7368

Розробка конструкції та монтажу модуля попереднього підсилювача

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Розробка конструкції та монтажу модуля попереднього підсилювача Вступ (ризначення, основні технічні характеристики, умови експлуатації). Як відомо, для високоякісного відтворення стереофонічних програм в салоні автомобіля необхідним пісилювачем звук...

Русский

2013-01-22

182.5 KB

6 чел.

Розробка конструкції та монтажу модуля попереднього підсилювача

Вступ (ризначення, основні технічні характеристики, умови експлуатації).

Як відомо, для високоякісного відтворення стереофонічних програм в салоні автомобіля необхідним пісилювачем звукової частоти з вихідною потужністю (на навантаження опором 4 Ом) не менше 5…10 Вт на канал.Одержати таку потужність від пісилювача, зібраного по традиційній схемі і живленням мережі автомобіля (12 В) не можливе, тому на практиці цієї цілі досягають або повишенням (з допомогою перетворювача) напруги живлення до 26…40 В, або застосуванням мостового пісилювача.На теперішній час актуальним  є другий варіант: він більш економічний, і масо-габаритні характеристики мостового підсилювача потужності звукової частоти кращі.Один з варіантів такого підсилювача пропоную розглянути.

                 

                                Основні технічні характеристики:

       Номінальний діапазон частот при нерівномірності

       АЧХ не більше ±2 дБ,Гц……………………………………...  60…20000

       Номінальна вхідна напруга,В ……………………………….  0,25

       Вихідна потужність,Вт на навантажені опором,Ом:

          4……………………………………………………………….10                                                                                    

          2................................................................................................ 20

      Коефіцієнт гармонік, % , небільше............................................0,3

Умови експлуатації електронного засобу:

  1.  Температура навколишнього середовища від +10°С до +35°С;
  2.  Відносна вологість – до 98% при температурі до 25°С;
  3.  Атмосферний тиск 760±30 мм.рт.ст. (101,3±4 кПа).

 

2. Опис функціонування блоку підсилювача

         Принципова схема підсилювача потужності звукових частот виконана на здвоєному інтегральному підсилювачі К554СА3 (DA1) і восьми транзисторах (VT1-VT8).Один з підсилювачів мікросхеми (AD1.1) і транзистори(VT1-VT4) використані в не інвертованому плечі, інший(AD1.2) і транзистори VT5-VT8 – в інвертованому.Коефіцієнт підсилення потужності звукових частот по напрузі визначається ланкою R2R1C2,охоплюючий не інвертоване плече, близький до 1 коефіцієнт передачі інвертую чого плеча заданий ланкою R6R5C6.

        Навантаження підсилювача потужності звукових частот включена через розподільчі конденсатори C5,C7 між виходами плеч.Збільшивши ємність цих конденсаторів до 2000…2200мкФ можна змістити нижню границю номінального діапазона підсилювача потужності звукових частот в область частот 16…20 Гц.

        Діоди VD1-VD4 і VD5-VD8 задають срум спокою транзисторів вихідних каскадів і стабілізують його при зміні температури їх переходів.

        Для отримання максимально вихідної потужності транзисторів VT3-VT6 неохідно підібрати по мінімальній напрузі насичення ко-

лектор-емітер (Uке нас).Для роботи в пісилювачі відбирають транзистори в яких напруга Uке нас=0,65…0,8.

         Якщо підсилювач потужності звукових частот використовується тільки з загрузкою 4 Ом. В ньому можна використати транзистори серій КТ3107, КТ3108, КТ361 (VT1,VT7), КТ3102, КТ3117, КТ315(VT2,

VT8),КТ817 (VT3,VT5) і КТ816 (VT4,VT6).

         Решта деталей можуть бути наступних типів: конденсатори C8-

К53-4, К50-16, К50-6 ;C3, C5, C7-К50-35, К50-16, К50-6 ;C4-КМ ; підстроєчний резистор R1-СП5-3, СП5-3, СП-0,4 і т.п., постійні резистори МЛТ.


3. Аналіз елементної бази з позиції стійкості до зовнішніх експлуатаційних впливів

Аналізуючи елементну базу підсилювача потужності звукових частот розглянемо діапазон робочих температур електронних компонентів і умови експлуатації приладу.

Для стійкої довговічної роботи приладу потрібно щоб інтервал робочих температур радіоелементів був ширший, ніж інтервал допустимих температур роботи приладу в цілому.

