1 Введение На современном этапе научнотехнического прогресса огромную роль играет развитие электроники
Работа добавлена на сайт samzan.net:
1 Общая часть
1.1 Введение
На современном этапе научно-технического прогресса огромную роль играет развитие электроники. Электронная промышленность определяет научно-технический и экономический потенциал Республики Беларусь. В данную отрасль промышленности входит множество объединений, заводов, конструкторских бюро, исследовательских центров, ремонтных мастерских. Более 80% рабочих и служащих отрасли имеют высшее или среднеспециальное техническое образование.
Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника, электровакуумных приборов, интегральная электроника микросхем, функциональная интегральная электроника.
Элементная база первого поколения была построена с использованием электровакуумных ламп, дискретных ЭРЭ, проводных электрических связей. Сложность технологии электровакуумных приборов, небольшой срок службы, значительные габаритные размеры и масса, большое потребление электроэнергии послужили стимулом к появлению второго поколения электроники.
Ко второму поколению относят конструкции РЭС на печатных платах, которые по сравнению с электровакуумными приборами имеют меньшие габаритные размеры, потребляемую энергию, большие КПД, срок службы и надёжность.
К третьему поколению относят конструкции на печатных платах и интегральных схемах малой степени интеграции. Технология изготовления аппаратуры на микросхемах упрощается, так как уменьшается общее число деталей и соединений между ними. Благодаря этому увеличивается надёжность аппаратуры, уменьшаются её габаритные размеры и масса.
Появление ИМС сыграло решающую роль в развитии электроники, положив начало новому этапу - микроэлектроника. В конструкциях РЭС четвёртого поколения применены БИС, многослойные ПП, гибкие печатные шлейфы.
В настоящее время развиваются РЭС пятого поколения, в которых находят применение приборы функциональной микроэлектроники.
Основными тенденциями и перспективами в современном производстве РЭС является применение безвыводных ЭРЭ - чипов, уменьшение потребляемой мощности, повышение надёжности и срока службы, упрощение технологии.
Перспективы развития технологии РЭС:
миниатюризация изделий;
усложнение функций РЭС;
внедрение новых материалов.
Технология – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, а также сами процессы, при которых проходят качественные изменения обрабатываемого предмета (объекта).
Новая технология – это технология, обладающая более высокими качественными характеристиками по сравнению с лучшими аналогами данного рынка.
Высокая технология – это технология, обладающая наивысшими качествами показателями по сравнению с лучшими мировыми аналогами, пользующаяся спросом на рынке и удовлетворяющая формирующимся или будущим потребностям человека и общества.
Современная техника имеет тенденцию все большей микроминиатюризации, уменьшению стоимости производства и эксплуатации. Развиваются области электроники такие, как биоэлектроника, оптоэлектроника, хемотроника, микроэлектроника.
Практической направленностью дипломного проекта является разработка генератора сигналов низкой частоты с хорошими показателями надежности и качества.
1 . 2 Анализ технического задания
Разрабатываемое устройство представляет собой генератор низкочастотных сигналов, несложный в обращении, который в дальнейшем будет использован как источник синусоидальных напряжений для испытаний усилительных каскадов, различных типов акустических систем, а также для лабораторных исследований.
Питание схемы двухполярное, осуществляется от источника вторичного электропитания с выходными напряжениями +15В и –15В. Потребляемая мощность Рпотр = 2 Вт, диапазон генерируемых частот 10 – 100000 Гц, неравномерность АЧХ < 0,5 дБ, амплитуды выходных напряжений 1В, 2В, 3В и 4В, выходное сопротивление 600 Ом, средняя наработка на отказ – 197239 часов. Габаритные размеры прибора составляют 210х85х60 мм.
Климатическое исполнение – умеренный климат (У), категория условий эксплуатации – в помещениях с искусственным регулярным климатом (4).
В разработке данного изделия применена современная элементная база, широко распространенная в других РЭА. Разрабатываемое устройство соответствует ряду существующих аналогов, но в свою очередь имеет ряд преимуществ — низкое энергопотребление, высокую стабильность параметров, мобильность, простоту в обращении, возможность усовершенствования, низкую стоимость и др.
Для обеспечения безопасности работы в конструкции предусмотрен предохранитель (для защиты от короткого замыкания), материалы диэлектриков подобраны так, чтобы не допустить пробивных напряжений (с большим удельным сопротивлением).
Для обеспечения механической прочности разрабатываемого устройства выбираем материал ПП с достаточной прочностью. Для большей надежности выбираем печатный монтаж, в качестве способа компоновки.
1.3 Разработка структурной схемы
В настоящее время наиболее часто применяются три метода разработки структурных схем: эвристический, математический, функционального наращивания.
Эвристический метод – основан на накоплении опыта, анализе литературы и интуитивных соображений. На основе анализа исходных данных создается несколько моделей структурных схем и выбирается наиболее простая, надежная и дешевая.
