Большинство самодельных цифровых частотомеров имеют низкое входное сопротивление, большую входную ёмкость и низкую чувствительность.
Указанные выше факторы могут негативно сказаться на точности измерений частоты. Чтобы избежать этого, можно изготовить активный широкополосной входной щуп для цифрового частотомера
.
Принципиальная схема
такого щупа показана на рис.1. Устройство представляет собой высокочувствительный входной щуп с формирователем прямоугольных импульсов, имеет высокое входное сопротивление и малую входную ёмкость. Диапазон входных частот, при которых устройство сохраняет работоспособность, лежит от 2 Гц до 38 МГц. Это значительно превышает диапазон рабочих частот других аналогичных устройств, в которых верхняя граничная частота формирователя прямоугольных импульсов обычно не превышает 1...10 МГц.
Высокая чувствительность и большое входное сопротивление позволяют измерять частоту маломощного генератора, просто расположив наконечник щупа рядом с кварцевым резонатором или контуром. Также для измерения рабочей частоты кварцевого резонатора обычно достаточно прикоснуться щупом к его металлическому корпусу. Для измерения частоты работающего передатчика домашней, автомобильной радиостанции достаточно соединить накоротко «крокодил» общего провода с наконечником выносного блока и поднести образовавшуюся петлю к «П» контуру или антенне на расстояние 1... 10 см. Такой бесконтактный способ измерения удобен тем, что практически не влияет на параметры измеряемой цепи.
Работа устройства
Входной периодический сигнал произвольной формы через защитную цепь из элементов С1, R1, С2, R2, СЗ, R3 поступает на затвор п-канального высокочастотного полевого транзистора с изолированным затвором VT1. Входное сопротивление щупа в режиме работы с сигналом амплитудой до 1,5 В около 1 МОм. Входная ёмкость около 4 пФ. Диоды VD1-VD6 ограничивают амплитуду входного сигнала и защищают VT1 от перегрузки по входу. Усилительный каскад на VT1 получает питание через RC-фильтр R7, С4, С5. Далее сигнал со стока VT1 через разделительный конденсатор С7 поступает на двухкаскадный усилитель на полевых транзисторах VT2 и VT3, включенных по схеме с общим истоком.
Каскад на транзисторах VT4 и VT5 придает усиленному до ТТЛ уровней сигналу форму, близкую к прямоугольной, и сигнал через резистор R16 подаётся на один из входов DD1.1. Триггер Шмитта на логических элементах D1.1 и D 1.2 и выходной буфер на D1.3 и D1.4 увеличивает крутизну фронтов, формирует прямоугольный сигнал, уже пригодный для подачи на вход счетчиков/делителей ТТЛШ- или КМОП-микросхем.
При подаче на вход устройства низкочастотного синусоидального сигнала амплитудой 10... 20 мВ на стоке VT3, благодаря общему высокому коэффициенту усиления, форма сигнала уже приближается к прямоугольной, благодаря чему формирователь может безошибочно работать в области низких частот. Светодиод HL1 информирует о наличии напряжения питания +5 В. Конденсаторы С9-С11 блокировочные по цепям питания.
Конструкция и детали
Все детали устройства, кроме светодиода, можно смонтировать на печатной плате размерами 122x22 мм (рис.2). Входной щуп собран в корпусе размерами 175x20x20 мм от генератора сетчатого поля для телевизоров УЛПЦТИ (см. фото).
В конструкции можно применить резисторы типа С1-4, С1-14, МЛТ или аналогичные импортные. Резисторы устанавливают вертикально. Подстроечный резистор РП1-63М или аналогичный. Конденсаторы применены керамические К10-17, К10-50 или импортные. Конденсатор С1 малогабаритный плёночный на рабочее напряжение постоянного тока 250 В. С таким конденсатором на вход щупа можно подавать низкочастотный сигнал (менее 100 кГц) амплитудой до 160 В. Оксидные электролитические конденсаторы импортные малогабаритные низкопрофильные, предпочтительнее танталовые на рабочее напряжение от 6 В.
Диоды 1N4148 можно заменить КД503, КД510, КД521, КД522. Светодиод АЛ307КМ можно заменить любым другим. Вместо транзистора КП305Д подойдёт любой из серий 2П305, КП305.