Для резисторів інтервал робочих температур:

  для типу МЛТ-0,125                                : - 60...+125 оС

  для типу  MURATA POC6AP                :  -45...+70    оС

при відповідній вологості до 98% і атмосферному тиску 84÷106 кПа.

Для конденсаторів інтервал робочих температур:

  для типу  К50-35                 : -40...+85 оС

  для типу  КМ-5А                : -60...+155 оС

  для типу  К53-14                 : -80...+85 оС

  для типу  К53-4А                 : -80...+85 оС

при відносній вологості до 98 %  і атмосферному тиску 84÷106 кПа.

Умови експлуатації напівпровідникових діодів:

 типу КД-521   :     інтервал робочих температур

                                -60...+125 оС, атмосферний тиск 27÷300 кПа

Умови експлуатації транзисторів:

 типу КТ318  :       інтервал робочих температур

                                -60...+100 оС, атмосферний тиск 26,6÷300 кПа

 типу КТ319  :       інтервал робочих температур

                                -60...+100 оС, атмосферний тиск 27÷300 кПа

 типу КТ818  :       інтервал робочих температур

                                -40...+85 оС, атмосферний тиск 27÷300 кПа

 типу КТ819  :       інтервал робочих температур

                                -40...+85 оС, атмосферний тиск 27÷300 кПа

при відносній вологості до 98%.

Аналіз умов експлуатації елементної бази, що застосовується в підсилювачі потужності звукових частот, показує, що електрорадіолементи задовольняють умовам експлуатації проектованого приладу.  Підібрана елементна база відповідає вимогам економічності і малогабаритності виробу.

  1.  Розробка конструкції ДП

4.1 Розробка конструкції ДП.

Конструювання друкованих плат складається з слідуючих основних етапів:

вивчення технічного завдання на розробку вироба,блока; визначення конфігурації і габаритних розмірів друкованої плати; визначення раціонального взаємного положення навісних елементів на друкованій платі; трасування з’єднань на платі; провірка провідникового рисунка друкованої плати; розробка конструкторської документації.

      Конфігурація і габаритні розміри друкованої плати залежать від габаритних розмірів розроблюваного прилада, електричної схеми, використаних радіоелементів, експлуатаційних вимог, технічно-економічних показників.

      Навісні елементи необхідно розміщувати з врахування електричних зв’язків і теплового режиму з забезпеченням мінімальних довжин електричних зв’язків, кількості переходів друкованих провідників із шару на шар, паразитних зв’язків між елементами, необхідно також прагнути до рівномірного розподілення мас навісних елементів по поверхні плати з розташуванням елементів з більшою вагою біля місць кріплення плати.

Щоб розроблена плата відповідала технічним, кліматичним, економічним вимогам вибираєм :

  •  двохсторонню друковану плату з 2-м класом точності;
  •  матеріал основи склотекстоліт марки СФ-2-20, площею 75 x 60 мм.;
  •  з'єднання з іншими вузлами за допомогою роз'єма;
  •  кріпення плати до шасі гвинтом М 2,5 х 10.58 ГОСТ1481-80.

4.2 Розрахунок геометричних параметрів ДП

          Розрахунок друкованого монтажу полягає у визначенні діаметрів монтажних і перехідних отворів, розмірів контактних площадок і друкованих провідників. Діаметри монтажних провідників і перехідних отворів повинні відповідати ГОСТу 10317-79.

         Проведемо розрахунок конструктивних параметрів  друкованої плати.

 1. Визначаємо номінальне значення діаметрів монтажних отворів:

                                                  

 де, r – різниця між номінальним діаметром отвору та максимальним діаметром виводу встановлюваного ЕРЕ (r=0,2 мм)

  Δdнв – нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного отвору (для 2-го класу точності   Δdнв = – 0,10 мм при d≤1мм, Δdнв = – 0,15 мм при d≥1мм)

  de –діаметр виводу встановлюваного ЕРЕ.

  de1=0,6 мм;

  de2=0.8 мм;

  Звідси, номінальне значення монтажних отворів:

   =0.951мм;

   =1,151,2 мм;

     2. Мінімальний діаметр контактної площадки D навколо монтажного отвору:

Для 2-ого класу точності:    

  Δdвв=0,10;

  Δtнв= -0,10;

  Δtвв=0,15;

   b= 0,2;

  Δdtp=0,03;

  δd= 0,15;

  δp= 0,25;

  δl= 0,10;

 Отже, мінімальний діаметр D контактної площадки навколо монтажного отвору:

  

 3. Номінальне значення ширини провідників t:

  

  Допустимим струмом при товщині фольги 20мкм і ширині провідника 0,55мм допустимий струм складає 0,75А. В електричній схемі проектованого пристрою струмів таких величин немає, тому ширина провідника є достатньою.