Математический метод – на основе исходных данных создается модель – математическое описание внешних воздействий. Проводится анализ модели (математический расчет, имитационное моделирование на ЭВМ, испытание макетов). В результате анализа модели определяются значения показателей качества в зависимости от параметров модели. Таких моделей может быть несколько.
Метод функционального наращивания – на основе исходных данных составляется перечень функций, которые должно реализовать разрабатываемое устройство. Далее изображается схема этого устройства путем условных прямоугольных изображений структурных единиц с изображением линий связи между ними, в соответствующем порядке узлов, реализующих эти функции.
При разработке структурной схемы прибора использовались методы эвристический и функционального наращивания. На основе литературы и интуитивных соображений был проведен анализ имеющихся схем и выбран наиболее простой, экономичный и дешевый способ реализации заданных функций.
Изготавливаемое устройство должно выполнять следующие функции:
- генерировать устойчивый выходной сигнал (синусоиду);
- обладать высокой стабильностью выходного сигнала;
- быть простым в настройке и эксплуатации.
Исходя из заданных функций, прибор содержит следующие функциональные узлы:
- источник вторичного питания;
- частотозадающая цепь;
- усилительный каскад;
- выходной каскад.
В таком случае структурная схема прибора будет иметь вид, изображенный на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема электрическая структурная генератора сигналов низкочастотного.
1.4 Разработка схемы электрической принципиальной
Задачей разработки схемы электрической принципиальной проектируемого устройства, является: выбор и обоснование принципиальных схем каскадов для реализации структурной схемы.
Принципиальная схема устройства должна быть выполнена с использованием различной элементной базы и различных схемных решений.
Генератор сигналов НЧ можно выполнить с помощью различных схемных решений:
- на дискретных элементах,
- на логических элементах,
- на интегральных микросхемах (ИМС),
Данное устройство выполнено на интегральных микросхемах (ИМС) и на дискретных элементах, играющих важную роль в формировании и усилении выходных сигналов.
Рассмотрим отдельные блоки устройства.
Частотозадающая цепь. Выполнена с использованием блока конденсаторов, при помощи которых выбирается нужный диапазон, и регулируемого фазовращателя на базе операционного усилителя (к примеру, К574УД1А). Данный элемент является важным составляющим звеном частотозадающей цепи, так как на основе двух входных противофазных сигналов вырабатывает колебания заданной частоты. На рисунке 2 представлена частотозадающая цепь. Переключатель SA1 переводит генератор с одного диапазона на другой, резистор R3 устанавливает требуемую частоту сигнала.
Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная частотозадающей цепи.
Усилительный каскад. Является инвертирующим усилителем который усиливает мизерный выходной сигнал, поступающий из частотозадающей цепи до приемлемого уровня. Каскад построен с использованием операционного усилителя. Коэффициент передачи усилителя определяется отношением сопротивлений резисторов R1 и R3. Подключенная параллельно R1 цепь R2 C1 компенсирует влияние паразитных фазовых сдвигов в ОУ, позволяя сохранить характер и масштаб изменения частоты как функции сопротивления регулировочного резистора R3 (см. рисунок 2) в области высших частот рабочего диапазона. Электрическая принципиальная схема каскада на рисунке 3.
Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная усилительного каскада
Источник питания представлят собой типичную двухполярную схему с использованием стабилизатора на базе микросхемы (например, КР142ЕН15). Напряжение на выходах ИП составляют +15 и –15 вольт, служащих для нормального функционирования генератора. Схема электрическая принципиальная источника вторичного электропитания показан на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная источника вторичного питания
Выходной каскад построен с использованием только дискретных элементов (см. рис. 5). Этот каскад создает условия для нормальной работы генератора на низкое сопротивление нагрузки и цепи стабилизации амплитуды, состоящей из ламп накаливания EL1—EL3 и подстроечного резистора R9, с помощью которого подстраивают напряжение сигнала на выходе генератора при регулировке.
Рисунок 5 – Схема электрическая принципиальная выходного каскада
На основании анализа исходных данных и принятой структурной схемы была собрана электрическая принципиальная схема. Критерии выбора: простота, надежность, дешевизна при выполнении заданных требований. Она может быть дополнена, усовершенствована новыми схемными решениями.
Схема электрическая принципиальная генератора сигналов низкочастотного приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 – Схема электрическая принципиальная генератора сигналов низкой частоты
1.5 Выбор элементной базы
При выборе электрорадиоэлементов (ЭРЭ) необходимо обеспечить надежную работу узла, блока. При этом основным критерием является выбор недорогих элементов, имеющих широкое применение в современной РЭА и позволяющих в то же время добиваться максимальной простоты сборки и электрического монтажа, регулировки и эксплуатации.
Все ЭРЭ выбираются по справочной литературе и техническим условиям.
