Проектирование схем телефонного сигнализатора
1 Анализ технического задания
1.1 Обоснование
выбора электрической схемы.
Принцип
работы.
Данное
устройство предназначено для дублирования звонков телефонного аппарата. Причем
подключаться к телефону или линии не требуется. Действует устройство следующим
образом.
Датчик
L1 располагается
вблизи телефонного аппарата. При появлении сигнала вызова возникает индуктивная
связь между катушкой звонка телефонного аппарата и датчиком. В нем наводится
переменная ЭДС, которая через конденсатор С1 поступает на вход двухкаскадного
усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторах VT1, VT2. Усиленное напряжение снимается с
резистора R4 и
выпрямляется с помощью детектора VT1.
Положительные полуволны напряжения открывают транзистор VT3, являющийся первым каскадом усилителя
постоянного тока, выполненного на транзисторах VT3, VT4 разной структуры. Пока сигнал на базе VT3 отсутствует (ждущий режим), оба
транзистора закрыты и усилитель потребляет минимальный ток, определяемый
неуправляемыми токами переходов. Но как только на VT3 поступит сигнал, оба транзистора
открываются и на нагрузке VT4 - резисторе
R10 выделяется
напряжение, которое через диод VD5
поступает на управляющий электрод тринистора VS1, выполняющего роль бесконтактного
выключателя. В анодную цепь VS1 - включены
элементы сигнализации - лампа HL1 и
звонок HA1. Когда тринистор
открыт, в его анодной цепи протекает пульсирующий ток - горит лампа и звенит
звонок, пока действуют сигналы вызова.
По
окончании вызова транзисторы VT3, VT4 запираются, напряжение на R10 становится близким к нулю, тринистор VS1 закрывается, лампа и звонок
отключаются: устройство готово к приему следующего сигнала вызова.
При
необходимости можно подключить несколько звонков (до трех), соединив их
параллельно.
Сигнализатор
питается от бестрансформаторного выпрямителя на диодах VD3, VD4, конденсатор C7 выполняет функцию гасящего резистора.
Выходное напряжение выпрямителя стабилизирует элемент VD2 и сглаживает конденсатор C6.
От
проникновения импульсных помех защищают конденсаторы C2, C4, C5.
1.2 Выбор
элементной базы.
Датчик
- 4000 витков провода ПЭВ 0,1-0,12, намотанного на деревянной катушке от
швейных ниток. В ее отверстие вставлен стержень из феррита марки Ф600, ø8 мм и длинной 40 мм. Датчик соединен с
усилителем экранированным проводом.
В
качестве VT1-VT3 можно
применять транзисторы КТ315 и КТ312 с любым буквенным индексом, VT4 - любой транзистор серий МП42, МП40,
МП41, стабилитрон Д814Г допустимо заменить на Д813, а диоды Д218 - на КД105Г
либо на два последовательно включенных диода Д226Б, зашунтированных резисторами
сопротивлением 100 кОм. Вместо КУ201Л подойдут тринисторы КУ202Л или КУ223Ж.
Резисторы
- МЛТ-0,5, конденсаторы: С2 - КТ1, КТ2; С4, С5 - МБМ; С7 - МБГЧ, МБГО;
электролитические - К50-6, К50-12.
Сигнализатор
смонтирован на печатной плате размером 120х58 мм, изготовленной из
фольгированного стеклотекстолита или гетинакса толщиной 1,5 мм.
Световую
сигнализацию осуществляет лампа тлеющего разряда ТН-0,3, МН-3, МН-6, ТЛ-1,
ИНС-1, а звуковую - любой безыскровый звонок переменного тока, рассчитанный на
напряжение 127 В.
3.5 Трассировка
печатных проводников.
Трассировка
заключается в нахождении приемлемого компромисса
с учетом схемотехнических требований (минимизация помех), конструкторских и
технологических требований (минимизация изгибов трасс, перемычек из объемного
провода). При увеличении числа слоев, трассировка упрощается, но стоимость
платы растет. При малом числе слоев плата дешевле, но увеличивается сложность
трассировки без перемычек, которые увеличивают стоимость сборки и уменьшают надежность
платы. Трассировка осуществляется вручную или с помощью САПР. Ширину печатных
проводников и земли выбирают из ряда размеров: 1,2; 1,9; 2,1; 2,5; 5 мм.
