Реле акустичне на польовому транзисторі

Федеральне агентство з освіти

Тульський державний університет

КАФЕДРА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Реле акустичне на польовому транзисторі

Пояснювальна записка

до курсової роботи з дисципліни:

«Основи комп'ютерного проектування та моделювання РЕЗ»

ФКРЕ 467.740.001.ПЗ

Виконав ст. гр. 220541 Галкін Я.А.

Керівник Овчинников А.В.

Тула

2007

Федеральне агентство з освіти

Тульський державний університет

Кафедра радіоелектроніки

ЗАВДАННЯ

на курсову роботу по курсу

«Основи комп'ютерного проектування та моделювання РЕЗ»

студенту гр. 220541 Галкіну Я.А.

1. Тема: Реле акустичне на польовому транзисторі

2. Початкові дані: Схема електрична принципова. Пристрій призначений для експлуатації в приміщенні при робочих значеннях температури повітря +10 0 + 40 0 ± 5 0 З, атмосферним тиском 86,6-106,7 кПа і верхньому значенні відносної вологості 80% при температурі 25 0 С. Час напрацювання на відмову - 30 років. Надійність після напрацювання в 5000 повинна бути більше 0,8.

3. Перелік питань, які потребують опрацювання Розробити друковану плату даного пристрою, вибрати матеріали плати і корпусу, розрахунок конструктивних параметрів плати, розрахунок технологічності, розрахунок надійності.

4. Перелік графічного матеріалу: Схема електрична принципова, друкована плата.

5. Основною бібліографічний список: Акімов І.М. «Резистори, Конденсатори. Довідник », Романичева Е.Т. та ін. Розробка і оформлення конструкторської документації РЕА: довід., Проектування і виробництво друкованих плат: Учеб. посібник / Л.П. Семенов.

Дата видачі завдання 7 березня 2007 р.

завдання прийняв Галкін Я. А.

(Підпис) (П. І. Б)

завдання видав Овчинников А.В.

(підпис) (П. І. Б.)

анотація

В даному курсовому проекті я аналізую технічне завдання, на його основі виробляю вибір способу виготовлення друкованої плати, розрахунок конструктивно-технологічних параметрів друкованої плати, вибір елементів і матеріалів, а так само розрахунок надійності.

Крім розрахункової частини в курсовому проекті розробляється технологічний процес виготовлення друкованої плати і заповнюються операційні карти процесу виготовлення друкованої плати.

Вся документація повинна відповідати стандартам ЕСКД.

Пояснювальна записка містить 25 аркушів.

А також:

- схема електрична принципова акустичного реле на польовому транзисторі (формат А3);

- перелік елементів (формат А4).

зміст

Вступ

1. Аналіз технічного завдання

2. Вибір і обгрунтування застосовуваних елементів і матеріалів

3. Вибір і обгрунтування конструктивних рішень

4. Вибір і обгрунтування способу виготовлення друкованої плати

5. Опис конструкції приладу

6. Розрахунок технологічності конструкції

7. Розрахунок конструктивних параметрів друкованої плати

8. Розрахунок надійності

9. Висновок

Список використаної літератури

додатки:

А Перелік елементів

Б Електрична схема принципова

Вступ

Конструкторської документації (КД) називають сукупність конструкторських документів, що містять в залежності від їх призначення дані, необхідні для розробки, виготовлення, контролю, приймання, постачання, експлуатації та ремонту виробу. У конструкторської документації вказуються не тільки креслення, але також описуються способи створення окремих деталей, а також складання вузлів.

Основне завдання конструювання - вибір оптимальних рішень при певних вимогах, що задаються в ТЗ (технічному завданні). Такими вимогами можуть бути: ціна, надійність, поширеність (матеріалів і (або) елементів) і т. Д.

Конструкція радіоелектронної апаратури (РЕА) відрізняється від інших особливістю формованих внутрішніх зв'язків між частинами: крім просторових і механічних повинні бути встановлені складні електричні, теплові та електромагнітні зв'язку. Ця особливість настільки істотна, що відокремлює конструювання РЕА в окреме інженерне напрямок.

