АННОТАЦИЯ
Ключевые слова:генератор; система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ); генератор,управляемый напряжением (ГУН); СВЧ-диапазон; экранирование; влагозащита;упаковка; конструкция; технология; качество; надежность.
В дипломном проектеразработана конструкция генератора с ФАПЧ для диапазонов ОВЧ-УВЧ. Приборзаключен в литой герметизированный корпус, в котором содержится гальваническаябатарея. Проведен патентный поиск, проведены расчеты: механической прочностиплаты с элементами при ударе, эффективности экранирования, упаковочной тары,влагозащиты. Рассчитана надежность, проведена оценка технологичности икачества, приняты меры по обеспечению безопасности жизнедеятельности; сделанытехнико-экономические расчеты и найдена себестоимость.
ВВЕДЕНИЕ
Дипломный проект посвященразработке конструкции генератора с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) длядиапазонов ОВЧ-УВЧ (100…2500МГц).
Устройствопостроено на основе генератора образцовой частоты и управляемого напряжениемгенератора, частота которого посредством делителя частоты автоматическиподстраивается фазовым детектором. Его можно рекомендовать для многихприменений, когда есть необходимость в стабильном генераторе или гетеродине дляпопулярных радиолюбительских диапазонов. Стабильность частоты фактическиопределяется стабильностью кварцевого резонатора.
Приизготовлении и настройке радиоаппаратуры диапазона ОВЧ-УВЧ (30...3000 МГц)необходимым узлом является генератор. Он может выполнять функции гетеродина длятрансвертера или конвертера, а также использоваться как контрольный генераторили маячок для проверки и настройки радиоприемника или антенно-фидерноготракта. При построении таких приборов раньше, как правило, использовалисьзадающие генераторы с кварцевой стабилизацией, работающие на относительнонизкой частоте (десятки мегагерц), и несколько каскадов умножителей частоты.Такая конструкция сложна в изготовлении и настройке.
Сейчасдля этих целей все чаще применяют генераторы с системой ФАПЧ. Для реализациитакой конструкции применяют специализированные микросхемы синтезаторов частоты,которые управляются от микроконтроллеров (РIС-контроллеров). Стабильность частоты в этом случаеопределяется стабильностью частоты опорного генератора. Такое построениепозволяет получить практически любое значение частоты, но реализация такогогенератора доступна не всегда, так как необходимо программирование РIС-контроллеров, в частности, из-заотносительно высокой цены программаторов.
Ногенератор с системой ФАПЧ можно сделать и по более простой схеме, с использованиемболее дешевой и простой элементной базы, упрощающей процесс изготовления инастройки.
Исходя из этого, можносказать, что тема проекта не только актуальна технически, но и целесообразна сэкономической точки зрения, т.к. себестоимость прибора сравнительно невелика иможет быть снижена за счет различных комплектов поставки.
1. ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК
При разработкеконструкции обязательно должна учитываться патентность – свойство техническихразработок находиться под охраной международного авторского права, если ониобладают новизной, полезностью и юридически соответственно оформлены.Патентность имеет две стороны – патентоспособность и патентную чистоту.
Процесс конструированиярадиоэлектронной аппаратуры (РЭА) тесно связан с изобретательством и изучением патентнойинформации. В настоящее время нельзя вести разработку и модернизацию РЭА безпредварительного изучения и отбора патентных материалов. Тщательно проведенноепатентно-информационное исследование предотвращает дублирование творческойработы и напрасную трату усилий на поиск решений, разработанных ранее. Крометого, патентно-информационное исследование имеет целью охрану государственных иавторских интересов в области научно-технического творчества, извлечениепреимуществ, вытекающих из недостатков патентной защиты. Может оказаться, что врезультате исследования будет показана нецелесообразность проведенияразработки, поскольку уже имеется требуемое решение, зафиксированное виностранном или отечественном патенте.
Изобретением признаетсяотличающееся существенной новизной решение технической задачи, дающееположительный эффект. Существенная новизна означает неизвестность во всехстранах. Положительный эффект может означать не только сегодняшнюю, но иперспективную полезность.
Новизну предложенияопровергают следующие источники: авторские свидетельства и поданные ранеезаявки, печатные публикации (включая отчеты НИР и ОКР), применение (в любойстране), защита диссертации, доклад, демонстрация на выставке. Но еслиразглашены только результаты решения, но не само решение технической задачи,если образец изготовлен и испытан, но не внедрен, это не опровергает новизны.
Патентом и авторскимсвидетельством называют документ, который служит для оформления права наизобретение.
В отличие от авторскогосвидетельства, при получении патента автор должен вносить значительную разовуюи ежегодную пошлины Выдача патента означает, что на территории этой страны втечение срока действия патента никто без разрешения владельца патента не имеетправа использовать запатентованное изобретение.
Патентные правапереступаются частично, на определенных условиях. Такая переуступка называетсялицензией (разрешением) на использования изобретения.
Авторское свидетельство –это документ, которым удостоверяется факт признания указанного лица в качествеавтора изобретения.
Действие патентаограничено по сроку. Закон каждой страны предусматривает предельный срок (дляРоссийской Федерации этот срок составляет 20 лет), по истечении которого патенттеряет силу.
Ограничения правпатентовладельца по территории и по срокам являются важными условиями приустановлении патентной чистоты. Патентная чистота есть юридическое свойствообъекта, заключающееся в том, что он не подпадает под патенты, действующие вопределенной стране. Наряду с этим существует понятие патентоспособность –возможность технического решения быть запатентованным в качестве изобретения вопределенных странах, т.е. наличие существенной новизны (мировой или локальной)и полезности.
Объект может бытьпатенточистым, но не патентоспособным, когда его особенности давно описаны втехнической литературе, открыто применялись или в свое время были защищеныпатентами, уже потерявшими действие. Объект может быть патентоспособным, но непатенточистым, если часть его особенностей попадает под действие чьих-топатентов, а другие особенности обладают существенной новизной.
Информацию о патентах иавторских изобретениях на этапе проведения патентно-информационногоисследования разработчики получают из патентной литературы. Существуетошибочное мнение, что в патентной литературе умышленно не излагаются важныеособенности, необходимые для внедрения изобретения, или даже вносятсяискажения, чтобы ввести в заблуждение конкурентов. В действительности патентныезаконы большинства стран содержат категорические требования, чтобы описаниеизобретения позволяло среднему специалисту в данной отрасли внедритьизобретение, не прибегая к дальнейшему творчеству. Патент, в описании которогодопущены ошибки и искажения или сущность изобретения не полностью раскрыта, можетбыть аннулирован. Благодаря таким требованиям патентная литература отличаетсялаконичностью и ясностью языка. Патентная информация является единственнымисточником, в котором содержатся сведения и о тех новшествах, которые еще невнедрены.
Основными целямипатентных исследований на стадии дипломного проекта являются:
· получениеинформации об уровне развития данной отрасли;
· ознакомление свыявленными в процессе патентного поиска рефератами технических решений,защищенными охранными документами (патентами, свидетельствами), и в случаенеобходимости, полными описаниями к патентам, свидетельствам;
· оценкаактуальности разработок, проводимых при дипломном проектировании, по сравнениюс выявленными в процессе патентного поиска наиболее совершенным отечественнымразработкам;
· определение путейрешения собственной поставленной задачи;
Так как целью данногодипломного проекта, исходя из технического задания (ТЗ), не являетсясхемотехническая разработка генератора, было предложено производитьпатентно-информационное исследование в области технологий, которые могли бытьиспользованы при конструировании и изготовлении данного устройства.
Были проведены патентныеисследования по РФ. Поиск проводился с 1994 года по 2004 год, что явилосьдостаточным для нахождения новейших разработок в области техники и технологии.
Поиск производился побазе рефератов и патентов на изобретения Роспатента в сети Интернет(http://www.fips.ru/).
В результате анализа былирассмотрены патенты на следующие темы: способ изготовления двусторонних печатныхплат и установки ЭРЭ, способы металлизации отверстий, а технологияконструирования элементов корпуса, влагозащита.
Результаты проделаннойработы представлены в Приложении 1.
2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОРТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ПРОЕКТА
Базовой статьей приразработке данного проекта была принята [8].
В качестве техническойлитературы были выбраны журналы “Радио” и «РадиоМир» за 2000-2004гг. Припросмотре данной литературы не было найдено описаний разработок аналогичныхустройств.
Параметрический поиск всети Интернет принес необходимый результат: была найдена перспективнаяразработка фирмы «ЭЛПА» генератор ГК 122-УН-ПВ.
В настоящий момент даннаяфирма заканчивает разработку генераторов с ФАПЧ нового поколения на частоты150…1500 МГц, но эти устройства простроены на другом схемотехническом уровне, сиспользованием узлов функциональной электроники, таких как фильтры наповерхностных акустических волнах (ПАВ).
В генераторах ГК122-УН-ПВ используются резонаторы и фильтры на основе ПАВ, имеется основнойвыход и вход напряжения управления для фазовой автоподстройки частоты припомощи внешнего опорного генератора. Диапазон перестройки частоты напряжениемуправления обеспечивает установки номинальной частоты генератора в интервалерабочих температур и воздействия дестабилизирующих факторов (старениерезонаторов, транзисторов и т.д.).
Генераторы имеют основнойвыход, мощность которого регулируется напряжением Ерег, и выход дляФАПЧ, обладает низким уровнем фазовых шумов. Данные генераторы используется врадиолокации, радионавигации и системах связи.
Основное преимуществоприменение высокочастотных генераторов в системах с сеткой частот, работающихот одного опорного генератора, позволяет увеличить быстродействие системы надва порядка. Низкий уровень фазовых шумов позволяет улучшить точностныехарактеристики не менее чем на 20 дБ. Кратковременная, долговременная итемпературная нестабильности определяются опорным генератором.
Необходимо отметить, чтоданное устройство только находится в стадии разработки. Функционально, оно,несомненно, богаче разрабатываемого в дипломном проекте генератора, но питание,в отличие от последнего – внешнее, и ФАПЧ данного генератора осуществляетсяизвне данного устройства. Исходя из описанных функций этого устройства егонельзя назвать прямым аналогом, хотя его новизна подтверждает актуальностьданной дипломной разработки.
Дипломный проект посвященразработке генератора с ФАПЧ для диапазона 1290 МГц, при разработке былаиспользована простая, а значит не дорогая схемотехника, были обеспеченыэлектромагнитное экранирование, влагозащита и наименьшие массогабаритныепараметры.
3. АНАЛИЗ ТЗ ИРАЗРАБОТКА ТТТ К КОНСТРУКЦИИ
С учетом особенностейработы электрической принципиальной схемы прибора генератора с ФАПЧ и исходныхданных технического задания (ТЗ), разделим тактико-технические требования (ТТТ)к конструкции на общие и специальные.
3.1 Общие требования
Разрабатываемоеустройство относится к профессиональной аппаратуре, IV группа, носимая РЭА. Поэтому механические, климатическиевоздействия, условия эксплуатации определяются по ГОСТ 16962.1-89. Предполагается,что изделие может использовать радиолюбитель.
Эксплуатационныетребования
Данная группа требованийопределяется условиями экспуатации и зависит от механических, климатических ипрочих воздействующих факторов, величина которых определяется конкретнымивеличинами, указанными в ГОСТах для носителей, в которые предполагаетсяустановка разрабатываемой РЭС.
Разрабатываемоеустройство по условиям эксплуатации относится к группе радиотехнических средств,специального назначения, носимых на теле человека, его одежде, в том числе и наоткрытом воздухе. Таким образом, при разработке устройства необходимо учестьвоздествие на него климатических и механических воздействий (температуры,влажности, давления, пыли, ударов, падений, ветра и др.) для наземной носимойаппаратуры, работающей на открытом воздухе вне помещения.