3.6 Выводы
к курсовому проекту.
Данная
схема представляет собой телефонный сигнализатор и используется в тех случаях,
когда нужно продублировать телефонный сигнал светом или при помощи выносного
звонка, который можно поместить в любом месте помещения. Причем подключаться к
телефонному аппарату или к телефонной линии не потребуется. Данная схема не
влияет на работу телефонного аппарата. Благодаря широкому выбору используемых радиоэлементов,
устройство простое для изготовления.
Литература.
1. "Моделист конструктор"
1990г., №1.
2. Левин Ф.М. "Проектирование
печатных плат", 1981 г.
3.
Виноградова
Г.В. "Справочное пособие по расчетам надежности", 1997 г.
МТК
Справочное пособие по
расчетам надежности.
Составлено преподавателем
Виноградовой Г. В.
Методическая разработка по
теме:
1. "Ориентировочный расчет не резервированного модуля СВТ с учетом
влияния внешних воздействий". (Специальность 2201)
2. "Расчет надежности функционального узла РЭА." (Специальность
2301)
Цель
работы: Научиться рассчитывать
среднюю наработку на отказ и вероятность безотказной работы не резервированного
модуля с учетом влияния внешних воздействий.
1. Общие положения.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные
функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении
требуемого промежутка времени. Надежность является комплексным свойством,
которое обуславливается качественными характеристиками (безотказностью,
долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостю) и количественными:
- вероятность безотказной
работы:
-lсх*t
Р = e , (1)
где е - основание натурального логарифма;
lсх - интенсивность отказа схемы;
t - заданное
время работы схемы.
- средняя наработка на отказ:
Тср. = 1/lсх , (2)
- интенсивность отказа
схемы:
lизд. = lnR + lnC + ... + lплаты + lпайки , (3)
где ln - интенсивность отказов всех элементов данной
группы;
lплаты - интенсивность отказов
печатной платы;
lпайки - интенсивность отказа всех
паек.
Надежность
элементов функционального модуля является одним из факторов, существенно
влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интенсивность отказов элементов
зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации и от
электрических нагрузок в схеме.
Коэффициент нагрузки:
- для транзисторов
K=Pc/Pc max
, (4)
где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на
коллекторе,
Рс max - максимально допустимая
мощность рассеивания на коллекторе.
- для диодов
K=I/Imax
,
(5)
где I - фактически выпрямленный ток,
Imax - максимально
допустимый выпрямленный ток.
- для конденсаторов
K=U/Uн
,
(6)
где U - фактическое напряжение,
Uн - номинальное напряжение
конденсатора.
- для резисторов и трансформаторов
К=Р/Рн , (7)
где Р - фактическая мощность рассеивания на
радиокомпоненте,
Рн - номинальная мощность.
При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность
отказа увеличивается. Интенсивность отказа увеличивается так же, если
радиокомпонент эксплуатируется в более жестких условиях: с повышенной
температурой окружающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и
т. д.
В настоящее время наиболее изучено влияние на
надежность коэффициента нагрузки и температуры.
В таблице 1 приведены ориентировочные значения
интенсивности отказов для некоторых групп радиокомпонентов при использовании
вычислительной техники.
Эти значения интенсивности отказов получены для
случая, когда коэффициент нагрузки К=1 и температура t=20° С и обозначаются lо.
Влияние на надежность фактического значения
коэффициента нагрузки и температуры учитываем при помощи коэффициента влияния,
значения котрого для некоторых групп радиокомпонентов приведены в таблице 2.
Интенсивность отказов при заданном значении
температуры окружающей среды и нагрузки определяется по формуле:
l=lо*a . (8)
2. Исходные данные для расчета.
1. Схема Э3.
2. Перечень используемых компонентов ПЭ и Э3.
3. Температура окружающей среды.
4. Фактическое значение параметра (Кн).
5. Конструктивные особенности радиокомпонентов.
Для удобства расчета, однотипные компоненты,
находящиеся при одинаковых (близких) температурах и работающих при одинаковых
(близких) электрических нагрузках,
можно объединять в одну группу.