1. Аналіз технічного завдання

У цій роботі потрібно розробити акустичне реле на польовому транзисторі. Для складання електронної частини пристрою застосовується одностороння друкована плата, яка закріплюється в пластиковому корпусі.

Дане реле має наступними параметрами:

- напруга, що комутується - ~ 220 В;

- струм навантаження - 1 А;

- споживаний струм 10мА;

- споживана потужність 2.2 Вт;

- робоча частота 50 Гц.

Корпус пристрою повинен бути зручним, для того щоб тримати його в руках, а органи управління розташовані так, щоб оператору не становило великих труднощів управляти моделлю.

Пристрій повинен надійно працювати в наступних умовах:

- температура навколишнього середовища + 10 + 40 ± 5 ° С;

- робота в приміщенні;

- відносна вологість повітря при температурі +25 ⁰ С до 80%;

- атмосферний тиск 86,6 -106,7 кПа.

У схемі пристрою використовується мікрофон, а так само його підсилювач на основі транзистора VT1 для відкриття реле, потужність посилення регулюється за допомогою підлаштування резистора R6. Так само реле можна відкрити за допомогою одноразового натискання на кнопку S1.

Відкриття проводиться за допомогою заряду нагромаджується на конденсаторі C5. Після відкриття даний конденсатор, а так же конденсатор С9 (він регулює час відкриття реле) розріджуються через резистори R10, R11. Також для прискорення розрядки використовується транзистор VT4.

Коли відбувається відкриття реле (відкриття транзистора VT5) струм в ланцюзі R12, HL1 припиняється, підсилювач мікрофона знеструмлюється, а так само напруга на конденсаторі C4 падає до 0.

Закриття реле відбувається, після закриття транзистора VT5. Після закриття харчування світлодіода і підсилювача мікрофона відновлюється - прилад переходить в початковий стан.

Всі елементи є досить надійними в застосуванні, недорогими і відповідають всім експлуатаційним, електричним вимогам, а так само мають допустимі габарити.

2. Вибір і обгрунтування елементів і матеріалів.

2.1 Вибір резисторів.

Для виготовлення пристрою виберемо найбільш поширені в промисловому виробництві резистори типу МЛТ, що мають номінальну потужність розсіювання 0,125Вт, ці резистори розраховані на роботу при температурі навколишнього середовища -60 год + 70 ° С і відносній вологості до 98% при температурі + 35 ° С, що задовольняє технічним завданням. Деякі резистори по ТЗ вимагають велику потужність, відповідно до вимог вибираємо більш потужні.

Підлаштування же резистор вибираємо типу СП3 - 19.

Так само для економії місця я використовував резистори К1-12 - безкорпусні.

Номінальний опір всіх резисторів вказано в переліку елементів. Вони відповідають стандартному ряду опорів, який рекомендований для даного типу резисторів.

2.2 Вибір конденсаторів.

Електролітичні конденсатори вибираємо типу К50, т. К. Вони досить дешеві і поширені. По можливості для зменшення габаритів вибираємо безкорпусні конденсатори типу К10. Так само потрібні конденсатори високої напруги, вибираємо конденсатори задовольняють даній умові - К73. Ми їх вибрали виходячи з того, що вони підходять по номінальній напрузі і мають відносно малі розміри, так само вони підходять і за діапазоном робочих температур. Електролітичні конденсатори це оксидно-електролітичні конденсатори призначені для роботи в колах постійного і імпульсного струму з температурами навколишнього середовища -20ч + 70 ° С і мають мінімальну напрацювання 5000 годин, призначені для монтажу на друкованій платі.

2.3 Вибір світлодіода.

Як індикатор роботи приладу використовується червоний світлодіод HL1 АЛ307, як найбільш дешевий, простий і надійний.

2.4 Вибір матеріалу корпусу.

Виберемо литий пластмасовий корпус, як найбільш легкий, що забезпечує достатню міцність конструкції і малі габарити відповідно до технічного завдання.

2.6 Вибір системи живлення.