Требования кразрабатываемой аппаратуре относительно климатических воздействий приведены втаблице 3.1.1
Таблица 3.1.1 — Требованияк разрабатываемой аппаратуре относительно климатических воздействийТребования к аппаратуре Воздействующие факторы Значения для данной группы аппаратуры Характер Ед. изм. Влагоустойчивость Повышенная относительная влажность до… % 98 Температура до… ºC 40 Холодоустойчивость Пониженная рабочая температура до… ºC -50 Высотность Пониженное атмосферное давление до… мм. рт.ст. 460 Температура до… ºC 20±10 Теплоустойчивость Повышенная рабочая температура до… ºC +50 Повышенная предельная аппаратура до… ºC +65 Водозащищенность Слой воды толщиной до… мм 500 Брызгозащищенность Водяные брызги интенсивностью до… мм/мин 5 Пылезащищенность Воздушный поток с пылью скоростью до… м/с 10-15
Данный вид РЭА рассчитанна индивидуальную длительную переноску ее людьми и транспортирование ее всемивидами транспорта. Требования к разрабатываемой аппаратуре относительномеханических воздействий приведены в таблице 3.1.2.
Таблица 3.1.2 — Требованияк разрабатываемой аппаратуре относительно механических воздействийТребования к аппаратуре Воздействующие факторы Значения для данной группы аппаратуры Характер Ед. изм. Виброустойчивость и вибропрочность Вибрация с частотой, создающей ускорение, соответственно Гц; g
2-80;
6-3 Прочность при падении Свободное падение на грунт с высоты мм 500 Ударная прочность Ускорение, создаваемое при ударе g 100-200 Ветроустойчивость Ветер со скоростью м/с 30 Транспортирование Транспортирование на автомашине со скоростью км/час 20-60
Кроме того, аппаратураданной группы характеризуется:
· продолжительностьюэксплуатации и длительным временем автономной работы;
· высокойремонтопригодностью;
· повышеннымэстетическим значением внешнего вида, удобств и безопасностью при эксплуатации;
· малые габариты имасса.
Удобство и безопасностьэксплуатации и ремонта:
При ремонте необходимоограничить возможность ошибок персонала. Необходимо обеспечить однозначностьварианта сборки, которая исключит неправильное соединение частей изделия.
Большое значение имеетполнота ремонтной и эксплутационной документации. Ремонт следует производитьтолько в специально оборудованных мастерских, квалифицированным персоналом.Прибор должен иметь инструкцию по настройке и инструкцию по эксплуатации.
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕТРЕБОВАНИЯ
К этой группе относятся требованияпо максимальной стандартизации и унификации используемых ЭРЭ, материалов,установочных изделий и сборочных единиц.
Производство данныхприборов можно считать мелкосерийным (10000 шт./год), необходимо обеспечить еготехнологичность, поэтому корпус рационально изготавливать литьем под давлением.При конструировании корпуса необходимо учитывать ряд особенностей:
1) корпус должен бытьпростой;
2) толщина стенок должнабыть примерно одинаковой;
3) углы следуетскруглять;
4) должныпредусматриваться технологические уклоны и конусность;
5) допуски должныназначаться с учетом усадки.
Необходимо такжеобеспечить жесткость и прочность конструкции. Нужно стремиться к уменьшениюмассы и габаритов конструкции.
Одним из важныхтребований является обеспечение нормального теплового режима.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕТРЕБОВАНИЯ
Необходимо стремиться максимальноснизить производственные затраты с целью снижения стоимости. Для этого следует стремитьсяиспользовать современную элементную базу, технологические процессы и автоматизациюпроизводства.
Экономические требованиянаправлены на снижение стоимости изделия при условии обеспечения заданной в ТЗнадёжности с учетом заданной программы выпуска.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Так как проектируемоеустройство относится к носимой аппаратуре специального назначения,предназначенное для работы на открытом воздухе, то необходимо обеспечитьмеханическую жесткость и прочность конструкции.
Прибор требует настройкии управления человеком, поэтому необходимо учесть эргономические требования итребования технической эстетики.
Необходимо обеспечитьмаксимальную автономность устройства и минимизировать массогабаритныепоказатели.
4. НАЗНАЧЕНИЕУСТРОЙСТВА И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ЕГО ДЕЙСТВИЯ
Генераторс системой ФАПЧ, можно использовать как радиомаячок или измерительный генераторв диапазоне частот от 100 до 2500 МГц. При упрощении схемы такой генераторможно использовать как гетеродин. Ведь нестабильность его частоты в основномопределяется соответствующим параметром кварцевого резонатора ZQ1.
Система фазовойавтоподстройки частоты, как следует из её названия, является системойавтоматического регулирования (следящей системой), частота настройки которойопределяется частотой управляющего сигнала, а сигналом рассогласования являетсяразность фаз управляющего сигнала и сигнала обратной связи. В связи с тем, чтонастройка осуществляется по разности фаз, система является астатической поотношению к частоте: в установившемся режиме частота настройки точно равначастоте управляющего сигнала. При определённых условиях система ФАПЧ может бытьастатической и по фазе [9].
Наряду с основнымсвойством автоподстройки, система ФАПЧ обладает свойством фильтрации и ведётсебя, независимо от функционального назначения, как следящий фильтр. СистемаФАПЧ является системой с многофункциональными возможностями и используется длячастотной модуляции и демодуляции, частотной фильтрации (в том числе,фильтрации модулирующей функции частоты), умножения и преобразования частоты,выделения опорного колебания для когерентного детектирования и др.
В обобщённомвиде любая система автоматического регулирования, независимо от её назначения,содержит измерительное устройство с вычитателем на входе и объектрегулирования, выход которого подключен к вычитателю. В вычитателе сравниваютсяуправляющая величина и управляемая (с выхода объекта регулирования), являющаясявеличиной обратной связи.
Несмотря нато, что управляющей величиной в системе ФАПЧ является частота, в фазовомдетекторе (ФД) сравниваются не частоты, а фазы напряжений на его входе.
Вданном случае принцип работы разрабатываемого устройства можно представить вследующем виде (АН468.757.001Э1).
Натранзисторе VТ2 собран генератор, управляемыйнапряжением (ГУН), на транзисторе VТ1 — выходной каскад с регулируемой выходной мощностью. На микросхеме DD2 собран делитель частоты. Остальныеузлы собраны на одной микросхеме DD1,которая содержит четыре логических элемента «исключающее ИЛИ» синверсией. Генератор образцовой частоты с кварцевой стабилизацией собран налогическом элементе DD1.1, на элементеDD1.2 собран усилитель выходногосигнала делителя частоты, а фазовый детектор (ФД) собран на элементе DD1.3. Питается устройство отаккумуляторной батарей 7.2 В или сетевого блока питания с напряжением 7...15 В.
Питающеенапряжение (5 В) всех узлов устройства стабилизировано интегральнымстабилизатором напряжения на DА1.
Работаетустройство следующим образом. Сигнал ГУН поступает на делитель частоты, а с еговыхода после усиления — на ФД. Микросхема DD2 делит частоту ГУН на N, поэтому на один из входов ФДпоступает сигнал с частотой f1 = fгун/N. На второй вход поступает сигналгенератора образцовой частоты fог. Выходноенапряжение ФД через пропорционально интегрирующий фильтр (ПИФ) R5R7С8, конденсатор С11 и резистор R10 поступает на варикап ГУН VD1 и подстраивает его. Система ФАПЧ работает таким образом,что частота f1 подстраивается под fог и они становятся равными. Такимобразом, частота ГУН будет равна fгун = N х fог. В данной конструкции использованделитель частоты с N = 129; fог =10.0 МГц, а частота ГУН будет равна fгун = 129 х 10 = 1290 МГц.
Такимобразом, выходную частоту генератора можно изменять за счет изменениякоэффициента деления N или частоты образцового генератора (кварцевогорезонатора). Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется в пределах от-15 до +5 дБ/мВт за счет изменения тока транзистора VT1 с помощью переменного резистора R16.
5. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТСХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ
Поверочный расчет схемыэлектрической принципиальной АН468.757.001Э3 заключается в определениипараметров пропорционально-интегрирующего фильтра (ПИФ) представленного на рис.5.1.
/>
Рис. 5.1 — Пропорциональноинтегрирующий фильтр
Применениефильтра в цепи ФАПЧ изменяет динамические свойства системы. Полином системы(многочлен в знаменателе передаточных функций) определяет порядок, видаппроксимации и частотный диапазон фильтрации, а член или многочлен в числителеопределяет вид фильтрации (нижних, верхних частот или полосовой фильтрации) икоэффициент передачи.
Вразрабатываемом генераторе с ФАПЧ используется один ПИФ-фильтр 1-го порядка,показанный на рис. 5.1 (необходимо отметить, что общепринятое название “фильтр”в данном случае является условным; правильнее было бы считать его цепьючастотной коррекции).
Пропорционально-интегрирующийфильтр может быть охарактеризован передаточной функцией (5.1):
KФ(p) = Uвых/Uвх= (1 + Ф1)/(1 + Ф), (5.1)
где RоC8– “физическая” постоянная времени цепи ПИФ;
Ф1 = 2RоC8 –условная постоянная времени;
Rо= R7+ R5;
Если учесть, что KФ= 1, т. е. Uвых = Uвх, в цепи генератора, то получимвыражение (5.2) для определение номиналов элементов:
1 = 1+2 (R7+R5)C8/1+(R7+R5)C8.(5.2)
R7 = 200 Ом;
R5 = 10 кОм;
C8 = 30 пФ;
/>;
1 = 1.
Таким образом, видно, чтоэлементы принципиальной схемы выбраны правильно и расчетное значениепередаточной функции соответствует теоретическому, обусловленномуфункциональным назначением ПИФ в схеме устройства.
6. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРАЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Генератор с ФАПЧреализован в виде одного функционального узла на печатном монтаже сиспользованием как поверхностно-монтируемых элементов, так и элементов соштыревыми выводами. Выбор активных элементов производится на основании типовуказанных в электрической принципиальной схеме.
Пассивные элементывыбираются с учетом номиналов, указанных в схеме, условий эксплуатации,стандартизации, нормализации, экономической целесообразности, минимизациигабаритов, предпочтение отдается элементам поверхностного монтажа (SMD).
Выбор элементовпроизводился по современным отечественным справочникам и каталогам: Платан,Симметрон, Вест-Эл, Компэл и др.
Необходимоучесть, что принципиальная схема была доработана мной с целью обеспечениямаксимальной автономности и коммутации разрабатываемого устройства.
Так, вкачестве ВЧ-гнезда XW1, я применилустанавливаемое на печатную плату штыревое гнездо фирмы АМР 966475 50 Ом.
Трехпозиционныйдвижковый переключатель Switronic-SK-23D06, установленный на плате,одновременно с включением устройства, управляет режимами его питания – черезштыревую клемму 301-02-113 коммутируется аккумуляторная батарея – а черезштыревое гнездо 3,5 мм подключается внешний блок питания.
Вустройстве можно применить детали: транзисторы – КТ3132-А, транзисторы снормированным уровнем шума на частоте 2-6 ГГц для применения в СВЧ малошумящихусилителях в диапазоне частот 1-7.2 ГГц.
Микросхемаделителя частоты Motorolla MC120LVAD поверхностно-монтируемая, о чем свидетельствуетсуффикс D, ее можно применить и другогопроизводителя, при этом она должна работать на требуемой частоте и иметь необходимыйкоэффициент деления.
МикросхемаDD1 – Motorolla MC74H86D, поверхностно-монтируемая.
МикросхемаDА1 – 78L05, КР1158ЕН5А или аналогичная с корпусом ТО-92, напряжениестабилизации 5 В.
ВарикапКВ132, штыревой монтаж.
Переменныйрезистор R16 – Murata-SMD-PVG3A-10 кОм,мощность рассеяния 0,25Вт
Постоянныерезисторы R1-R15– той же фирмы, серия RK73, мощность 0,125 Вт, в соответствии с принципиальной схемой,типоразмер 0805.
Подстроечныйконденсатор С3 – Murata-SMD-TZVY2R200-4,5...20 пФ, напряжение питания 6,3 В.
Полярныйконденсатор С10 – той же фирмы, 47 мкФ, 6 В, типоразмер В.
ИндуктивностьL1 – Murata-LQP18M, экранирована, работает в заданномдиапазоне частот.
Остальныеконденсаторы – той же фирмы, серия GRM, 6,3 В, в соответствии с принципиальной схемой, типоразмер 0805.
БатареяGB1, аккумуляторная, GP Batteries, 1700мАч, 7,2 В.
Всеэлементы имеют рабочую температуру в пределах заданной ТЗ.
Все элементы размещены напечатной плате из двусторонне фольги-рованного стеклотекстолита СФ-2-35-1,5.
