88803

Процесс разработки конструкции датчика ПОВ

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В производстве изделий приборостроения средств вычислительной техники и бытовой РЭА широко применяются печатные платы как средство обеспечивающие автоматизацию монтажно-сборочных операций снижение габаритных размеров аппаратуры повышения ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделия.

Русский

2015-05-04

2.08 MB

3 чел.

Содержание

[1] Содержание

[1.0.1] Введение

[1.1]
Схемотехническая часть

[1.2] Описание процесса настройки схемы

[1.3]
Конструкторская часть

[1.4] Технологическая часть

[2]

[2.1] Расчётная часть

[2.2] Электрические расчёты

[2.3] Расчет надежности

[2.4] Расчет ширины трасс

[2.5] Технико-экономические расчёты

[2.6] Мероприятия по охране труда, технике безопасности и охране окружающей среды

[2.7] Заключение

[2.8] Литература

Введение

В настоящее время интенсивно развивается область техники – сверхширокополосные радиосистемы, в которых необходимым функциональным элементом являются сверхширокополосные усилители мощности. Для повышения коэффициента полезного действия сверхширокополосных усилителей мощности и их защиты от перегрузки по входу и от рассогласования по выходу используются датчики выходного напряжения и выходного тока. Однако настройка усилителя с использованием датчиков напряжения и тока затруднена их взаимным влиянием и необходимостью выравнивания их характеристик. Указанный недостаток может быть устранен благодаря применению датчика падающей и отраженной волны (ПОВ), включаемого между выходом усилителя и нагрузкой.

Датчики ПОВ используются в устройствах защиты усилителей мощности РПДУ от перегрузки по входу и от рассогласования по выходу и устройствах стабилизации их выходной мощности.

При разработке широкополосного датчика, предназначенного для работы внутри коротковолнового РПДУ с большой выходной мощностью, наиболее сложными являются следующие две проблемы: равномерность  и корректность показаний в достаточно широком диапазоне частот (от 1,5 до 30 МГц) и мощностей; устойчивость к мощным электрическим и магнитным полям, которых предостаточно внутри мощного РПДУ.

Целью данного дипломного проекта является описание процесса разработки конструкции датчика ПОВ согласно техническому заданию на дипломное проектирование.

  1.  
    Схемотехническая часть

Анализ рассмотренных схемотехнических решений показал, что для построения датчика ПОВ могут использоваться два варианта:

  •  измерение ПОВ с помощью направленных ответвителей;
  •  измерение ПОВ с помощью датчика тока на ферритовом кольце.

К положительным качествам измерителя ПОВ с направленными ответвителями можно отнести конструктивную простоту выполнения, относительно несложный процесс наладки, при условии соблюдения точности изготовления. Однако необходимо отметить, что такое устройство является относительно узкополосным и применяется, как правило, на небольшом промежутке частот. Приборы с направленными ответвителями, у которых чувствительность меньше зависит от частоты, несколько сложнее в изготовлении, заметно сложнее в наладке и требуют применения достаточно дефицитных кольцевых магнитопроводов из высокочастотного феррита, применяемых в частотном корректоре датчика. Также к недостатку схемы с направленными ответвителями стоит отнести невысокую чувствительность, особенно за пределами рабочего диапазона. А такая необходимость может возникнуть при первоначальной настройке антенны.

Применение ферритового сердечника позволяет расширить частотный диапазон датчика, сравнительно с датчиками ПОВ, основанными на направленных ответвителях. Совместно с генератором стандартных сигналов и РПДУ измерители ПОВ с токовым трансформатором позволяют измерять уровни падающей и отражённой волны в широком диапазоне частот, измерять мощность, подводимую к нагрузке с достаточно высокой точностью.

Приборы такого типа получили широкое распространение, как у профессионалов, так и у радиолюбителей. Их общая схема примерно одинакова и имеет различия лишь в конструктивном исполнении.

Первые сведения о датчиках ПОВ на ферритовых трансформаторах относятся к середине прошлого века. Вариант схемы, взятый за основу, показан на рисунке 1.

Данную схему можно разделить на функциональные узлы:

а) датчик напряжения — ёмкостный делитель на С1 и С2 с выходным напряжением UС, значительно меньшим, чем напряжение на линии UЛ.

б) токовый трансформатор Т1, намотанный на ферритовом кольцевом сердечнике. Его первичная обмотка имеет один виток в виде проводника, проходящего по центру кольца, вторичная — n витков, нагрузка по вторичной обмотке — резистор R1, выходное напряжение — 2UT. Вторичную обмотку можно выполнить из двух отдельных обмоток с напряжением UT каждая и со своим нагрузочным резистором, однако конструктивно удобнее сделать одну обмотку с отводом от середины;

в) детекторы на диодах VD1 и VD2, переключатель SA1 и вольтметр на микроамперметре РА1 с добавочными резисторами.

Вторичная обмотка трансформатора Т1 включена таким образом, что при подключении передатчика к левому по схеме соединителю, а нагрузки — к правому, на диод VD1 поступает суммарное напряжение UС + UT, а на диод VD2 — разностное. При подключении к выходу датчика ПОВ резистивной эталонной нагрузки с сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии, отраженная волна отсутствует и, следовательно, ВЧ напряжение на VD2 может быть нулевым. Это достигается в процессе балансировки прибора уравниванием напряжений UT и UС с помощью подстроечного конденсатора С1.

Точность датчика ПОВ, как измерительного прибора, зависит от ряда факторов, в первую очередь от точности балансировки прибора в положении SA1 "Отраженная волна" при RH = Z0. Идеальной балансировке соответствуют напряжения UС и UT равные по величине и строго противоположные по фазе, т. е. их разность равна нулю.

В подключенной к передатчику однородной фидерной линии с волновым сопротивлением Z0, нагруженной на сопротивление ZН ≠ Z0, возникают как падающая, так и отраженная волны. Коэффициентом отражения r (reflection) в общем виде называется отношение амплитуды отраженной от нагрузки волны к амплитуде падающей. Коэффициенты отражения по току ri и по напряжению rU равны отношению соответствующих величин в отраженной и падающей волнах, численно все три коэффициента равны. Фаза отраженного тока (по отношению к падающему) зависит от соотношения между ZН и Z0. Если ZН Z0, отраженный ток будет противофазен падающему, а если ZН Z0, то синфазен. Коэффициент rU имеет такую же величину, как и ri, но знаки у них разные, т.е. фазы противоположные. Из-за этого стоячие волны, которые образуются на линии в результате суммирования падающей и отраженных волн, будут расположены таким образом, что в точке линии с максимумом волны тока будет минимум волны напряжения и наоборот. Коэффициент отражения r определяется формулой

 (1)

где RH и XH, соответственно, активная и реактивная составляющие нагрузочного сопротивления ZH. При чисто активной нагрузке ХH = 0 формула упрощается

    (2)

На рисунке 2а показано распределение напряжения UЛ и тока IЛ вдоль линии для этого случая (потери в линии не учитываются). Масштаб по оси ординат для тока принят в Z0 раз больше, при этом получается одинаковый размер обоих графиков по вертикали.

а                                         б

Рисунок 2 – Характеристики изменения напряжений на датчике

На рисунке 2а также показаны пунктиром графики напряжения UЛ0 и тока IЛ0 в виде прямой линии в случае, когда RН=Z0. Взят участок линии длиной 1λ, при большей длине картина будет циклично повторяться через каждые 0,5λ. В тех точках линии, где фазы падающей и отраженной волн совпадают, напряжение максимально и равно

UMAX  =  UЛ0  (1 + r)  (3)

а в тех, где фазы противоположны – минимально 

UMIN  =  UЛ0  (1 – r)  (4)

 

По определению

 (5)

КСВ=(1+r)/(1–r), соответственно,

 (6)

 Отметим важную особенность – сумма максимального и минимального напряжений UMAX  +  UMIN  = UЛ0 (1 + r) + UЛ0 (1 - r) = 2UЛ0, а разность 

UMAX - UMIN = 2rUЛ0. По полученным значениям можно рассчитать мощность падающей волны и мощность отраженной волны:

 (7)

 (8)

Определение КСВ путем измерения напряжения вдоль участка линии в поисках значений UMAX и UMIN широко применялось в прошлом не только на открытых воздушных линиях, но и в мощных коаксиальных фидерах, преимущественно на УКВ. Для этого использовался измерительный участок фидера, имеющий длинную продольную щель, вдоль которой перемещалась тележка с вставленным в нее зондом – головкой ВЧ вольтметра.

КСВ линии можно также определить по результатам измерения тока  IЛ в одном из проводов линии на участке длиной не более 0,5λ. Зная максимальное и минимальное значения, можно вычислить КСВ по формуле

(9)

Для измерения тока широко применяют преобразователь ток-напряжение в виде токового трансформатора (ТТ) c определенным нагрузочным резистором, напряжение на котором UT пропорционально и синфазно измеряемому току.

На рисунке 2б приведены совместно графики изменения UЛ и U'Т вдоль линии, которые имеют одинаковые амплитуду и форму, но расположены со сдвигом 0,25λ. Анализ этих кривых показывает, что можно определить r или КСВ при одновременном измерении величин UЛ и U'Т в любом месте линии. В местах расположения максимумов и минимумов обеих кривых это очевидно: отношение этих величин UЛ/U'Т (или U'Т/UЛ) равно КСВ, сумма равна 2UЛ0, а разность равна 2rUЛ0. В промежуточных точках UЛ и UТ сдвинуты по фазе и их нужно складывать как векторы, однако приведенные выше соотношения сохраняются, так как отраженная волна напряжения всегда является обратной по фазе отраженной волне тока, а rUЛ0 = rU'Т0.

Следовательно, прибор, содержащий вольтметр, калиброванный преобразователь ток-напряжение и схему сложения-вычитания, позволит определить такие параметры линии, как r или КСВ, а также РПАД и РОТР при включении в любом месте линии.

В качестве основы конструкции была выбрана схема измерения ПОВ с помощью датчика тока на ферритовом кольце, показанная на рисунке 3.    

                   

Рисунок 3 – схема подключения узла печатного А1 к датчику тока

Данная схема обладает достаточно высокой чувствительностью и особенно удобна для измерений на этапе настройки и согласования антенны. РПДУ подключается к ВЧ входу датчика, нагрузка – к ВЧ выходу. Сигналы Uпад и Uотр подаются на АЦП микроконтроллера РПДУ, где вычисляется КСВ тракта и подводимая к нагрузке мощность.

Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная узла печатного А1

На рисунке 4 изображена схема формирования сигналов падающей и отражённой волны, конструктивно выполненная в виде узла печатного А1. ВЧ сигнал с датчика тока (T1, R1…R12) и датчика напряжения (С1…С7 и конструктивная ёмкость отрезка кабеля) формируют сигналы падающей и отражённой волны, которые поступают на однополупериодные выпрямители (диоды VD1 и VD2).  При прохождении через датчик относительно малых мощностей уровень падающей волны может быть недостаточным для полного открытия выпрямительных диодов. Для исключения этого явления в схеме через токоограничительный резистор R17 и LC-фильтр (L1C8) подаётся начальное смещение на диоды выпрямителя, потенциал которого определяется падением напряжения на диоде VD3. Вследствие чего выпрямительные диоды VD1 и VD2 постоянно поддерживаются в открытом состоянии. Выпрямленные сигналы сглаживаются фильтром, построенным на конденсаторах С9, С10. Для согласования выхода датчика ПОВ и АЦП микроконтроллера РПДУ, в моменты считывания имеющего низкоомное динамическое сопротивление, в схему устройства был введён операционный усилитель DA1, включенный по схеме повторителя напряжения. Он усиливает сигналы падающей и отражённой волны по току. Усиленные сигналы фильтруются (L3C12, L4C13) и поступают на АЦП микроконтроллера РПДУ, где происходит расчёт значения КСВ и проходящей мощности по определенному алгоритму. Для формирования напряжения минус 5 В, необходимого для питания операционного усилителя DA1, в схеме используется источник питания, выполненный на специализированной ИМС TSM0505S (DA2) [5].