Цей пристрій живиться від мережі ~ 220В, 50 Гц, через навантаження.

2.7 Вибір матеріалу друкованої плати.

Цей пристрій слід використовувати друкована плата виконана з склотекстоліти. Даний матеріал був узятий, як часто використовуваний на виробництві. Він більш міцний механічно, а так само в ньому ослаблені ємнісні зв'язку в порівнянні з іншими матеріалами (наприклад гетинакс).

3. Вибір і обгрунтування конструкторського рішення.

Друкований монтаж широко використовується в конструкції РЕМ. Він виконується у вигляді друкованих плат або гнучких друкованих кабелів. В якості підстави для друкованої плати використовується діелектрик або покритий діелектриком метал, а для гнучких друкованих кабелів - діелектрик. Для виконання друкованих провідників діелектрик часто покритий мідною фольгою товщиною 35 ... 50 мкм, або мідної або нікелевої фольгою товщиною 5 ... 1 0мкм. Ми не маємо можливості використовувати односторонню друковану плату, у зв'язку зі складністю пристрою, застосовуємо двосторонню. Друкований монтаж виконується базовим комбінованим позитивним методом (з попереднім свердлінням отворів). Даний спосіб заснований на процесах гальванічного осадження міді.

При визначенні площі плати, габаритів і співвідношення розмірів сторін були враховані такі фактори: площа розміщуються на платі елементів і площа допоміжних зон; допустимість габаритів з точки зору технологічних можливостей і умов експлуатації.При визначенні площі плати сумарна площа встановлюваних на неї елементів множиться на коефіцієнт дезінтеграції, рівний 1.5 ... 3, і до цієї площі додається площа допоміжних зон. Дезінтеграція здійснюється з метою забезпечення зазорів для розміщення ліній зв'язку, тепловідведення. Надмірне зменшення зазорів між елементами на платі може привести до збільшення напруженості теплового режиму.

Разом з іншими деталями плату розміщують в корпусі кріпильними гвинтами.

Так як питома потужність розсіювання мала, то застосовується природне охолодження.

4. Вибір і обгрунтування способу виготовлення друкованої плати.

Залежно від числа нанесених провідних шарів друковані плати (ПП) поділяються на одне - двосторонні та багатошарові. Двосторонні ПП виконуються на рельєфному литому підставі без металізації або з металізацією. Їх застосовують для монтажу побутової радіоапаратури, блоків живлення і пристроїв техніки зв'язку.

Методи виготовлення ПП поділяються на дві групи: субтрактівниє і аддетівние, а так само комбіновані (змішані). У субтрактівних методах в якості підстави для друкованого монтажу використовують фольговані діелектрики, на яких формується проводить малюнок шляхом видалення фольги з непровідних ділянок. Аддетівние методи засновані на виборчому осадженні струмопровідного покриття, на яке попередньо може наноситися шар клейової композиції.

Незважаючи на переваги, застосування аддетівного методу в масовому виробництві ПП обмежено низькою продуктивністю процесу хімічної металізацією, інтенсивним впливом електролітів на діелектрик, труднощами одержання металевих покриттів з хорошою адгезією. Домінуючою в цих умовах є субтрактивна технологія, але найвигіднішим (тому що бере плюси з обох методів) є комбінований.

Основним методами, застосовуваними в промисловості для створення малюнка друкованого монтажу, є офсетний друк, сеткографіі і фотодрук. Вибір методу визначається конструкцією ПП, необхідною точністю і щільністю монтажу, продуктивністю обладнання та економічністю процесу.

Так як ПП двостороння, щільність монтажу не велика (мінімальна ширина провідників не менш 1 мм) і виробництво визначено як серійне, то в цій роботі плата виготовляється сеточно-хімічним способом. Даний спосіб широко використовується при масовому і серійному виробництві друкованих плат з склотекстоліти. Як правило, виготовлення плат здійснюється на універсальних механізованих лініях, що складаються з окремих автоматів і напівавтоматів, послідовно виконують операції технологічного процесу.

