Проектирование малогабаритного частотомера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА
в г. ТАГАНРОГЕ
Кафедра ЭГА и МТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПО КУРСУ:Основы проектирования приборов и систем
НА ТЕМУ:Проектирование малогабаритного частотомера
ПРОВЕРИЛПивнев П.П
ВЫПОЛНИЛТопоркова Е.А. гр. В-125
Таганрог – 2009
Содержание
Введение
1.Техническое задание
1.1Назначение и область применения
1.2 Технические характеристики
1.3 Условия эксплуатации
1.4 Характеристики надежности
1.5 Порядок работы
2. Обзор литературных источников
2.1 Классификация частотомеров
2.2 Наименования и обозначения
2.3 Основные нормируемые характеристики
2.4 Нормативно-техническая документация
3. Анализ структурной схемы
4. Анализ схемы электрической принципиальной
5. Печатная плата
6. Расчет надежности
7. Расчет резонансной частоты печатной платы и частот собственных колебаний пластины
8. Расчет теплового режима
Заключение
Список литературы
Введение
Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10-10до ± 1,5×10-15, то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Но исследования в области измерения частоты продолжаются. Национальные метрологические институты США, Германии, Франции, имеющие в настоящее время эталоны на основе цезиевых фонтанов, ведут работы над оптическими эталонами частоты и эталонами частоты на основе “задержанных” ионов. Проведенные исследования и сличения уже показывают возможность достижения погрешностей ± 1×10-17… ± 1×10-19, что не исключает введения нового определения секунды взамен действующего с 1968 г. решения Международного Бюро Мер и Весов. Более того, ресурс передачи сигналов эталонных частот становится общедоступным. Например, с помощью системы GPS / ГЛОНАСС можно осуществлять прослеживаемость к государственным эталонам частоты с погрешностью ± 1×10-11… ± 1×10-13(без учета поправок) для широкого круга пользователей. Соответственно, повышаются точности вторичных эталонов и рабочих средств измерений частоты.
Далее мы рассмотрим недорогой, простой в повторении, малогабаритный частотомер, который может пригодиться любому радиоинженеру или радиолюбителю для измерения частоты.
1.Техническое задание
1.1 Назначение и область применения
Предлагаемый частотомер имеет малые габариты, поэтому его можно назвать карманным. Кроме частоты, он измеряет её отклонение относительно зафиксированного значения и подсчитывает число импульсов. Прибор прост в повторении и содержит минимальное число деталей.
Частотомер измеряет частоту входного сигнала в диапазоне 10Гц…50МГц со временем счета 0,1с и 1с, отклонение частоты в пределах ± 10МГц, а также осуществляет счет импульсов с отображением счета (до 99с)
1.2 Технические характеристики
Потребляемый ток 9 мА
Потребляемая мощность 54 мВт
Потребляемое напряжение 9 В
Диапазон частоты входного сигнала 10Гц…50 МГц
Отклонение частоты ± 10МГц
Время счета 0,1с и 1с
Отображение счета импульсов до 99с
1.3 Условия эксплуатации
Плата вместе с батареей размещена в пластмассовом корпусе размерами 30*50*70мм. Индикатор и выключатель питания закреплены на передней панели, где для них сделаны отверстия соответствующего размера. Для питания устройства можно использовать батареи «Крона», «Корунд», 6F22, потребляемый ток составляет около 9мА. Микроконтроллер можно запрограммировать с помощью программ Pony Prog. IC Prog.
Налаживание прибора сводиться к регулировке точности измерения частоты. Для этого от образцового генератора подают непрерывный сигнал с частотой около 1 МГц, амплитудой 0,5В и подстроечным конденсатором С5 добиваются совпадения показаний индикатора с частотой входного сигнала. Затем подборкой резистора R1 устанавливают максимальную чувствительность частотомера.
