враховує дію механічних навантажень і вологи

 (11.17)

 - поправочний коефіцієнт, що враховує дію механічних навантажень;

- поправочний коефіцієнт, враховуючий дію вологи

;  .

Тоді згідно формулі (11.17) значення коефіцієнта

Результати розрахунків занесені в таблицю (11.3(1))

позначення

к-сть шт.

K

λ·10^-6·1/4

a

N·λ·10^-6·1/4

τ

(N·λ/Λ)·τ

R1-R10

10

0

0,4

0,2

2

0,5

0,05

C1,C4,C5,C7

4

0

0,7

0,1

0,3

0,8

0,01

C2,C3,C6

3

0,2

0,5

0,2

0,6

0,6

0,01

VD1-VD4

4

0,5

0,9

0,7

2,8

0,4

0,057

VD5

1

0

0,4

0,1

1

0,2

0,03

VT1

1

0,5

0,5

0,4

0,6

0,6

0,1

VT2

1

0,1

0,5

0,1

0,1

0,4

0

DA1,DA2

2

0,8

0,8

0,2

0,4

1,5

0,13

плата

1

0,1

0,1

0,1

0,1

0

пайка

123

0,01

0,1

12,3

0,5

0,32

Σ=19,2·10^-6

0,57

По даним таблиці 11.3(1) і по формулі (11.3.1) параметр потоку відмов рівний:

Середня наробітка на відмову .

Середній час відновлення конструкції

 (11.18)

- коефіцієнт одночасності заміни, =2,3;

- середній час на відновлення РЕЗ із-за виходу з ладу елемента і-ї групи

Комплексний показник надійності (коефіцієнт готовності) . Це означає, що ймовірність того, що пристрій буде роботопридатний в будь-який момент часу, крім плануємих періодів, під час яких застосування пристрою за призначенням не планується, прямує до одиниці.

В результаті розрахунків отримані значення показників безвідмовності і ремонтопридатності виробу. Середня наробітка на відмову  на порядок вища мінімальної по ТЗ, що вказує на високу надійність приладу по відношенню до випадкових відмов. Середній час відновлення , що вказує на достатню ремонтопридатність виробу.

11.4 Електричний розрахунок блоку живлення ФЕП і підсилювача формувача

Електрична принципова схема блока живлення представлена на рис.1. Схема складається із двох частин:

  •  низьковольтної частини;
  •  високовольтної частини.

Високовольтна частина виробляє живлючу напругу, необхідну для нормальної роботи ФЕП. Низьковольтна частина блоку живлення забезпечує живлючою напругою підсилювач-формувач, світлодіод і схему високовольтної стабілізації.

11.4.4 Розрахунок високовольтної частини блока живлення

Вихідні данні:

  •  напруга живлення ФЕП ;
  •  струм .

В якості джерела напруги використовуємо трансформатор TA118. При з’єднані його вихідних обмоток так, як показано на рис.1 його вихідна напруга буде ~900В – це діюче значення. . В якості діодів випрямляючого моста необхідно вибрати діоди, які витримують зворотню напругу 1260В.

Виходячи із характеристик вибираємо діоди SY 360/4, . При послідовному з’єднанні чотирьох таких діодів вони витримають 1600В.

Величина ємності згладжуючого конденсатора ( на схемі рис.1 він представлений послідовним з’єднанням С3, С4) залежить від величини допустимих пульсацій, що визначають з умов нормальної роботи стабілізатора. Цю умову забезпечує діаграма рис.2.

Стабілізатор буде працювати нормально, якщо  - мінімальна напруга, до якої розрядиться згладжуючий конденсатор, буде більше напруги стабілізації . Візьмемо , тоді буде рівно -1260В. Визначимо постійну часу розряду конденсатора:

;

,

,

В якості згладжуючого конденсатора потрібно вибрати конденсатор, що витримує напругу 1260В і має ємність, більшу 0,01мкФ. Обираємо тип згладжуючого конденсатора C-EL-20mF 650V HR 105 C. При послідовному з’єднанні таких двох конденсаторів, вони витримуєть напругу 1300В. С3 і С4 =20мкФ. Резистори R2,R3 виключають вплив розкиду параметрів конденсаторів і вибираються з умови R3, R4<<Rвит., де Rвит – опір витоку, що характеризує втрати в конденсаторах. Rвит (виходячи із довідника) = 100 МОм. R3,R4 приймемо рівним 330 кОм. Потужність виділена на цих резисторах буде рівна

.

Резистори R3, R4 виберемо одноватними.