Весь процес виготовлення друкованих плат складається з наступних основних технологічних операцій:

Розкрій матеріалу і виготовлення заготовок плат;

Нанесення малюнка схеми кислотостійкої фарбою;

травлення;

Видалення захисного шару фарби;

крацовка;

Нанесення захисної епоксидної маски;

Гаряче лудіння місць пайки;

штампування;

маркування;

Контроль плати.

З метою максимальної механізації та автоматизації процесу все друковані плати виготовляються (проходять обробку на лінії) на одній з габаритних технологічних заготовках.

Більш докладно технологічний процес описаний в додатку.

5. Опис конструкції приладу.

Прилад виконаний відповідно до технічного завдання, поміщений в корпус, який зроблений з пластмаси. Габарити корпусу 1359545. Всі радіоелементи розміщені на друкованій платі, розташованої горизонтально. Плата кріпиться до корпусу за допомогою шурупні з'єднання. Кришка корпусу кріпитися до корпусу двома шурупами.

Збоку корпусу вирізаний паз для виведення кабелю. Зверху в корпусі просвердлений отвір для установки світлодіодного індикатора, також є проріз, яка сприяє доступу звукових хвиль до динаміка, розташованих у межах пристрої. Для здешевлення виконання я вибрав червоний світлодіод.

6.Расчёт технологічності конструкції.

На практиці, внаслідок того, що технологічність є однією з найважливіших характеристик, виникає необхідність її оцінки при виборі найкращого варіанта її виготовлення з декількох можливих.

Існує багато різних показників, на основі яких оцінюється як загальна, так і окремі її складові. Розглянемо деякі з них.

6.1 Розподіл деталей по наступності

На основі таблиці 1 визначаються наступні коефіцієнти [5]:

Таб. 1

Nш.н. - кількість некрепежних деталей;

Nш.п.с. - кількість стандартних деталей;

Nш.к. - кількість кріпильних деталей;

Nш.в. - кількість всіх деталей.

Nш.з. - кількість деталей, запозичених з інших виробів;

Nш.к. - кількість кріпильних деталей.

Nш.с. - кількість деталей, виготовлених спеціально для даного вироби;

Nд.с. - кількість різновидів деталей, виготовлених спеціально для даного вироби.

Nш.п. - кількість нестандартних деталей.

1. Коефіцієнт нормалізації

,

2. Коефіцієнт запозичення:

,

3. Коефіцієнт повторюваності:

,

4. Коефіцієнт наступності:

,

7.2 Розподіл вузлів за складністю і взаємозамінності

всередині вузла

Тут на основі таблиці 2 визначаються наступні коефіцієнти [5]:

Таб. 2

1. Коефіцієнт складності збирання:

2. Коефіцієнт взаємозамінності усередині вузлів:

Таб. 3

7. Розрахунок конструктивних параметрів друкованої плати.

В якості вихідних даних необхідно мати: конструкцію друкованої плати, спосіб отримання малюнка, мінімальна відстань між отворами, крок координатної сітки, форму контактних майданчиків, щільність монтажу. В результаті розраховується діаметр контактної площадки, ширина провідника, відстань між провідними елементами.

Плата виготовляється сеточно-хімічним методом за другим класом точності. Основні її конструктивні параметри наступні:

- мінімальне значення номінальної ширини провідника t _H = 1 мм;

- номінальне відстань між провідниками S _H = 0,5 мм;

- відношення діаметра отвору до товщини плати? 0,33;

- допуск на отвір? D = ± 0,05 мм;

- допуск на ширину провідника мм;

- допуск на розташування отворів мм;

- допуск на розташування контактних площадок мм;

- допуск на розташування провідників мм;

Значення ширини провідника визначається за формулою:

,

де - нижнє граничне відхилення ширини провідника. В цьому випадку t = 1,05 мм.

Діаметр монтажних отворів розраховується наступним чином [2]:

,

де - діаметр виведення встановлюваного елемента; - нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного отвору; - різниця між мінімальним діаметром отвору і

максимальним діаметром встановлюваного виведення.