На время монтажа этого транзистора все его выводы обматывают проволочной перемычкой, этот транзистор должен продаваться с соединёнными вместе выводами с помощью тонкой трубки. Транзистор КП307Е можно заменить любым из серии КП307, 2П307, предпочтительнее 2П307А. Транзисторы КТ645Д можно заменить КТ645, КТ6111, ВС550. Цоколёвка некоторых транзисторов показана на рис.2, вид со стороны выводов. ИМС К1533ЛАЗ можно заменить К531ЛАЗ или высокоскоростной К1554ЛАЗ.
Дроссель L1 малогабаритный промышленного изготовления индуктивностью 22... 100 мкГн с сопротивлением обмотки не более 0.2 Ом.
Для питания активного щупа подойдёт источник напряжения +4,9...5,3 В с током нагрузки 0,2 А. При наличии в частотомере напряжения +5 В, можно его использовать, если этот источник питания имеет запас по мощности.
После настройки устройства печатную плату оборачивают несколькими слоями липкой ленты, поверх которой наматывают экранирующий слой липкой алюминиевой фольги. Экран из алюминиевой фольги соединяют с общим проводом устройства. После этого плату можно вставить в корпус. Такой активный щуп в течение длительного времени эксплуатируется совместно с частотомером-конструктором модели F51.12, собранном на микроконтроллере 80С31 (1830ВЕ31).
Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Источник.
На рисунке показана схема простого и очень удобного в использовании терморегулятора, в качестве датчика используется DS18B20, а управление регулятором осуществляется при помощи энкодера ky-040. Интегральный датчик температуры DS18B20 имеет диапазон измерения температуры от -55 до + 125 °C, показания температуры выводятся на первую строку индикатора 1602 HD44780, во второй строке индикатора выводится показания регулятора …
Приемник на полевых транзисторах принимает радиосигнал в диапазоне СВ и ДВ. Чувствительность приемника 1…3мВ\м СВ и 2…5 мВ\м ДВ. Pвых=250мВт, Iпотр=10мА(65мА макс). Радиоприемник может работать при падении напряжения до 4 В. Приемник состоит из 3-х каскадного ВЧ (Т1-Т3), детектора(Д1 Д2) и УНЧ (Т4 Т7). Повышенная чуствительность и выходная мощность достигнута …
Дважды автору пришлось столкнуться с простейшей, но очень неприятной неисправностью бытовых СВЧ печей: пробоем защитной слюдяной пластины, прикрывающей выход волновода магнетрона в жарочную камеру печи. Вероятно, в слюдяной пластине имелись вкрапления металла, которые испарялись при работе магнетрона печи, что приводило к пробою слюды. Место пробоя обугливалось, и эксплуатация печи становилась …
Основные технические хар-ки: Номинальная выходная мощность при сопротивлении нагрузки: 8Ом — 48Вт 4Ом — 60Вт Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ не более 0,5дБ и выходной мощности 2 Вт — 10…200000 Гц Коэффициент нелинейных искажений при номинальной мощности в диапазоне 20…20000 Гц — 0,05% Номинальное входное напряжение — 0,8В Выходное …
Частотомеры представляют собой необходимые приборы для каждого радиолюбителями. Они позволяют измерять период следования и длительность импульса, а также другие важные показатели. Для усиления чувствительности частотомера требуется специальный щуп, который можно купить на Алиэкспресс .
Как мы уже сказали, частотомер важен для каждого радиолюбителями. Сегодня огромной популярностью пользуются устройства, собранные на микроконтроллерах. Они отличаются относительной простотой изготовления.
В зависимости от того, какой конкретно используется микроконтроллер, максимальная частота измерения может составлять от сотен килогерц до десятков мегагерц. Для стабильной работы входу микроконтроллера нужно подавать сигнал с логическими уровнями, поэтому у частотомера есть усилитель входного сигнала на ОУ или транзисторах, либо компаратор.
Для усиления чувствительности частотомера часто усилители и компараторы изготавливаются в виде специального выносного щупа. Приобрести это устройство можно и на Алиэкспресс .
Многие самодельные цифровые частотомеры обладают низким входным сопротивлением, большой входной ёмкостью и плохой чувствительностью. Все эти факторы плохо влияют на точность измерения частоты. Чтобы таких проблем не возникало, необходим широкополосный входной щуп с Алиэкспресс .
Он представляет собой входной щуп с высокой чувствительностью и формирователем прямоугольных импульсов. Он отличается высоким входным сопротивлением и небольшой входной ёмкостью. Устройство сохраняет рабочее состояние от 2 Гц до 38 МГц. Это позволяет использовать его во многих ситуациях, где другие устройства не справляются.