   

  4. Номінальне значення відстані між сусідніми елементами провідного малюнку:

   Для 2-ого класу точності Sмд=0,45 δl=0,1м

       

  Отже, допустима напруга між провідниками ДП:

 , у схемі Uроб=12В.

 5. Визначаємо мінімальну відстань L для прокладки n провідників між двома отворами з контактними площадками діаметром D1 і D2

 

4.3 Розрахунок надійності

В основу розрахунку покладено принцип визначення показників надійності системи за характеристиками надійності комплектуючих елементів, що дає можливість виконувати розрахунок в процесі проектування електронних апаратів, з урахуванням надійності елементів і вузлів. Однією з основних характеристик надійності є ймовірність безвідмовної роботи за час неперервної роботи в період нормальної експлуатації.

                                                       ,

де t час неперервної роботи приладу;

    T0  – середній час безвідмовної роботи.

  Середній час безвідмовної роботи визначається за формулою:

                                                             

де, λΣ – сумарне значення інтенсивності відмов приладу.

 Сумарне значення інтенсивності відмов приладу залежить від інтенсивності відмов кожного елементу, а також умов експлуатації. За умовами ТЗ прилад буде експлуатуватися в нормальних кліматичних умовах, тому реальне значення інтенсивності відмов залежить від коефіцієнта електричного навантаження і робочої температури елементів. Вплив дестабілізуючих факторів враховується поправочним коефіцієнтом . Коефіцієнти електричного навантаження взяті з карт робочих режимів елементів. Приймаємо, що температура поверхонь елементів дорівнює 20ºС.

Дані для розрахунку показників надійності представлені в табл.1.

N

Назва елементів

λ

Кн

t

Поправка

λр

N

λр*N

α1

α2

α3

а

 

Конденсатори

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

КМ-5а

0,5

0,8

20

1,46

2

1

0,65

0,95

1

0,95

2

K53-4

1

0,7

20

1,46

2

1

0,65

1,90

1

1,90

3

K53-14

1

0,7

20

1,46

2

1

0,65

1,90

2

3,80

4

К50-35

1,5

0,7

20

1,46

2

1

0,65

2,85

4

11,39

 

Резистори

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

MYRATA

0,2

0,6

20

1,46

2

1

0,5

0,29

1

0,29

6

МЛТ-0,125

0,2

0,7

20

1,46

2

1

0,6

0,35

7

2,45

 

Мікросхеми

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

K55CA3

0,5

0,5

20

1,46

2

1

1

1,46

1

1,46

 

Транзистори

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

KT318

0,5

0,8

20

1,46

2

1

0,63

0,92

2

1,84

9

KT319

0,5

0,8

20

1,46

2

1

0,63

0,92

2

1,84

10

KT818

2,5

0,8

20

1,46

2

1

0,63

4,60

2

9,20

11

KT819

2,5

0,8

20

1,46

2

1

0,63

4,60

2

9,20

 

Діоди

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

KD521

0,8

0,5

20

1,46

2

1

0,88

2,06

8

16,45

 

Роз"єми

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

ОНП

0,6

0,5

20

1,46

2

1

1

1,75

1

1,75

λ=

6,25084E-05

T=

15997,83965

В результаті розрахунку отримали сумарне значення інтенсивності відмов:

λΣ=6.25·10-5 1/год

Середній час безвідмовної роботи:

Проектований підсилювач потужності звукової частоти повинен стабільно функціонувати на протязі 3000 годин. Ймовірність безвідмовної роботи даного ЕЗ за 3000 годин роботи становить:

Розроблена конструкція задовольняє вимогам надійності.

4.4 Розрахунок механічної міцності друкованого вузла.

  В процесі експлуатації і транспортування на проектований пристрій може впливати та чи інша механічна дія, що кількісно характеризується діапазоном частоти коливань, а також амплітудою, прискоренням, часом дії. Стійкість  елементів конструкції визначається механічними властивостями матеріалів і характеризується здатністю витримувати навантаження без руйнування.

