49165

Проект печатной платы для устройства “Широкополосный антенный усилитель”

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

А ведь в большинстве случает можно обойтись штатной автомобильной антенной и правильно выбранным антенным усилителем Критерий выбора антенного усилителя – максимальное качество приема сигналов всех возможных радиостанций в данной местности. При выборе антенного усилителя необходимо учитывать следующее: полоса пропускания усилителя должна полностью перекрывать весь радиовещательный диапазон 015. при меньшем усилении незначителен выигрыш в качестве приема удаленных или маломощных радиостанций а при большем – возможна перегрузка самого...

Русский

2013-12-22

280.5 KB

37 чел.

Содержание

Принципиальная схема

2

Элементная База

4

Разработка печатной платы устройства

5

Оценка Надежности Устройства

9

Заключение

10

Приложение

11

Список литературы

12

  1.  Принципиальная схема

Автомобильный широкополосный антенный усилитель

В 90-х годах во многих городах началось освоение FM диапазона (88...108 МГц). В этом диапазоне появились радиостанции с более привлекательными программами, что привело к совершенствованию радиоприемных устройств. Возможность повышения качества приема новых и бывших общесоюзных радиостанций вызывают большой интерес у потребителей. Наиболее остро проблема высококачественного радиоприема встает перед автолюбителями, когда условия приема невозможно предсказать, т.к. расстояние до передающих станций, их мощность и взаимное расположение постоянно меняются во время движения, при этом сильные помехи приему создает электрооборудование автомобиля.

Для уверенного приема при значительном удалении от передающих станций или недостаточной величине принимаемого сигнала желательно использовать антенный усилитель или активную антенну. В связи с этим у большинства автомобилистов возникает желание иметь “антенну, принимающую ВСЕ и ВЕЗДЕ”. Сбитые с толку яркой рекламой и привлекательным внешним видом, многие стремятся приобрести дорогостоящие импортные активные антенны с “фантастическими параметрами”. А ведь в большинстве случает можно обойтись штатной автомобильной антенной и правильно выбранным антенным усилителем!

Критерий выбора антенного усилителя – максимальное качество приема сигналов всех возможных радиостанций в данной местности. При выборе антенного усилителя необходимо учитывать следующее:

-  полоса пропускания усилителя должна полностью перекрывать весь радиовещательный диапазон (0,15...108 МГц) при минимальной неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ);

-  оптимальное значение коэффициента усиления должно составлять 15...25 дБ, т.к. при меньшем усилении незначителен выигрыш в качестве приема удаленных или маломощных радиостанций, а при большем – возможна перегрузка самого усилителя и входного каскада магнитолы вблизи мощных передающих станций или других источников помех;

-  усилитель должен сохранять работоспособность в широком диапазоне питающих напряжений и температур;

-  усилитель должен иметь большой динамический диапазон, чтобы снизить вероятность перегрузки усилителя большим входным сигналом;

-  для получения максимального отношения сигнал/шум коэффициент шума усилителя должен быть минимальным.

Покупая или изготавливая самостоятельно антенный усилитель, необходимо обратить внимание на возможность его установки рядом с антенной или на самой антенне. Усилитель, установленный около антенного входа приемника, одинаково усиливает полезный сигнал и помехи от электрооборудования автомобиля. При этом значительно снижается отношение сигнал/шум и качественный прием становится невозможным.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1.

Рис.1 Принципиальная схема усилителя

Антенный усилитель выполнен по классической двухкаскадной схеме. Принципиальная электрическая схема усилителя показана на рис.2. Резисторы R1, R2 и R4…R6 предназначены для стабилизации режимов транзисторов VT1, VT2 по постоянному току при изменении напряжения питания, температуры, а также при замене транзисторов. Все элементы подобраны таким образом, что обеспечивают максимально равномерную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя.

Достоинства предлагаемого варианта – малое количество деталей, отсутствие индуктивных элементов, высокая повторяемость характеристик.

  1.  Элементная База

Часть электрорадиокомпонентов, используемых в схеме усилителя, была задана, однако некоторые элементы необходимо было выбрать.

В частности, в светорегуляторе могут быть применены постоянные непроволочные резисторы общего применения типа С2-33Н-0,125 (R1-R8) которые соответствуют требованиям, предъявляемым в данной схеме по рассеиваемой мощности и точности.

Выбор резисторов этого типа обусловлен  тем, что в данном устройстве не предъявляется повышенных требований к точности и надежности компонентов, поэтому можно использовать резисторы общего применения.

Емкость конденсаторов С1–С4, С6 была задана. Выбираем для этих конденсаторов тип К10-17. Это  керамические конденсаторы, отличающиеся малыми потерями.  Для них максимальное напряжение 50 В.

В схеме так же присутствуют 2 малошумящих биполярных транзистора КТ8110.

Применение высокочастотных малошумящих биполярных транзисторов 2SC2926 с граничной частотой более чем 1-ГГц, позволило уменьшить собственные шумы усилителя до минимума. Даже замена транзисторов 2SC2926 на отечественные транзисторы-аналоги типа КТ8110 с верхней граничной частотой 550-МГц незначительно влияет на параметры усилителя. Однако при этом немного ухудшаются шумовые характеристики.