Исходные и расчетные данные заносятся в таблицу 1.3.
3. Расчет.
1. По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпонент,
рассчитываем значение параметра, определяющего надежность, а так же структурную
характеристику радиокомпонента (для транзистора - кремниевый, для конденсатора
- керамический и т. д.). Эти данные внесены в таблицу 3.
2. По формулам 4-7 определяем коэффициент нагрузки.
3. По таблице 2 определяем значение коэффициента a, для этого используем температуру окружающей
среды и коэффициент нагрузки из таблицы 3.
4. Из таблицы 1 выбираем значения lо для интересующих нас
радиокомпонентов.
5. По формуле 8 рассчитываем интенсивность отказа li каждой группы радиокомпонентов.
6. По формуле ln = n*li , где n - количество
радиокомпонентов, определяем интенсивность отказа для каждой группы
радиокомпонентов, работающих в одинаковых условиях.
7. По формуле l=l1+l2+...+ln , где l1, l2, ln - интенсивности отказов первого,
второго, n - ого элемента с учетом всех воздействующих факторов,
находим значения для всего функционального узла, для этого суммируем все цифры,
записанные в графе 9.
8. По формуле 3 определяем среднюю наработку на отказ.
9. При заданном времени, в течении которого изделие должно работать безотказно,
определяем вероятность безотказной работы по формуле 1.
Контрольные вопросы:
1. Что такое показатель скорости?
2. Перечислить основные качественные показатели надежности и дать им
определения.
3. Перечислить основные количественные показатели надежности, написать
формулы.
4. Какие численные значения может принимать вероятность безотказной работы?
5. Как определяется интенсивность отказа? В каких единицах она измеряется?
Литература:
1. ТУ или справочник на радиоэлементы.
2. Математическая таблица Брадиса или микро-ЭВМ (для определения функции e, где e -
основание натурального логарифма).
Приложения.
Таблица 1. Наименование радиокомпонентов. Интенсивность отказов (lо). 1 2 Диоды. Выпрямительные точечные. Выпрямительные микроплоскостные. Выпрямительные плоскостные. Выпрямительные плоскостные повышенной надежности. Импульсные точечные. Мезадиоды. Импульсные сплавные. Стабилитроны. Варикапы. Выпрямительные столбы. Транзисторы. Маломощные НЧ. Мощные НЧ. Маломощные ВЧ. Мощные ВЧ. Микромодульные. Полевые. Микросхемы. Полупроводниковые ИС. Полупроводниковые БИС. Гибридные тонкопленочные. Гибридные толстопленочные. Непроволочные резисторы. МЛТ-0,25. МЛТ-0,5. МЛТ-1,0. ВС-0,5. ВС-1,0. ТВО-1,0. СП-1,0. СПО-1,0. Для германиевых. Для кремниевых. 0,7 2 - 0,7 - 5,0 - 2,5 3 - 2 2,5 - 0,6 - 5 - 5 4,2 4,5 3 4 4,6 - 2,6 - 5 1,7 1 - - 1 -8 0,8*10 10 10 10 0,4 0,5 1,0 0,8 1,35 0,45 0,8 0,7 Наименование радиокомпонентов. Интенсивность отказов (lo). 1 2 Проволочные резисторы. ПЭВ 2 ... ПЭВ 100 ПКВ-2 ... ПЭВ-5 ПТН-1 ПП 3 РП-2 Конденсаторы. Бумажные. Металлобумажные. Слюдяные. Стеклянные. Керамические. Пленочные. Электролитические алюминиевые. Электролитические танталовые. Моточные изделия. Автотрансформаторы. Импульсные. Дроссели. Катушки индуктивности. Линии задержки. Соединители. РМ. СНЦ. РН. СНП. Переключатели и другие элементы. Кнопочные. Пакетные. Галетные. Микровыключатели. Тумблеры. Предохранители. Держатели предохранителей. Разъемы штепсельные. Разъемы коаксиальные. Гнезда контактные. Лампы сигнальные. Ламповые панели. Пайка. Волноводная секция. Вывод высокочастотный. Магниты. 2,6 - 12,0 2,0 - 2,5 1,4 10,0 3,0 2,0 1,8 1,2 1,6 1,4 2,0 2,4 2,2 5,0 0,5 1,0 0,5 5,0 0,003 0,002 0,02 0,005 20,0 50,0 30,0 30,0 70,0 12,0 0,2 0,5 0,04 0,2 0,3 10,0 0,004 1,5 2,6 5,6