Так как устройство будет использоваться в лабораторных условиях, дополнительных мер защиты от влаги и других климатических факторов не предусматривается. Достаточно использовать общие меры защиты.

Описание процесса настройки схемы

Настройка схемы происходила с применением измерителя мощности и КСВ R&S®NRT PowerReflectionMeter, используемого в качестве поверяющего прибора. Суть настройки заключалась в получении минимальных расхождений между КСВ и проходящей мощностью, рассчитанным по показаниям датчика ПОВ и показаниями поверяющего прибора. Основными параметрами настройки являются КСВ ВЧ тракта в рабочей полосе ≤1,05; уровень падающей волны при проходящей мощности 100 Вт должен быть равен 2,33 В.

При настройке были использованы два эквивалента нагрузок: 50 Ом (КСВ=1) и 25 Ом (КСВ=2). Настройка происходила на частоте 10 МГц, на которой, как показала практика, РПДУ и нагрузка имеют наилучшее согласование по волновому сопротивлению. Значения Uпад и Uотр были измерены вольтметром на выходах операционного усилителя.

Значение КСВ может быть рассчитано по формуле:

 (10)

где   – постоянное смещение на диодах.

Проходящая мощность определяется из выражения:

 (11)

Uпад.расч = 2,33 В – необходимое напряжение падающей волны при мощности 100 Вт,

Uнагр – напряжение на нагрузке при мощности 100 Вт (70,71 В),

Rн = 50 Ом – сопротивление нагрузки с КСВ=1.

Результаты расчетов и измерений сведены в таблицы 1 и 2.

Таблица 1 – показания датчика ПОВ на нагрузку 50 Ом

F, МГц

Uпад., В

Uотр., В

КСВ

(по NRT)

P, Вт

(по NRT)

КСВ расч.

Pрасч., Вт

1,5

2,337

0,128

1,02

100,5

1,11

101

5

2,331

0,134

1,01

100,1

1,12

100

10

2,33

0,148

1,01

100

1,13

100

15

2,335

0,164

1,01

100

1,15

100

20

2,349

0,18

1,01

99,7

1,16

102

25

2,359

0,196

1,01

100

1,18

103

30

2,363

0,212

1,01

99

1,19

103

Таблица 2 – показания датчика ПОВ на нагрузку 25 Ом

F, МГц

Uпад., В

Uотр., В

КСВ

(по NRT)

P, Вт

(по NRT)

КСВ расч.

P расч., Вт

1,5

2,078

0,767

2,01

82,7

2,17

80

5

2,345

0,804

2,01

101,3

2,04

101

10

2,342

0,829

2,01

100

2,09

101

15

2,35

0,868

2,02

100

2,17

102

20

2,361

0,898

2,03

100

2,19

103

25

2,338

0,893

2,03

97,8

2,19

101

30

2,334

0,871

2,03

96,8

2,19

100

Согласно данным, представленным в таблицах 1 и 2, значения, измеренные с помощью датчика и затем рассчитанные по приведённым формулам, достаточно хорошо согласуются с показаниями прибора NRT.

Кроме того, как выяснилось, на точность показаний датчика влияет множество факторов. В большей степени – ёмкость сглаживающих конденсаторов С9, С10; разброс номиналов сопротивлений резисторов R1-R10; точка подключения ёмкости С1-С7 к ВЧ кабелю.

Настройка ВЧ тракта производилась на векторном анализаторе электрических цепей R&S®ZVB4 и заключалась в получении минимального КСВ с наилучшей линейностью характеристики в рабочем диапазоне частот (от 1,5 до 30 МГц). На рисунке 5 приведена АЧХ датчика до настройки ВЧ тракта, на рисунке 6 – после настройки.

Рисунок 5 – АЧХ датчика ПОВ до настройки ВЧ тракта

Рисунок 6 – АЧХ датчика ПОВ после настройки ВЧ тракта

Для получения более линейной характеристики, а также снижения значения КСВ, в схему были введены компенсирующие ёмкости С1 = С2 = 4.7 пФ.

  1.  
    Конструкторская часть

В производстве изделий приборостроения, средств вычислительной техники и бытовой РЭА широко применяются печатные платы как средство, обеспечивающие автоматизацию монтажно-сборочных операций, снижение габаритных размеров аппаратуры, повышения ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделия.

При изготовлении печатных плат в зависимости от их конструктивных особенностей и масштабов производства применяются различные варианты технологических процессов, в которых используются многочисленные химико-технологические операции и операции механической обработки.

Электронные вычислительные машины являются одним из наиболее важных средств автоматизации производства и повышения качества продукций, а также служат основой наиболее перспективных технологий. Эффективное использование современных вычислительных и управляющих машин определяет уровень научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве, научных исследованиях. Получение высоконадежных ЭВМ, содержащих большое число схемных деталей, решается путем отказа от использования дискретных элементов и замены их интегральными схемами.  

Толщину двухсторонней печатной платы определяют толщиной выбранного материала, но в основном она лежит в пределах от 1.0 до 1.5 мм.

  Для печатных проводников для двухсторонней печатной платы допускается плотность тока до 20 А/мм². Напряжение между проводниками зависит от величины минимального зазора меду ними. Для печатных плат, защищенных лаком, значение рабочего напряжения будет сравнительно больше.

 Класс точности печатной платы определяется в зависимости от плотности проводящего рисунка и выбирается исходя из минимально допустимой ширины проводника:  0.75; 0.45; 0.25; 0.15; 0.10 мм.

В печатной плате при пересечении проводников получается электрический контакт. Если он не нужен, необходимо изменять линию проведения одного из проводников, либо один из проводников выполнять на другой стороне платы. Длина проводников должна быть минимальной. Рисунок проводников должен наилучшим способом использовать отведенную для него площадь. Для обеспечения гарантий от повреждения проводников при обработке минимальная ширина проводников должна быть 0,25 мм. При ширине проводника более 3 мм могут возникнуть трудности, связанные с пайкой. Чтобы при пайке не появилось мостиков из припоя, минимальный зазор между проводниками должен быть 0,5 мм.   Монтажные и переходные металлизированные отверстия следует выполнять без зенковки, но для обеспечения надежного соединения металлизированного отверстия с печатным проводником вокруг него на наружных сторонах печатной платы со стороны фольги делают контактную площадку. Контактные площадки выполняют круглой или прямоугольной формы, а контактные площадки, обозначающие первый вывод активного навесного электрорадиоэлемента, выполняют по форме отличной от остальных. 

Поверхностный монтаж – технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов. Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют чип-компонентами. Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным ее отличием от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.

В нашей конструкции будет использоваться смешанный монтаж, примером которого является установка на верхней стороне платы и SMD компонентов, и компонентов, монтируемых в отверстия, а на нижней стороне — только SMD-компонентов. Как видно из рисунка 7, это самая сложная разновидность монтажа.

Рисунок 7 –  Смешанный монтаж

Возможны различные варианты ее реализации. При одном из них сначала на нижнюю сторону печатной платы методом дозирования наносят клей, а на нанесенный клей устанавливают SMD-компоненты. После проведения контроля установки компонентов проводят отвердение клея в печи. На верхнюю сторону платы наносится паяльная паста, а на нее затем устанавливаются SMD-компоненты. Нанесение паяльной пасты возможно как методом трафаретной печати, так и методом дозирования. В последнем случае операции нанесения клея и паяльной пасты можно проводить на одном оборудовании, что сокращает затраты. Однако нанесение паяльных паст методом дозирования непригодно при промышленном производстве из-за низкой скорости и стабильности процесса по сравнению с трафаретной печатью и оправдано только в условиях отсутствия трафарета на изделие или нецелесообразности его изготовления. Такая ситуация может сложиться, например, при опытном производстве большой номенклатуры электронных модулей, когда из-за большого числа обрабатываемых конструктивов и малых серий затраты на изготовление трафаретов значительны.

После установки SMD-компонентов на верхнюю сторону платы производится их групповая пайка методом оплавления припойной пасты, нанесенной на трафаретном принтере или методом дозирования. После этой операции технологический цикл, связанный с установкой поверхностно монтируемых компонентов, считается завершенным.

Далее, после ручной установки компонентов в отверстия платы, производится совместная пайка всех SMD-компонентов, ранее удерживавшихся на нижней стороне платы при помощи отвержденного клея и уже установленных выводных компонентов. В конце технологического цикла выполняют операции визуальной проверки пайки и контроля.

При другом варианте реализации смешанного монтажа предполагается иная последовательность выполнения операций. Первым этапом является нанесение припойной пасты через трафарет, установка на верхней стороне платы сложных компонентов для поверхностного монтажа (корпуса типа SO, PLCC, BGA) и пайка расплавлением дозированного припоя. Затем, после установки компонентов в отверстия платы (с соответствующей обрезкой и фиксацией выводов), плата переворачивается, на нее наносится клей и устанавливаются компоненты простых форм для поверхностного монтажа (чип-компоненты, компоненты в корпусе SOT). Они и выводы компонентов, установленных в отверстия, одновременно пропаиваются двойной волной припоя. Возможно также использование в составе одной линии оборудования, обеспечивающего эффективную пайку компонентов (с верхней стороны платы) расплавлением дозированного припоя и пайку (с нижней стороны платы) волной припоя.

Необходимо отметить, что в технологическом процессе, реализующем смешанный монтаж, возрастает количество контрольных операций из-за сложности сборки при наличии компонентов на обеих сторонах платы. Неизбежно возрастают также количество паяных соединений и трудность обеспечения их качества.

Установку элементов на плату печатную А1 будем производить, руководствуясь РД 107.460.000.019-90 (кроме XP1). В таблице 3 приведены варианты установки для всех элементов узла печатного А1.

    Таблица 3 Варианты установки элементов платы печатной А1

Позиционные обозначения элементов

Вариант установки

С1-C16,  L1-L5,

R1-R11,  R13-R18

I

R12, VD1-VD3

III

DA1, DA2

V

XP1

Согласно ОСТ4.010.030-81 – до упора

Внутренняя и внешняя компоновка. Расчет площади рабочей зоны

Компоновка является наиболее сложной и ответственной задачей при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. Компоновка – это размещение в пространстве или на плоскости различных элементов изделия, имеющих электрические соединения между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой и обеспечение минимума паразитных взаимодействий, при сохранении расчетных параметров аппаратуры. Компоновка, учитывающая особенности функционирования и эксплуатации изделия, электрические взаимодействия и взаимосвязи различных элементов изделия, тепловые режимы внутри изделия, геометрические размеры и форму отдельных элементов, называется внутренней. Компоновка, учитывающая факторы, связанные с требованиями инженерной психологии и технической эстетики, а также физиологические и анатомические параметры человека-оператора, называется внешней.