11.4.2 розрахунок схеми високовольтної стабілізації

Схема високовольтної стабілізації являється схемою компенсаційного типу. Стабільність високовольтної напруги визначається стабільністю опорної напруги, що подається за подільника R10,R11,R12 на один із виходів схеми порівняння, зібраної на мікросхемі А1.

11.4.2.1 Розрахунок схеми порівняння

Схема порівняння збирається на операційному підсилювачі А1. Виберемо в якості операційного підсилювача MC1456C (). Конденсатор C6 усовує збудження по високій частоті цього підсилювача. Рекомендується застосовувати C6=82пФ. Подільник R13,R14,R15 повинен забезпечувати на одному із виходів схеми невелику напругу, візьмемо її рівну 3В. Визначимо значення опорів резисторів подільника R13,R14,R15. Задамось значеннями опорів резисторів R13,R14 = 560 кОм. Резистори R13 і R14 вмикаємо паралельно, тоді опір R13, R14 рівний 280 кОм.

- потужність, що виділяється на цих резисторах. =3В

Резистори R13 і R14 вибираємо 2 Вт.

Визначимо R15 із наступного співвідношення

Приймаємо =1,6кОм

Резистор R15 вибираємо 0,125 Вт.

На другий вхід схеми порівняння подається стабільна опорна напруга . Опорна напруга знімається з подільника R10,R11,R12. Величина напруги подільника рівна 8В (). В якості резистора R11 візьмемо потенціометр. Це дозволить підстроювати величину опорної напруги. Приймаємо значення опорів резисторів R10, R12 рівними. Виберемо потенціометр R11 на 4,7 кОм. Задамось границями регулювання опорної напруги від 2В до 6В. Визначили значення опорів резисторів R11,R12 із наступного співвідношення

(1), (2)

Віднімемо (2) із (1)

Приймемо опір резисторів R10, R12 рівним 2,4 кОм. Напруга на подільник R10, R11,R12 подається із низьковольтної частини блока живлення, що виробляє напругу 12 В. Напруга на подільнику R10, R11, R12 стабілізується діодом Д 814 Е, напруга стабілізації якого 8 В. В якості згладжуючого конденсатора C5 візьмемо конденсатор ємністю 10 мкФ. Цього цілком достатньо для згладжування пульсацій опорної напруги. Резистор R9резистор, що гасить, він забезпечує на стабілізуючому діоді напругу величиною 8В, необхідну для стабілізації. Величина опору резистору R9 визначається наступним чином

, де ,

- напруга на виході низьковольтної частини блока живлення, .

 

- максимальний струм в подільниках R10, R11, R12

- максимальний струм стабілізації діода

 

Приймаємо R9=750. Діоди VD27, VD28 обмежуючі. Використовуємо діоди CB100.

11.4.2.2 Розрахунок регулюючого елемента схеми високовольтної стабілізації

Регулюючим елементом в схемі стабілізації являється транзистор VT1. Коли на виході блока живлення 900 В, на вході схеми порівняння нуль вольт, відповідно нуль вольт буде на виході мікросхеми A1. Транзистор закритий, так як на переході база-емітер також нуль вольт. На стабілізуючих діодах DV21, VD22 подає 300В – напруга на стабілізації. На конденсаторах С3, С4 і резисторах R1, R4 падає 1260В. При зменшені вихідної напруги транзистор відкривається і відбувається перерозподіл напруг. В результаті цього, на виході підтримується -900В. Регулюючий транзистор VT1 повинен витримувати напругу між колектор-емітером 300В. Виходячи із характеристик вибираємо BLY49A. Максимально допустима напруга колектор-емітер цього транзистора рівна 400В. В якості стабілізуючих діодів VD21 і VD22 вибираємо діод КС950А з напругою стабілізації 150В. При послідовному з’єднані цих діодів, вони будуть стабілізувати 300В Діод VD23 обмежує негативне зміщення на Б-Е переході VT1. В якості цього діода вибираємо діод CB100. Резистор R7 захищає мікросхему A1 від закорочування вихода на корпус через діод VD23. Резистор R8 вибирається порядку стоні Ом. Приймаємо R7 = 240 Ом. Резистор R8 шунтує закритий діод VD23. Резистор R8 вибирається із міркувань забезпечення на Б-Е транзистора напруги не більше 4,5 В. Максимальна напруга на виході мікросхеми А1 може бути 11В. Визначимо величину опору R8, що забезпечує напругу на Б-Е транзистора VT1 не більше допустимого (4,5В), із слідуючого співвідношення

240 Ом – R7

Приймаємо =160 Ом.