1.4 Характеристики надёжности
Наработка на отказ, не менее 5*10/> часов
Прибор должен обладать ремонтопригодностью в течении 3лет
Срок службы прибора 8 лет
1.5 Порядок работы
После включения питания микроконтроллер выполняет подпрограмму измерения частоты с временем счета 0,1 с. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 значение частоты фиксируется и микроконтроллер измеряет отклонение частоты от зафиксированного значения с последующим отображением этого отклонения на табло индикатора HG1. Повторное кратковременное нажатие на кнопку SB1 возвращает устройство в исходное состояние. Для перехода в режим измерения частоты и её отклонения с временем счета 1с следует нажать на кнопку SB1 и удерживать её не менее 2с. Еще одно длительное нажатие на кнопку SB1 переводит устройство в режим счета импульсов. В этом режиме по коротким нажатиям на кнопку последовательно происходят запуск, остановками обнуление счетчика и индикатора времени измерения.
Частота и её отклонения отображаются на табло частотомера в герцах. При интервале измерения 0,1 с показания выглядят следующим образом: «1Fxxxxxxxx» для частоты или «1F_xxxxxxx»(«1F-xxxxxxx») для отклонения частоты, где хххххххх- частота или её изменение, а знак показывает на её увеличение или уменьшение. Поскольку в индикаторе не предусмотрен знак «+», он отображается как «_». При интервале измерения 1с на первой позиции индикатора присутствует цифра 2. В режиме счета импульсов до старта на табло индикатора будут нули, в режиме счета – СС уууууу, где СС- время счета в секундах, уууууу- число импульсов. По окончании счета показания фиксируются.
2. Обзор литературных источников
Частотоме́р — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.
2.1 Классификация частотомеров
По методу измерения — приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).
По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).
По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.
По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.
В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а так же, отчасти, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры. --PAGE_BREAK--
В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.
Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.
ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки — делители частоты и переносчики частоты.
Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.
Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.
НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов
ПРИМЕРЫ: Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84
Резонансные частотомеры
Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.
НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов
ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55
Гетеродинные частотомеры
Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.
НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам
ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25
Конденсаторные частотомеры
Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.
НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры
ПРИМЕРЫ: Ф5043
Вибрационные (язычковые) частотомеры
Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.
НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
ПРИМЕРЫ: В80, В87
Аналоговые стрелочные частотомеры
Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие на других принципах.
НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1
2.2 Наименования и обозначения
Устаревшие наименования
Волномер — для резонансных и гетеродинных частотомеров
Герцметр — для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров
Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)
Вхх — вибрационные частотомеры
Дхх — приборы электродинамической системы
Эхх — приборы электромагнитной системы
Мхх — приборы магнитоэлектрической системы
Цхх — приборы выпрямительной системы
Фхх, Щхх — приборы электронной системы
Нхх — самопишущие приборы
Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094
Ч2-хх — резонансные частотомеры
Ч3-хх, РЧ3-хх — Электронно-счетные частотомеры
Ч4-хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры
2.3 Основные нормируемые характеристики частотомеров
Диапазон измеряемых частот
Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. — класс точности)
Чувствительность
Для ЭСЧ — нестабильность частоты кварцевого генератора
2.4Нормативно-техническая документация
ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения
ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам
ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия
ГОСТ 22335-77 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний
ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия
ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки
ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки
ОСТ11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры
МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки
3. Выбор и обоснование структурной схемы
/>
Частотомер состоит из:
стабилизатора;
источника питания;
усилителя;
микроконтроллера;
цифрового индикатора;
тактового генератора;
Рассмотрим принцип действия частотомера по структурной схеме.
Импульсный сигнал поступает на усилитель входного сигнала, с коллектора которого идет на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор со встроенным контроллером. Питание поступает на все составные части с источника питания — батареи «Крона» GB1 через стабилизатор.
4. Анализ схемы электрической принципиальной
/>
Рассмотрим принцип действия по электрической принципиальной схеме.