  При разработке конструкции датчика ПОВ задача внутренней компоновки – разместить элементы схемы на печатной плате внутри корпуса. Задача внешней компоновки – эстетическое оформление внешнего вида устройства и размещение элементов внешнего подключения на корпусе устройства.

 Элементы схемы устройства размещаются на плате в рабочей зоне. Кроме того, необходимо предусмотреть зоны расположения электрических соединителей и зоны расположения мест механического крепления платы в корпусе.

  Узел печатный А1 имеет вырезы, обусловленные конструкцией корпуса датчика ПОВ: 4 выреза для колонок крепления крышки, 1 – для выводов трансформатора ВЧ тракта.

Исходя из полученных размеров платы, была выполнена компоновка элементов узла печатного датчика ПОВ, изображенная на рисунке 8, трассировка верхнего слоя платы на рисунке 9а, на рисунке 9б изображена трассировка нижнего слоя платы.

Рисунок 8 – Компоновка элементов схемы

      а

      б

Рисунок 9 –  Трассировка верхнего (а) и нижнего (б) слоев


На рисунке 10 изображено расположение электрических элементов на плате печатной.

Рисунок 10 –  Трёхмерная модель узла печатного А1

На рисунке 11 изображена трёхмерная модель датчика ПОВ. Из рисунка видно, что ВЧ соединители расположены на противоположенных сторонах корпуса. Это обусловлено упрощением конструкции.

Рисунок 11 – Трёхмерная модель датчика ПОВ

Трёхмерная модель выполнялась совместно в программных пакетах P-CAD 2002 и SolidWorks 2013.

  1.  Технологическая часть 

Проанализировав  принципиальную схему, а также топологию было  установлено, что данный узел можно выполнить на двухсторонней печатной плате, не требующей высокой плотности монтажа. В настоящее время для изготовления односторонних и двусторонних печатных плат наибольшее распространение получили три метода: химический, электрохимический (полуаддитивный), комбинированно позитивный. Химический метод широко применяется в производстве не только односторонних печатных плат, но и для изготовления внутренних слоев многослойных печатных плат, а также гибких. Основным преимуществом химического метода является простота и малая длительность технологического цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком отсутствие металлизированных отверстий и низкое качество. Электрохимический (полуаддитивный) метод дороже, требует большого количества специализированного оборудования, менее надежен. Комбинированно позитивный метод основан на химическом и электрохимическом методах. Позволяет получить проводники повышенной точности. Преимуществом позитивного комбинированного метода по сравнению с негативным, является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессивных растворах (растворы химического меднения, электролиты и др.) диэлектрическое основание защищено фольгой.

  Проанализировав все методы, выбран метод комбинированно позитивный, т.к. по сравнению с химическим он обладает лучшим качеством изготовления, достаточно хорошими характеристиками, что необходимо в измерительной аппаратуре и есть возможность реализации металлизированных отверстий. Печатные проводники должны выполняться прямоугольной формы параллельно сторонам платы и координатной сетки или под углом к ним. Ширина проводника должна быть одинаковой по всей длине. Расстояние между неизолированными корпусами электрорадиоэлементов, между корпусами и выводами, между выводами соседних электрорадиоэлементов или между выводом и любой токопроводящей деталью следует выбирать с учетом допустимой разностью потенциалов между ними и предусматриваемого теплоотвода, но не менее 1 мм (для изолированных деталей не менее 0,5 мм). Расстояние между корпусом электрорадиоэлементом и краем печатной платы не менее 1 мм, между выводом  и краем печатной платы не менее 2 мм, между проводником и краем печатной платы не менее 1 мм.

  Для изготовления печатной платы необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал для защитного покрытия от воздействия влаги. Сначала определяется материал для диэлектрического основания.

  Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков. Их можно разделить на две группы:

- на бумажной основе;

- на основе стеклоткани.

 Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины. Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат. В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс – это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс – это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит – это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в оборудовании для групповой пайки. Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал. Из сопоставления характеристик оснований следует, что (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса. Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса. Последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем стеклотекстолит.

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания, можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу. Однако алюминиевая фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а никелевая – из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве проводящего слоя на печатных платах чаще всего выбирается медная фольга.

Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения – 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому была выбрана медная фольга толщиной 35 мкм.

Исходя из всех вышеперечисленных сравнений, для изготовления печатной платы позитивным комбинированным способом выбран фольгированный стеклотекстолит СФТ-2-35-1,5 ТУ ОЯШ.503.213-91. Самый распространенный и дешевый способ защиты гетинаксовых и стеклотекстолитовых печатных плат – покрытие их бакелитовыми, эпоксидными и другими лаками или эпоксидной смолой. Наиболее стойко к действию влаги покрытие из эпоксидной смолы, обеспечивающее самое высокое поверхностное сопротивление. Несколько хуже защитные свойства перхлорвиниловых, фенольных и эпоксидных лаков. Плохо защищает покрытие из полистирола, но в отличие от остальных, при помещении изделия в нормальные условия оно быстро восстанавливает свои свойства. Для аппаратуры, работающей в тропических условиях, в качестве защитного покрытия применяют лак на основе эпоксидной смолы Э-4100. Перед покрытием в лак добавляют 3,5% отвердителя, смешивают и разводят смесью, состоящей из ацетона, этилцеллозольва и ксилола до вязкости от 18 до 20 по вискозиметру ВЗ-4. После смешивания жидкость фильтруют через марлю, сложенную в несколько слоев. В полученную смесь погружают чистую высушенную аппаратуру. После каждого погружения стряхивают излишки смеси и ставят сушить на 10 мин, таким образом наносят шесть слоев. Это покрытие обладает малой усадкой и плотной структурой.

Фольгированные диэлектрики выпускаются размерами от 1000 до 1200 мм, поэтому первой операцией практически любого технологического процесса является резка заготовок. Для резки фольгированных диэлектриков используют роликовые одноножевые, многоножевые и гильотинные прецизионные ножницы. На одноножевых роликовых ножницах можно получить заготовки размером от 50х50 до 500х900 мм при толщине материала от 0,025 до 3 мм. Скорость резания плавно регулируется в пределах от 2 до 13,5 м/мин. Погрешность резания ±1,0 мм. Для удаления пыли, образующейся при резании заготовки, ножницы оборудованы пылесосом. Из листов фольгированного диэлектрика одноножевыми роликовыми ножницами нарезается заготовки требуемых размеров с припуском на технологическое поле по 10 мм с каждой стороны. Далее с торцов заготовки необходимо снять напильником заусенцы во избежание повреждения рук во время технологического процесса. Качество снятия заусенцев определяется визуально.

Базовые отверстия необходимы для фиксации платы во время технологического процесса. Сверловка отверстий является разновидностью механической обработки. Это одна из самых трудоемких и важных операций. При выборе сверлильного оборудования необходимо учитывать следующие основные особенности: изготовление нескольких тысяч отверстий в смену, необходимость обеспечения перпендикулярных отверстий поверхности платы, обработка плат без заусенцев. При сверлении важнейшими характеристиками операции являются: конструкция сверлильного станка, геометрия сверла, скорость резания и скорость осевой подачи. Для правильной фиксации сверла используются специальные высокоточные кондукторы. Кроме того, необходимо обеспечить моментальное удаление стружки из зоны сверления. Как известно, стеклотекстолит является высокоабразивным материалом, поэтому необходимо применять твердосплавные свёрла. Применение свёрл из твердого сплава позволяет значительно повысить производительность труда при сверлении и улучшить чистоту обработки отверстий. В большинстве случаев заготовки сверлят в пакете, высота пакета до 6 мм. Резка заготовок не должна вызывать расслаивания диэлектрического основания, образования трещин, сколов, а также царапин на поверхности заготовок. 

От состояния поверхности фольги и диэлектрика во многом определяется адгезия наносимых впоследствии покрытий. Качество подготовки поверхности имеет важное значение как при нанесении фоторезиста, так и при осаждении металла. Широко используют химические и механические способы подготовки поверхности или их сочетание. Консервирующие покрытия легко снимаются органическим растворителем, с последующей промывкой в воде и сушкой. Окисные пленки, пылевые и органические загрязнения удаляются последовательной промывкой в органических растворителях (ксилоле, бензоле, хладоне) и водных растворах фосфатов, соды, едкого натра.

Удаление оксидного слоя толщиной более 0,5 мкм производят механической очисткой крацевальными щетками или абразивными валками. Недостаток этого способа – быстрое зажиривание очищающих валков, а затем, и очищающей поверхности. Часто для удаления оксидной пленки применяют гидроабразивную обработку. Высокое качество зачистки получают при обработке распыленной абразивной пульпой. Гидроабразивная обработка удаляет с фольги заусенцы, образующиеся после сверления, и очищает внутренние медные торцы контактных площадок в отверстиях многосторонних печатных плат от эпоксидной смолы.

Высокое качество очистки получают при сочетании гидроабразивной обработки с использованием водной суспензии и крацевания. На этом принципе работают установки для зачистки боковых поверхностей заготовок и отверстий печатных плат нейлоновыми щетками и пемзовой суспензией.

Наиболее трудоемкий и сложный процесс в механической обработке печатных плат – получение отверстий под металлизацию. Их выполняют главным образом сверлением, так как сделать отверстия штамповкой  в применяемых для производства плат стеклопластиках  трудно. Для сверления стеклопластиков используют твердосплавный инструмент  специальной конструкции. Применение инструмента из твердого сплава позволяет значительно повысить  производительность труда при сверлении и зенковании и улучшить чистоту обработки отверстий. Чаще всего сверла изготавливают  из твердоуглеродистых сталей марки У-10, У-18, У-7. В основном используют две формы свёрла: сложнопрофильные и цилиндрические. Так как стеклотекстолит  является высокоабразивным  материалом, то стойкость свёрл невелика. Так, например, стойкость тонких свёрл - около 10 000 сверлений.

При выборе сверлильного оборудования необходимо учитывать такие особенности, как изготовление нескольких миллионов отверстий в смену, диаметр отверстий 0,4 мм и меньше, точность расположения отверстий 0,05 мм и выше, необходимость обеспечения абсолютно гладких и перпендикулярных отверстий поверхности платы, обработка плат без заусенцев и так далее. Точность и качество сверления зависит от конструкции станка и сверла.

В настоящее время используют несколько типов станков для сверления печатных плат. В основном это многошпиндельные высокооборотные станки с программным управлением, на которых помимо сверлений отверстий в печатных платах одновременно производится и зенкование или сверление отверстий в пакете без зенкования.

Широко применяется также одношпиндельный полуавтомат, который может работать как с проектором, так и со щупом. На станке можно обрабатывать заготовки плат максимальным размером 520х420 мм при толщине пакета 12 мм. Частота вращения шпинделя от 15000 до 30000 об/мин (изменяется ступенчато). Максимальный диаметр сверления 2,5 мм.

Более производительным является четырехшпиндельный станок с программным управлением, на котором можно одновременно обрабатывать одну, две или четыре (в зависимости от размера) печатных плат по заданной программе. Станок обеспечивает частоту вращения шпинделя от 10000 до 40000 об/мин, максимальную подачу шпинделя 1000 об/мин, толщину платы или пакета от 0,1 до 3,0 мм, диаметр сверления от 0,5 до 2,5 мм. Регулировка частоты вращения шпинделя бесступенчатая.