Сторона под деталямиоставлена металлизированной и используется в качестве заземляющего провода. Онасоединена с заземляющим проводом на другой стороне. Лицевая сторона платы вместах, свободных от ЭРЭ и проводников так же металлизирована заземляющимпроводом. Таким образом можно избавится от ряда паразитных наводок на ВЧ-тракт.
7. ОБОСНОВАНИЕКОНСТРУКТОРСКОГО РЕШЕНИЯ
Генератор в большойстепени отвечает предъявленным к нему требованиям технического задания иразработанным ТТТ. Расхождения наблюдаются в требованиях полной унификации истандартизации используемой элементной базы и несущих конструкций.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Для коммутации с внешнимиприборами и устройствами использовались широко распространенные в настоящеевремя разъемы.
Устройство выполнено наодной двухсторонней печатной плате с использованием технологии поверхностногомонтажа, что позволило снизить массогабаритные и экономические характеристикиизделия. Дляизготовления печатных плат данного устройства выбран двухстороннийфольгированный диэлектрик, выпускаемый в виде листов СФ2-35-1,5 ГОСТ 10316-78.
Метод изготовленияпечатных плат — комбинированный.
Сущность комбинированного метода заключается в получении ППиз фольгированного диэлектрика с металлизацией отверстий. Достоинством этогометода является возможность получения печатных плат с более насыщенныммонтажом, повышенной точностью и надежностью.
Поверхностно-монтируемыеизделия (ПМИ) установлены с одной стороны платы в соответствии сРД107.460000.019-90. Стандарт разработан с учетом обеспечения возможностимеханизации и автоматизации технологических процессов сборки изделия. Печатнаяплата со стороны установки ПМИ должна быть покрыта защитной маской, кроме местпайки.
Центры отверстий иконтактных площадок должны располагаться в узлах координатной сетки. По краямпечатной платы и вокруг монтажных отверстий необходимо оставлять свободныезоны, в которых не должно быть проводников и элементов. Контактные площадкирекомендуется применять прямоугольной формы. Ширина печатного проводника должнабыть не более 0,4 мм; расстояние между двумя соседними проводниками не менее 0,3мм.
Для пайки ЭРЭ выбранмягкий припой ПОС-61 – припой оловянно-свинцовый, содержит 61 % олова, 39% –свинца, температура пайки около 200 º С.
При разработке данногоустройства приняты меры для уменьшения паразитных связей и наводок.
Блок является безопаснойконструкцией при эксплуатации и ремонте. Малые напряжения питания исключаютпоражения электрическим током. РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ
Из-за своей высокойсложности ремонт должен производится только в специализированных мастерских приснятии крышки, хорошо обученным персоналом и при наличии специализированногооборудования.
Быстрота разборки исборки обеспечивается использованием винтов в качестве закрепляющих элементов.Доступ к элементам схем, требующим замены в процессе эксплуатации,осуществляется при снятии крышки с корпуса. Так как в в устройстве используетсяпечатный монтаж ЭРЭ, то для их замены необходимо демонтировать плату и отпаятьнуждающийся в замене элемент. Печатная плата генератора закреплена в корпусе 4винтами М2. 7.1 Требования к корпусуи к компоновке
Устройство обладаетхорошей компоновкой, так как внутреннее пространство использовано максимально.
Генератор собран на однойпечатной плате, и скоммутирован с батареей питания посредством клемм объемногомонтажа.
Плата с ЭРЭ установлена валюминиевый корпус, выполняющий роль электромагнитного экрана. Приборпредназначен для изготовления в мелкосерийном производстве. Это позволяетвыбрать метод литья под давлением при изготовлении корпуса.
Литье под давлениемотносится к прогрессивным методам формообразования деталей и может бытьиспользовано при мелкосерийном производстве, соответствующем заданной в ТЗпрограмме выпуска приборов /> штук вгод.
Литье под давлениемобеспечивает требуемую шероховатость поверхности Ra3,2…6,3. Корпус является несущей конструкцией и электромагнитнымэкраном, защищает плату с элементами от влаги и пыли. В качестве материалакорпуса выбран литейный алюминиевый сплав АЛ9. Форма блока в виде параллелепипедас осуществлением литейных скруглений по углам выбрана для обеспечения удобстваим безопасности при эксплуатации и транспортировке.
Разъемы установлены наплате и выведены через отверстия в корпусе наружу. Герметизация осуществленапри помощи резиновых уплотнительных прокладок. Крышка крепится к основанию спомощью 6 винтов М2 с потайной головкой. В корпусе предусмотрены шесть приливов для их установки.Корпус покрыт анодно-окисным покрытием м хромированием Ан. Окс. Хр.,применяемым для защиты от коррозии и обеспечивающим хорошую электропроводность.Это покрытие является хорошей основой для нанесения лакокрасочного покрытияПФ-115.
Благодаря конструкциикорпуса и использованных при его конструировании материалов были обеспеченынеобходимые в данных условиях эксплуатации жесткость и прочность прибора.
7.2 Требованиятехнической эстетике и эргономики
Удаление пыли с внешней поверхностиблока удобно, а удаление ее с внутренней стороны не требуется, т.к. корпусгерметизирован и защищен от попадания пыли.
На лицевой панелиустройства расположены слева направо: гнездо для подключения внешнего блокапитания, трехпозиционный движковый переключатель, управляющий включением ирежимом питания прибора, высокочастотный разъем для внешней коммутацииустройства.
8. КОНСТРУКТОРСКИЕРАСЧЕТЫ
генератор фазоваячастота
Неотъемлемой частью разработкилюбого устройства являются конструкторские расчеты, от которых зависит выбортехнологий, конструкторских решений и условия эксплуатации приборов. В данномпроекте было проведено несколько конструкторских расчетов.
8.1 Расчет прочностиконструкции
Цель расчета: определитьсобственную частоту, прогиб и прочность при воздействии на плату с ЭРЭ ударнойнагрузки. Сравнить полученные результаты с допустимыми значениями и сделатьвывод о правильности конструкторского решения – о выборе материала и размеровплаты, о способе крепления платы на объекте установки, о выборе типов ЭРЭ,установленных на плате.
Большинство элементовконструкций РЭС могут быть представлены пластинами или балками. К пластинамможно отнести стенки кожухов или корпусов блоков, шасси, печатные платы т.е.такие элементы у которых размеры длины и ширины одного порядка, а размертолщины значительно меньше. К балкам можно отнести элементы каркаса стоек,блоков, рамки кассет и др. т.е. такие элементы конструкций у которых дваразмера поперечного сечения много меньше протяженности этого элемента
Исходные данные длярасчета элементов типа «плата».
/>/> - геометрические размеры платы;
Материал платы СФ2-35-1,5;
/>/> – масса платы;
/>/> – модуль упругости материала платы;
/>/> - плотность материала платы;
/> - перегрузка при ударе;
/>/> - длительность ударного импульса.
Расчет проводится пометодике. От реальной конструкции платы с ЭРЭ был произведен переход красчетной модели – в виде пластины прямоугольной формы с определенным способомзакрепления.
1) Определим амплитудуускорения при ударе
/>/> (8.1.1)
где />/> -ускорение свободного падения
/> - перегрузка при ударе
2) Находим величинускорости в начальный момент удара
/>/> (8.1.2)
/> - длительность ударного импульса, />.
3) Находим частотусвободных колебаний /> (первойгармоники)
/>,/> (8.1.3)
где /> - частотная постоянная;
/> - толщина платы, />;
/> - большая сторона платы, />;
/> - коэффициент, учитывающий материалплаты;
/> - коэффициент, учитывающий массуплаты и массу установленных на ней элементов.
Здесь />, (8.1.4)
где />/> – модуль упругостиматериала платы;
/>/> – модуль упругости стали;
/>/> - плотность стали;
/>/> - плотность материала платы.
/>, (8.1.5)
где /> - масса элементов и масса платы, />.
Определим частотнуюпостоянную
/>, (8.1.6)
где /> - коэффициент, зависящийот краевых условий закрепления пластины (см. табл.2)
Данная плата закрепленапо варианту 1 по таблице 8.1.1.
/> (8.1.7)
/> (8.1.8)
/> - цилиндрическая жесткость платы наизгиб, />
где /> />, (8.1.9)
где /> - коэффициент Пуассона. Длябольшинства материалов его величину можно принять равной 0,3.
/>
Таблица 8.1.1 — Вариантызакрепления плат№ Схема закрепления
Формула для расчета /> 1
/>
/> 2
/>
/> 3
/>
/> 4
/>
/> 5
/>
/> 6
/>
/>
/>/> (8.1.10)
4) Определим жесткостьплаты
/>/> (8.1.11)
5) Находим статическийпрогиб платы
/>/> (8.1.12)
6) Максимальный прогибплаты при ударе
/>/> (8.1.13)
7) Находим полнуюдинамическую деформацию платы
/>/> (8.1.14)
8) Эквивалентная силаудара
/>/> (8.1.15)
9) Определим расчетныйкоэффициент запаса
/> (8.1.16)
где /> - запас прочности;
/> - степень ответственности детали;
/> - однородность механических свойствматериала.
В расчете /> /> />
/>
10) Находим допустимоенапряжение в материале платы
/>/> (8.1.17)
где /> - предельное допустимоенапряжение в материале платы.
11) Определим изгибающиймомент, действующий на плату
/>/> (8.1.19)
12) Определим моментинерции сечения платы
/>/> (8.1.20)
13) Момент сопротивленияизгибу пластины
/>/> (8.1.21)
14) Находим напряжение,возникающее в материале платы
/>/> (8.1.22)
Сравнивая расчетноезначение /> в материале платы сдопустимым значением /> для данногоматериала (стеклотекстолита фольгированного) видим, что
/>
/>, следовательно, данная конструкцияспособна выдержать действующую ударную нагрузку.
8.2 Расчетэффективности экранирования
Целью расчетаэффективности экранирования является исследование процесса экранированияэлектромагнитных полей на сверхвысоких частотах и определение затуханияэкранирования.
Действие электромагнитныхэкранов можно представить как многократное отражение электромагнитных волн отповерхности экрана и затухание высокочастотной энергии в металлической толщеэкрана.
Затухание энергии вэкране (экранирование поглощения) Ап обусловлено тепловыми потерямина вихревые токи в металле экрана. Чем выше частота и толще экран, тем большепоглощение энергии в экране и больше величина экранного затухания за счетпоглощения (больше эффект экранирования).
Отражение энергии(экранирование отражения) связано с несоответствием волновых характеристикметалла, из которого изготовлен экран и диэлектрика (воздуха), окружающегоэкран. Чем больше различие между волновым сопротивлением диэлектрика и металла,тем сильнее эффект экранирования отражения.
Проектируемый генераторможет работать в диапазоне от 100 до 2500 МГц и относится к СВЧ устройствам.Прибор заключен в корпус выполненный литьем под давлением из алюминиевогосплава АЛ9 и крышки изготовленной по аналогичной технологии, соединенных междусобой винтами. Размеры корпуса с крышкой (100×50×25) мм. Корпусявляется несущей конструкцией, защитой прибора от влаги и пыли, а такжевыполняет функцию электромагнитного экрана и отводит излишки тепла.
В состав генераторавходит одна катушки индуктивности, причем она имеет собственный экран и поэтомуне может служить источником помех.
Разрабатываемый приборможно отнести к приемникам помех, т.е. к устройствам, изменяющим свои параметрыпод действием внешних электромагнитных полей. Следовательно, генератор долженбыть защищен от внешних источников помех. Источник помех может воздействоватьна устройство по электромагнитному полю и гальваническим путем – по корпусу, попечатным проводникам, по системе заземления, по общим шинам, по проводам икабелям. К источникам помех можно отнести системы радиовещания и телевидения,мобильной связи и др.
На диапазон СВЧраспространяется волновой режим экранирования, охватывая область дециметровых,сантиметровых и миллиметровых волн. В волновом режиме следует исходить из волнвысшего порядка двух типов: поперечно-магнитной TM (волна H),характеризующей экранирование магнитного поля, и поперечно-электрической TE(волна E), характеризующей экранирование электрического поля.
Особенностью волновогорежима является колебательный волновой характер изменения затухания экранированияэлектрической и магнитной волны с ростом частоты.
