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

49 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

37880. Кодирование и хранение информации. Кодирование текстовой информации. Создание и редактирование растровых изображений 160 KB
  Современные 16битные звуковые карты обеспечивают возможность кодирования 65536 различных уровней громкости или 16битную глубину кодирования звука. Задание 1 Запустить текстовый редактор MSWORD Ввести текст Кодировка WINDOWS CP1251 Выполнил студент группы ХХХ ФИО Сохранить текст в новой папке TEXT в четырёх различных форматах: Документ WORD.txt Завершить работу в редакторе WORD Просмотреть папку TEXT сравнить объём текста в различных форматах. Pint позволяет создавать рисунки с использованием различных графических...
37881. Создание и редактирование документов в Microsoft Word 15.96 KB
  Создать пользовательский стиль согласно варианту: № варианта Задание А Ж Изменить стиль заголовка 1: Шрифт Times New Romn 20 пт полужирный интервал раздвинутый 2 пт; Абзац выравнивание по центру отступ сверху 13 пт снизу 6 пт красная строка 0 см; Выделение подчеркнуть и сделать цветной фон инструментом Границы и заливка. З М Изменить стиль заголовка 2: Шрифт Courier New Cyr 14 пт полужирный курсив интервал уплотнённый 06 пт; Абзац выравнивание по ширине отступ сверху 8 пт снизу 4 пт красная строка 0 см;...
37882. ИЗУЧЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 333.5 KB
  Определение скорости полета пули с помощью крутильного баллистического маятника. Экспериментально определить скорость пули из пружинного пистолета с помощью крутильного баллистического маятника Рис. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И ПРИНЦИП ЕЕ РАБОТЫ Принципиальная схема баллистического крутильного маятника приведена на рис. На стержнях в засечках с помощью прижимных винтов крепятся два перемещаемых груза 4 которые располагают симметрично относительно оси вращения маятника.
37883. Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении 244 KB
  9 Лабораторная работа № 128 Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении 1. Цель работы Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и фазовом переходе первого раза на примере нагревания и плавления олова.1 Обратимым называют такой процесс при котором система может быть возвращена в исходное состояние и при этом все окружающие ее тела будут в том же состоянии что и в первоначальном. Изменение энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении можно определить используя зависимость...
37884. Определение коэффициента взаимной диффузии воздуха и паров воды по скорости испарения жидкости 983 KB
  12 Лабораторная работа № 130 Определение коэффициента взаимной диффузии воздуха и паров воды по скорости испарения жидкости 1. Изучение диффузии как одного из явлений переноса в газах. Определение коэффициента взаимной диффузии воздуха и паров воды по скорости испарения воды.1 где проекция вектора градиента концентрации молекул переносимого вещества на указанную ось х D коэффициент диффузии.
37885. Изучение наглядно-действенного мышления у дошкольников 223.5 KB
  Мышление – это психический процесс обобщенного и опосредованного отражения устойчивых, закономерных свойств и отношений действительности, существенных для решения познавательных проблем, схематической ориентации в конкретных ситуациях.
37886. УСТАНОВКА ОБЕРБЕКА 300.5 KB
  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Согласно основному закону динамики вращательного движения угловое ускорение твёрдого тела способного вращаться вокруг неподвижной оси определяется суммой проекций моментов всех внешних сил на ось вращения: 1 где Mi проекция момента i той силы действующей на тело на ось вращения ε угловое ускорение I момент инерции тела относительно оси вращения. Прибор носит название установка или крест Обербека. Ось закреплена в подшипниках так что вся система может вращаться вокруг горизонтальной оси....
37887. ИСПЫТАНИЕ ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ 223.16 KB
  атериальное обеспечение. Вытяжной вентиляционный шкаф с воздуховодом, оборудованный шторкой для изменения площади рабочего проёма; анемометр крыльчатый АСО-3, секундомер; комбинированный приёмник воздушного давления, микроманометр многопредельный с наклонной трубкой ММН-240(5)-1,0, шумомер ШУМ-1М.
37888. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110. 297.5 KB
  4 ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно технических специальностей Калининград 2006 1. Цель работы: Исследование магнитного поля на оси катушки: измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки; построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки; проверить результаты измерения расчётом. Для кольцевой катушки содержащей витков:...