Разработан специальный полуавтоматический станок с программным управлением, предназначенный для сверления и двустороннего зенкования отверстий в многослойных печатных платах (МПП). Станок имеет позиционную систему программного управления с релейным блоком и контактным считыванием. Полуавтомат имеет два шпинделя – сверлильный и зенковальный. Частота вращения первого бесступенчато может изменяться в пределах от 0 до 33000 об/мин, второй шпиндель имеет постоянную частоту вращения 11040 об/мин. На станке возможно вести обработку плат размером 350х220 мм, толщиной от 0,2 до 4,5 мм. Максимальный диаметр сверления 2,5 мм, зенкования – 3,0 мм. Скорость подачи шпинделей: сверлильного – 1960 мм/мин, зенковального – 1400 мм/мин. Совершенствование сверлильного оборудования для печатных плат ведется в следующих направлениях: увеличения числа шпинделей; повышения скорости их подачи и частоты вращения; упрощения методов фиксации плат на столе и их совмещение; автоматизации смены сверла; уменьшения шага перемещения; увеличение скорости привода; создание систем, предотвращающих сверление отверстий по незапрограммированной координате с повторным сверлением по прежней координате; перехода на непосредственное управление станка от ЭВМ.   

Сверление не исключает возможности получения отверстий и штамповкой, если это допускается условиями качества или определяется формой отверстий. Так, штамповкой целесообразно изготавливать отверстия в односторонних платах не требующих высокого качества под выводы элементов и в слоях МПП, изготавливаемых методом открытых контактных площадок, где перфорационные окна имеют прямоугольную форму.

Химическое меднение является первым этапом металлизации отверстий. При этом возможно получение плавного перехода от диэлектрического основания к металлическому покрытию, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. Процесс химического меднения основан на восстановлении ионов двухвалентной меди  из ее комплексных солей. Толщина слоя химически осажденной меди от 0,2 до 0,3 мкм. Химическое меднение можно проводить только после специальной подготовки – каталитической активации, которая может проводиться одноступенчатым и двухступенчатым способом.

При двухступенчатой активации печатную плату сначала обезжиривают, затем декапируют торцы контактных площадок. Далее следует первый шаг активации – сенсибилизация, для чего платы опускают на 2-3 мин в соляно-кислый раствор дихлорида олова. Второй шаг активации - палладирование, для чего платы помещают на 2-3 мин в соляно-кислый раствор дихлорида палладия. Адсорбированные атомы палладия являются высокоактивным катализатором для любой химической реакции.

При одноступенчатой активации предварительная обработка (обезжиривание и декапирование) остается такой же, а активация происходит в коллоидном растворе, который содержит концентрированную серную кислоту и катионы палладия при комнатной температуре.

Перед гальваническим меднением необходимо снять слой защитного лака с поверхности платы. В зависимости от применяемого лака существуют различные растворители. Некоторые лаки возможно снять ацетоном.

Слой химически осажденной меди обычно имеет небольшую толщину (от 0,2 до 0,3 мкм), рыхлую структуру, легко окисляется на воздухе, непригоден для токопрохождения, поэтому его защищают гальваническим наращиванием (“затяжкой”) от 1 до 2 мкм гальванической меди. Для этого необходимо декапировать платы в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3 с, промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-3 мин при, зачистить платы венской известью в течение 2-3 мин, промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-3 мин, снова декапировать заготовки в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3 с, промыть платы в холодной проточной воде в течение 1-2 мин, промыть платы в дистиллированной воде в течение 1-2 мин, произвести гальваническую затяжку в течение 10-15 мин, промыть платы холодной проточной водой в течение 1-2 мин, сушить платы сжатым воздухом до полного их высыхания, контролировать качество гальванической затяжки (отверстия не должны иметь дефектов покрытия, осадок должен быть плотный, розовый, мелкокристаллический).

После гальванической затяжки слой осажденной меди имеет толщину от 1 до 2 мкм. Электролитическое меднение доводит толщину в отверстиях до 25 мкм, на проводниках – от 40 до 50 мкм.

Электролитическое меднение включает в себя следующие операции: ретушь под микроскопом краской беличьей кистью; декапирование плат в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1-3 с; промывка плат холодной проточной водой в течение 1-2 мин; зачистка плат венской известью в течение 2-3 мин; промывка плат холодной проточной водой в течение 1-2 мин; декапирование плат в 5%-ном растворе соляной кислоты в течение 1 мин; промыть платы холодной проточной водой в течение 1-2 мин; произвести гальваническое меднение в растворе борфтористоводородной кислоты, борной кислоты, борфтористоводородной меди и дистиллированной воды в течение 80-90 мин; промыть платы холодной проточной водой в течение 1-2 мин; произвести визуальный контроль покрытия (покрытие должно быть сплошным без подгара, не допускаются механические повреждения, отслоения и вздутия).

Чтобы при травлении проводники и контактные площадки не стравливались их необходимо покрыть защитным металлическим покрытием. Существует различные металлические покрытия (в основном сплавы), применяемые для защитного покрытия. В данном технологическом процессе применяется сплав олово-свинец. Сплав олово-свинец стоек к воздействию травильных растворов на основе персульфата аммония, хромового ангидрида и других, но разрушается в растворе хлорного железа, поэтому в качестве травителя раствор хлорного железа применять нельзя. Для нанесения защитного покрытия необходимо промыть платы дистиллированной водой в течение 1-2 мин, затем произвести гальваническое покрытие сплавом олово-свинец в растворе борфтористоводородной кислоты, борной кислоты, мездрового клея, нафтохинондисульфоновой кислоты, 25%-ного аммиака, металлического свинца, металлического олова, гидрохинона и дистиллированной воды в течение 12-15 мин, промыть платы в горячей проточной воде в течение 1-2 мин, промыть платы в холодной водопроводной воде в течение 1-2 мин, сушить платы сжатым воздухом в течение 2-3 мин, удалить ретушь ацетоном с поля платы, контролировать качество покрытия (покрытие должно быть сплошным без подгара, не допускаются механические повреждения, отслоения и вздутия).

Перед операцией травления фоторезист с поверхности платы необходимо снять. При большом объеме выпуска плат это следует делать  в установках снятия фоторезиста. При небольшом количестве плат фоторезист целесообразней снимать в металлической кювете щетинной кистью в растворе хлористого метилена.

В данном технологическом процессе фоторезист снимается в установке снятия фоторезиста в течение 5-10 мин, после этого необходимо промыть платы в холодной проточной воде в течение 2-5 мин.

Травление предназначено для удаления незащищенных участков фольги с поверхности платы с целью формирования рисунка схемы. Существует несколько видов травления: травление погружением, травление с барботажем, травление разбрызгиванием, травление распылением. Травление с барботажем заключается в создании в объеме травильного раствора большого количества пузырьков воздуха, которые приводят к перемешиванию травильного раствора во всем объеме, что способствует увеличению скорости травления.

Существует также несколько видов растворов для травления: раствор хлорного железа, раствор персульфата аммония, раствор хромового ангидрида и другие. Чаще всего применяют раствор хлорного железа.

Скорость травления больше всего зависит от концентрации раствора. Наилучшие результаты травления получаются при плотности раствора 1,3 г/см3. Процесс травления зависит также и от температуры травления. При температуре выше 250 °С процесс ускоряется, но портится защитная пленка. При комнатной температуре медная фольга растворяется за 30 сек до 1 мкм.

В данном технологическом процессе в качестве защитного покрытия использован сплав олово-свинец, который разрушается в растворе хлорного железа. Поэтому в качестве травильного раствора применяется раствор на основе персульфата аммония.

Осветление покрытия олово-свинец проводится в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и тиомочевины. Для этого необходимо погрузить плату на 2-3 мин в раствор осветления при температуре 60-70 °С, промыть платы горячей проточной водой в течение 2-3 мин при температуре 55±5 °С, промыть платы холодной проточной водой в течение 1-2 мин при температуре 18±5 °С, промыть платы дистиллированной водой в течение 1-2 мин при температуре 18±5 °С.

Оплавление печатной платы производится с целью покрытия проводников и металлизированных отверстий оловянно-свинцовым припоем. Наиболее часто применяют конвейерную установку инфракрасного оплавления.

Для оплавления печатных плат необходимо высушить платы в сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 80±5 °С, затем флюсовать платы флюсом в течение 1-2 мин при температуре 20±5 °С, выдержать платы перед оплавлением в сушильном шкафу в вертикальном положении в течение 15-20 мин при температуре 80±5 °С, подготовить установку оплавления согласно инструкции по эксплуатации, загрузить платы на конвейер установки, оплавить плату в течение 20 мин при температуре 50±10 °С,  промыть платы от остатков флюса горячей проточной водой в течение 1-2 мин при температуре 50±10 °С, промыть плату холодной проточной водой в течение 1-2 мин при температуре 20±5 °С, промыть плату дистиллированной водой в течение 1-2 мин  при температуре 20±5 °С, сушить платы в течение 45 мин при температуре 85±5 °С в сушильном шкафу, контролировать качество оплавления на поверхности проводников и в металлизированных отверстиях визуально.

Проводники должны иметь блестящую гладкую поверхность. Допускается на поверхности проводников наличие следов кристаллизации припоя и частично непокрытые торцы проводников.

Не допускается отслаивание проводников от диэлектрической основы и заполнение припоем отверстий. Не допускается наличие белого налета от плохо отмытого флюса на проводниках и в отверстиях печатной платы.

Механическая обработка необходима для обрезки печатных плат по размерам (отрезка технологического поля) и снятия фаски. Существует несколько способов механической обработки печатных плат по контуру.

Бесстружечная обработка печатных плат по контуру отличается низкими затратами при использовании специальных инструментов. При этом исключается нагрев обрабатываемого материала. Обработка осуществляется дисковыми ножницами. Линия реза должна быть направлена так, чтобы не возникло расслоения материала. Внешний контур односторонних печатных плат при больших сериях формируется на скоростных прессах со специальным режущим инструментом. Многосторонние печатные платы бесстружечным методом не обрабатываются, так как велика возможность расслоения.

Механическая обработка печатных плат по контуру со снятием стружки осуществляется на специальных дисковых пилах, а также на станках для снятия фаски. Эти станки снабжены инструментами или фрезами из твердых сплавов или алмазными инструментами. Скорость резания таких станков от 500 до 2000 мм/мин. эти станки имеют следующие особенности: высокую скорость резания, применение твердосплавных или алмазных инструментов, резка идёт с обязательным равномерным охлаждением инструмента, обеспечение незначительных допусков, простая и быстрая замена инструмента.

Широко используют широкоуниверсальный фрезерный станок повышенной точности типа 675П. На станке выполняют фрезерные работы цилиндрическими, дисковыми, фасонными, торцовыми, концевыми, шпоночными и другими фрезами.


  1.  Расчётная часть

Электрические расчёты

Если по фидеру, изображённому на рисунке 12, с волновым сопротивлением Z= 50 Ом передается мощность Р = 200 Вт, ток I1 в волноводе I1==2 А. Вторичная обмотка трансформатора нагружена на сопротивление

R' = R1 + R2.