Для оценки эффективностиэкранирования, которое вносит металлический экран, следует пользоватьсяформулой (8.1.1).
/> (8.1.1)
где />экранное затуханиепоглощения, />;
/>экранное затухание отражения, />;
/>коэффициент вихревых токов;
/> круговая частота, />;
/>абсолютная магнитная проницаемостьсреды или материала экрана;
/>относительная магнитная проницаемостьматериала экрана;
/>магнитная постоянная свободногопространства;
/>электрическая проводимость материалаэкрана, />;
/>толщина экрана, равная глубинепроникновения поля в толщину экрана, />;
/>волновое сопротивление среды, />;
/>волновое сопротивление материалаэкрана, />.
Исходные данные:
/>
Материал корпуса –алюминиевый сплав АЛ9;
Размеры корпуса скрышкой: (100×50×25) мм.
1) Находим значениякоэффициента вихревых токов и глубины проникновения высокочастотного поля втолщину экрана (табл. 1.2 [ 6 ]):
/>/>мм-1;
/>
2) Находим значение волновогосопротивления алюминия
(табл. 1.3 [6]):
/>
3) Находим значенияволновых сопротивлений диэлектрика в электрическом /> имагнитном /> полях (табл. 1.8 [ 6 ]):
/>
/>
4) Определяем затуханиеэкранирования электрического поля в волновой зоне:
/>
5) Определяем затуханиеэкранирования магнитного поля в волновой зоне:
/>
Затухание в 1 непер соответствуетуменьшению мощности в 7,4 раза, а тока или напряжения в 2,718 раза. Расчетэффективности экранирования показал, что выбранный материал экрана, которымявляется корпус прибора, обладает хорошим экранирующим эффектом.
8.3 Расчетвлагозащиты
Уплотнительные прокладки используют дляобеспечения герметичности в разъемных конструкциях. В качествеуплотняющего элемента применяют упругие материалы. Наиболее часто вкачестве такого материала используют резину. Резина обладает большой упругостьюи достаточно надежно обеспечивает уплотнение соединяемыхчастей конструкции. Хорошие уплотняющие свойства резины наблюдаются только приотносительно малых деформациях, в пределах тридцати процентов. При большихдеформациях наблюдается быстрое старение резины. Резина трескается, теряетупругие свойства и происходит нарушение герметичности соединяемогостыка. Необходимо помнить, что резина практически несжимаемыйматериал, поэтому если в резине возникнут напряжения выше допустимых,то наблюдается быстрое старение резины и как следствие потеряупругих свойств. Это обстоятельство необходимо учитывать припроектировании уплотнительных канавок, в которые укладывается уплотнительныйрезиновый шнур. Пример конструкции уплотнительной канавкипредставлен на рис. 8.3.1. – показана крышка с выступом, который входит в уплотнительную канавку и препятствует боковомусмещению крышки относительно корпусаблока. При такой конструкции крепежные винты несут только осевую нагрузку и не испытывают нагрузкина срез.
Резины выпускаются в видепластин толщиной от 0,5 мм до 60 мм. В интервале толщин от 0,5 до 2,0 мм сшагом 0,5. В интервале от 2,0 до 20,0 мм с шагом 1 мм, от 20,0 до 60,0 мм сшагом 10 мм.
Но механически вырезать прокладку из листарезины можно только в условиях единичного или мелкосерийногопроизводства. В условиях серийного производства такая операция будетэкономически не выгодна. В этом случае уплотнительные прокладкиполучают путем вулканизации сырой резины в пресс-формах. Параметры и марки резин,из которых получают детали путемвулканизации приведены в табл. 8.3.1.
/>
Рис8.3.1 — Уплотнение с крышкойимеющей выступ, который входит в уплотнительную канавку
Таблица 8.3.1 — Параметры и марки резиновых смесейМарка резины Условия работы Рабочая среда
Диапазон температур, 0С
Предел прочности при растяжении, кгс/см2 Твердость по Шору 200а Тяжелые условия сжатия Вода, воздух -45…+80 200 50…65 16р8 -45…+80 200 50…65 К-4355 -45…+80 200 50…60 1626 Значите-льное сжатие Вода, воздух, бензин, масло -45…+80 100 45…60 2671 Вода, воздух -45…+80 50 50…65 4591 Вода, воздух, бензин, масло -35…+80 130 60…75
Исходные данные:
Блок имеет литой корпус с крышкой. Междукорпусом и крышкой необходимо проложить резиновуюуплотнительную прокладку. Определить необходимое количество крепежных болтов(винтов) и их размер.
В качестве уплотнительного материала прокладки использоватьвулканизированную резину 2671 (Табл. 8.3.1). Деталь АН305.324.001 упрощенноможно представить как прокладку прямоугольного сечения0,5x0,7 мм.
Последовательность расчета
Допустимое сжатие резины без остаточныхдеформаций не должно превышать 30% т.е. относительное сжатие
e= h1-h2/h1£30%,(8.3.1)
где h1 и h2 – высота прокладки до и после сжатия.
e= 0,7-0,5/0,7= 0,29 £0,3,
Из таблицы 8.3.1 находят твердость резины А пошкале Шора. По известной величине твердости из графика рис.8.3.2 находят модуль сдвига, G. Предположим,что для выбранной марки резины твердость по Шору А, равна 50. Приэтом модуль сдвига G=8,2 кг/см2.Соотношение между модулем упругости и модулем сдвига составляет Е=ЗG, для нашего случая Е=24,6кг/см2.
Далее определяют условныймодуль упругости с учетом трения резины с металлической поверхностью.
Еу=Е(1+Фa),
где: Е — модуль упругости;
a = 2m,
m =0,6...0,8 – коэффициент трения скольжения в стыкеметалл-резина;
Ф — коэффициент формы.
Для прямоугольного сечения шнура коэффициентформы Ф=a/2h,
где а – ширинашнура, а h – его высота.
/>
Рис 8.3.2 — Графикзависимости модуля сдвига от твердости резины
Ф=1/1,4=0,71;
Еу=24,6(1+1,2х0,71)= 45,6 кг/см2;
Напряжение в резине s=eЕу.
s = 0,29х45,6=13,22 кг/см2;
Находят силу сжатия Р=sS,где S – площадь соприкосновения резины с корпусом.
Р= 13,22х3,25 = 42,97 кг,
Из конструктивных соображений определяютнеобходимое количество крепежных винтов. Зная силу сжатия и числовинтов определяют усилие, приходящееся на один винт. Р=F/n, где п количествовинтов.
Определяют внутренний диаметр винта:
/>, мм
где sв предел прочности материала винта нарастяжение.
В нашем случае можнопринять sв = 42, для стали А12.
/>мм.
По полученному значению внутреннего диаметра резьбы, выбираем ближайшее большее из стандартного ряда винтов и выбираем соответствующийтип винта. При завинчивании болта за счет трения возникает скручивающий момент,с учетом которого дополнительнопроверяем наружный диаметр винта:
/>мм.
Исходя из полученногозначения видим, что наиболее близким из стандартного ряда является винт М2.
8.4 Расчет упаковочнойтары
1 При транспортировании на РЭС могут воздействовать удары, линейныеускорения, вибрационные нагрузки. Данные механические воздействия могутсерьезно воздействовать на полупроводниковые компоненты устройства. Упаковочнаятара должна гарантировать сохранность РЭС при её транспортировке любымитранспортными средствами. Контейнер для транспортировки изготовляют изнедорогих материалов. В качестве таких материалов используют металл, слоистоестекловолокно и дерево. Между жесткой оболочкой тары и поверхностью РЭСпрокладывают упругие амортизационные прокладки, которые гасят вибрационные иударные нагрузки при транспортировке.
Механические свойстваупаковочных материалов характеризуются соотношением между приложенной кповерхности материала нагрузкой и деформацией материала, вызываемой этойнагрузкой
/>,(8.4.1)
называемой статическойжесткостью.
Амортизирующие прокладкимогут быть упругие и неупругие. Первые полностью восстанавливают свою толщинупосле снятия приложенной нагрузки. В неупругих прокладках наблюдаетсяостаточная деформация, поэтому они называются прокладками разового пользования.Характеристики некоторых упругих упаковочных материалов представлены в таблице8.4.1.
Таблица 8.4.1 — Характеристики упругих упаковочных материалов Материал
Плотность
/>, г/см3
Предельное допустимое давление
/>, Н/см2
Коэффициент демпфирования
/> Пенопласт полиуретановый (поролон) 0,03…0,07 0,8…1,0 0,10 Резина губчатая 0.127 3 0,12
Исходные данные длярасчета:
/> – масса устройства, кг;
/> – площадь опорной поверхности блока,см2;
/> – наибольшая перегрузка допустимаяна РЭС.
1) Определениевосстанавливающей силы после удара, которая вызовет в прокладке механическоенапряжение:
/>, Н/см2, (8.4.2)
где /> – наибольшая перегрузка,допустимая на РЭС.
2) Нахождениепотенциальной энергии поднятого на высоту /> блокаРЭС, которая приводит к максимально допустимой деформации прокладки:
/>, Дж.(8.4.3)
Полагая, чтопотенциальная энергия полностью переходит в энергию деформации прокладки, можнозаписать
/>, Дж.(8.4.4)
где /> – объем прокладки, см3;/> – энергия, запасенная вединице объема прокладки при минимальной упругой деформации, Дж/см3.
3) Нахождение расчетнойтолщины прокладки:
/>, см.(8.4.5)
С учетом выражения(8.4.2) и обозначая, /> толщинапрокладки будет равна:
/>, см.(8.4.6)
Для приближенного расчетаудобно использовать выражение:
/>, см.(8.4.7)
На рисунке 8.4.2представлены зависимости /> дляпоролона и губчатой резины.
Расчет прокладки.
Исходные данные длярасчета:
/>, кг;
/>, см2;
/>.
1) Определим предельнодопустимое напряжение в прокладке, которое возникнет после удара:
/>,
/> Н/см2.
2) Найдем расчетнуютолщину прокладки:
/>,
/>
Рис. 8.4.1 — Зависимость /> для поролона и губчатойрезины: 1 – поролон, плотность /> г/см3;2 – губчатая резина, плотность /> г/см3
По рисунку 8.4.2определим /> для поролона с /> Н/см2, />, тогда:
/>,
Примем высоту падения заодин метр, тогда:
/> см.
Согласно проведенномурасчету для транспортирования генератор необходимо поместить в упаковочную тарус амортизирующей прокладкой из поролона толщиной не менее 0,6 см.
9.Техническое описание конструкции
Устройство генератор сФАПЧ для диапазона ОВЧ-УВЧ, разрабатываемое в данном дипломном проекте,относится к классу наземной носимой аппаратуры, которая предназначена дляработы на теле человека как в зданиях и сооружениях, так и на открытом воздухе.Масса данного устройства составляет менее 0,2 кг.
Диапазон рабочих частот,МГц ………… 100–2500;
Напряжение питания,В………………… 5 (7–15);
Диапазон перестройкичастоты…………15…25%
Масса, кг………………………………….менее 0,2;
Габаритные размеры,мм………………… 106х50х25.
Схема структурнаяэлектрическая АН468.757.001Э1.
Схема принципиальнаяэлектрическая АН468.757.001Э3.
Сборочный чертеж блока АН468.757.001.
Схема электрическаяпринципиальная с перечнем элементов генератора – АН468.757.001Э3 и АН468.757.001ПЭ.
Генератор состоит изодной малогабаритной (45х40 мм) печатной двусторонней платы АН741.100.001 с ЭРЭАН468.757.002, помещенную в блок размерами 100×50×25 мм. Платачерез демпфирующие прокладки АН305.323.002 привинчивается 4 винтами М2 котверстиям в приливах корпуса. На лицевую панель блока выведены установленныена плате трехпозиционный переключатель, управляющий режимами питания прибора иего включением, гнездо для подключения внешнего блока питания, высокочастотноегнездо, для снятия выходного сигнала. Эти коммутационные изделиягерметизируются уплотнителем АН305.321.001 и уплотнительными прокладкамиАН305.322.001 и АН302.323.001, соответственно. Блок состоит из литогоалюминиевого корпуса АН8.020.001, к которому при помощи 6 винтов М2 с потайнойголовкой, через уплотнитель АН305.324.001, прикручивается крышка АН301.250.001,состоящая из крышки-основания АН301.250.002, и крышки батарейного отсекаАН8.054.001. Крышка АН8.054.001 вдвигается в крышку-основание АН301.250.002,причем данное соединение герметизируется уплотнительной прокладкойАН305.322.002.