  Перевірка механічної стійкості конструкції зводиться до розрахунку власної частоти коливань, визначення максимального прогину плати і перевірки умови міцності.

  Розрахунок власної частоти коливань і максимального прогину друкованого вузла проводимо за методом Рітца.

                             , де

маса ЕРЕ і маса пластини відповідно

0,03325 кг

 Маса пластини визначається за формулою:

   

для склотекстоліту , отже

- модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона відповідно (для склотекстоліту)

                              - циліндрична жорсткість, Па/м3  

Знайдемо - коефіцієнт, що враховує спосіб закріплення плати.

Для вибраного способу закріплення плати  визначається за формулою:

                                          

де:

Таким чином  

                          

Визначаємо частоту власних коливань друкованого вузла:

                             Гц

Максимальний прогин плати знаходимо за формулою:

                                              

 розподілене інерційне навантаження, кг/мс2

віброприскорення, м/с. Визначається за формулою:

 

А0=1,1х10-3м – амплітуда віброзбудження при частоті віброзбудження 15...50Гц;

                  

     - динамічний коефіцієнт передачі 

     

відносний коефіцієнт демпфірування, ;

коефіцієнт, що залежить від співвідношення

При =1,25

Визначаємо максимальний прогин плати:

                               

Перевіримо умову міцності

                                         

де - границя міцності матеріалу пластини при розтягу. Для склотекстоліту      

                            

,отже, умова міцності виконується.

  Аналіз отриманих результатів показує, що власна частота коливань друкованого вузла не потрапляє в інтервал резонансних частот (15…50)Гц і становить f0=602,039 Гц. Отже, небезпеки виникнення механічного резонансу не буде. Можна зробити висновок, що спосіб закріплення і товщина друкованого вузла вибрані правильно, що забезпечує механічну стійкість конструкції під час транспортування.

4.5 Технологічне обґрунтування конструкції ДП

Забезпечення технологічності конструкції–одна з головних задач, що розв'язуються під час підготовки виробництва. Оцінка технологічності може бути якісною і кількісною. Якісна оцінка характеризує узагальнену технологічність конструкції на основі досвіду виконавця. Кількісну оцінку технологічності конструкцій електронних засобів здійснюють за допомогою системи показників, яка містить:

- базові значення показників технологічності конструкції;

- значення показників технологічності електронних засобів, досягнутих при розробці виробу;

- значення показників рівня технологічності конструкції електронних засобів.

На підприємствах радіоелектронного приладобудування діє галузева система оцінки технологічності конструкції, згідно з якою визначають комплексний показник технологічності Ктехн. . Цей показник визначається за формулою:

,

де Пjчт.j-й частковий показник технологічності конструкції;

    mj коефіцієнт вагомості j-го показника технологічності;

     - кількість часткових показників технологічності.

Проектований підсилювач потужності звукових частот відноситься до класу „Електронні модулі”. Для пристроїв цього класу встановлені наступні часткові відносні показники технологічності.

1. Коефіцієнт використання мікросхем і мікрозборок:

  m1=0.1

де НДМСзагальна кількість мікросхем і мікрозборок у виробі;

    Ннере – загальна кількість навісних ЕРЕ у виробі;

2. Коефіцієнт механізації та автоматизації монтажу

де Нам – кількість монтажних з’єднань, які можуть здійснюватись автоматизованим або механізованим способом;

        Нм – загальна кількість монтажних з’єднань.

3. Коефіцієнт механізації та автоматизації підготовки ЕРЕ до монтажу

де Нмп.ере кількість ЕРЕ, підготовка яких до монтажу здійснюється автоматизованим або механізованим методом;

       Нн.ерезагальна кількість ЕРЕ.

4. Коефіцієнт механізації та автоматизації технологічних процесів контролю та регулювання

де Нарккількість операцій контролю та регулювання, які здійснюються автоматизованим та механізованим способом;

      Нрк – загальна кількість операцій контролю та регулювання.

5. Коефіцієнт повторюваності елементів:

де Нт.ере – загальна кількість типорозмірів ЕРЕ;

    Нн.ере – загальна кількість ЕРЕ.