ИМС выбираются для работы в узле РЭС с учетом таких параметров:
- Функциональное назначение (аналоговые, многофункциональные, усилители, преобразователи, стабилизаторы, цифровые);
- Рабочий диапазон частот;
- Рабочее напряжение;
- Потребляемый ток;
- Температурная стабильность параметров.
Резисторы выбираются:
- По величине рассеиваемой мощности (Кн = 0,5…0,6);
- По типу проводящего слоя - непроволочные, проволочные;
- По максимальному рабочему напряжению (например МЛТ – 2 Вт имеет Uраб max > 750 В, а МЛТ – 1 Вт имеют Uраб max < 750 В);
- По классу точности от 0,1% до 10%;
- По температурному коэффициенту сопротивления (ТКР).
Конденсаторы выбираются:
- По типу – электролитические С>1 мкФ, керамические и прочие С<1мкФ;
- По номинальному напряжению: UНОМ которое должно быть в полтора раза больше рабочего напряжения с учетом переменной составляющей.
- По классу точности от 1% до 40%.
- По температурному коэффициенту емкости (ТКЕ).
Транзисторы выбираются для работы в узле РЭС с такими параметрами:
- Коэффициент усиления на рабочих частотах (h21E);
- Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе;
- Максимальное допустимое напряжение UКЭ, UКБ;
- Величина входного сопротивления (по этому параметру различают биполярные и полевые транзисторы).
Диоды выбираются:
- По максимально выпрямляемому току I0 max;
- Максимально допустимому обратному напряжению UОБР max.
- Прямой рассеиваемой мощности PПР.
- Стабилитроны выбираются по напряжению стабилизации (UСТ), пределам рабочего тока стабилизации (IСТmin и IСТmax) и, как правило, выбираются по наименьшему току стабилизации с целью экономии потребляемого тока.
Исходя из этого выбираем следующие электрорадиоэлементы:
Резисторы:
МЛТ – 0,125
Кн=0.3 непроволочные
UНОМ =250 В класс точности – 10%
МЛТ – 0,5
Кн=0.6 непроволочные
UНОМ =550 В класс точности – 5%
МЛТ – 1
Кн=0.4 непроволочные
UНОМ =750 В класс точности – 5%
СП3-23а
Кн=0.3 переменный
UНОМ =100 В класс точности – 10%
СП4-1
Кн=0.25 непроволочные
UНОМ =100 В класс точности – 5%
Конденсаторы:
К50-35
Электролитические UНОМ =25 В
Класс точности – 20%
К22-5
Керамические UНОМ =16 В
Класс точности – 5%
Диоды:
КЦ405А Блок кремниевых, диффузионных диодов;
I0 max = 12А;
UОБР max = 600В;
АЛ307А Светоизлучающий полупроводниковый диод;
Максимальный прямой ток — 20мА
Яркость излучения — 150 мккд при UПР=2В и IПР=10мА
Транзисторы: Биполярный с теплоотводом;
КТ 807 Б :
h21E = 40 – 130;
Ik max = 1,2 А;
Pк макс = 3,5 Вт;
Uкэ макс = 50 В;
Uбэ макс = 15 В;
ИМС:
К574УД1А – С использованием полевых быстродействующих транзисторов
UИП = 8-16 В;
КУ = 96 дБ;
IВХ = 0,05 нА;
fПР = 10 МГц;
РПОТР = 60мВт;
Т – 0…90°С;
К140УД8Б – С использованием полевых транзисторов;
UИП = 8-16 В;
КУ = 84 дБ;
IВХ = 0,1 нА;
fПР = 10 МГц;
РПОТР = 80мВт;
Т – 0…110°С;
+15 В
-15 В
нагрузка
Усилительный каскад
220 В
50 Гц
источник питания
Выходной каскад
Частотозадающая цепь
2. ВАРІАНТ 1 Завдання 1
3. Функции операционных систем персонального компьютера
4. Исследование нивелира
5. Теоретические основы разработки финансовой политики предприятия
6. 052012 Право на доступ до інформації як елемент правового статусу особи Право на доступ до інфор
7. рефераті Характеристика джерела Приклади оформлення
8. ой половине ХIХ в
9. БЖД. Определение
10. Архитектура гражданских и промышленных зданий
11. .Ценная бумага это- адокумент удостоверяющий право его владельца требовать исполнения определенных обя.
12. Детская литература на 4 курсе зо 1
13. Задание по работе в СУБД ccess- 1
14. 20 трубчатоальвеолярных желёз открывающихся на вершине соска
15. Высокомолекулярные соединения и поверхностно активные вещества
16. Барокко гораздо позже
17. Лабораторная работа 4 Тема Операторы выбора в С Цель понимать как работают операторы выбора для чего
18. Географическое положение
19. й группы ампутирована правая нога по верхней трети на настоящий момент времени проживаю я в городе Орле и к
20. на тему- Разработка бизнесплана застройки участка городской территории Выполнил- студент группы 10АГК