Основной элемент- микроконтроллер PIC12F629 (DD1), работающий по программе. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал. Используются два интервала – 0,1 с. и 1с. В первом случае для получения частоты число импульсов умножается на 10, во втором – значения числа импульсов и частоты совпадают. Микроконтроллер содержит два таймера- счетчика (TMR0 и TMR1), первый из которых используется для счета импульсов, а второй — для отсчета временных интервалов. Благодаря встроенному асинхронному восьмиразрядному предделителю максимальная измеряемая частота сверху ограничена только скоростью работы его триггеров и не зависит от тактовой частоты микроконтроллера.    продолжение
--PAGE_BREAK--
Усилитель входного сигнала собран на транзисторе VT1, с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход T0CKI (вывод5), микроконтроллера DD1. Для отображения информации применен цифровой индикатор HT1610 (HG1) со встроенный контроллером. При работе в режиме ведомого вход НК индикатора HG1 соединяют с общим проводом, а данные передаются последовательно 4-битными посылками по линиям D1 и CLK. Ограниченное число линий ввода- вывода микроконтроллера DD1 не позволяет выделить две из них для реализации штатного режима передачи данных, поэтому данные и синхроимпульсы приходиться передавать с выхода GP0 микроконтроллера DD1 через резистивные делители. На вход CLK индикатора HG1 импульсы поступают через делитель R7R9, а на вход DI — через интегрирующий делитель R6R8C8. Для передачи низкого логического уровня (логического 0) на выходе GP0 микроконтроллера DD1 формируется импульс напряжения длительностью 5 мкс. При этом конденсатор С8 зарядиться не успевает, и по спаду импульса на входе DI в индикатор HG1 запишется логический 0. Для передачи логической 1 длительность импульса намного больше постоянной времени цепи R6R8C8, и конденсатор С8 успевает зарядиться до высокого логического уровня, поэтому будет записана логическая 1. Пауза между импульсами также должна быть более постоянной времени цепи R6R8C8, чтобы конденсатор С8 успел разрядиться.
5. Печатная плата
При конструировании печатных плат используются четыре главных критерия выбора: габаритный критерий, критерий плотности рисунка и толщины проводящего слоя, критерий числа слоев, критерий материала основания.
С целью повысить безотказность печатных узлов при температурных воздействиях произведено ограничение габаритных размеров печатной платы. Преимущества малых печатных плат перед большими проявляются в ослаблении отрицательного влияния таких явлений, как коробление, ухудшенный теплообмен в центре платы, пониженная ремонтопригодность.
Печатные в зависимости от размера элементов печатного монтажа делятся на пять классов. Платы четвертого класса обеспечивают самую высокую плотность монтажа. Их следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях. Плотность монтажа по классу 3 следует применять только на платах с размерами до 240х240мм, плотность по классу 4 с размерами до 170х170мм.
По конструкции ПП подразделяют на однослойные и многослойные (МПП). Однослойные ПП всегда имеют один изоляционный слой, на котором находятся печатные проводники.
Многослойная ПП состоит из нескольких печатных слоев, изолированных склеивающими прокладками.
Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом проводниками зависит от минимального зазора между ними.
Если печатные проводники расположены на одной стороне изоляционного основания, то такую плату называют односторонней (ОПП), если на двух сторонах, то двусторонней (ДПП).
Большинство деталей частотомера монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. Размер печатной платы 36х46мм. Схемотехническое решение частотомера достаточно простое, поэтому можно применить одностороннюю ПП.
Листовой материал основания может быть в зависимости от поставленной перед конструктором задачи изоляционным полимерным, фольгированным полимерным или металлическим.
Для проводников и контактных площадок должны применяться материалы, обладающие малым сопротивлением и хорошим сцеплением с материалом подложки: электрическое сопротивление квадрата пленки проводящих слоев должно быть не более 0,03 Ом.
Наибольшее распространение в практике получила толщина 1,0мм и 2мм, которая допускает получение металлизированных отверстий в основании соответственно 0,32 и 0,48мм (минимальный допустимый диаметр).