В корпус на резиновую прокладкутак же помещается аккумуляторная батарея GP 7,2 В высокой емкости. С батареей соединяется специальнаякоммутационная клемма АН7.752.001, полученная доработкой стандартного изделия BS-EC. Клемма крепится направляющей АН8.208.001, входящей вспециально предусмотренные пазы корпуса. Батарея подпружинивается пружинойАН8.387.001. Высокочастотное гнездо LEMO FFA соединяется с XW1, установленным на плате,посредством коаксиального кабеля RG178B/U 50Ом диаметром 2,6 мм и углового штекера AMP 829951.
Все ЭРЭ являютсяпокупными изделиями. Они выполнены в корпусах для поверхностного монтажа (кромеразъемов, стабилизатора напряжения и варикапа) и установлены на плату всоответствии РД107.46000.019-90.
Прибор требует настройки.После настройки прибор закрывают крышкой. Головки винтов ставятся на краску(стопорятся, для предотвращения самопроизвольного отвинчивания).
Устройство нерекомендуется разбирать самостоятельно. Ремонт разрешается производить только вспециализированных мастерских. Следует избегать попадания прямых солнечных лучейна блок. Не следует располагать изделие вблизи от источников тепловогоизлучения. При соблюдении всех вышеперечисленных требований устройствобезопасно в эксплуатации.
10. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙНАДЕЖНОСТИ
Критерием надежности называетсяпризнак, по которому оценивается надежность различных изделий.
К числу наиболее широкоприменяемых критериев надежности относятся:
— вероятность безотказнойработы в течение определенного времени />;
— средняя наработка допервого отказа />;
— наработка на отказ />;
— частота отказов />;
— интенсивность отказов />;
— параметр потока отказов/>;
— функция готовности />;
— коэффициент готовности />.
Наиболее полно надежностьизделий характеризуется частотой отказов />.Это объясняется тем, что частота отказов является плотностью распределения, апоэтому несет в себе всю информацию о случайном явлении – времени безотказнойработы.
Средняя наработка допервого отказа /> являетсядостаточно наглядной характеристикой надежности.
Интенсивность отказов /> – наиболее удобнаяхарактеристика надежности простейших элементов, так как она позволяет болеепросто вычислять количественные характеристики надежности сложной системы.
Наиболее целесообразнымкритерием надежности сложной системы является вероятность безотказной работы />. Это объясняетсяследующими особенностями вероятности безотказной работы:
— она входит в качествесомножителя в другие, более общие характеристики системы, например вэффективность и стоимость;
— характеризует изменениенадежности во времени;
— может быть полученасравнительно просто расчетным путем в процессе проектирования системы и оцененав процессе ее испытания.
Если отказ техническогоустройства наступает при отказе одного из элементов, то такое устройство имеетосновное соединение элементов. При расчете надежности таких устройствпредполагают, что отказ элемента является событием случайным и независимым.
Тогда вероятностьбезотказной работы изделия в течение времени /> равнапроизведению вероятностей безотказной работы ее элементов в течение того жевремени. Вероятность безотказной работы элементов в течение времени /> можно выразить черезинтенсивность отказов.
На практике наиболеечасто интенсивность отказов изделий является величиной постоянной. При этомвремя возникновения отказов обычно подчинено экспоненциальному законураспределения, т.е. для нормального периода работы аппаратуры справедливоусловие />.
В этом случае выражениядля количественных характеристик примут вид:
1) Вероятностьбезотказной работы системы в течение времени t:
/> (10.1)
где /> - суммарная интенсивностьотказов; (10.2)
/> - интенсивность отказа />го элемента (таблица 10.1);
/> - число элементов схемы;
2) Частота отказовсистемы:
/> (10.3)
3) Средняя наработкасистемы до первого отказа:
/> (10.4)
4) Если все элементыданного типа одинаково надежны, интенсивность отказов системы будет:
/> (10.5)
где /> - число элементов />го типа;
/> - число типов элементов.
Таблица 10.1 — Значенияинтенсивностей отказов элементов схемы разрабатываемого устройства
Наименование
элементов Тип элементов
Кол-во эл-в />,
/>
Интенс.
отказов />,
/>
Интенсивность отказов системы
/>/> 1 2 3 4 5
Микро-
схемы
78L05
MC74
MC120
1
1
1
0,04
0,64
0,64
0,04
0,64
0,64
Конден-
саторы
Murata 0805
Murata B
TZVY2R200
16
1
1
0,06
0,1
0,155
0,96
0,1
0,155
Резис-
торы
Koa 0805
Murata PVG3A
15
1
0,04
0,155
0,6
0,155
Транзис-
торы КТ3132-А 2 0,5 1 Варикап КВ132 1 0,2 0,2
Катушки
инд-ти Murata 0603 1 0,01 0,01 Кварцевй резонатор Geyer KX-9A 10МГц 1 0,35 0,35 Переключатель Switronic SK-23D06 1 0.7 0,7 Разъемы
Гнездо питания
Клеммник
ВЧ-гнездо
1
1
1
0,09
0.09
0,01
0,09
0,09
0,01 Провода соединительные 2 0,015 0,03 Пайка 134 0,004 0,536 Итого 181 6,306
/> шт.
5) Суммарнаяинтенсивность отказов находится по формуле:
/>/>
6) Рассчитаем среднеевремя наработки до первого отказа.
/>
7) Построим графиквероятности безотказной работы.
/>
8) Определим вероятностьбезотказной работы от времени наработки до первого отказа.
/>
/>/>
Рис. 10.1 — Зависимостьвероятности безотказной работы от времени
Расчет показал, что /> (час) существенно большезаданного в техническом задании /> (час).Таким образом, можно говорить о долговременной работе генератора без отказов,что снижает необходимость профилактических ремонтов. Большое значение /> говорит также о снижениистоимости обслуживания и ремонта блока, что очень важно для носимой РЭА.
11. ТЕХНОЛОГИЯИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ ИЗДЕЛИЯ
/>
Рис. 11.1 — Схемасборочного процесса устройства
На рисунке 11.1представлен общий сборочный процесс устройства.
Генератор АН468.757.001представляет собой устройство, выполненнное на одной плате с использованиемтехнологии поверхностного монтажа. ЭРЭ установлены с одной стороны платы в соответствиис РД107.460000.019-90. Данный стандарт разработан с учетом обеспечениявозможности максимальной механизации и автоматизации технологических процессовсборки изделия.
Плата с ЭРЭ установлена вметаллический корпус, выполняющий роль электромагнитного экрана. Приборпредназначен для изготовления в мелкосерийном производстве. Это позволяетвыбрать метод литья под давлением при изготовлении корпуса АН8.020.001. В качестве материала корпуса выбранлитейный алюминиевый сплав АЛ9. Детали, получаемые литьем под давлением, имеютусадку, что необходимо учитывать при их конструировании. Очень важно, чтобыусадка была одинаковой по объему всей детали. В противном случае происходиткоробление детали, что приводит к браку изделия. Избежать неравномерностейусадки можно, для этого необходимо соответствующим образом выбрать конфигурациюдетали: толщина стенок должна быть примерно одинаковой, не должно быть острыхуглов и резких переходов от одной плоскости к другой. Алюминиевые сплавы имеютминимальную усадку при литье под давлением.
Крышка АН301.250.001крепится к основанию с помощью 6 винтов М2. Для осуществления герметизации между основанием и крышкой, атакже в местах установки ВЧ – разъема, гнезда питания проложены уплотнительнаярезинка. В корпусе предусмотрены шесть приливов для установки винтов. Корпусявляется несущей конструкцией и экраном, а также защищает платы с элементами отвлаги и пыли.
12. РАСЧЁТ И ОЦЕНКАТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ
В соответствии с ГОСТ18831-73 «Технологичность конструкции. Термины и определения».
Технологичностьюконструкции аппаратуры называется совокупность свойств конструкции, проявляющихсяв возможности оптимальных затрат труда, материалов, времени при техническойподготовке производства, изготовления, эксплуатации и ремонте, по сравнению ссоответствующими показателями однотипных конструкций изделий того женазначения. Эта совокупность свойств должна быть обеспечена при установленныхзначениях показателей качества и принятых условиях изготовления, эксплуатации иремонта.
Условия изготовления илиремонта изделия определяются специализацией и организацией производства,применяемыми технологическими процессами и годовой программой выпуска.
Различается качественнаяи количественная оценка технологичности.
Качественная оценкаопределяет целесообразность количественной оценки. Качественная оценкапроводится обобщенно, на основании опыта специалистами – экспертами.
Количественная оценкатехнологичности выражается показателем, численное значение которогохарактеризует степень удовлетворения требованиям технологичности конструкции.
Целью такой оценкиявляется обеспечение эффективной отработки аппаратуры на технологичность приснижении затрат времени и средств на ее разработку, технологическую подготовкупроизводства, изготовление, эксплуатацию и ремонт.
Номенклатура основныхпоказателей приведена в ОСТ 4Г0.091.219-76. Она может дополняться с внедрениемновых конструктивных решений и прогрессивных технологических процессов.
Все показателитехнологичности конструкции делятся на: конструкторские и технологические.
Для того чтобы можно былооценить технологичность конструкции, все исходные данные должны представлятьсоответственно конструкторы и технологи.
Расчет всех показателейпроизводится технологом.
Количественный анализконструкции изделия на технологичность проводится в два этапа:
1. Количественный анализранее разработанных базовых конструкций (изделий – аналогов) с целью установкибазовых показателей и уровня технологичности для сопоставления и оценки уровнятехнологичности вновь разрабатываемых изделий;
2. Количественный анализновой конструкции по стадиям проектирования с установлением их уровнятехнологичности.
Для оценкитехнологичности конструкции аппаратуры используют:
/> - относительные частные показатели;
/> - комплексный показатель,рассчитываемый по средневзвешенному значению относительных частных показателейс учетом весовых коэффициентов />, т.е.влияющих по-разному на трудоемкость изготовления изделия.
Значения относительныхчастных показателей находятся в пределах />.Чем больше />, тем более высокатехнологичность.
Выражения для расчета /> может быть двух видов:
1. />, когда />, что соответствуетувеличению технологичности конструкции;
2. />, если />, технологичностьконструкции снижается.
Коэффициент /> зависит от порядковогономера основных показателей технологичности (эта последовательностьустанавливается экспертно) и рассчитывается по формуле
/>,
где /> - порядковый номерпоказателя в ранжированной последовательности.
Нормативный показательтехнологичности для разрабатываемой (или модернизируемой) конструкцииустанавливается путем корректировки показателей изделий-аналогов с учетом изменениятехнического уровня изделия и условий его производства.
В таблице 12.1 указанычастные показатели технологичности для электронных блоков; весовые коэффициенты/> для программы выпуска10000 шт./год, т.е. для мелкосерийного производства.
Таблица 12.1 — Частныепоказатели технологичности для электронных блоков
Порядок /> Показатель технологичности
/> 1 Коэффициент использования МС и МСБ в блоке 1,0 2 Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия 1,0 3 Коэффициент механизации и автоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу 0,75 /> Коэффициент механизации и автоматизации операций контроля и настройки электрических параметров 0,5 5 Коэффициент повторяемости ЭРЭ 0,31 6 Коэффициент применяемости ЭРЭ 0,187 7 Коэффициент прогрессивности формообразования деталей 0,11
1) Коэффициентиспользования МС и МСБ в блоке/>
где /> - общее число МС визделии;
/> - общее число ЭРЭ в изделии.
2) Коэффициентавтоматизации и механизации монтажа изделия
/>
где /> - число монтажных соединений,которые осуществляют механизированным или автоматизированным способом, т.е.имеются механизмы, оборудование, оснастка для выполнения монтажных соединений;
/> - общее число монтажных соединений.
3) Коэффициентмеханизации и автоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу
/>
где /> - число ЭРЭ, подготовкакоторых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированнымспособом и ЭРЭ, не требующие специальной подготовки к монтажу;
/> - общее число ЭРЭ в изделии.