Рисунок 12 – Базовая схема датчика ПОВ

Определим количество витков на трансформаторе. Напряжение на нагрузочном резисторе обратно пропорционально количеству витков. Из этого следует, что витков должно быть немного, чтоб иметь достаточное напряжение для обеспечения меньшей нелинейности из-за прямого напряжения диодов. Но это напряжение ограничивается максимальным обратным напряжением диодов и мощностью нагрузочных резисторов и его надо учитывать. Приблизительно определить оптимальное количество витков вторичной обмотки можно с помощью формулы

       (12)

Следует применять высокочастотные германиевые диоды или диоды с барьером Шоттки с наибольшим максимальным обратным и минимальным прямым напряжениями. Кремниевые диоды имеют сравнительно большое прямое напряжение, поэтому их применять для детектирования ВЧ напряжения в этом случае нежелательно. Применим для нашей схемы диод HSMS-2800 обратное напряжение которого равно 100 В.

Чтобы схема была сбалансирована, напряжение, получаемое с делителя С1 и С2, должна быть равно U’/2. Фаза напряжений на крайних выводах вторичной обмотки будет отличатся на 180°. Поэтому при КСВ = 1 суммарное напряжение относительно общего провода при их сложении в одном плече будет в два раза больше, в другом равно нулю.

Напряжение в измеряемой точке делится на С1 и С2. Чтобы делитель не вносил значительное реактивное сопротивление, его общая ёмкость должна быть как можно меньше, но, с другой стороны, на самой низкой частоте его реактивное сопротивление должно быть относительно низким, чтобы не было значительных фазовых искажений. Ёмкость конденсатора С1 является погонной ёмкостью отрезка кабеля  RG142 длиной 80 мм и равна 7 пФ. При выбранном С1 можно рассчитать С2 по формуле

    (13)

где

рассчитываем реактивное сопротивление С1

    (14)

Произведём расчёт сопротивления нагрузочного резистора

      (15)

где Pпот – допустимая мощность потерь в датчике ПОВ (по ТЗ)

Расчёт площади рабочей зоны

В таблице 4 приведены массогабаритные параметры элементов схемы, которые будут установлены на печатной плате, определяемые в соответствии с перечнем элементов и по справочным данным. Выбираем варианты установки каждого элемента на плату и заносим в таблицу 4 их массу, габаритные размеры и установочные площади.

Расчёт площади рабочей зоны для высокой (Sраб.min) и низкой (Sраб.max) плотности компоновки производится по формулам. При расчёте Sраб следует учесть, что узел печатный А1 имеет вырезы, обусловленные конструкцией корпуса датчика ПОВ, суммарная площадь которых составляет 206 мм2. В связи с тем, что используемые радиоэлементы являются малогабаритными, формулы для расчёта площади рабочей зоны получаются следующими

Sраб.min = 2,5 Sмг, (16)

Sраб.max = 4,0 Sмг, (17)

где Sмг – суммарная установочная площадь для малогабаритных, мм2.

S1 раб.min = 2,5 х 714 = 1785 мм2,

S1раб.max = 4 х 714 = 2856 мм2,

Sраб = 65 х 35 – 206 = 2069 мм2

Таблица 4  Массогабаритные показатели

Наименование элемента

Позиц. обознач.

Масса, г

Габаритные размеры, мм

Установочная площадь элемента, мм2

Уст. площадь группы, мм2

a

b

Конденсаторы К10-57

C1…C7

0,4

6,3

5

32

288

Конденсаторы К10-79,

К53-56А

C8… C16

0,2

3,2

2,5

8

Микросхема AD823ARZ

DA1

0,3

5

6,2

31

172

Микросхема TSM 0505S

DA2

1,2

12,7

11,1

141

Индуктивности CM453232

L1…L5

0,7

4,5

3,2

14

70

Резисторы Р1-12 -0,25

R1R11

0,2

3,1

1,6

5

86

Резисторы Р1-12 -0,125

R13…R18

0,1

2,1

1,3

3

Резистор 3224 X-1-501E

R12

0,8

3,5

4,8

17

Диоды

VD1…VD3

0,1

2,7

3,2

9

26

Вилка

XP1

3,5

10

7

70

70

Расчет надежности

Расчет надежности дает приблизительную оценку времени, в течении которого устройство будет работать без сбоев, т. е. время до первого отказа или выхода его из строя.

Надежность - это способность устройства выполнять все заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в течение заданного времени.

Исходные данные:

Условия эксплуатации - лабораторные;

Температура - 20-40 оС,

Влажность - 60-70%

Благодаря специальному веб-приложению [8] произведем расчет надежности. В таблице 5  приведены основные показатели расчета.

Таблица 5 Расчет надежности

Порядковый номер группы элементов

Наименование элементов

Количество элементов

Поправочные коэффициент

Интенсивность отказов λ×10-6 1/час

Элементов в номинальном режиме

Элементов с учетом условий эксплуатации

Элементов в рабочем режиме

Группы элементов в рабочем режиме

j

 

Nj

αi

λoj

λj

λjp

λjp* Nj

1

Резисторы Р1-12

17

0,51

0,071

0,076

0,039

0,659

2

Резистор построечный

1

0,73

0,028

0,030

0,022

0,022

3

Конденсаторы К10-57

7

0,3

0,009

0,010

0,003

0,020

4

Конденсаторы К53-56А

2

0,82

0,07

0,075

0,061

0,123

5

Конденсаторы К10-79

7

0,3

0,0194

0,021

0,006

0,044

6

Микросхемы аналоговые

2

1

0,033

0,035

0,035

0,071

7

Моточные

5

1

0,001

0,001

0,001

0,005

8

Диоды

3

0,82

0,062

0,066

0,054

0,163

9

Соединение пайкой

113

1

0,001

0,001

0,001

0,121

Интенсивность отказов

1,2273

Среднее время наработки до отказа Тср

814824,659

Время работы t час

1

10

100

1000

10000

20000

30000

814824,659

Вероятность

безотказной работы

1,000

1,000

1,000

0,999

0,988

0,976

0,964

0,368

Вероятность отказа

0,000

0,000

0,000

0,001

0,012

0,024

0,036

0,632

  •  Интенсивность отказа узла/блока = 1,2273 х 10-6 1/час
  •  Среднее время наработки до отказа Тср = 814824 час
  •  График изменения вероятности безотказной работы от времени наработки изображён на рисунке 13.

Рисунок 13 – График изменения вероятности безотказной работы от времени наработки

Расчет ширины трасс

Печатная плата выбирается двухсторонней с металлизацией отверстий, класс точности – третий. Метод изготовления – комбинированный позитивный, толщина фольги hф = 35 мкм, с удельным сопротивлением = 0,0175 Ом мм2/м и допустимой плотностью тока Iдоп = 48 А/мм2.

При расчете ширины трасс следует принять во внимание температуру окружающей среды, возможное повышение температуры, максимальные токи т.д.

  1.  Определяем минимальную ширину bmin I, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и шин заземления по формуле

bmin I = Imax / I доп hф ,                                     (18)

где Imax – максимальный постоянный ток в проводниках, мА (задается в ТЗ,  либо определяется из конструктивного анализа  работы принципиальной схемы изделия);

    I доп – допустимая плотность тока, мА/мм2 ( выбирается в зависимости от метода изготовления печатной платы);

    hф – толщина печатного проводника(толщина фольги печатной платы), мм.

bmin I =20/48*0,035=0,014мм

  1.  Определяем минимальную ширину b min U, мм, печатного проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем, по формуле

b min U = ρ Imax l / hф U доп   ,                 (19)

bmin U=0,0175*20*0,07/0,035*0,45мм

где ρ – удельное сопротивление, Ом*мм2

l – длина печатного проводника, м;

Uдоп – допустимое падение напряжения, В, определяемое из анализа работы электрической схемы (не должно превышать 5% от питающего напряжения и быть не более запаса помехоустойчивости).

3) Минимальная ширина печатных проводников для ДПП, изготовленных комбинированным позитивным методом, определяется по формуле

bmin = b+1,5 hф + (0,03...0,08) ,   (20)

bmin=0,15+1,5*0,035+0,05=0,28мм

4) Максимальная ширина печатного проводника bmax, мм, определяется по формуле

bmax = bmin + (0,02...0,06) .     (21)

bmax=0,28+0,06=0,26мм

выбираем ширину печатного проводника равной 0,5

5) Определяем номинальное значение диаметров d, мм монтажных отверстий по формуле

d = dэ + |∆dн.о.| + r,     (22)

d=0.7+0.15+0.2=1.05мм

где dэ – максимальный диаметр вывода элемента, устанавливаемого на плату, мм;

   ∆d н.о. – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;

 r – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода элемента, мм (выбирают по рекомендациям  ОСТ 4.070.010-78 «Платы печатные под автоматическую установку элементов. Конструкция и основные размеры» в пределах 0,1…0,4 мм).

Рассчитанное значение d округляют до 1,1

Определяем диаметр контактных площадок. Контактная площадка отверстия в печатной плате обеспечивает пайку выводов навесных элементов и надежный электрический контакт между цепями, расположенными на разных сторонах платы. Из-за особенностей процесса травления фольги боковое подтравливание будет уменьшать действительные размеры печатного рисунка и частично разрушать адгезионный слой между диэлектриком и фольгой, что может привести к отслаиванию тонких элементов печатного рисунка. Поэтому диаметр контактной площадки должен превышать минимальный диаметр Dmin, мм, который зависит от метода изготовления печатной платы.

6) Для ДПП, изготовленных комбинированным позитивным методом, определяется по формуле

D min = D1 min +1,5 hф + 0,05,   (23)

D min =0.82+1.5*0.035+0.05=0.85мм

где D1 min – минимальный эффективный диаметр контактной площадки, мм.

7) Минимальный эффективный диаметр D1 min, мм, контактной площадки определяется по формуле

D1 min = 2 ( bм + dmax / 2 + δd + δр,    (24)

D1 min=2(0,025+0,9/2+0,05+0,2)=0,82мм

где bм – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки,

     δd, δр – допуски на расположение отверстий и контактных площадок,

    dmax - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм, определяется по формуле

  dmax = d+∆d+(0,1...0,15),     (25)

dmax=1,1+0,1+0,15=1,3мм

где ∆d – допуск на отверстие

   8)Максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм, определяется по формуле

Dmax = Dmin+(0,02...0,06).    (26)

Dmax=0,85+0,06=0,091мм

9)Минимальные расстояния между проводником и контактной площадкой определяется по формуле

S1 min = L0  - [( Dmax / 2 + δр ) + ( bmax / 2 + δl )],      (27)

S1 min = 2,5  - [( 0,91 / 2 + 0,2 ) + (0,26 / 2 + 0,03 )]=2мм

где δl – допуск на расположение проводников (таблица 1);

     L0 – расстояние между центрами элементов рисунка на чертеже, мм .