Влага является вторым после температуры климатическим фактором, воздействующим на печатный узел и приводящим к отказам. Для защиты ПП от влаги рекомендуется покрыть ее лаком после сборки, что создаст барьер воздействию влаги и загрязнений, предохранит тонкие печатные проводники от разрушающих царапин, полезно повлияет на резонансные механические свойства ПП как упругой пластины, а также защитное покрытие повысит собственную емкость на 20-30%.
Для влагозащитного покрытия лучше использовать лак без растворителя, так как он должен наноситься дважды с промежуточной сушкой, чтобы перекрыть поры, что удваивает трудоемкость влагозащиты печатного узла, т.е. снижает технологичность.
Для нашей ПП используем лак УР-967, так как он обеспечивает высокую адгезию и эластичность (большое относительное удлинение) пленки после нанесения.
По ГОСТ 23741-79 выбираем первый класс (класс А) плотности рисунка печатной платы. Для данного класса плотности имеем:
ширина проводника не менее 0,50 мм;
расстояние между проводниками не менее 0,5-0,6 мм;
разрешающая способность 1,0 линий/мм.
6. Расчет надежности
Коэффициент нагрузки для транзисторов определяется по формуле:
/>,
где /> — фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,
/>— максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Коэффициент нагрузки для резисторов определяется по формуле:
/>,
где /> — фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе,
/>— номинальная мощность.
Коэффициент нагрузки для конденсаторов определяется по формуле:
/>,
где /> — фактическое напряжение, приложенное к конденсатор,
/>— номинальное напряжение конденсатора.
Таблица 1
Максимально допустимые и номинальные параметры элементов.


Условное обозначение параметра
Размерность
Величина
Максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 (КТ3102А)
/>
мВт
250
Номинальная мощность резисторов R1-R4, R6-R9 (МЛТ, С2-23)
/>
Вт
0,125
Номинальная мощность подстроечного резистора R5 (СП3-19)
/>
Вт
0,5
Номинальное напряжение конденсаторов С1-С4, С6-С8 (К10-17)
/>
В
25
Номинальное напряжение подстроечного конденсатора С5 (КТ4-25)
/>
В
10
Таблица 2
Фактические значения параметров элементов.


Условное обозначение параметра
Размерность
Величина
Фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 (КТ3102А)
/>
мВт
125
Фактическая мощность резисторов R1(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,0375
Фактическая мощность резисторов R2(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,0875
Фактическая мощность резисторов R3(МЛТ-0,125)     продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
Вт
0,05
Фактическая мощность резисторов R4(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,075
Фактическая мощность резисторов R5(СП3-19)
/>
Вт
0,35
Фактическая мощность резисторов R6,R7(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,1
Фактическая мощность резисторов R8(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,0825
Фактическая мощность резисторов R9(МЛТ-0,125)
/>
Вт
0,0625
Фактическое напряжение конденсатора C1(К10-17)
/>
В
7,5
Фактическое напряжение конденсатора С2(К10-17)
/>
В
10
Фактическое напряжение конденсатора C3(К10-17)
/>
В
12,5
Фактическое напряжение конденсатора С4(К10-17)
/>
В
2,5
Фактическое напряжение конденсатора С5(КТ4-25)
/>
В
7,5
Фактическое напряжение конденсатора С6(К10-17)
/>
В
12,5
Фактическое напряжение конденсатора С7(К10-17)
/>
В
15
Фактическое напряжение конденсатора С8(К10-17)
/>
В
10
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве конденсаторов:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве резисторов:
/>/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве транзисторов:
/>
/>
Зная коэффициенты нагрузки, найдём коэффициенты влияния (по справочнику) при температуре t=40 ˚C:
1) для конденсаторов
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
2) для резисторов:
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>    продолжение
--PAGE_BREAK--
При />/>
При />/>
При />/>
При />/>
3) для транзисторов:
При />/>
Выберем из справочника величину /> и рассчитаем интенсивность отказов />:
Для транзисторов:
VT1 /> 1/ч,
/>;
Для резисторов:
/>1/ч,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>;
Для конденсаторов С1, С2, С3
/>1/ч,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>;
Для конденсаторов С5
/>1/ч,
/>
Рассчитаем интенсивность отказов всего устройства, состоящего из 18 элементов по формуле:
/>,
где /> — интенсивность отказа i-того элемента.