Таблица 2. t°, C Значение a при различных значениях Кн. Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,18 0,22 0,52 1,0 резисторы типа 40 0,2 0,3 0,62 1,3 ОВС, ОМЛТ, МТ, СПО, 60 0,2 0,42 0,9 2,2 УЛИ, УЛМ Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,3 0,4 0,6 1,0 пленочные 40 0,4 0,6 0,8 2,0 углеродистые 60 0,57 0,75 1,0 4,0 резисторы Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,78 0,79 0,9 1,0 композиционные 40 0,81 0,9 1,2 1,4 резисторы 60 1,2 1,4 1,6 2,0 Кн =0,25 Кн = 0,5 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,1 0,1 0,3 1,0 проволочные 40 0,3 0,4 0,7 1,4 резисторы 60 0,4 0,6 1,1 - Кн = 0,3 Кн = 0,5 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,1 0,20 0,55 1,0 переменные 40 0,11 0,25 0,65 1,2 проволочные 60 0,12 0,35 0,75 1,3 резисторы Кн = 0,3 Кн = 0,5 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,045 0,08 0,5 1,1 конденсаторы 40 0,06 0,09 0,65 2,2 с бумажной изоляцией 60 0,07 0,12 0,85 4,0 Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,1 0,18 0,45 1,0 конденсаторы 40 0,12 0,3 0,62 1,7 со слюдяным 60 0,3 0,65 1,0 2,8 изолятором Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,2 0,6 0,6 1,0 конденсаторы 40 0,3 6,6 0,7 1,5 СКМ 60 0,5 0,7 1,7 3,0 Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,01 0,1 0,35 1,0 конденсаторы 40 0,05 0,1 0,4 1,35 с керамическим 60 0,08 0,13 0,6 1,8 изолятором Кн = 0,3 Кн = 0,5 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,65 0,45 0,8 1,0 40 1,0 0,65 1,2 2,0 К50-3 60 2,8 2,0 3,8 5,8 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,2 0,38 0,55 1,0 электролитические 40 0,35 0,45 0,65 1,3 танталовые 60 0,5 0,65 1,0 2,7 Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,6 - 20 0,3 0,4 0,6 - катушки индуктивности Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,8 - 20 0,1 0,2 0,3 - трансформаторы 40 0,1 1,0 2,0 - 60 0,1 1,0 6,0 - Кн =0,25 - Кн = 0,5 Кн = 1,0 20 0,25 - 0,55 1,1 плоскостные 30 0,4 - 0,7 1,4 германиевые 40 0,7 - 1,4 4,9 диоды 50 2,0 - 6,5 - Кн =0,25 - Кн = 0,5 Кн = 1,0 20 0,1 - 0,5 1,0 кремниевые 40 0,18 - 0,38 1,3 точечные 60 0,3 - 1,2 1,8 диоды Кн =0,25 Кн = 0,5 Кн =0,75 Кн = 1,0 20 0,18 0,29 0,55 1,0 плоскостные 40 0,19 0,45 0,85 1,6 кремниевые 60 0,2 0,8 1,4 - диоды Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,7 Кн = 1,0 20 0,25 0,4 0,7 1,0 германиевые 40 0,4 0,6 1,25 1,7 транзисторы 60 0,6 0,95 1,6 2,6 Кн =0,25 Кн = 0,5 Кн =0,75 Кн = 1,0 20 0,1 0,3 0,4 1,0 германиевые 40 0,12 0,35 0,8 1,7 ВЧ транзисторы 60 0,2 0,7 1,5 2,6 Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,15 0,2 0,65 1,0 кремниевые 40 0,15 0,2 0,75 1,2 транзисторы 60 0,15 0,25 0,85 1,45 Кн = 0,2 Кн = 0,4 Кн = 0,8 Кн = 1,0 20 0,3 0,5 0,8 1,1 кремниевые 40 0,4 0,7 1,1 1,3 ВЧ транзисторы 60 0,7 1,2 2,0 2,4
Таблица 3.