   10) Минимальные расстояния между двумя контактными площадками определяется по формуле

S2 min = L0 - ( Dmax + 2 δр ).                 (28)

 S2 min=2,5-(0,91+2*0,2)=1,18мм

11) Минимальные расстояния между двумя проводниками определяется по формуле

     S3 min = L0 - ( bmax + 2 δl )] .      (29)

   S3 min=2,5-(0,26+2*0,03)=2,1 мм

 12) Минимальные расстояния центра отверстия от края платы для прокладки N печатных проводников между контактной площадкой отверстия и краем платы определяется по формуле

   S5  min=0,5 Dmax + δр + ( S + bmax + δl ) N + Sоп ,     (30)

S5  min==0,5*0,91+0,2+(0,75+0,26+0,03)*1+1,6=3 мм

где  Sоп – минимальное расстояние от края платы до печатного проводника (для печатной платы толщиной менее 1мм расстояние Sоп ≥ 1мм, для печатной платы с толщиной более 1мм расстояние Sоп должно быть более толщины платы).

13) Минимальные расстояния между контактной площадкой металлизированного отверстия и контактной площадкой под планарный вывод элемента для прокладки N печатных проводников между ними определяется по формуле

S6 min=0,5Dmaxр+Sпл+(bmax+δl)N+S(N+1),              (31)

S6 min=0,5*0,91+0,2+0,3+(0,26+0,03)*1+0,75+(1+1)=2,7мм

где Sпл – расстояние от края контактной площадки под планарный вывод до ближайшей линии координатной сетки, мм.

14) Минимальные расстояния для прокладки N печатных проводников между контактными площадками под планарные выводы определяется по формуле

              S7 min = 2 Sпл + ( bmax + δl ) N + S ( N + 1).          (32)

S7 min = 2*0,3+(0,26+0,03)*1+0,75(1+1)=2,3мм

Конструктивно-технологический расчёт печатного монтажа показал, что расчетные значения соответствуют значениям при проектировании печатной платы.


Технико-экономические расчёты

Исходные данные:

Тип производства - серийный

Режим работы – 2 смены

Коэффициент выполнения норм выработки – 1.1

Таблица 6 – Технологический процесс

Наименование операции

Оборудование

Разряды работ

Норма штучного времени

Резка заготовок

Стол сборщика

3

2,4

Пробивка базовых отверстий

Сверлильный станок

С-106

2

3,6

Подготовка поверхности заготовки

Стол сборщика

2

2,5

Нанесение сухого пленочного фоторезиста

Ламинатор КП 63.46.4

2

3,1

Нанесение защитного лака

Термошкаф КП 4506

3

2,8

Сверловка отверстий

Сверлильный станок

КД-10

3

3,5

Химическое меднение

Стол сборщика

2

3,4

Снятие защитного лака

Стол сборщика

3

2,6

Гальваническая затяжка

Стол сборщика

3

3,5

Меднение и нанесение защитного покрытия

Стол сборщика

2

5,4

Снятие фоторезиста

Установка снятия фоторезиста

АРС-2.950.000

3

2,1

Травление печатной платы

Стол сборщика

2

3,5

Осветление печатной платы

Стол сборщика

3

5,4

Оплавление печатной платы

Стол сборщика

3

2,1

Механическая обработка

Стол сборщика

2

3,6

Итого:

49,5


Производственные расчеты

Расчет фонда времени работы оборудования

Таблица 7 – Баланс времени работы оборудования в год

Показатели

Значения

Календарный период, дни

365

Праздничные и выходные, дни

116

Количества рабочих дней

249

Режим работы, смен

2

Продолжительность смены, час

8

Номинальный фонд времени работы оборудования, час

80

Потери рабочего времени на ремонт оборудования, час

4

Эффективный фонд времени работы оборудования, час

3784,8

Тип производства

серийное

Расчет производственной программы. Определяем годовой производственный объем выпуска изделий в штуках Nпр с количеством рабочих мест принятых условно по формуле

 (33)

Nпр=(3585*0.85*25*60)/((49,5*(1+5/100)) = 87958,44

где Fэф – эффективный фонд времени работы оборудования, в часах;

Кз – коэффициент загрузки оборудования(0,85);

tшт – суммарная норма штучного времени по технологическому процессу, в минутах;

Сус – условное число рабочих мест, в единицах (20-30 ед.);

d– процент потерь на переналадку (3-10% в зависимости от типа производства).

Расчет потребного количества единиц оборудования

Потребное количество оборудования Cipm, в единицах, рассчитывается по формуле:

    (34)

Cimp=(34,4*87958,44)/60=50429,51

где  Nн/час – годовая трудоемкость в н/часах по данной операции;

Впр – выработка на одно рабочие место, в часах.

Выработка на одно рабочие место Впр, в часах определяется по формуле:

Впр = Fэф * Квн     (35)

Впр=3585,6*1.1=3944,16

Расчет производим по одной операции, остальные сводим в таблицу 8.

Таблица 8 – Расчет потребного количества оборудования

Наименование оборудование

Норма штучного времени

Программа выпуска

Выраб. на 1 раб.место в часах

Количество оборудования

% загрузки оборудования

шт.

н/час

Расч.

Прин.

Стол сборщика

34,4

92845,02

53231,15

4163,28

12,79

13

98,35

Сверлильный станок

С-106

3,6

5570,70

1,34

2

66,90

Ламинатор КП 63.46.4

3,1

4796,99

1,15

1

115,22

Термошкаф КП 4506

2,8

4332,77

1,04

1

104,07

Сверлильный станок

КД-10

3,5

5415,96

16,32

17

95,98

Установка снятия фоторезиста

АРС-2.950.000

2,1

3249,58

19,85

20

99,24

Итого

49,5

76597,14

38,36

39

98,35

Принятое количество оборудования определяем, округляя расчетное до целого числа в большую сторону.


Расчет загрузки оборудования

Процент загрузки оборудования %Заг, на данной операции определяем по

формуле:

%Заг = Срм / Спрм * 100          (36)

%Заг=12,79/13*100=98,35%

где Срм – расчетное количество оборудования;

Спрм – принятое количество оборудования.

Средний процент загрузки %Заг.ср, определяем по формуле:

%Заг.ср = Срм / Спрм * 100         (37)

%Заг.ср = 38,36 / 39 * 100 = 98,35 %

Загрузка оборудования

ОТ

ДО

66,9

115,22


Таблица 9 – Сводная ведомость стоимости оборудования

Наименование оборудования

Количество принятого оборудования

Стоимость оборудования, рублей

Коэффициент установки

Единицы оборудования

 

Общая с учетом монтажа

Стол сборщика

13

46000

687700

Сверлильный станок С-106

2

4860

11178

1,15

Ламинатор КП 63.46.4

1

32000

36800

Термошкаф КП 4506

1

45000

51750

Сверлильный станок КД-10

17

18000

787428

Установка снятия фоторезиста АРС-2.950.000

20

59000

887156

Итого

39

204860

2462012

Общая стоимость с учетом монтажа определяем, как произведение стоимости единицы оборудования на количество принятых единиц оборудования на коэффициент 1,15.

Расчет численности рабочих

Расчет полезного фонда рабочего времени

Расчет полезного фонда рабочего времени одного рабочего произведем по таблице 5.

Таблица 10 – Баланс рабочего времени одного рабочего в год

Показатели

Дни

Часы

%

Календарный фонд времени

365,00

2920,00

---

Праздничные и выходные дни

116,00

928,00

---

Количество рабочих дней (номинальный фонд)

249,00

1992,00

100,00

Целодневные потери:

а) Очередной отпуск

28,00

224,00

11,24

б) Дополнительный отпуск

6,00

48,00

2,41

в) Не выходные по болезни

10,00

80,00

4,02

г) Выполнение гос. Обязанностей

---

---

---

д) Ученический отпуск

---

---

---

Итого потерь

44,00

352,00

17,67

Внутрисменные потери

8,00

64,00

3,21

Всего потерь

52,00

416,00

20,88

Полезный фонд времени (Fп)

197,00

1576,00

79,12

Средняя продолжительность рабочего дня

---

6,33

---


Полезный фонд времени
Fп, часах определяется по формуле:

Fп = Fн – кол-во потерь;          (38)

Fп = 249-52=197

где Fн – номинальный фонд работы одного рабочего в год, в часах;

Среднюю продолжительность рабочего дня определяем, как частное от деления полезного фонда на количество рабочих дней в году.

Расчет численности основных производственных рабочих

Численность основных производственных рабочих Чip, определяется по формуле:

Чip = Ni/Выр,              (39)

Чip =52231,15/1733,6=30,71 чел

где Выр – выработка одного рабочего, в часах.

Выработка одного рабочего Выр, в часах определяется по формуле:

Выр = Fп*Квн;     (40)

Выр= 1576*1,1=1733,6 час

Принимаем численность рабочих, округляя расчетную до целого числа в меньшую сторону. Рабочий должен быть загружен не менее 100%, если меньше, то совмещаем операции или организуем многостаночное обслуживание.

Таблица 11 – Расчет численности основных производственных рабочих

Средний процент загруженности  и загруженность по операциям производственных рабочих Ср%, определяем аналогично формулам 29 и 30.


Расчет численности вспомогательных рабочих

Численность вспомогательных рабочих определяем по нормативным справочникам исходя из нормы обслуживания рабочих мест (оборудования), производственной площади. Указать нормы.

Таблица 12 – Численность вспомогательных рабочих

Профессия

Количество

Разряд

Уборщица

2

1

Транспортировщик

2

3

Кладовщик

2

2

Электромонтер

2

2

Итого

8

8

Расчет численности инженерно – технических работников (ИТР).

Численность ИТР принимаем исходя из норм управляемости. Указать нормы.

Согласно действующим нормативам по управляемости принимаем 1 начальника  участка , 2 сменных мастера,  2 технолога.

Ведомость состава работающих на участке.

Ведомость отражает, какую долю составляет каждая категория работающих в общей численности.

Таблица 13 – Ведомость состава работающих на участке.

Категория работающих

Количество

Удельный вес %

Принято

1 смена

2 смена

ИТР

5,00

10,20

3,00

2,00

Вспомогательные рабочие

8,00

16,33

4,00

4,00

Основные рабочие

36,00

73,47

18,00

18,00

Итого

49,00

100,00

25,00

24,00

Численность рабочих по сменам распределяем равномерно, ИТР в 1-ю смену большее количество.


Расчет общей удельной площади участка

Общая производительная площадь непосредственно предназначена для осуществления производительного процесса. К ней относят площади занимаемые установками, рабочими столами, станками, конвейерами и т.д. с учетом безопасных проходов и проездов между оборудованием. Она складывается из площадей занимаемых каждым рабочим местом.

Общая площадь участка рассчитывается по формуле:

Sуч=a*b, м2,       (41)

Sуч = 3*2 =458,64м2

Производственная площадь каждого рабочего места Sрм, м2

Определяется по формуле:

Sрм = (a+b+0.5c)(d+0.5e)     (42)

Sрм =(3+2+0,5*1,2)(1,5+0,5*1,2)=11,76 м2

где a – ширина оборудования с выходящими;

b – расстояние до стен, колоны, в м;

с – ширина прохода, в м;

d – длина оборудования, в м;

e – расстояние между оборудованием (столом, стеллажом, верстаком),в м.

Расчет площади участка

a – ширина оборудования с выходящими

3

b – расстояние до стен, колоны, в м;

2

с – ширина прохода, в м;

1,2

d – длина оборудования, в м;

1,5

e – расстояние между оборудованием (столом, стилажом, верстаком),в м.

1,2

Общая площадь участка

458,64

Производственная площадь каждого рабочего места

11,76

Удельная площадь

26,97

Удельная площадь определяется, как отношение общей производственной площади к принятому количеству рабочих мест (единиц принятого оборудования), сравнивается с нормативной площадью.