6. Коефіцієнт застосування ЕРЕ

де Нтор.ере – кількість типорозмірів оригінальних ЕРЕ у виробі;

    Нт.ере – загальна кількість типорозмірів ЕРЕ.

7. Коефіцієнт прогресивності формоутворення

де Дпр – кількість деталей, заготовка яких або самі деталі виготовлені прогресивними методами формоутворення;

       Д  - загальна кількість деталей.

Визначаємо комплексний показник технологічності з урахуванням вагових коефіцієнтів:

5. Заключний опис конструкції друкованого вузла

  Друкована плата для даного виробу виготовляється комбінованим методом. Друкована плата має двосторонню металізацію і виготовлена із склотекстоліту марки  СФ-2-20-1,0 товщиною 1 мм.

  Розміри плати становлять 75×60 мм, враховуючи допуски на закріплення. Закріплення друкованого вузла здійснюється методом жорского защемлення.  Розміщення радіоелементів на платі здійснюється таким чином, щоб виводи навісних елементів розташовувались у вузлах координатної сітки з кроком 2,5 мм. Всі елементи розташовані на одній стороні плати.

На краю плати розташований роз’єм до котрого повинен під’єднуватися гнучкий шлейф, що з’єднує друкований вузол з іншими схемами пристрою. Однотипні елементи ( резистори і конденсатори ) розташовані на паралельних прямих, що спрощує автоматизацію монтажу елементів на платі.  

6.Література

  1.  Справочник по конструюванню радіоелектронної апаратури(друковані вузли) А.І.Горобець,А.І.Степаненко–Київ: "Техніка" 1985.
  2.  „Проектування технологічних процесів в радіоапаратобудуванні” Ю.М. Шеремет, В.А. Павлиш, А.П. Гордієвич, Л.В. Галкіна – Львів: НВО „Електрон”1995.
  3.  Методичні вказівки "Технології та засоби телекомунікації" К.І.Янгурський, І.В. Атаманова, В.М.Фаст–Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка".
  4.  Методичні вказівки "Основи точності та надійності електронних апаратів" К.І.Янгурський, І.В. Атаманова–Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка".


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71696. Настройка рабочего стола, Панели задач, Главного меню 6.27 MB
  Цель работы: Закрепить теоретические знания по теме Настройка рабочей среды ОС Windows Закрепить теоретические знания по теме Основные объекты Windows и их назначение Самостоятельно овладеть навыками настройки работы основных элементов оформления ОС Windows.
71697. Детские болезни. Периоды детства конспект лекций 1.59 MB
  Период внутриутробного развития (утробное детство). Длительность - с момента имплантации до рождения (270 дней). Естественное вскармливание. Смешанное и искусственное вскармливание. Перинатальное поражение ЦНС у новорожденных. Перинатальное поражение ЦНС у новорожденных...
71698. ТЕХНОЛОГИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ 54.12 KB
  Разработка методов помехоустойчивого кодирования, была инициирована основанной теоремой Шеннона для дискретного канала с шумом, указывающей на существование практически безошибочного метода передачи информации по такому каналу со скоростью, не превышающей пропускную способность этого канала.
71699. Модуляция 1.88 MB
  Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.
71701. Технология помехоустойчивого кодирования 64.71 KB
  При передаче информации в пространстве или во времени имеет место где вектор ошибки знак обозначает суммирование по модулю 2. 3 Вектор в 3 называемый синдромом будет равен вектору нуль только в двух случаях: либо ошибки нет либо имеет место так называемая необнаруживаемая ошибка.
71702. Модуляция гармонических колебаний 540.84 KB
  Под модуляцией понимают процесс изменения одного или нескольких параметров физического процесса по закону передаваемого сообщения. Так, например, если моделью физического процесса является функция f(a, b, c, d, t), то параметры a, b, c, d можно использовать для осуществления модуляции.
71703. ПРОЦЕССЫ 503.52 KB
  В головном процессе создаются/открываются два файла: текстовый (несколько строк) и двоичный (ряд арифметических данных). Информация об открытых файлах (дескрипторы) передается в дочерние процессы на этапе их создания через командную строку.
71704. Решение задачи классификация и регрессии с помощью деревьев решений 136.54 KB
  Цель работы: изучение алгоритмов построения деревьев решений; создание и исследование классификационных и регрессионных моделей с помощью деревьев решений Индивидуальное задание: seeds Data Set Attribute Information: To construct the data, seven geometric parameters of wheat...