Бесплатная доставка тоже даёт возможность неплохо экономить на покупках. Чтобы посмотреть товары, к примеру, тот же щуп для частотомера, с бесплатной доставкой, вам нужно под строкой поиска выбрать соответствующий фильтр:
Бесплатная доставка с Алиэкспресс
На Алиэкспресс представлено очень много магазинное, где можно приобрести щуп для частотомера. Наиболее надежными из них являются.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Филиал «Минский радиотехнический колледж»
Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине
«Основы конструирования радиоэлектронных устройств»
Выносной щуп частотомера
Преподаватель И.Н. Чагаева
Учащийся А.Ю. Шиманович
Введение
1. Анализ технического задания
1.1 Назначение изделия и технические возможности
1.2 Требования по устойчивости к внешним воздействующим факторам
1.3 Требования к надёжности
2. Анализ схемы электрической принципиальной
3. Выбор элементной базы
4. Выбор материалов и покрытий
5. Выбор способа монтажа
6. Разработка конструкции печатной платы
7. Технологический раздел
8. Расчёт надёжности
Заключение
Литература
Частотомер - измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.
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.
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.
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.
В данной курсовой работе рассматривается выносной щуп - делитель частоты на 10 для частотомера FC250.
Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА. Выносной щуп собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц.
Выходы компаратора DA1 подключены к входам делителя DD1 без разделительных конденсаторов через согласующие резисторы R8-R10, которые нужны для того, чтобы исключить подачу на входы делителя противофазного напряжения более 2 В в статическом режиме.
Частотомер FC250 с выносным щупом для деления частоты используется в комнатных условиях, поэтому проектируемое устройство является стационарной радиоэлектронной аппаратурой и относится к группе I (используется в жилых помещениях). В соответствии с ГОСТ 11478-88 проектируемое устройство должно отвечать следующим параметрам:
· Пониженная температура (рабочая + 5 , предельная - 40);
· Повышенная температура (рабочая + 40 , предельная + 55);
· Относительная влажность при температуре (25 %);
· Пониженное давление (Па).
При этом нормальными климатическими условиями являются:
· Температура (+ 25);
· Относительная влажность (10 %);
· Атмосферное давление (70 кПа).
Испытание на надёжность данной проектируемой аппаратуры в соответствии с ГОСТ 21317-87 проводится следующим образом.
При проверке работоспособного состояния радиоаппаратуры проводят проверку срабатывания всех органов управление и параметров, перечень и методы измерения которых устанавливаются в ТУ на аппаратуру конкретного типа.
Начинают производить электропрогон радиоаппаратуры. Его проводят при напряжении питания. Рекомендуемая расчётная длительность электропрогона, используемая для составления плана испытаний, составляет 750 часов. В течение каждого цикла электропрогона следует проводить проверку каждого аппарата при различных уровнях громкости.
Средняя наработка на отказ данной проектируемой аппаратуры произведённая по расчётам в соответствии с ГОСТ 21317-87. Последовательность ориентировочного расчёта приведена в пункте 8 данного курсового проекта.
Выносной щуп (ВЩ) собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц. Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА. Способ подачи напряжения смещения на входы компаратора DA1 с помощью резисторов R3-R7 позволяет подстрочным резистором R3 изменять напряжение гистерезиса и регулировать чувствительность выносного щупа.
Делитель частоты - это электронное устройство, уменьшающее в целое число раз частоту подводимых к нему периодических колебаний. Их используют в синтезаторах частоты, кварцевых и атомных часах, в телевизионных устройствах синхронизации генераторов развёрток и др.
Эксплуатация данного частотомер FC250 с выносным щупом, передающим сигнал на той же частоте, выявила нестабильность его показаний и перегрев микросхемы DD2 на плате частотомера FC250 на частотах более 150 МГц. Поэтому щуп в данной микросхеме пересобран для улучшения работы частотомера. Напряжение питания +5 В подаётся на выносной щуп от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - не более 35 мА.
Выносной щуп собран на двух микросхемах: DA1 (ADCMMP604KSZ-R2) - КМОП-компаратор, имеющем время задержки 1,6 нс, входное дифференциальное сопротивление до 70 кОм, и делителе частоты на 10 - DD1 (КС193ИЕ3), имеющий рабочий диапазон частот от 100 кГц до 270 МГц. Микросхема КС193ИЕ3 не является в полной мере микросхемой стандарта ЭСЛ, напряжение смещения на её входах соответствует стандарту PECL, что даёт возможность соединять их напрямую с выходами компаратора ADCMP604 стандарта LVDS.