  1.  Разработка печатной платы устройства

Печатная плата (ПП) должна обладать, по-возможности, минимальными размерами (т.к. ее необходимо будет вмонтировать в корпус) и, в тоже время, быть проста с точки зрения сборки.

Габаритные размеры ПП составляют 100×50×25 мм. Габаритный чертеж платы приведён на рис.2. По ГОСТ отношение размеров сторон рекомендуется выбирать из ряда 1:1, 2:1, 3:1,3:2.  В данном случае 2:1.  

К конструкции и разводке печатных плат высокочастотных устройств предъявляют особые требования, несоблюдение которых может привести к значительному ухудшению их параметров или сделать устройства вообще неработоспособными. Разводка антенного усилителя выполнена на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита типа СФ-2-35 толщиной 1 мм, что является оптимальным при данных габаритах для обеспечения механической прочности.

  Все элементы устанавливаются на плате с помощью пайки, причем их выводы необходимо укоротить до минимума.

Размеры и конструкция платы предусматривают установку усилителя в разрыв коаксиального кабеля или в корпус, установленный непосредственно на антенне. На плате предусмотрены отверстия для фиксации кабеля с помощью пластиковых хомутов или бандажа из капроновых ниток.       Собранный и проверенный усилитель помещают в корпус соответствующих размеров. Рекомендуется использовать экранирующий корпус. При размещении усилителя вне салона автомобиля требуется обеспечить герметичность корпуса.

Выберем корпус  BOX-G080, предлагаемый фирмой «МастерКит»

Плоский стандартный корпус состоит из двух частей, соединяющихся 4 шурупами, которые прилагаются к корпусу. Габаритные размеры 110х60х25 мм.

На внутренней поверхности обоих частей пластикового корпуса расположено  4 цилиндрических стоек-отливок (по 2 в ряд) на расстоянии 80 мм друг от друга, диаметром 4 мм, высотой 5 мм. Внутри каждой стойки по центру сделано крепежное отверстие диаметром 2 мм и глубиной 3 мм под саморез  из набора.  Крепление платы в корпусе предполагается осуществить четырьмя саморезами диаметром 3 мм, поэтому крепежные отверстиями выбираем диаметром 3,5 мм. Головки винтов не должны касаться элементов ПП, для этого вокруг монтажного отверстия должно обеспечиваться свободное от проводников пространство. Зазор между краем печатной платы и монтажным отверстием для обеспечения механической прочности должен быть не меньше толщины платы (1 мм), в данном случае этот зазор составляет 3 мм.

Печатную плату нужно закрепить на задней стенке корпуса, т.к. навесной монтаж имеет определенную высоту и должен свободно поместиться в корпусе.

Для трассировки ПП использовалась программа PCAD-2001. Она представляет собой систему проектирования печатных плат. Программа состоит из модулей P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters, которые предназначены для редактирования принципиальных схем, трассировки, управления библиотеками элементов. Принципиальная схема усилителя, собранная в программе P-CAD Schematic изображена на рис. 2.

Для размещения элементов на ПП необходимо иметь их библиотеку.  Все элеменыв имелись в стандартных библиотеках.

Шаг основной сетки должен быть кратным 0,625 мм, в данном случае выбран 2,5 мм.

В результате трассировки получена двухсторонняя ПП с односторонним монтажом навесных элементов. Чертеж платы с печатными проводниками изображен на рис. 4 и рис. 5. Сборочный чертеж на рис. 6. 

При изготовления используется комбинированный метод, т.к. на ПП есть переходные отверстия. Метод заключается в том, что печатные проводники получают травлением фольги, а переходные отверстия металлизируются электрохимическим методом.

Т.к. устройство не предполагает серийного производства его комплектация и пайка осуществляется вручную.

Рис.2 Принципиальная схема усилителя

Рис.3 – Габаритный чертеж печатной платы

Рис.4 Сборочный чертеж

Рис.5 Сторона А печатной платы

Рис.6 Сторона Б печатной платы

«Слова об особенностях ПП»

  1.  Оценка Надежности Устройства

На надежность работы влияют условия эксплуатации устройства, система контроля. Интенсивность отказов устройства примерно может быть оценена по следующей формуле:

i=0ky,

если есть несколько элементов, то суммарная величина равна:

=(Nii)

Ni – число элементов данного типа, 0 – интенсивность отказов в нормальных условиях эксплуатации, y – коэффициент, зависящий от условий эксплуатации, - коэффициент влияния, зависящий от коэффициента нагрузки k, который определяется по следующим формулам:

– для резисторов k = P/Pн, где P – фактическая мощность, Pн – номинальная мощность;

– для конденсаторов k = U/Uн, где U – фактическое напряжение на конденсаторе, Uн – номинальное напряжение.

Для большинства элементов расчёт дает значение k<0,1, поэтому примем для всех k=0,1.