Расчет надежности
функционального модуля. Наименование Тип Количество t°, С Кн a lo=1/2 li=a*lo lc=li*n 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Пров. Виноградова Разраб. Сиденко Телефонный сигнализатор 1 18 Р-414 Лит Лист Листов Листов Изм Лист N докум. Подпись Дата МТКЖ.464000.025 ПЗ
Лит Лист Листов Разраб. Сиденко Е. Пров. Виноградова Телефонный сигнализатор 1 Р-414 зм .Лист N докум. Подп. Дата МТКЖ.464000.025 ПЗ
МТКЖ 464 000 025 ПЗ Лист Изм Лист N докум. Подп. Дата
Содержание
Введение
2
1. Анализ технического задания 4
1.1 Обоснование выбора электрической
схемы,
принцип
работы
4
1.2 Выбор элементной базы 5
2. Расчет надежности функционального
узла 6
2.1 Основные понятия 6
2.2 Расчет параметров надежности 8
3. Описание и расчет конструкции
функционального узла
10
3.1 Конструктивно-технологическое
проектирование печатной платы 11
3.2 Определение площади платы, габаритов и
соотношения
размеров сторон
12
3.3 Расчет элементов печатного монтажа 13
3.4 Размещение радиоэлементов на печатную
плату 15
3.5 Трассировка печатных проводников 16
3.6 Выводы по курсовому проекту 17
Литература 18
Приложение
1. Схема электрическая принципиальная
МТКЖ
464 000 025 Э3
Приложение
2. Перечень элементов МТКЖ 464 000 025 ПЭ
Приложение
3. Спецификация к сборочному чертежу
МТКЖ
464 000 025 СБ
Введение
1991-1993
годы знаменуются рождением информационного рынка в России. Свидетельством
тому является :
Во-первых,
конец монополии государственной телефонной сети, появление ряда совместных
с западными фирмами-производителями средств связи предприятий, которые ввели в
эксплуатацию международные выделенные цифровые сети и стали предлагать
альтернативные Министерству связи услуги по передаче речи, обеспечения факсимильной
связи и электронного обмена данными.
Изменился
и характер деятельности самого министерства связи. Если в
до перестроечные
времена это была просто большая компания операторов, руководителем которой
был член Правительства, и которая отвечала на жалобы, организовывала очереди, и
т.п., то теперь Министерство оставило за собой только задачи
регулирования развития общества (лицензирование, сертификацию), переведя все подведомственные
структуры на хозрасчетные отношения. За три последних года Минсвязь
выдала 353 лицензии на эксплуатацию средств связи, из них 151 - на средства
электросвязи. Среднее время от заявки до выдачи лицензии равно приблизительно 2
месяцам.
Вторым
свидетельством рождения информационного рынка является появление множества (
более десятка ) сетевых структур, предлагающих своим пользователям сходный
набор услуг. Между такими информационными предприятиями возникла реальная
конкуренция.
Развитие
информационного рынка в России имеет некоторые отличия от того процесса
развития, который несколько ранее происходит на Западе. В настоящее время на
Западе идет процесс коммерциализации систем компьютерной связи, ранее
использовавшихся научными кругами. Это вполне естественный процесс, поскольку
без коммерциализации этих сетей трудно представить, как можно обеспечить
пользователя сетей доступ к коммерческим базам данных. В России появляющиеся
сетевые образования инвестируются исключительно крупным бизнесом, поэтому они
коммерциализованы от рождения. Государственные инвестиции слишком малы: по
вложению инвестиций Связь занимает 36 место среди отраслей народного хозяйства,
а как плательщик налогов - 6 место, то есть рассматривается как отрасль,
пополняющая бюджет, в то время как в развитых странах инвестиции в средство
связи составляют существенную часть бюджетных расходов.
Имеются
также мировые тенденции развития сетей компьютерной связи, которые отражаются
на характере развития отечественных сетевых структур. В частности, в
современном мире важным условием конкурентной способности предприятия,
оказывающего телекоммуникационные услуги, является представление пользователям
возможности связи с компьютером, находящимся в любой точке планеты. Поэтому
имеется общая тенденция объединения в той или иной форме различных сетевых
структур.