/>
Средняя наработка на отказ равна:
/>ч.
Так как, средняя наработка на отказ получилась больше, чем была выбрана изначально, значит расчеты были сделаны верно.
7. Расчет резонансной частоты печатной платы
Печатная плата представляет собой прямоугольную пластину жестко закрепленную по углам в четырех точках.
Заданные (известные) величины:
-диэлектрическая проницаемость ε=6;
-модуль упругости материала Е=30 ГПа;
-плотность материала ПП ρ=1600 кг/м³;
-коэффициент Пуассона μ=0,4;
-ускорение свободного падения g=9,8 м/с².
-длина печатной платы а=46 мм;
-толщина печатной платы h=1,5 мм;
-ширина печатной платы b=36мм.
Определим жесткость пластины по формуле:
D=Eh³/12(1-μ²),
где D — жесткость пластины, Н/м;
E-модуль упругости материала пластины, Па;
h-толщина пластины, м;
μ -коэффициент Пуассона.
Резонансная частота пластины определяется выражением,
/>,
где а и b – соответственно длина и ширина ПП, м;
m – масса пластины с навесными элементами, кг;
g – ускорение свободного падения.
/>,
где /> — масса печатной платы,
/>— масса всех элементов, установленных на ПП.
/>г
/>г
/>г
/>/>
/>кГц
Собственная резонансная частота должна быть выше, чем частота вынуждающей силы.
Так как наше устройство портативное его можно транспортироваться к месту эксплуатации автомобилем, то значит для него частота вынуждающей силы />. Рассчитанная резонансная частота гораздо выше частоты вынуждающей силы. Значит, условие виброустойчивости печатной платы выполняется.
8. Расчет теплового режима
Так как потребляемая мощность, потребляемый ток данного прибора (частотомера) малы и он имеет малые габариты, то расчет теплого режима не требуется.
Заключение
В данном курсовом проекте было произведено проектирование и расчет малогабаритного частотомера. В результате проектирования получилось изделие, которое удовлетворяет требованиям технической эстетики; габариты и масса прибора минимальны.
Влагоустойчивость изделия обеспечена за счет применения влагоустойчивых электрорадиоэлементов и элементов конструкции.
При конструировании печатной платы в пункте 5 использовались четыре главных критерия выбора, а также учитывались вспомогательные критерии, которые служат для проверки и уточнения (электрические ограничения по паразитным параметрам, тепловые ограничения, ограничения по массе, по трудоемкости изготовления, по безотказности и др.).
В пункте 6 произведен расчет надежности и выяснена средняя наработка на отказ частотомера.
В пункте 7 выполнен расчет резонансной частоты печатной платы и частот собственных колебаний пластины.
Список используемой литературы
1. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры: Учебник для радиотехнич. спец. Техникумов. М.: Высш. Шк.,1989. -463 с.: ил.
2. Гелль П.П., Н.К.Иванов-Есипович Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов .-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр.отд-ние. 1984.-536с, ил.
3. Гуткин А.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств М: Высш. Шк., 1989.
Справочник по конструированию РЭА под ред. А.И. Горобец, А.И. Степаненко, В.М. Коронкевич
5. Журнал “Радио” №3 2008г.
6. Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983
7. Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова — М.: Сов. радио, 1979
8. Справочник по электрическим конденсаторам; Под ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. — М.: Радио и связь, 1983.