Расчет потребного материал

Материалы необходимые для производства, рассчитываются исходя из нормы расхода, по технологическому процессу. Данные расчета сводим в таблицу 14.

Таблица 14 – Материалы

Материалы

Единицы измерения

Расход

Цена за ед, в рублях

Затраты в рублях

На изделие

На выпуск

На изделие

На выпуск

Основной

кг

2,00

200,00

23,00

46,00

4600,00

Присадочный

кг

1,00

100,00

15,00

15,00

1500,00

Вспомогательный

кг

0,50

50,00

25,00

12,50

1250,00

Итого

---

3,50

350,00

63,00

73,50

7350,00

Расчет фонда заработной платы.

Расчет фонда оплаты труда основных производственных рабочих.

Фонд заработной платы основных производственных рабочих складывается из тарифной заработной платы и доплат. Для расчетов используем данные таблицы 15.

Таблица 15 – Тарифная расценка основных работ

Операция

Разряд работ

Норма штучного времени

Тарифная ставка

Расценка

Средняя ставка

Средний разряд работ

Резка заготовок

3,00

2,40

38,50

1,54

37,61

2,43

Пробивка базовых отверстий

2,00

3,60

36,75

2,21

Подготовка поверхности заготовок

2,00

2,50

36,75

1,53

Нанесение сухого пленочного фоторезиста

2,00

3,10

36,75

1,90

Нанесение защитного лака

3,00

2,80

38,50

1,80

Сверловка отверстий

3,00

3,50

38,50

2,25

Химическое меднение

2,00

3,40

36,75

2,08

Снятие защитного лака

3,00

2,60

38,50

1,67

Гальваническая затяжка

3,00

3,50

38,50

2,25

Меднение и нанесение защитного покрытия

2,00

5,40

36,75

3,31

Снятие фоторезиста

3,00

2,10

38,50

1,35

Травление печатной платы

2,00

3,50

36,75

2,14

Осветление печатной платы

3,00

5,40

38,50

3,47

Оплавление печатной платы

3,00

2,10

38,50

1,35

Механическая обработка

2,00

3,60

36,75

2,21

Итого:

49,50

565,25

31,03

Определяем расценку по каждой операции Ri, в рублях по формуле

Ri = tшт*Cmi/60    (43)

Ri =38,5*2,4/60=1,54

где Cim – тарифная часовая ставка соответствующая разряду выполняемой операции.

Определяем среднюю тарифную ставку Cm ср, в рублях по формуле:

   Cm ср = åRi*60/å tшт             (44)

Cm ср =31,03*60/49,5=37,61

где åR – общая расценка по основным операциям

Определяем средний разряд работ Рср по формуле:

    Рср = å(Pi*tшт)/åTшт    (45)

где Pi – разряд работ поданной операции.

Значения расчетов заносить в таблицу 11.

Определяем тарифную заработную плату Зтар, в рублях по формуле:

Зтар = Сm ср * N                   (46)

Зтар=38,5*92845,02=3574533,33

где N – трудоемкость годового выпуска в н/часах, по всем операциям технологического процесса.

Определяем основную заработную плату с премией и поясной надбавкой Зосн, в рублях по формуле:

Зосн =Зтар(1+Пр/100%)*(1+Пн/100%)          (47)

Зосн =3386400 (1+1,20/100)(1+1,15/100)=41104,12 руб.

где Пр – процент премии от 10 до 40 %

Пн – процент поясной надбавки 15%

Определяем дополнительную заработную плату Здоп, в рублях по формуле:

Здоп = Зосн*Д/100%                   (48)

Здоп =41104,12 *1,08/100=443,92

где Д – процент доплат к основной заработной плате от 8 до 14%

Определяем общий фонд заработной платы Зобщ, в рублях по формуле:

Зобщ = Зосн+Здоп,     (49)

Зобщ =41104,12 +443,9=41548,05

Определяем среднемесячную заработную плату основных производственных рабочих Зсрм, в рублях по формуле:

                     (50)

Зсрм=41548,05/(50*12)=70,66

где Чосн – принятое число основных рабочих

Данные расчетов сводим в таблицу 16

Таблица 16 – Заработная плата основных рабочих, в рублях

Расчет фонда оплаты труда вспомогательных рабочих

Общий фонд заработной платы вспомогательных рабочих определяется аналогично расчету по основным рабочим.

Для расчета использовать данные таблицы 17

Таблица 17 – Тариф вспомогательных работ

Разряд работ

1

2

3

4

5

6

Коэффициент зачислений

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,4

Тарифная ставка

35

36,75

38,5

40,25

42

49


Определяем заработную плату вспомогательных рабочих по тарифу вспомогательных работ, в рублях

Зтар=40,25*8*24=7728              (51)

Расчет фонда заработной платы и средний месячный заработной платы сводится в таблицу 18.

Таблица 18 – Заработная плата вспомогательных рабочих, в рублях

Расчет фонда оплаты инженерно – технических работников

Общий фонд заработной платы ИТР определяется исходя из установленных окладов и планируемой премии. Расчет сводится в таблицу 19.

Таблица 19 – Заработная плата инженерно – технических работников, в рублях

Оклад устанавливается исходя из разряда, соответствующего должности.

Премия определяется в % от оклада (10-40 %).

Заработная плата за месяц включает: оклад, премию, поясную надбавку.

Годовой фонд определяется по каждой должности путем умножения месячной заработной платы на численность и число месяцев в году.

Средняя заработная плата определяется аналогично формуле 43.

Расчет себестоимости и цены.

Себестоимость изделия учитывает все статьи затрат  на производство продукции.

Оптовая  цена рассчитывается согласно методических указаний.


Таблица 20 – Калькуляция на изделие и на готовой выпуск продукции, в рублях.

Затраты на изделия

Изделие

Годовой выпуск

основные материалы

46,00

4046088,31

вспомогательные материалы

12,50

1099480,52

основная з/п

7224,00

635411781,82

дополнительная з/п

9081,60

798803382,86

Соц нужды

2167,20

190623534,55

РЭСО

433,44

38124706,91

Цеховые расходы

32,61

2868430,33

Итого: цеховая себестоимость

45,11

3967910,85

Общехозяйственные расходы

7270,00

639457870,13

потери от брака

43,98

3868343,72

итого производственная себестоимость

16440,69

1446097507,56

1380367341,80

внепроизводственный расходы

2600,64

228748241,45

211167767,07

итого полная себестоимость

19041,33

1674845749,01

коэффициент размера прибыли

1,15

101152,21

проект оптовой цены

21897,53

1926072,11

ПФР

ФСС

ФОМС

отчисления соц. нужды

РЕСО

22,0%

2,9%

5,1%

%

коэффициент

30,0%

0,3

6,00%

отношение

н/час

тыс. руб.

Количество

процент

Вспомогательные

10507,14

3144608,35

8,00

16,33%

Основные

47282,15

14150737,55

36,00

73,47%

ИТР

6566,97

1965380,22

5,00

10,20%

всего

64356,26

19260726,11

49,00

100,00%

Расчет оценочных показателей деятельности участка

Основные технико-экономические показатели проектируемого участка представлены в таблице 17.


Таблица 21 – Основные показатели участка

Показатели

Единицы измерения

Значения

1)Годовой выпуск продукции

а) в натуральном выражении

шт

87958,44

б) по оптовой цене

тыс.руб

19260726,11

в) в нормо-часах

Н/часов

64356,26

2)Общая стоимость оборудования

тыс.руб

787428,00

3)Численность работающих

а) основные рабочие

чел.

36,00

б) вспомогательные рабочие

чел.

8,00

в) И.Т.Р.

чел.

5,00

4)Выпуск продукции на одного вспомогательного

А) По трудоемкости

Н/часов

10507,14

Б) По оптовой цене

тыс.руб

3144608,35

5)Выпуск продукции на одного ИТР

А) По трудоемкости

Н/часов

47282,15

Б) По оптовой цене

тыс.руб

14150737,55

6)Выпуск продукции на 1 го основного рабочего

А) По трудоемкости

Н/часов

6566,97

Б) По оптовой цене

тыс.руб

1965380,22

7)Фонд заработной платы, всего

а) основных рабочих

тыс.руб

438177,60

б) вспомогательных рабочих

тыс.руб

65192,54

в)И.Т.Р.

тыс.руб

58453,50

Среднемесячная заработная плата одного работающего в т.ч. рабочего

тыс.руб

8586,69

а) основных рабочих

272160,00

б) вспомогательных рабочих

64565,76

в)И.Т.Р.

50646,75

8)Фондовооруженность

руб

16219,96

9)Фондоотдача

%

11,07%

10)Уровень рентабельности общей

%

12,73%

Среднегод. стоимость ОФ

Всего рабочих

Объем вып. продукции

794778,00

49,00

87958,44


Расчет экономической эффективности

Расчет изменения затрат на изделие

Таблица 22 – Изменение затрат, в рублях

Показатели

На одно изделие

До внедрения

После внедрения

трудоемкость, мин

59207,75896

64356,26

основные материалы

42,32

46,00

вспомогательные материалы

11,5

12,50

основная зарплата

6646,08

7224,00

дополнительная зарплата

8355,072

9081,60

отчисления на соц. Нужды

1993,824

2167,20

итого по изменяющимся статьям

76256,55496

82887,56

Изменение затрат

ИзмS

6631,00

Сп1

25672,34

ΔС

8,00

Эу

583252846,3

Е

740,71

Э

2258072922,08

Птр

79395,09

Т%

8,70

Ч

152,57

Изменение затрат на одно изделие, в рублях определяем по формуле:

ИзмS = S1 – S2      (52)

ИзмS =|76256,55496-82887,56|=6631

Рассчитываем себестоимость изделия до внедрения по формуле:

Сп1 = Сп2 + Изм.S             (53)

Сп1=19041,33+6631=25672,34руб.

где Сп – полная себестоимость изделия после внедрения мероприятий

Рассчитываем снижение себестоимости в % по формуле:

ΔС = (Изм.S/Сп2)*100%     (54)

ΔС =(6959,58/19576,4)*100=8%


Определяем условную годовую экономию Эу, в рублях по формуле:

Эу = (Сп1-Сп2)*N2пр             (55)

Эу =(25672,34-19041,33)*87958,44=583252846,3

где N2пр – программа выпуска после внедрения, в штуках.

Срок окупаемости и коэффициент эффективности капитальных затрат определяется по формуле:

Е = (Сп1-Сп2)* N2пр /К      (56)

Е =(25672,34-19041,33)*87958,44/787428=740,71

где К – стоимость оборудования по техпроцессу, вновь разработанному.

Определяем экономический эффект от внедрения вновь разработанного тех процесса по формуле:

Э = [(Сп1+Е*К/ N1пр)-(Сп2+Е*К/ N2пр)]*2пр                     (57)

Э=(25672,34+740,71*7874288/80921,76623)-(19041,33+740,71*7874288/87958,44)*87958,44=2258072922,08

где N1пр – программа выпуска, в штуках до внедрения мероприятий.