Этому
процессу способствует также развитие архитектуры сетей в направлении
объединения большинства сетей в национальные и международные ассоциации.
Современные
информационные сети связывают электронные машины, изготовленные различными
производителями использующие различные операционные системы. Это стало
возможным в результате того, что в основу модели и архитектуры сетей положены
международные стандарты, достигшие в определенный момент той степени полноты,
которая открыла возможность их использования. В результате большое число
производителей во всех развитых странах мира начали выпуск разнообразных технических
и программных средств территориальных локальных сетей нового вида - открытых
сетей, удовлетворяющих требованиям международных стандартов.
Ценность
любой информационной сети прежде всего определяется ее информационными
ресурсами, то есть знаниями, программами, данными, которые сеть предоставляет
пользователям. Эти ресурсы должны как можно шире охватывать те области в
которых работают пользователи сети. Вся современная обработка информации
рассчитана на использование информационных банков, поэтому пользователи должны
иметь в информационной сети доступ к ним.
2
Расчет надежности функционального узла.
2.1 Основные
положения.
Надежность
- свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные
показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени.
Надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое
зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от
условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.
Отказ
- нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и
внезапные.
Постепенный
отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и
конструкции.
Внезапный
отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов
(РЭ).
Все
изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
В
работе изделия существуют 3 периода.
Рисунок 1.
На
рисунке 1 показан график зависимости интенсивности отказов от времени
эксплуатации.
1
- период приработки, характеризуется приработочными отказами.
2
- период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.
3
- период износа - внезапные и износовые отказы.
Понятие
надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.
Качественные:
- безотказность - свойство изделия
непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой
наработки
- ремонтопригодность - свойство
изделия, приспособленность к :
предупреждению возможных причин
возникновения отказа
обнаружению причин возникшего отказа
или повреждения
устранению последствий возникшего
отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания
- долговечность - свойство изделия
сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при
котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)
- сохраняемость - сохранение
работоспособности при хранении и транспортировке.
Количественные характеристики:
-lt
- вероятность безотказной работы: Р = e
- средняя наработка на отказ: Тср. = 1/lизд.
- интенсивность отказа: lизд. = l1 + l2 + ...
+ ln
- вероятность отказа: q = 1 - P.
Рисунок
2.
Интенсивность
отказов зависит так же от коэффициента нагрузки (Кн) и от температуры
окружающей среды (tокр),
которая влияет на коэффициент α
(коэффициент влияния).
2
Расчет надежности функционального узла
2.1 Основные
положения.
Надежность
- свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные
показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени.
Надежность характеризуется качественными характеристиками (безотказностью,
долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостю) и количественными:
- вероятность безотказной работы:
-lсх*t
Р = e , (2.1)
где е - основание натурального
логарифма;
lсх -
интенсивность отказа схемы;
t - заданное время работы схемы.
- средняя наработка на отказ:
Тср. = 1/lсх (2.2)
- интенсивность отказа схемы:
lизд.
= lnR +
lnC + ...
+ lплаты + lпайки, (2.3)
где ln -
интенсивность отказов всех элементов данной
группы;
lплаты - интенсивность отказов печатной платы;
lпайки - интенсивность отказа всех паек.
ln = li * n , (2.4)
где li -
интенсивность отказов i-того
элемента данной
группы.
li = lo * α
, (2.5)
где lo -
интенсивность отказов элемента при нормальных
условиях;
α - коэффициент влияния температуры, зависит от
коэффициента нагрузки Kn.
Надежность элементов функционального
узла является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказов
изделия в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции,
качества изделия, от условий эксплуатации и режимов работы.
Для удобства расчета однотипных электро-радио элементов (ЭРЭ), находящихся в
одинаковых температурных условиях и работающих в одинаковых (близких)
эксплутационных режимах, можно объединить в одну группу.
Исходные и справочные данные занесены в
таблицу 2.1.
2.2 Расчет
параметров надежности
По
формуле 2.5 определяем реальное значение интенсивности отказов i-того элемента группы. По формуле 2.4
определяем интенсивность отказов данной группы элементов, результаты заносим в
таблицу 2.1.