Считаем, что y=2;

Т.к. устройство не является сложным, то для удешевления используется система контроля типа D (k=30), при которой осуществляется разбраковка только по важнейшим параметрам при комнатной температуре и только готовых изделий.

Для оценки надёжности устройства удобно воспользоваться таблицей, в которую внести исходные данные.

Таблица 1 – Оценка надёжности схемы усилителя

Элемент

N

010-6 1/ч

k

y

k

i10-6 1/ч

Ni10-61/ч

Транзисторы

2

0,25

0,1

0,02

2

30

0,3

0,6

Конденсаторы керамические

5

0,05

0,1

0,15

2

30

0,45

2,25

Резисторы

8

0,04

0,1

0,4

2

30

0,96

7,68

Пайка

37

0,005

1

0,1

2

30

0,03

1,11

Λ

11,64

Суммарная интенсивность отказов равна =1210-6 1/ч.

Время наработки на отказ соответствующее найденному значению равно T=1/=8,3104 час.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе спроектирована печатная плата для устройства “Широкополосный антенный усилитель”, с помощью системы проектирования печатных плат P-CAD 2006 выполнена трассировка полученной ПП. Проведена оценка надежности устройства, в результате которой получено время наработки на отказ T=1/=8,3104 час.


ПРИЛОЖЕНИЕ
          С
пецификация элементов

Обозначение

Название

Резисторы

R1, R4

43 кОм 0,125Вт

R2, R6

100 кОм 0,125Вт

R3

2,2 кОм 0,125Вт

R5

470 Ом 0,125Вт

R7

2,1 кОм 0,125Вт

R8

100 Ом 0,125Вт

Конденсаторы

C1, С2 C3, C4,C5

0,1 мкФ керамический

Транзисторы

VT1,VT2

КТ8110 (p-n-p)

Список Литературы

  1.  Зорин А. Ю., Попко В.П. «Основы конструирования электронных устройств» (электронное пособие).
  2.  Электронный учебник по P-CAD.
  3.  Библиотеки электронных компонентов для P-CAD  http://sevastianov.simbir.ru/progr/progr.htm

PAGE   \* MERGEFORMAT 11


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71744. Работа с таблицами в Excel 325 KB
  Таблица может содержать формулы ссылки на другие таблицы а также другие объекты например отформатированные ячейки предназначенные для ввода данных диаграммы рисунки и т. Чтобы изменить высоту или ширину ячейки в таблице нужно изменить высоту строки или ширину столбца...
71745. Создание многоуровневого списка, добавление оглавления 369 KB
  Создайте многоуровневый список следующего вида: Рис. Многоуровневый список. Для этого: выделите заголовки которые будут пронумерованы → вкладка Главная → группа Абзац → кнопка многоуровневый список → Определить новый многоуровневый список.
71746. Работа с таблицами в Microsoft Office Word 660 KB
  Таблицы в современном текстовом процессоре являются очень мощным и универсальным средством позволяющим не только наглядно и компактно разместить информацию но и придать странице любую структуру. Алгоритм создания таблицы: Для вставки в документ таблицы необходимо поставить...
71747. Освоение обработки данных с помощью СУБД 380 KB
  Студент должен уметь выполнять следующие виды работ: использовать средства СУБД Microsoft Access для формирования базы данных в режимах Таблицы и Конструктор. использовать средства СУБД Microsoft Access для создания связей между таблицами, входящими в БД.
71748. ТЕКСТОВЫЙ ПРОЦЕССОР WORD 2007 471.5 KB
  Форматирование документов осуществляется в результате следующих действий: установки параметров страницы документа; применения шрифтового оформления символов текста; задания положения абзацев на странице и установки для них отступов и интервалов слева и справа межстрочный и межабзацный интервалы...
71749. Представление информации в табличной форме 258.5 KB
  Цель работы: Научить студентов вставлять в документ таблицы, рисовать таблицы, вводить текст в ячейки таблицы, выравнивать и форматировать текст в ячейках, добавлять и удалять строки и столбцы таблицы, менять параметры ячеек таблицы, вводить формулы в ячейки таблицы.
71750. Создание и редактирование документов 914.05 KB
  Ввод текста в Word осуществляется построчно переход на следующую строку в пределах одного абзаца выполняется автоматически. Ввод текста осуществляется в ту позицию текста в которой находится курсор мерцающая вертикальная черта.
71751. Предикаты раздела WHERE оператора SELECT 55 KB
  Вводит данные в таблицу, заменяя при этом все записи, вызывающие конфликт. Этот оператор аналогичен INSERT за исключением того, что при конфликте нового значения с существующим уникальным ключом новое значение будет записано вместо старого. Первый вариант оператора просто вставит указанные...
71752. Введение в БД MySQL. Типы данных 85 KB
  Цель работы Ознакомление с базой данных MySQL: получение навыков запуска консоли для работы с MySQL корректного формирования и набора команд для работы с БД. Изучить имеющиеся типы данных для столбцов в базе данных MySQL освоить операции создания таблиц.