4) Коэффициентмеханизаций и автоматизаций операций контроля и настройки электрическихпараметров
/>
где /> - число операций контроляи настройки, которые могут осуществляться механизированным и автоматизированнымспособом;
/> - общее число операций контроля инастройки.
5) Коэффициентповторяемости ЭРЭ
/>
где /> - общее число типоразмеровЭРЭ в изделии;
/> - общее число ЭРЭ в изделии.
6) Коэффициентприменяемости ЭРЭ
/>
где /> - число типоразмероворигинальных ЭРЭ в изделии;
/> - общее число типоразмеров ЭРЭ визделии.
К оригинальным относятсядетали, узлы, ЭРЭ, разработанные и изготовленные самим предприятием –разработчиком и в порядке кооперирования – другими предприятиями.
7) Коэффициентпрогрессивности формообразования деталей
/>
где /> - число деталей, заготовкикоторых или сами детали получают прогрессивными способами формообразования (штамповкой,прессованием, литьем под давлением, в кокиль, по выплавляемым моделям,изготовленные порошковой металлургией, пайкой, сваркой, склеиванием, изпрофилированного материала).
Комплексный коэффициенттехнологичности:
/>
где /> - по таблице 12.1 частныхпоказателей технологичности;
/> - по таблице 12.1 частныхпоказателей технологичности;
/> - ранжированное место в таблице;
/> - общее число относительных частныхпоказателей в таблице;
/> - комплексный нормативный показательтехнологичности [ 10 ].
Относительный показательтехнологичности:
/>
Расчет показал, чтотехнологичность разрабатываемой конструкции ниже нормативного показателя.
Это объясняется восновном недостаточным числом МС, которые используются в схеме принципиальнойэлектрической, использованием широкой номенклатуры ЭРЭ, а так же большогоколичества немеханизированных и неавтоматизированных операций изготовлениядеталей и настройки прибора.
13. МЕТОДИКА НАСТРОЙКИПРИБОРА
Настройкуприбора начинают с проверки режимов узлов по постоянному току. Напряжение навыходах элементов DD1.1, DD1.2 должно быть равно половиненапряжения питания (около 2,5 В). Подбором резистора R9 устанавливают на коллекторе транзистора VT1 напряжение 2,2...2,7 В (движокпеременного резистора R16 влевом по схеме положении). Затем надо проверить работоспособность ГУН иустановить диапазон перестройки по частоте. Для этого в точку соединениярезисторов R7, R10 подают постоянное напряжение 2,5 В и подбороминдуктивности катушки L1устанавливают планируемую частоту (в данном случае 1290 МГц), при этом диапазонперестройки должен составлять 15...25 % от частоты. Далее проверяютработоспособность делителя частоты. На его выходе (вывод 4) частота должна бытьв 129 раз меньше частоты ГУН. Внешнее напряжение с резистора R7 отключают и проверяют работоспособностьФАПЧ. Подбором емкости конденсатора С8 добиваются устойчивой работы системы иподавление в спектре сигнала составляющих с частотой образцового генератора.Конденсатор С11 может и не понадобиться.
Затемпри работающей ФАПЧ точно устанавливают выходную частоту подбором емкостиконденсаторов С2, С4 и, более точно, подстроечным конденсатором СЗ. Взаключение проверяют напряжение на конденсаторе С8, оно должно быть околополовины напряжения питания.
Потакой схеме можно собрать генераторы и на более высокие или низкие частоты,например, гетеродин с частотой 404 МГц — для трансвертера 28/432 МГц или 116МГц для трансвертера 28/144 МГц. Буферный усилитель на транзисторе VТ1 при этом можно исключить;индуктивность катушки L1 иемкость конденсатора С17 надо увеличить, а варикап применить с большейемкостью. Для этого можно изменить и коэффициент деления микросхемы DD2 (см. таблицу 13.1) или применитьмикросхему делителя частоты с другим коэффициентом деления, а также применить соответствующийкварцевый резонатор.
Таблица13.1 — Коэффициенты деления микросхемы DD1Логический уровень на вывод 3 Логический уровень на вывод 6 Коэффициент деления 1 1 64 1 65 1 128 129
Например,если в наличии не окажется кварцевого резонатора на частоту 10,0 МГц, то можноиспользовать резонатор на 10,125 МГц, установить в микросхеме DD2 коэффициент деления 128 и тогдаможно получить выходную частоту 1296 МГц.
14. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯХАРАКТЕРИСТИКА ИЗДЕЛИЯ
Технологическаяхарактеристика изделия является частью общей технико-экономическойхарактеристики, составляемой на каждое разрабатываемое изделие в соответствии сОСТ 4.000.021-80
Технологическаяхарактеристика отражает:
o составныечасти изделия (табл. 14.1);
o новыекомплектующие изделия — элементную базу (табл. 14.2);
o видыматериалов и покрытий, применяемых в изделии (табл. 14.3, П2.4);
o технологическоеоборудование, контрольно-измерительную аппаратуру и специальную оснастку (табл.14.1).
Таблица 14.1- Составные части изделияНаименование Количество составных частей, шт. Всего по изделию покупных собственного изготовления стандартных унифицированных заимствованных оригинальных
Устройства
Электрорадиоте-хнические (ячейки, узлы, электронные модули)
1/1
1/1
1/1
1/1 Несущие конструкции 3/3 3/3
Электрорадиоэле-менты
Электровакуумные
Полупроводниковые
Интегральные микросхемы
Конденсаторы
Резисторы
Моточные изделия (катушки индуктивности.)
Коммутационные (разъемы, реле, переключатели, гнезда)
Детали
Пластмассовые
а) из реактопластов
б) из термопластов
в) слоистые
Печатные платы
а) односторонние
б) двусторонние
45/45
2/3
3/3
3/18
2/16
1/1
4/4
1/1
1/1
45/45
2/3
3/3
3/18
2/16
1/1
4/4
1/1
1/1
Примечание:Количество составных частей изделия записывается дробью: в числителе –количество составных типоразмеров (наименований), в знаменателе – количествосоставных частей с учетом применяемости.
Таблица 14.2 — Новые комплектующиеизделияНаименование Обозначение Количество Поставщик MC120LVAD DD1 1 Motorolla MC74Н86D DD2 1 Motorolla SMD-компоненты VTX, RXХ,CXХ, L1, ZQ1 37 Murata, Koa Аккумуляторная батарея GB1 1
GP
Batteries
Таблица 14.3 — Материалы, применяемые в изделииМатериал Количество Масса Расход марка сортамент детали, кг материала Черные металлы Цветные металлы АЛ9 сплав 0,1 Драгоценные металлы Пластмассы СФ2-35-1,5 Лист Материалы электроизоляционные Кабельные изделия RG178B/U кабель Кабели радиочастотные Лаки и краски
ПФ-115
УР-231
ЭП-572 жидкость Клеи, герметики, компаунды ПУ-А2 жидкость Вспомогательные материалы
Таблица 14.4 — Покрытия, применяемые в изделииНаименование Обозначение (шифр) Максимальные габаритные размеры изделия, мм Металлические и неметаллические (органические)
Х
Н
100х50х25
23х10х0,3 Лакокрасочные
ПФ-115
ЭП-572
100х50х25
40х45 Полимеры Ан.окс 100х50х25
Таблица 14.5 — Специальная техническая оснастка и инструментНаименование
Количество
наименований (номеров
чертежей)
Обозначение (номер
чертежа) Обозначение составной части, где применяется Стоимость, руб. Специальная оснастка, в том числе: штампы пресс-формы 6 формы для литья 2 кокили приспособления кондукторы прочая ВСЕГО: 8 Специальный инструмент, в том числе: режущий 3 измерительный вспомогательный слесарный радиомонтажный ВСЕГО:
15. ОБЕСПЕЧЕНИЕБЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
15.1 Анализхарактеристик объекта проектирования и трудовой деятельности
Объект проектированияпредставляет собой автономный портативный генератор с ФАПЧ для диапазоновОВЧ–УВЧ, заключенный в алюминиевый экранирующий корпус. Прибор питается отаккумуляторной батареи напряжением 7,2 В, или от блока питания 7…15 В,работающего от сети переменного тока 220 В. Малые рабочие напряжения и токи, атак же металлический экран, обеспечивают безопасно низкий уровеньэлектромагнитных излучений для здоровья человека при эксплуатации прибора(согласно СанПиН 2.2.4/2.1.8.055–96).
Объект проектированияможет применяться как в помещениях, так и на открытом воздухе. Прибор можетбыть использован как радиомаячок, гетеродин или контрольный генератор, нетребующий постоянного контроля со стороны оператора, в том числе и в автономномрежиме. Исходя из этого, данное устройство может являться как составной частьюболее сложной системы, так и самостоятельным прибором. Разрабатываемоеустройство относится к профессиональной аппаратуре (ГОСТ 16962.1–89), гр. IV, к классу наземной носимойаппаратуры. Предполагается, что изделие может использовать радиолюбитель.
Основные техническиехарактеристики проектируемого устройства:
1. Диапазон рабочихчастот, МГц ………… 100–2500;
2. Напряжениепитания, В………………… 5 (7…15);
3. Масса,кг…………………………………. менее 0,2;
4. Габаритныеразмеры, мм………………… 106х50х25.
Устройство не разбиратьсамостоятельно. Ремонт и обслуживание оборудования осуществляется толькоспециальным техническим персоналом, прошедшим инструктаж по техникебезопасности. Не допускать попадания жидкости внутрь корпуса. Нежелательновоздействие прямых солнечных лучей. Не располагать изделие вблизи источниковтеплового излучения.
Исходя из изложенного,более целесообразно рассматривать мероприятия по обеспечению безопасностижизнедеятельности в условиях ремонта данного устройства.
15.2 Мероприятия поэргономическому обеспечению
Общие эргономическиетребования к объекту проектирования и рабочим местам обслуживающего персоналадолжны соответствовать ГОСТ Р 50948–2001.
На лицевой панелиустройства расположены слева направо: гнездо для подключения внешнего блокапитания, трехпозиционный движковый переключатель, управляющий включением ирежимом питания прибора, высокочастотный разъем для внешней коммутацииустройства. Причем среднее положение переключателя включает питание прибора отгальванического элемента, левое – слева расположено гнездо для внешнего блокапитания – соответственно, включает питание от внешнего сетевого блока питания.
Конструкция крышкикорпуса обеспечивает быстрый доступ к отсеку с гальванической батареей ивозможность ее оперативной замены. Для доступа к плате с ЭРЭ необходимо снятькрышку прибора, для чего необходимо отвинтить 6 винтов с потайной головкой.
Все элементы,расположенные на печатной плате, гнезда и переключатель имеют легко читаемуюмаркировку, что также способствует быстрому ориентированию при осуществленииремонта и настройки.
Рассмотрим оснащениерабочего места персонала, который осуществляет ремонт и настройку данногообъекта проектирования в стационарных условиях. Оно должно соответствоватьобщим требованиям ГОСТ Р 12.0.006–2002.
Окраска помещений и мебелидолжна способствовать созданию благоприятных условий для зрительноговосприятия, хорошего настроения.
Конструкция мебели:стола, рабочего кресла, шкафов и оснастка рабочего места имеет огромноезначение для создания комфортных и безопасных условий труда.
Основное значение имеетконструкция производственного кресла, т.к. от него зависит правильность позыработника, а, следовательно, и степень утомляемости. Рабочее кресло должноиметь требуемые размеры, соответствующие антропометрическим данным человека, ибыть подвижным, этим требованиям отвечают кресла с регулируемым наклоном спинкии высотой сиденья. Изменяя высоту сиденья от уровня пола и угол наклона спинки,работник может найти наиболее удобное и соответствующее трудовому процессу ииндивидуальным особенностям положение.
Поверхность рабочегостола должна быть на уровне локтя при рабочем положении человека. Отсутствиедостаточного пространства для коленей и ступней ног обуславливает неправильноеположение тела во время работы и вызывает утомление работника. Средняя высотарабочего стола принимается за 725 мм. Расстояние от ремонтируемого устройствадо глаз рабочего по высоте должно составлять примерно 450 мм.
Покрытие рабочего местаремонтника должно быть выполнено из изоляционных материалов, при нагревании невыделяющих вредных веществ.