По
формуле 2.3 определяем интенсивность отказов схемы:
lсх=(4,68+0,014+0,162+0,09+0,06+0,15+1,17+0,9+0,5
-6 -6
+0,6+0,5+2,34+0,6+0,004+0,004)*10
= 11,774*10
По
формуле 2.2 определяем среднюю наработку на отказ:
-6
Tср=1/(11,774*10
)=84933 ч.
Определяем
вероятность безотказной работы по формуле 2.1 для пяти временных точек (t1=100ч, t2=500ч, t3=1000ч, t4=5000ч, t5=10000ч).
P(100)=0,99882
P(500)=0,99413
P(1000)=0,9883
P(5000)=0,94283
P(10000)=0,88893
Строим
график зависимости безотказной работы от времени. t*1000
Рисунок 1.
Таблица 2.1. Наименование ЭРЭ Тип, марка Кол-во Кн a 20° С -6 lо*10 -6 li*10 -6 ln*10 C1,C3,C6 C2 C4, C5 С7 HL1 L1 R1-R13 VD1 VD2 VD3-VD5 VS1 VT1-VT3 VT4 Пайка Плата K50-6 KT1 МБМ МБГЧ TH-0,3 Ф600 МЛТ-0,5 Д9Б Д814Г Д218 КУ201Л KT315A МП42Б ПОС-61 СФ-1-35-1,5 3 1 2 1 1 1 13 1 1 3 1 3 1 68 1 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,2 0,2 0,2 0,2 0,65 0,01 0,045 0,045 0,2 0,3 0,18 0,18 0,1 0,1 0,1 0,3 0,15 0,02 0,02 2,4 1,4 1,8 2,0 0,3 0,5 0,5 5,0 5,0 2,0 5,0 2,6 4,0 0,004 0,004 1,56 0,014 0,081 0,09 0,06 0,15 0,09 0,9 0,5 0,2 0,5 0,78 0,6 0,004 0,004 4,68 0,014 0,162 0,09 0,06 0,15 1,17 0,9 0,5 0,6 0,5 2,34 0,6 0,004 0,004
По
данным расчета, работа телефонного сигнализатора без отказов 84933 часа.
3 Описание
и расчет конструкции функционального узла
Разработка
конструкции электрических соединений функционального узла осуществляется на
одно или двухсторонней печатной плате.
Исходными
данными для проектирования печатных плат являются:
-
принципиальная электрическая схема, которая определяет число элементов,
характер связи между ними, число и характер внешних связей;
-
технические требования конструкции, условия работы, конструкторские
ограничения.
При
разработке электрических соединений на основе печатной платы определяются:
-
конструкторско-технологический тип платы, ее класс плотности, материал
основания;
-
площадь, габариты и соотношение размеров сторон платы;
-
расчет элементов печатной платы;
-
размещение элементов на печатной плате;
-
трассировка печатной платы.
3.1 Конструктивно-технологическое
проектирование печатной платы.
Конструкцию
печатной платы определяет: плотность компоновки, стоимость производства и
эксплуатации.
Печатная
плата представляет собой изоляционное основание, на котором имеется
совокупность печатных проводников, контактных площадок или переходов.
Анализируя
принципиальную электрическую схему, проектируем печатную плату односторонней.
Для
основания платы используем стеклотекстолит, выбирается химический способ
получения печатных проводников. Этот метод обладает следующими достоинствами:
-
простота используемого технологического оборудования;
-
не высокая стоимость процесса производства;
-
высокая адгезия печатных проводников к диэлектрику.
Марка
материала СФ-1-35-1,5 - одностосторонний фольгированный стеклотекстолит,
толщиной фольги 35 мкм. Он обладает улучшенными изоляционными свойствами,
влагостойкостью и термостойкостью. Рекомендуется для изготовления печатных
плат, эксплуатирующихся при температурах до 120° С.
3.2 Определение
площади платы, габаритов и соотношения размеров сторон.
При
определении площади платы, суммарная площадь, устанавливаемых на нее элементов
умножается на коэффициент 3. К этой площади прибавляется площадь
вспомогательных зон, предназначенных для размещения соединителей. Определяем
площадь печатной платы:
Sп/п = 3Sэрэ + Sкп, (3.1)
где
Sэрэ - площадь всех электрорадио элементов,
Sкп - площадь контактных полей.