Резистори R1 і R2 захищають VT1 і стабілізуючі діоди VD21, VD22 від пробою при закорочуванні виходу блока живлення. Вибираємо R1, R4 = 1,8 кОм

11.4.3 Розрахунок низьковольтної частини блока живлення

 Низьковольтна частина блока живлення зібрана на випрямляючому діодному мості VD17-VD20, гасячих резисторах R5,R6, конденсаторах C1,C2 і стабілізуючих діодах VD24,VD25. Живлючі обмотки трансформатора дають вихідну напругу Um=50В. Вихідні данні: . В якості випрямляючих діодів VD17-20 вибираємо діоди 1N4148 ().

Розраховуємо С1 і С2 аналогічно розрахунку С3,С4 в у високовольтній частині блока живлення.

Приймаємо C1,C2=50мкФ

В якості стабілізуючих діодів VD24,VD25 вибираємо ZD402 ()

Гасячі резистори визначають із слідуючих співвідношень:

,

Приймаємо резистори R5=R6=1,2кОм

РБ21.468129.001ПЗ

Соловйов О.

Головня В.М.

Коронкевич В.М.

1          36 

РВ-11 РТФ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11471. ПРИРОДА І КУЛЬТУРА 117 KB
  Лекція 5. ПРИРОДА І КУЛЬТУРА Співвідношення природного і культурного. Людина як продукт біологічної та культурної еволюції. Культура основа гармонізації суперечностей між людиною і природою. Співвідношення природного і культурного. Проблема співвідношення п
11472. Культура первісної доби. Міфологічна модель світу 182 KB
  Лекція 6. Культура первісної доби. Міфологічна модель світу. Культура збирання і полювання. Історія людства налічує 35 40 тисяч років. Найтриваліший її відтинок історики найчастіше називають первіснообщинним ладом або камяним віком. У культурології ці терміни можна вжив...
11473. Культура і етнос. Ментальне поле культури. Проблема культурної ідентичності 460.5 KB
  Лекція 7. Культура і етнос. Ментальне поле культури. Проблема культурної ідентичності. Термін етнос у давньогрецькій мові має більш як десять значень: народ племя юрба стадо стан соціальна група клас тощо. Етнічна спільність це спільнота повязана певною ...
11474. Роль культурних орієнтацій у розвитку суспільства 650.5 KB
  Лекція 8. Роль культурних орієнтацій у розвитку суспільства. Поняття культурна орієнтація трапляється все частіше в наукових і публіцистичних творах гуманітарного спрямування. Воно постійно використовується в повсякденному спілкуванні. Як і кожне багатозначне понят
11475. Глобалізація і культура 91 KB
  Лекція 9. Глобалізація і культура. Глобалізаційні процеси в сучасній світовій культурі та теорія модернізації Питання взаємовпливу культур різного типу як проблема теорії культури була поставлена ще культурною антропологією початку XX ст. Значний внесок у її роз
11476. Семіотика культури 59 KB
  Лекція 10. Семіотика культури Семіотика культури передбачає вивчення соціокультурних процесів і явищ як системи висловлювань культурних текстів культурних мов яке здійснюється насамперед лінгвістичними методами. Засновник семіотики американський фі...
11477. ТЕХНІКА, КУЛЬТУРА, ПРИРОДА ЛЮДИНИ 209 KB
  ЛЕКЦІЯ 11 ТЕХНІКА КУЛЬТУРА ПРИРОДА ЛЮДИНИ Питання про місце техніки в соціальній історії в житті сучасного суспільства в життєвих цінностях та орієнтирах людини є одним із найбільш болючих. Ціла низка гуманістично налаштованих мислителів вважає що техніка з ї...
11478. КУЛЬТУРА І ПОЛІТИКА 182.5 KB
  Лекція 13. КУЛЬТУРА І ПОЛІТИКА Політична культура являє собою динамічну та водночас відносно усталену систему політичних цінностей та орієнтацій моделей поведінки характерних для певної держави суспільства цивілізації. Від її стану харак
11479. ХУДОЖНЯ КУЛЬТУРА ПЕРШОЇ ПОЛОВИНИ XX ст.: АВАНГАРДНІ СТИЛІ ТА НАПРЯМИ 314.5 KB
  Лекція 14.ХУДОЖНЯ КУЛЬТУРА ПЕРШОЇ ПОЛОВИНИ XX ст.: АВАНГАРДНІ СТИЛІ ТА НАПРЯМИ Проблема сприйняття та розуміння художнього авангарду Новий зміст у традиційній мистецькій формі фовізм кубізм експресіонізм супрематизм Становлення нових форм мистецтва: футуризм ...