Рабочее место следуетоборудовать таким образом, чтобы движения работника были наиболее рациональные,наименее утомительные. Предельная и комфортная зоны досягаемости рук длясидящего оператора приведена на рис. 16.1, размеры указаны в мм.
/>
Рис. 15.2.1 — Зоныдосягаемости рук в горизонтальной плоскости
Разрабатываемоеустройство должно находится в зоне Д, в зоне Г и В рекомендуется располагатьчасто используемое оборудование: паяльник или паяльно-ремонтную станцию, флюс,припой и т. д. В зонах А и Б рекомендуется размещать выключатели питания,контрольно-измерительную аппаратуру и т. д.
На рабочем месте недолжны находиться ненужные для рабочего процесса материалы, приспособления иоборудование. Захламленность рабочего места часто приводит к производственномутравматизму. Размещение инструментов в инструментальном шкафу, измерительныхприборов, инструментов и приспособлений, заготовок и деталей в строгом порядкена рабочем месте снижает утомляемость работника.
Типовое рабочее месторемонтника включает в зоне электростатической безопасности, следующиеантистатические объекты: паяльную станцию (например, ERSA Analog 60A),монтажный инструмент (с изолирующими ручками), контрольно–измерительнуюаппаратуру (например, мультиметр), контейнеры с компонентами, настольныйковрик, браслет с гарнитурой (например, 8РК–611), объединительный узелзаземления, напольное заземляющее покрытие, стол и стул (полностьюантистатический или с заземляющими чехлами на сиденье и спинке). Настольныйантистатический коврик обычно двухслойный: верхний его слой рассеивающий, анижний – проводящий. Коврик должен быть износостойким, негорючим, термостойким(чтобы выдерживать случайные прикосновения паяльником), не выделять газов,иметь спокойную однотонную расцветку.
На рисунке 16.2 показанпримерный вид оснащения рабочего места ремонтника (электрическое оборудование икресло не показано).
Антистатическое покрытиепола должно быть матовым c цветными вкраплениями, чтобы не выделялись местапотертостей после длительной эксплуатации. Покрытие пола должно бытьизносостойким, шумопоглощающим, негорючим, термостойким, не выделять газов. Онокрепится на напольную металлическую сетку или сборные металлические плиткипроводящим клеем. Антистатический стул (кресло) должен иметь негорючее,термоcтойкое покрытие с сопротивлением порядка 1Мом и временем стекания зарядане более 0,5 с; конструкция стула должна соответствовать стандартамэргономичности.
Спецодежда сантистатической маркировкой (халаты, футболки) для работы в зонеантистатической защиты имеет в составе ткани 96% хлопка и 4% проводящеговолокна, обеспечивающего сопротивление порядка 3 МОм и время стекания заряда неболее 0,3 с; число стирок без утраты антистатических свойств – не менее 50.
/>
Рис. 15.2.2 — Оснащениерабочего места ремонтника
Обувь изготавливается наоснове натуральной кожи с сопротивлением не более 3,5 МОм. При отсутствииспециальной обуви используются заземляющие ремешки для стекания заряда слодыжечной части ноги человека на покрытие пола. Разумеется, рабочую одежду иобувь следует содержать в чистоте в соответствии с СанПиН 2.2.2.540–96«Гигиенические требования к ручным инструментам и организации работ».
На ответственногосотрудника возлагаются функции ежедневного контроля над соблюдением правилантистатической безопасности. В распоряжении координатора должны быть приборыконтроля влажности, статического заряда, сопротивления. Периодически долженпроводиться также независимый антистатический аудит.
Необходимым условиембезопасной для зрения работы является наличие бестеневой лампы с увеличивающейлинзой, например 8РК–F120NB.
Правильный выбор и расчетосвещенности рабочего места и производственного помещения обеспечивают всоответствии с главой СНиП П–4–79,рекомендуется применять комбинированное освещение.
Системывентиляции, отопления и кондиционирования воздуха должны быть выполнены всоответствии с главой СНиП2.04.05–91.
Рабочее место ремонтника должно бытьоборудовано принудительной вентиляцией со скоростью вытяжки воздуха на месте пайки- не менее 0,6 м/сек (СанПин 952–72), причем рециркуляция воздуха внутрипомещения запрещена. Вентиляционные устройства необходимо очищать не менее разав месяц. При данных мероприятиях концентрация аэрозолей свинца на рабочем местене должна превышать 0,005–0,01 мг/м3.
Гигиенические требованияк микроклимату ремонтногопомещения должнысоответствовать СанПиН 2.2.4.548–96 и Р 2.2.755–99. Концентрация пыли нарабочих местах не должна превышать 6 мг/м3(п.892б СанПиН N 4617–88).Не реже одного раза в две недели должна выполняться общая влажная уборка всегорабочего помещения.
Уровни шума на рабочихместах должны соответствовать требованиям ведомственных строительных норм ВСН601 – 92 «Допустимые уровни шума на предприятиях связи».
15.3 Мероприятия поэлектробезопасности (ГОСТ 12.1.030-81)
Помещение, в которомнаходятся рабочие места ремонтников, по степени поражения электрическим токомотносится к категории помещений без повышенной опасности.
Для питания измерительных приборов и устройства на рабочемместе используется сеть переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц сглухозаземленной нейтралью. Электропитание рабочего места должно бытьподключено через рубильник, установленный в месте, удобном для быстрогоотключения питания рабочего места, должны быть предприняты меры дляобесточивания рабочего места в аварийных режимах.
В сети с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыканиина корпус необходимо обеспечить автоматическое отключение поврежденногоэлектрооборудования. Этого можно добиться только прокладкой специальногопровода достаточной проводимости – нулевого провода, к которому присоединяютсякорпуса электрооборудования
На рис. 16.3 приведенарекомендательная схема заземления производственного помещения с учетомтребований электробезопасности и антистатики.
/>
Рис. 15.3.1 — Схемазаземления производственного помещения
15.4 Мероприятия по пожарнойбезопасности
Пожарная безопасность обеспечиваетсясистемой предотвращения пожара, системой пожарной защиты, а так жеавтоматическими системами пожаротушения, противопожарными датчиками температурыи задымленности и системами аварийного отключения аппаратуры от сети. Во всехремонтных помещениях необходимо наличие таблиц «План эвакуации людей припожаре», регламентирующий действия персонала в случае возникновения возгоранияи указывающих места расположение пожарной техники. Отделка помещения, гденаходится данное устройство, должна соответствовать нормам пожарнойбезопасности ППБ 01–93, ГОСТ 12.1.004 – 91 ССБТ, ГОСТ 12.1.018–93 ССБТ.
В зданиях пожарные краныустанавливаются в коридорах, на площадках лестничных клеток и входов.
Пожар часто угрожает жизни и здоровьючеловека и может привести к выходу из строя дорогостоящей аппаратуры.
Основными причинами возникновенияпожаров являются:
· небрежное, неосторожное или неумелое обращение с открытым огнем;
· неисправности в устройствах систем отопления, вентиляции,кондиционирования и нарушение правил их эксплуатации;
· неисправности электрооборудования, электропроводки,производственного оборудования и нарушение правил их эксплуатации;
· самовозгорание и самовоспламенение горючих веществ;
· разряды статического и атмосферного электричества;
· неправильное хранение материалов, опасных в пожаром отношении;
· нарушение установленного технологического процесса производствабез учета пожарной опасности;
· курение в местах, не разрешенных пожарной охраной предприятия.
Поэтому все ремонтники должныдопускаться к работе только после прохождения противопожарного инструктажа.
Для тушения пожаров наначальных стадиях применяются огнетушители. В соответствии с ГОСТ Р 51057–97 впомещении, где находится рабочие места ремонтников целесообразно использоватьуглекислотный огнетушитель ОУ–5, который применяется для тушения пожаров вэлектротехнических установках и приборах, находящихся под напряжением и длятушения особо ценных материалов (например, ценных бумажных документов), когданельзя использовать воду или пену. Профилактический осмотр данных огнетушителейзаключается в периодическом (как минимум 1 раз в год) взвешивании.
В случае возникновенияпожара ответственным за пожарную безопасность лицам необходимо:
· продублироватьсообщение о возникновении пожара в пожарную охрану;
· в случае угрозыжизни людей немедленно организовать их спасение, используя для этого имеющиесясилы и средства;
· проверитьвключение в работу автоматических систем противопожарной защиты;
· при необходимостиотключить электроэнергию;
· прекратить всеработы в здании, кроме работ, связанных с мероприятиями по ликвидации пожара;
· одновременно стушением пожара организовать эвакуацию персонала, не участвующего впожаротушении и защиту материальных ценностей;
· обеспечитьсоблюдение требований безопасности работниками, принимающими участие в тушениипожара;
· организоватьвстречу подразделений пожарной охраны и оказать помощь в выборе кратчайшегопути для подъезда к очагу пожара;
15.5 Мероприятия пообеспечению экологической безопасности
При проектировании СВЧаппаратуры необходимо учитывать возможность загрязнения окружающей средыэлектромагнитным излучением. Для обеспечения экологической безопасности приразработке генератора диапазона ОВЧ–УВЧ необходимо учесть экранирование.
Уменьшение энергииизлучения достигается выполнением специальных мероприятий: к ним относитсяэкранирование СВЧ аппаратуры. Полное отражение электромагнитных волнобеспечивается применением экранов с высокой электропроводностью (из металлов).Проектируемое устройство имеет алюминиевый экран. В материале металлическогоэкрана возникают вихревые токи, создающие электромагнитное поле,противоположное экранируемому. В результате такого противодействияэлектромагнитное поле источника излучения локализуется. Наибольший эффектдостигается при общем экранировании всех элементов устройства.
При точном выполнениитребований нормативных документов и правил, грамотном и разумном оснащениирабочих мест ремонтников данного устройства все угрозы для жизни и здоровьялюдей будут сведены к минимуму.
Разрабатываемоеустройство можно назвать безопасным при эксплуатации и удобным дляобслуживающего персонала эргономически.
Условия труда дляремонтных работников комфортны и благоприятны для высокопроизводительноготруда. Наличие вентиляции сводит риски, связанные с пайкой припоем, содержащимсвинец, к минимуму. При этом приточная вентиляция обеспечивает концентрациюпаров свинца в несколько раз меньшую, чем его ПДК.
Специальные мероприятия обеспечиваютпожарную и электрическую безопасность помещений.
16.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
В данном дипломномпроекте разрабатывается конструкция генератора с ФАПЧ для диапазонов ОВЧ-УВЧ.
В ходе разработкидипломного проекта был выполнен анализ технического задания, в которомпредъявляются требования к эксплуатационным характеристикам устройства,конструкции, ремонтопригодности.
Анализ различныйконструкторских приемов и решений, использование современных технологий,позволили существенно снизить затраты на изготовление прибора с сохранениемвсех изначально заложенных потребительских качеств.
Генератор с ФАПЧ – этоустройство с фазовой автоматической подстройкой частоты электрических колебанийстабильного задающего генератора, который реализован на компактном стабильномкварцевом резонаторе Geyer Electronics счастотой 10 МГц.
Генератор заключен влитой герметичный алюминиевый корпус, и может являться как автономнымпортативным устройством (например, как радиомаяк), ввиду малых габаритов, весаи наличия встроенного аккумуляторного источника питания высокой емкости, так ичастью более сложной стационарной системы (например, как гетеродин-генератор).
Основной целью данногораздела является анализ экономической целесообразности и техническойвозможности разработки и реализации генератора с ФАПЧ.
При расчетах за единицупродукции принимается одно устройство в сборе. Применительно к условиямпроизводства в себестоимость включается три прямых статьи затрат: стоимостьматериалов; покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услугикооперированных предприятий; основная заработная плата производственныхрабочих. Остальные статьи калькуляции определяются косвенным путем.
1). Расчет стоимостипокупных изделий и полуфабрикатов
Расчет стоимости покупныхизделий и полуфабрикатов определяется прямым счетом. Форма для расчетастоимости покупных изделий и полуфабрикатов приведена в таблице 17.1.
Данные граф 1-3определяются на основании принципиальной схемы и спецификации разработки. Графа4 определяется, в основном, по договорным и свободным ценам, или по даннымпредприятия-изготовителя. Графа 5 – расчетная (произведение графы 3 на графу4).