Тоді d ₁ = 0,5 мм, d ₂ = 0,8 мм, d ₃ = 1 мм, d ₂ = 1,1 мм.

Визначимо діаметр контактних площадок:

,

де - верхнє граничне відхилення діаметра отвору; - верхнє граничне відхилення ширини провідника.

Тоді D ₁ = 1,8 мм, D ₂ = 2 мм, D ₃ = 2,2 мм, D ₂ = 2,3 мм.

Знайдемо значення мінімальної відстані між сусідніми елементами проводить малюнка:

.

Підставивши значення отримаємо, що

S = 0,33.

Розраховані параметри відповідають кресленням друкованої плати. Обраний метод виготовлення друкованої плати дозволяє виконати плату з отриманими параметрами.

8. Розрахунок надійності.

Розрахунок надійності полягає у визначенні кількісних показників надійності системи за значеннями характеристик надійності елементів.

Залежно від повноти обліку факторів, що впливають на надійність системи, можуть проводитися приблизний розрахунок надійності, орієнтовний розрахунок і уточнений розрахунок.

Приблизний розрахунок проводиться на етапі проектування, коли принципових схем блоків системи ще немає. Кількість елементів в блоках визначається шляхом порівняння проектованої системи з аналогічними, раніше розробленими системами.

Розрахунок надійності при підборі типів елементів проводиться після розробки принципових електричних схем. Метою розрахунку є визначення раціонального складу елементів.

Розрахунок надійності при уточненні режимів роботи елементів проводиться, коли основні конструктивні проблеми вирішені, але можна ще змінити режими роботи елементів.

Результати орієнтовного розрахунку надійності оформлені у вигляді таблиці.

Середнє напрацювання на відмову дорівнює:

Графік надійності будується за експоненціальним законом

,

Цей графік зображений на рис.1.

Таб. 4

Рис.1. Графік надійності пристрою.

Дані результати задовольняють умові ТЗ.

9. Висновок.

При виконанні курсової роботи по темі «Реле акустичне на польовому транзисторі» були виконані розрахунки конструктивно - технологічних параметрів друкованої плати і надійності схеми. Був проведений вибір і обгрунтування способу виготовлення друкованої плати і елементів.

В результаті роботи розроблено пристрій повністю відповідне технічним завданням.

Грунтуючись на результати розрахунку можна зробити висновок про те, що пристрій може випускатися як серійно, так і штучно без будь-яких обмежень.

Список використаної літератури.

Короткий довідник конструктора радіоелектронної апаратури. Під ред. Р. Г. Варламова. М., «Рад. радіо », 1973, 856с.

Павловський В. В., Васильєв В. П., Гутман Т. Н., Проектування технологічних процесів виготовлення РЕА. Посібник по курсовому проектування: Учеб. посібник для вузів. - М .: Радио и связь, 1982.-160с.

Розробка і оформлення конструкторської документації радіоелектронної апаратури: Довідник / Е.Т. Романичева, А. К. Іванова, А. С. Куликов та ін .; під ред. Е.Т. Романичева. -2-е изд., Перераб. і доп. - М .: Радио и связь, 1989. - 448с.

Збірник завдань і вправ по технології РЕА: С32 Навчальний посібник / За ред. Е. М. Парфьонова. - М .: Вища. школа, 1982. - 255с.

Резистори: (довідник) / Ю. М. Андрєєв, А. І. Антонян, і ін .; Під ред. І.І Четвертакова. - М .: Енергоіздат, 1981. - 352с.

Збірник завдань по теорії надійності. Під ред. А. М. Половко і І. М. Малікова. М., Изд-во «Радянське радіо», 1972, 408 стор.

Технологія і автоматизація виробництва радіоелектронної апаратури: Підручник для вузів / І. П. Бушмінскій, О.Ш. Даутов, А. П.Достанко і ін .; Під ред. А.П. Достанко, Ш. М. Чабдарова. - М .: Радио и связь, 1989. - 624с.

8. Інтегральні мікросхеми: Довідник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунін та ін .; Під ред. Б.В. Тарабрина. - М .: Радио и связь. 1984 - 528 с.