При этом противофазный сигнал прямоугольной формы с ADCMP604 подаётся сразу на оба дифференциальных входа делителя, что позволяет работать ВЩ практически во всём диапазоне рабочих частот КС193ИЕ3.
Способ подачи напряжения смещения на входы компаратора DA1 с помощью резисторов R3-R7 позволяет подстрочным резистором R3 изменять напряжение гистерезиса и регулировать чувствительность выносного щупа.
В статическом режиме разность напряжений на входах микросхемы КС193ИЕ3 0,5 В предотвращает её самовозбуждение, а подача противофазного сигнала уровня LVDS (0,35 В) позволила с новым ВЩ получить диапазон измеряемых FC250 частот от 400 кГц до 270 МГц при малой входной ёмкости, большом входном сопротивлении и дискретности измерения в 100 Гц. Выходы компаратора DA1 подключены к входам делителя DD1 без разделительных конденсаторов через согласующие резисторы R8-R10, которые нужны для того, чтобы исключить подачу на входы делителя противофазного напряжения более 2 В в статическом режиме. Напряжение питания +5 В подаётся на ВЩ от стабилизатора напряжения частотомера FC250, потребляемый ток - приблизительно 35 мА. Вывод 6 делителя КС193ИЕ3, выход ТТЛ с открытым коллектором, не задействован и оставлен неподключенным. С его выводов 2 и 4 противофазные сигнал стандарта ЭСЛ по шлейфу длиной 0,3 - 1 м подаётся на входы ПУ, которые размещён на плате FC250 и формирует сигналы уровня ТТЛ, необходимые для работы частотомера. Резистор R12 установлен на конце шлейфа, в месте его соединения с ПУ.
При работе оба контакта ВЩ подключают к измеряемому объекту. Применение ВЩ позволяет измерять частоту сигналов уровней ТТЛ и ЭСЛ, частоту гетеродинов различных типов радиоприёмников. В случае недостаточного уровня измеряемого сигнала происходит занижение или срыв показаний частотомера.
Для проектируемого устройства выбираем следующие элементы:
1. Конденсаторы C1, С2 - К50-35 10 мФ;
Конденсаторы C3, C4 - К10-17 0,15 мкФ;
Конденсатор C5 - К50-35 4,7 мкФ 16 В;
Конденсаторы C6, С7, С8 - К73-17 1 мкФ.
2. Микросхема DA1 - ADCMP604KSZ-R2:
· Минимальный потребляемый ток 17 мА.
Микросхема DA2 - ADCMP600RJZ-R2:
· Напряжение питания (от 2,5 В до 5,5 В);
· Минимальный потребляемый ток 3 мА;
Микросхема DD1 - КС193ИЕ3 (представляет собой маломощный делитель частоты);
3. Резисторы R1, R2, R12 - С2-33-0,125 1 кОм ±10%;
Резистор R3 - СП5-2ВБ 1 кОм ±10%;
Резисторы R4, R5 - С2-33-0,125 560 кОм ±10%;
Резисторы R6, R7 - С2-33-0,125 5,1 кОм ±10%;
Резистор R8 - МЛТ-0,125 1500 мОм ±10%;
Резисторы R9, R10 - С2-33-0,125 560 мОм ±10%;
Резистор R11 - МЛТ-0,125 6500 мОм ±10%;
Резистор R12 - МЛТ-0,125 47 кОм ±10%;
Резистор R13 - МЛТ-0,125 100 кОм ±10%.
· Диоды VD1, VD2 - 1N4148: Максимальное постоянное обратное напряжение 100 В; максимальное прямое напряжение 1 В; время восстановления 4 нс; максимальный постоянный прямой ток 0,15 А; рабочая температура -65…+150 .
Исходя из условий эксплуатации и влияющих на данную аппаратуры внешних факторов выбираем предположительно материал основания FR-4 (Стеклотекстолит фольгированный). Представляет из себя слоистый материал, изготовленный на основе стеклоткани и эпоксидного связующего.
Данный материал чаще применяется для изготовления ОПП и ДПП. Обладает отличной термостойкостью (от -50 до +120), имеет высокое удельное сопротивление и обладает незначительной влагостойкостью.