Транспортно-заготовительныерасходы принимаются в размере 13-15% от общей стоимости покупных изделий иполуфабрикатов.
Договорные цены напокупные изделия определялись через представительства крупнейших поставщиковрадиокомпонентов в сети Интернет: Платан, Симметрон, Вест-Эл, Компэл.
Таблица 16.1 — Расчетстоимости покупных изделий и полуфабрикатовНаименование готовых изделий и полуфабрикатов Тип Количество Цена за единицу, руб. Сумма, руб.
1 2 3 4 5
Печатная плата СФ2-35-1,5
0,18 дм2 80 14,4
Микросхемы 78L05 1 17 17
Motorolla MC74HC86D 1 12,6 12,6
Motorolla MC12022LVAD 1 7,3 7,3
Транзисторы КТ 3132А 2 50 100
Резисторы Koa RK73 15 0,55 8,25
Murata PVG3A 1 9,8 9,8
Катушка индуктивности Murata LQP18M-1,5нГн 1 3,4 3,4
Конденсаторы Murata GRM 0.01мкФ 5 0,6 3,0
Murata GRM 0.1мкФ 2 1 2
Murata B 47мкФх6В 1 3,4 3,4
Murata GRM 4,7пФ 1 0,6 0,6
Murata GRM 5,1пФ 1 0,7 0,7
Murata GRM 20пФ 1 0,7 0,7
Murata GRM 30пФ 2 0,9 1,8
Murata GRM 300пФ 4 0,9 3,6
Murata TZVY2R200 4,5-20пФ 1 13,3 13,3
Соединители Переключатель Switronic SK-23D06 1 7,8 7,8
Гнездо питания 3,5мм 1 5,6 5,6
Клеммник 301-02-113 1 4,1 4,1
ВЧ-гнездо AMP BNC 966475 50Oм 1 93,60 93,6
Элемент питания GP Batteries 7.2V 1 403,3 403,3 Варикап КВ132 1 6,3 6,3 Кварцевый резонатор Geyer KX-9A 10МГц 1 25 25
Итого 747,55 руб.
Транспортно-заготовительные расходы 97,18 руб.
Всего 844,73 руб.
/> /> /> /> /> /> /> />
2). Расчет стоимостиосновных материалов
Определим затраты наосновные материалы
/>руб.,(16.1)
где /> – удельный вес наматериалы;
/> – удельный вес на покупные изделия иполуфабрикаты.
Коэффициенты />, />, /> выбираются согласнотаблице 3.6 [ ].
Так как разрабатываемоеустройство — генератор, т.е. возбудитель, то />=0,15;/>=0,3
3). Расчет заработнойплаты производственных рабочих
Определим заработнуюплату производственных рабочих
/>руб.,(16.2)
где />=0,55 – удельный вес на заработнуюплату.
4). Расчет полнойсебестоимости изделия
Расчет полнойсебестоимости приведен в таблице 17.2. За основу при расчете взята заработнаяплата производственных рабочих.
Таблица 16.2 — Полнаясебестоимость единицы изделияНаименование статей затрат Сумма затрат, руб Удельные веса статей затрат, % 1 2 3 Зарплата производственных рабочих 1548,67 17,54 Единый социальный налог (26% зарплаты производственных рабочих) 402,65 4,56 Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги кооперированных предприятий 844,73 9,57 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (35-40% зарплаты производственных рабочих) 542,03 6,14 Цеховые расходы (150% зарплаты производственных рабочих) 2323 26,31 Общезаводские расходы (200% зарплаты производственных рабочих) 3097,34 35,08 Производственная себестоимость единицы изделия 8758,42 99,2 Внепроизводственные расходы(0,8-1% производственной себестоимости единицы изделия) 70,07 0,8
Полная себестоимость единицы изделия (Сп) 8828,49 100%
5). Расчет оптовой цены
Определим базовую оптовуюцену изделия Цмин с учетом 15%-прибыли предприятия П как:
/>;(16.3)
Цмин = Сп(1+0,15)= 8828,49(1+0,15) = 10152,76 руб.;
Так как аналог устройстване определен — верхний предел цены не может быть учтен, очевидно, что она должнабыть на уровне, выгодном потребителю.
6). Расчет отпускной цены
Для расчета конечных ценпримем оптовую цену Цо за 10500 руб. Тогда отпускная цена изделия (сучетом НДС 18%) будет составлять:
Цотп = Цо+Цох18%= 10500+1890 = 12390 руб;
7). Расчет розничной цены
Розничная цена Црозндополнительно к отпускной цене Цотп включает в себя торговую наценку25%, тогда:
Црозн = Цотп+Цотпх25%= 12390+3097,5 = 15487,5 руб;
7). Технико-экономическиепоказатели
Основныетехнико-экономические показатели разработанного устройства представлены втаблице 16.3.
Таблица 16.3 — Технико-экономическиепоказателиНаименование показателей Разрабатываемое устройство Аналог устройства 1 2 3
Диапазон частот, МГц
Нестабильность частоты, %
Способ установки частоты
Точность установки частоты, %
Среднее время безотказной работы, час
Коэффициент использования объема
Коэффициент использования массы
Диапазон перестройки частоты, %
Напряжение питания, В
Число полупроводниковых микросхем
Габариты ВхШхД, мм
Масса, кг
Полная себестоимость, руб.
Отпускная цена, руб.
Розничная цена, руб.
100…2500 (номинально 1290)
10
Фазовая автоподстройка
10
1,6х105
0,09
0,163
15…25%
+7…15
3
25х50х106
8828,49
12390
15487,5
Нет
данных
Проведенный аналитическийобзор технической литературы за 1995-2005гг. по теме дипломного проектированияне позволил выявить явный аналог. Были найдены несколько устройств, которые поназначению похожи на разрабатываемое в дипломном проекте, но некоторые из нихмогут работать на частотах значительно более низких, а одно работает на тех жечастотах, но выполняет другие функции, реализовано на другом функциональномуровне (ПАВ) и находится в стадии разработки в настоящий момент, поэтому егоцена неизвестна. Исходя из этого, технико-экономический расчет возможно былопровести только для нового устройства.
Уменьшение себестоимостигенератора возможно с применением менее совершенной и более дешевой элементнойбазы, а так же существенное увеличение программы выпуска, кроме этогосуществует возможность изменить комплект поставки и вместо аккумуляторнойбатареи питания включить одноразовый гальванический элемент.
17. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙКАЧЕСТВА КОНСТРУКЦИИ
В настоящее времядействует 2 ГОСТа для оценки качества РЭА:
ГОСТ 15467-70 Качествопродукции. Термины. ГОСТ 16431-70. Качество продукции. Показатели качества иметоды оценки уровня качества продукции. Термины и определения.
Под качеством продукции(в том числе радиоэлектронной аппаратуры) согласно ГОСТ 15467-70 понимаетсясовокупность ее свойств, обуславливающих пригодность продукции удовлетворятьопределенные потребности в соответствии с ее назначением.
Для оценки уровнякачества в соответствии с ЕСКД (ГОСТ 2.116-71) должны составляться “Картытехнического уровня и качества продукции” (КУ). В КУ для РЭА указываютсяследующие показатели качества:
- показателиназначения;
- надежности;
- технологичности;
- эргономические;
- эстетические;
- стандартизации иунификации;
- патентно-правовые;
— экономические.
Ряд показателей качестванепосредственно является сисмтемой конструкции (технологичность), а остальныечастично определяются конструкцией наряду со системно-, схемотехническими итехнологическими решениями.
При анализе конструкцийРЭА используются параметры и коэффициенты по компоновочным показателям (частьпоказателей качества РЭА по назначению, практически не зависящих от схемногорешения РЭА):
Рассчитаем компоновочныепоказатели качества блока генератора:
/> кг – масса генератора;
/> см3 – объем генератора;
1) Плотность монтажа дляблока генератора:
/> /> (17.1)
где N – количество ЭРЭ, входящих впринципиальную электрическую схему РЭА.
/> />
2) Коэффициентиспользования массы />го элемента
/> (17.2)
/>масса />гоэлемента, кг;
/>масса конструкции, кг.
/>
3) Коэффициентиспользования объема />го элемента
/> (17.3)
/>объем />гоэлемента, />;
/>объем конструкции, />.
/>
4) Эквивалентная массаодного ЭРЭ
/> /> (17.4)
5) Эквивалентный объемодного ЭРЭ
/> /> (17.5)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В дипломном проектеразработана конструкция генератора с ФАПЧ для диапазонов ОВЧ-УВЧ в виденосимого малогабаритного автономного прибора, который может функционировать каксамостоятельно, так и в составе более сложной системы, например как задающийгенератор.
В проекте решены всепоставленные в ТЗ задачи: проведен патентный поиск; обзор техническойлитературы по теме проекта, который не позволил найти полный аналогразрабатываемого прибора; проведены необходимые расчеты подтвердившиеправильность конструкторских решений; проведены расчеты надежности итехнологичности конструкции. Габариты прибора 106×50×25 мм. Массаменее 0,2кг.
В герметизированномалюминиевом корпусе, выполняющем роль экрана, установлена малогабаритнаяпечатная плата (40х45 мм) и аккумуляторная батарея повышенной емкости.Конструкция обеспечивает возможность быстрой замены батареи, при этомустройство может быть подключено к сетевому блоку питания 7…15 В.
Малые габариты печатнойплаты были получены в результате использования современной элементной базы наоснове поверхностно-монтируемых (SMD)элементов.
Проведенные технико-экономическиерасчеты, показали целесообразность изготовления данного прибора в условияхмелкосерийного производства, при этом были предложены варианты дополнительногоснижения себестоимости.
Прибор удобен и безопасенпри эксплуатации и ремонте.
К недостаткам устройстваможно отнести отсутствие световой индикации, показывающей режимы питанияприбора, а так же необходимость его настройки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ
1. ВоздвиженскийЮ.М., Иванов В.К., Короткова Н.А., Костромина Е.Н. «Экология и безопасностьжизнедеятельности. Методические указания для разработки главы в дипломныхпроектах». СПб., СПбГУТ, 2005.
2. Гелль П.П.,Иванов-Есипович Н.К. «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры». Ленинградскоеотделение: «Энергия», 1972.
3. Гелль П.П.,Иванов-Есипович Н.К. «Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектроннойаппаратуры: Учебник для ВУЗов». Л: «Энергоатомиздат», 1984.
4. Гелль П.П.,Осокина Н.А., Сотенко С.М., Матюхина Т.В. «Методические указания кконструкторскому практикуму по курсу «Конструирование радиоэлектронныхсредств»». СПб., СПбГУТ, 1995.
5. Гелль П.П.,Матюхина Т.В., Осокина Н.А., Сотенко С.М. «Основные конструкторские расчеты.Учебное пособие к самостоятельной работе по специальности 654300, 551100».СПб., СПбГУТ, 2004.
6. Гроднев И.И.«Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот». М., «Связь», 1972.
7. Гончаров Н.Р.«Охрана труда на предприятиях связи». М., «Связь», 1971.
8. Журнал «Радио»№12, 2004. // Нечаев И. «Генератор с ФАПЧ для диапазонов ОВЧ-УВЧ», с. 33-34.
9. Журнал «ChipNews»№4 2000 г. // Голуб В. «Система ФАПЧ и ее применения».
10. Кустов О.В., Гелль П.П., ОсокинаН.А., Матюхина Т.В. «Методические указания к выпускной квалификационной работе.Проектирование и технология электронных средств». СПб., СПбГУТ, 2004.
11. Ненашев А.П. «Конструированиерадиоэлектронных средств: Учебник для радиотехнических специальностей ВУЗов».М: «Высшая школа», 1990.
12. Половко А.М. «Сборник задач по теориинадежности», М:,1972.
13. Уваров А.С. «P-CAD.Проектирование и конструирование электронных устройств». М.: «Горячая линия – Телеком»,2004.
14. Ханке Х.-И., Фабиан Х. «Технологияпроизводства радиоэлектронной аппаратуры». М.: «Энергия», 1980.
15. Цатурова Р.Г., Мазурова М.М.,Голубева А.В. «Методические указания по технико-экономическому обоснованиюдипломных проектов». СПб., СПбГУТ, 2003.