Y1 = Y2 = 10 мм
X1 = X2 = 5 мм
Рисунок 1.
Максимальные
габариты получаются из условий получения достаточной жесткости платы. Отношение
размеров сторон не должно превышать 1 к 3.
2
Sкп = мм
Принимаю
следующие размеры печатной платы.
Длина мм, ширина мм.
3.3 Расчет
элементов печатного монтажа.
При
разработке конструкции печатной платы, необходимо рассчитывать диаметр
контактных площадок и диаметр отверстий.
Основными
исходными данными для расчетов элементов печатного монтажа является класс
плотности и шаг координатной сетки 2,5 мм.
Таблица 3.1 Параметры элементов печатного монтажа Размеры элементов проводящего рисунка для классов плотности 1 2 3 Ширина проводников, Т 0,75 0,45 0,25 Расстояние между проводниками, l 0,75 0,45 0,25 Контактный поясок, b 0,3 0,2 0,1 Коэффициент погрешности, с 0,65 0,3 0,3
Рассчитываем
диаметр отверстий:
Dотв = Dвыв + (0,2 - 0,3), (3.1)
где
Dвыв - диаметр
выводов ЭРЭ.
Расчет:
для
R1 - R13, C1 - C7, VD1 - VD5, VS1
Dотв = Dвыв + 0,2 = 0,8 + 0,2 = 1 мм,
для
VT1 - VT4
Dотв = Dвыв + 0,2 = 0,6 + 0,2 =
0,8 мм,
для
L1, HL1
Dотв = Dвыв + 0,2 = 1 + 0,2 = 1,2 мм.
Диаметр
контактных площадок:
Dкп = Dотв + b + c, (3.2)
где
Dотв - диаметр
отверстия;
b - ширина контактного пояса, зависит от класса плотности
монтажа;
с
- коэффициент погрешности, зависит от класса плотности монтажа.
Расчет:
для
R1 - R13, C1 - C7, VD1 - VD5, VS1
Dкп
= Dотв + 0,2 +
0,3 = 1,5 мм,
для
VT1 - VT4
Dкп = Dотв + 0,2 + 0,3 = 1,3 мм,
для
L1, HL1
Dкп = Dотв + 0,2 + 0,3 = 1,7 мм.
3.4 Размещение
РЭ на печатную плату.
Размещение
ЭРЭ и ИМС предшествует трассировке печатных связей и во многом определяет
эффективность трассировки.
Основной
метод размещения ИМС - плоский многорядный. Задача компоновки заключается в
том, что с одной стороны необходимо разместить элементы как можно более плотно,
а с другой стороны - обеспечить наилучшие условия для трассировки,
электромагнитной и тепловой совместимости, автоматизации сборки, монтажа и
контроля.
Микросхемы
со штырьковыми выводами устанавливаются с одной стороны печатной платы, а
микросхемы с планарными выводами, бескорпусные ИМС и ЭРЭ допустимо
устанавливать с двух сторон печатной платы. Крепление микросхем и ЭРЭ осуществляется,
в основном, пайкой, причем, не задейственные контакты необходимо запаивать для
увеличения жесткости. Микросхемы с планарными выводами можно устанавливать с помощью
клея и лака. Их выводы припаивают к контактным площадкам. Корпус микросхемы с
планарными выводами приклеивают непосредственно на полупроводник или на
контактную прокладку. Прокладка может быть из тонкого текстолита 0,3 мм или металлическая
(медь, алюминий, их сплавы) 0,2 - 0,5 мм. Металлическая прокладка служит в
качестве теплоотводящей шины. Для ее изоляции от проводников используют специальную
пленку.
Центры
металлизированных и крепежных отверстий на полупроводнике должны располагаться
в узлах координатной сетки. Координатную сетку применяют для определения
положения печатного монтажа. Основной шаг координатной сетки 2,5 мм,
дополнительный - 1,25 мм и 0,25 мм.
Контактные
площадки или металлизированные отверстия под первый вывод должны иметь ключ.
Для
увеличения ремонтопригодности, ИМС второй степени интеграции устанавливают в
разъемные соединители. Электрический соединитель крепят и распаивают на печатной
плате.
|