Технология производства фольгированных диэлектриков обеспечивает возможность производства ПП до 5-ой группы жестоки. Особенности технологий производства FR-4 обеспечивают ПП высокими способностями к термической и химической устойчивости и повышенным требованиям диэлектрической проницаемости. Так же данный материал имеет высокую прочность.
частотомер радиоаппаратура щуп монтаж
Способ монтажа одна из важнейших задач решаемая на этапе предварительной компоновки изделия. Его тип определяется используемой элементной базой, рабочим диапазоном частот, условие эксплуатации и вариантом конструкции модуля.
Выносной щуп обладает высоким диапозоном частот, используется в комнатных помещениях и имеет среднее количество элементов, поэтому будет использоваться плоский (печатный) способ монтажа.
Данный способ монтажа чаще используется при конструировании печатных плат. В процессе конструирования печатных плат определяются конфигурация и габаритные размеры печатных плат, рациональное взаимное расположение элементов на печатных платах, осуществляется трассировка соединений. Определение конфигурации и габаритных размеров печатных плат необходимо осуществлять с учетом габаритных размеров разрабатываемого изделия, сложности электрической схемы, применяемых элементов, эксплуатационных требований, предъявляемых к изделию.
Конструирование печатной платы для данного выносного щупа будет осуществляться автоматизированным методом. Данный метод предполагает размещение навесных компонентов и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ. Для этих целей будет использована система автоматизированного проектирования P-CAD и пакета машинной графики AutoCAD.
Выносной щуп - делитель частоты на 10 для частотомера FC250 является стационарным устройством и находится в комнатных условиях. По условиям данным в 1 пункте курсового проекта данная аппаратура относиться к первой группе жёсткости.
Для стационарной ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, повышенной и пониженной температуры - данные требования действительны только при транспортировке. Данная аппаратура должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надёжность электрических соединений и устойчивость к ударам и вибрациям.
Разрабатываемый выносной щуп имеет среднюю конструкторскую сложность ФУ (27 установочных элемента на ПП) и требует незначительной трассировочной способности ПП.
Исходя из параметров приведённых выше выбирается 3-й класс точности. Номинальные значения основных параметров:
· Номинальная ширина проводника мм;
· Номинальное расстояние между проводником мм;
· Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки мм;
· Предельное отклонение ширины печатного проводника мм;
· Позиционный допуск расположения печатных проводников мм;
· Отношение диаметра отверстия к толщине ПП.
Учитывая тип конструкции и выбранный класс точности ПП, будет использоваться метод изготовления ДПП - комбинированный позитивный (ДПП на диэлектрическом основании).
Исходя из метода изготовления материал основания ДПП будет FR-4. Особенности данного материала описаны в 4 пункте данного курсового проекта.
Выбор габаритных размеров ПП осуществляется с помощью расчётов.
1) Выбор типоразмера ПП:
Исходя из имеющихся на плате элементов рассчитываем типоразмер ПП:
По ГОСТ 10317-79 подбираем ширину и длину ПП. Ширина - 42,5 мм, длинна - 85 мм.
Определение длины электрических связей:
2) Расчёт элементов проводящего рисунка
a) Расчёт диаметра монтажных отверстий:
Номинальный размер диаметра монтажного отверстия определяют по формуле:
b) Расстояние (Q 1) от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учётом допусков на размеры сторон. Q 1 = 1,6 мм.
c) Расстояние (Q 2) от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяются по формуле:
d) Расчёт ширины печатных проводников.
Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле:
e) Диаметр контактных площадок (КП). Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по формуле:
Диаметр узкого места КП - 1,9 мм.
f) Расчёт расстояние между элементами проводящего рисунка:
1. Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка определяют по формуле:
2. Наименьшее номинальное расстояние для замещения двух КП номинального диаметра в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,15 мм.
3. Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте ДПП в зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,60 мм - для внутренних слоёв; 2,70 мм - для наружных слоёв.
4. Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D 1 и D 2 определяются по формуле:
Проведя расчёты элементов проводящего рисунка необходимо выбрать последовательность основных операций технологического процесса изготовления ДПП методом комбинированным позитивным.
Технологичность конструкции - это совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкции изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества.
Эта характеристика, влияющая на точность и себестоимость является одной из важных.