Рост производительности труда за счет снижения трудоемкости Птр определяем по формуле:

Птр = 100*Т%(100-Т%)               (58)

Птр =100*8.7*(100-8.7)=79395,09

где Т% - снижение трудоемкости за счет внедрения мероприятий

Т%=t1-t2/ t1*100%     (59)

Т%=59207,75896-64356,26/59207,75896*100=8,7%

где t1 – трудоемкость изделия до внедрения мероприятий;

t2 – трудоемкость изделия после внедрения мероприятий.


Условное высвобождение численности основных производственных рабочих за счет снижения трудоемкости Ч определяем по формуле:

Ч = (t1-t2)* N2пр/(Fn*Квн*60)    (60)

Ч = (59207,75896-64356,26)* 87958,44/(1.1*60*2585,6)=152,57


  1.  Мероприятия по охране труда, технике безопасности и охране окружающей среды 

Охрана труда – это система законодательных, социально-экономических, организационных, технических, санитарно-гигиенических и лечебно профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранность здоровья и работоспособность человека в процессе труда.

Основные разделы включают в себя положения о коллективном договоре, трудовом договоре, рабочем времени и времени отдыха, заработной плате, гарантиях и компенсациях, трудовой дисциплине, охране труда, труде женщин и молодежи, льготах для рабочих и служащих, совмещающих работу с учебой, трудовых спорах, профессиональных союзах, участки рабочих и служащих в управлении производством, государственном социальном страховании, надзоре и контроле за соблюдением законодательства о труде.

Любая производственная деятельность сопровождается наличием опасных и вредных факторов, которые подразделяются на следующие группы:

- физические;

- химические;

- биологические;

- психофизиологические.

К физическим факторам относятся такие, как движущиеся машины и механизмы, повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей среды и другие.

Химические факторы подразделяют: по характеру воздействия на организм человека – на обще токсичные, раздражающие, канцерогенные, мутагенные и влияющие на репродуктивную (детородную) функцию; по пути проникновения в организм человека – через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров.

Группа биологических факторов включает биологические объекты, которые делятся на микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибки и т. д.) и макро организмы (растения и животные).

Группа психофизиологических факторов по характеру действия делится на физические и нервно-психические перегрузки.

Все перечисленные факторы становятся опасными или вредными в условиях характеризующих их свойства особыми параметрами: скоростью, температурой, массой, концентрацией, напряжением электрического поля и т. д.

Систему правовых норм, регулирующих деятельность по охране труда, составляют: система стандартов безопасности труда (ССБТ), правила, нормы, инструкции по охране труда. ССБТ представляет собой комплекс взаимосвязанных стандартов, содержащих требования и нормы, направленные на обеспечение безопасности, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

К средствам обеспечения экологической чистоты радиоприборного предприятия относятся следующие мероприятия:

  •  очистка вентиляционных выбросов в атмосферу;
  •  очистка промышленных сточных вод;
  •  обезвреживание и удаление не регенерируемых отходов;
  •  переработка и повторное использование отходов дефицитных материалов.

Общие требования по охране труда

К работе допускаются лица не моложе 18 лет. Перед допуском к самостоятельной работе работники должны пройти: обязательные предварительные (при поступлении на работу) и периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования) для признания годным к выполнению работ в порядке, установленном Минздравом Росии;

обучение безопасным методам и приемам выполнения работ, инструктаж по охране труда, стажировку на рабочем месте и проверку знаний требований охраны труда.

Для защиты от воздействия  вредных факторов, общих производственных загрязнений  и механических воздействий работники обязаны использовать предоставленные работодателем спецодежду и средства индивидуальной защиты, выдаваемые по нормам для распиловщика кварца (халат ХБ, очки защитные).

Требования перед началом работы

Подготовить и надеть спецодежду так, чтобы она не стесняла движений и не имела развевающихся концов. Подготовить защитные приспособления (при необходимости очки, респиратор).

Внимательно осмотреть рабочее место, привести его в порядок, убрать все лишние инструменты, приспособления, предметы. Необходимые инструменты и приспособления расположить в удобном и безопасном порядке по принципу, то, что берется левой рукой должно лежать слева, правой рукой — справа.

Включить вытяжную вентиляцию, проверить заземление, освещение.

Проверить готовность материалов к работе.

Если заметили нарушения или какие — либо не исправности, то немедленно сообщите непосредственному руководителю. Не приступать к работе до устранения этих нарушений и неисправностей.

Требования охраны труда во время работы

Постоянно контролировать исправность инструмента, работу вытяжной вентиляции. Удалить из помещения посторонних людей. При возникновении аварийных ситуаций или предпосылок к ним,  немедленно остановить работу и сообщить об этом вышестоящему руководителю.

Требования охраны труда в аварийных ситуациях

При возникновении аварийных ситуаций необходимо немедленно прекратить работу, сообщить лично или через кого-то из работающих администрации отдела о ситуации и в случае необходимости обратиться в медпункт.

При возникновении пожара:

Прекратить работу;

отключить электрооборудование;

сообщить непосредственному начальнику или вышестоящему руководителю;

сообщить о пожаре в пожарную охрану;

принять по возможности меры по эксплуатации работников, тушение пожара и сохранению материальных ценностей.

Требования охраны труда  по окончании работы

Выключить оборудование, после чего отключить питание на распределительном щите. Протереть стол. Отходы, обтирочный материал собрать в специальную тару. Спецодежду убрать в шкаф или, при необходимости, в стирку и очистку. Помещение после работы подвергнуть влажной уборке.

Заключение

В начале работы был проведен конструктивно-технологический анализ принципиальной схемы прибора. В ходе этого анализа были выбраны основные направления работы. Было решено проектировать прибор в виде конструктивно законченного моноблока настольного варианта исполнения,  имеющего внутри один печатный узел. Также были определены элементы внешнего подключения.

На основе конструктивно-технологического анализа была осуществлена внутренняя и внешняя компоновка изделия. Также был проведен расчет надежности, который показал, что с увеличением времени работы вероятность безотказной работы уменьшается, а вероятность отказа увеличивается. Был проведен конструктивно-технологический расчет печатной платы, в ходе которого были определены основные её параметры, которые показали, что выполненная компоновка элементов на плате и трассировка электрических соединений печатными проводниками при выбранном методе изготовления печатной платы выполнены правильно. Также была разработана конструкция изделия.  

Представленный в проекте датчик ПОВ работает в лабораторных условиях  при температуре от 20 до 40 градусов Цельсия и влажности 60-70 %;  имеет интенсивность отказа = 1,2273 час-1, а среднее время безотказной работы Tсрб= 814824 часов. При проектировании было выдвинуто требование к рабочей площади Sраб= 2069 мм2, которое удовлетворяет действительному значениям.

Литература

  1.  Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 2010. - 258 с.
  2.  О.В. Алексеев Широкополосные радиопередающие устройства. –М.: Связь, 1978. -304 с., ил.
  3.  Измерение КСВ на коротких волнах. URL: http://www.radiolamp.ru/shem/anten/1.php?no=26 (дата обращения 27.09.2012).
  4.  Все о коэффициенте стоячей волны. URL: http://smolradio.ru/publ/ vse_o_koehfficiente_stojachej_volny_ksv/2-1-0-84 (дата обращения 3.10.2012).
  5.  Описание микросхемы TSM0505S http://www.tracopower.com/datasheet_g/tsm-d.pdf
  6.  В.С. Глушков Конструктивно – технологический расчет печатного монтажа. Учебное пособие, Омск, Омавиат, 2009г.
  7.  В.С. Глушков Разработка и основные правила оформления конструкторской документации на печатные платы, и печатные узлы радиоэлектронных устройств. Учебное пособие, Омск, Омавиат, 2011г.
  8.  Расчет надежности веб-приложение http://skr.radioman.ru/
  9.  ГОСТ 2.105-95 Общие требования к текстовым документам
  10.  ГОСТ 2.417-91 Платы печатные. Правила выполнения чертежей
  11.  ГОСТ 2.702-2011 Правила выполнения электрических схем
  12.  ГОСТ 2.710-81 Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52727. Досвід роботи з упровадження інтерактивних і мультимедійних технологій на уроках української літератури як засобу формування компетентної особистості 76 KB
  Моя система роботи будується на сучасних педагогічних технологіях головна мета яких зробити процес навчання творчим особистісно зорієнтованим. Під час етапу цілеутворення та планування роботи учні спільно працюють на уроці з учителем. Продумуючи кожен свій крок надаю перевагу таким формам роботи котрі сприяли б виробленню в учнів психологічних установок на самовдосконалення націлювали б їх на високі моральні цінностівідповідальне ставлення до життя.
52728. Реалізація соціальної, мотиваційної, функціональної компетенцій на уроках української мови та літератури 60 KB
  Насамперед учні мають засвоїти поняття мови і мовлення; стилі мовлення; монологічне і діалогічне мовлення;текст його ознаки; тему та основну думку тексту; типи мовлення. Хто є адресантом а хто – адресатом мовлення У чому полягає діяльність адресанта і діяльність адресата Які умови потрібні щоб відбулося спілкування Від чого залежить успішність спілкування 2. Чи добре ви засвоїли зміст слів мова і мовлення Поширте поданий текст вибравши зі слів у дужках ті які підходять за змістом і поставивши їх у потрібному відмінку. Діти засвоюють...
52729. Формування життєвих компетентностей через проектну діяльність 346.5 KB
  Світові тенденції розвитку середньої загальної освіти характеризуються переходом від традиційної репродуктивної моделі школи до розвиваючої конструктивної моделі, орієнтованої на результат. Обновилася функція школи: не тільки навчання і виховання, але і соціалізація школяра, формування життєвої компетентності, розвиток соціально - значимих якостей особистості.
52733. Створення виховної системи навчального закладу 784.5 KB
  Коменський На першому етапі створення та впровадження виховної системи була проведена робота щодо вивчення стану виховної роботи у школі зроблено аналіз досягнень та недоліків творчою групою опрацьовано літературу з питань педагогіки та психології виховного процесу на педрадах та засіданнях методоб’єднань класних керівників обґрунтовано актуальність та необхідність системного підходу до питань виховання та навчання учнів. Досить неординарним є контингент учнів нашої школи додаток 2: майже 50 учнів належать до соціально незахищених...
52734. Робота з обдарованими дітьми в умовах сільської малокомплектної школи 171.5 KB
  Науково обґрунтований підхід до процесу побудови педагогічної технології виховання інтересу в учнів до занять фізичною культурою та спортом дає змогу вчителям фізичної культури тренерам класним керівникам шкільним психологам батькам всебічно зрозуміти суть і причини явищ і процесів у розвитку масового охоплення школярів оздоровчою і фізкультурноспортивною діяльністю через самостійні заняття відвідування спортивних секцій груп ЗФП участі в спортивних змаганнях. У період навчання у школі в учнів розкриваються творчі здібності та...
52735. ІНТЕГРОВАНІ ЗАНЯТТЯ У КОНТЕКСТІ ПРОЕКТНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ 1.22 MB
  Існують три рівні інтеграції змісту навчального матеріалу: Отже одним із шляхів підвищення якості освіти є впровадження у практику викладання бінарних та інтегрованих занять особливо з дисципліни Іноземна мова за професійним спрямування які є складовою нормативної частини типових навчальних планів підготовки молодших спеціалістів у вищих навчальних закладах І ІІ рівнів акредитації усіх спеціальностей і можлива інтеграція англійської мови із дисциплінами професійноорієнтованого спрямування. Але такий шлях використання міждисциплінарних...