Исходя из условий данных в курсовой работе произведём технологический расчёт выносного щупа:
5. Коэффициент применения микросхем и микросборок:
Где - общее число дискретных элементов, заменённых микросхемами и микросборками; - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъёмы, реле и другие элементы.
6. Определение коэффициента автоматизации и механизации монтажа изделия по формуле:
Где - количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом.
Для блоков на печатных платах механизация относится к установке элементов и последующей пайке; - общее количество монтажных изделий.
Для ЭРЭ, микросхема, разъёмов, роле и прочих определяется количество выводов.
7. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:
Где - количество ИЭТ, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в их число включается ИЭТ. Не требуют специальной подготовки (патроны, реле и т.д.); - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями КД.
8. Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:
Где - число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматически стендах; - общее количество операций регулировки котнполя.
Две операции - визуальный контроль и электрический - являются обязательными.
Если в конструкции имеются регулировачные элементы (катушки индуктивности с подстрочными сердечниками), то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.
9. Коэффициент повторяемости ИЭТ:
Где - количество типоразмеров оригинальных Иэт в РЭС. К оригинальным относятся ИЭТ, разработанные и изготовленные впервые по ТУ; типоразмер определяется компоновочным размером и стандартом на элемент: - общее количество типоразмеров.
10. Коэффициент применения типовых ТП:
Где - число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП;
Д, Е - общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.
11. Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:
Где - число деталей, изготавливаемых по прогрессивным ТП (штамповка, прогрессирование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т.д.):
Д - общее число деталей (без учёта нормализованного крепежа).
Основным показателем, используемым для оценки технологичности конструкции, является комплексный показатель технологичности конструкции изделия, который находится в пределах:
Исходя их условия технологический расчёт проведён верно.
Существует разное количество расчёта показателей надёжности РЭУ и отличаются они по степени точности учёта электрического режима и условий эксплуатации элементов. При ориентировочном расчёте этот учёт выполняется приближённо, с помощью обобщённых эксплуатационных коэффициентов.
Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования, когда еще не выбраны эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция, и естественно, существуют результаты конструкторских расчетов (теплового режима, виброзащищённой и т.п.).
Последовательность ориентировочного расчёта:
1. На основе анализа электрической схемы ЭВС формируются группы однотипных элементов;
2. Для каждого типа или вида элементов, определяется значение интенсивности отказов. Значения взяты из справочника "Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС";
3. Для элементов каждой группы по справочникам определяют средне групповое значение интенсивности отказов
4. Подсчитываем значение суммарно интенсивности отказов элементов устройства
где, - значение интенсивности отказов элементов j-й группы;
Количество элементов в j- группе;
k - число сформированных групп однотипных элементов.
5. С использованием обобщённого эксплуатационного коэффициента выполняем приближенный учёт электрического режима и условий эксплуатации элементов.
Суммарную интенсивность отказов элементов ЭВС с учётом электрического режима и условий эксплуатации определяем по следующему выражению
где - обобщённый эксплуатационный коэффициент, выбираемый в зависимости от вида ЭВС или условий его эксплуатации.
6. Наработка на отказ
Вероятность безотказной работы за заданное время
По данным вычислениям получаем, что данный выносной щуп проработает 304386 часа или почти 35 лет.
В результате курсового проекта был спроектирован выносной щуп как делитель частоты для частотомера FC250.
Для проектирования был проведен анализ данного устройства, выбрана элементная база, материал и покрытия, выбран способ монтажа, разработана конструкция печатной платы, проведен технологический расчет и расчет надежности.
Приведена схема электрическая принципиальная данного устройства, её изображение на печатной плате и сборочный чертеж печатной платы.
1. Фещенко Т.И., Сычева Ю.С., Образцова О.Н., Василевская Н.И. Оформление курсовых и дипломных проектов;
2. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатный плат - «Форум-Инфо-Н», 2009.
3. Достанко А.П., В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев Технология радиоэлектронных устройств и автоматизации производства - «Высшая школа», Минск, 2002;
4. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры/ под редакцией Шахнова В.А., - Москва, МГТУ имени Баумана, 2002.
5. Медведев А.И., Сборка и монтаж электронных устройств - «Техносфера», Москва, 2002.
6. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры - ООО «Группа ИТД», Москва, 2002.
7. Мухосеев В.В., Сидоров И.Н. Маркировка и обозначение элементов. Справочник. - Москва, Горячая линия - Телеком, 2001.
8. Пикуль М.И., Русак И.М., Цирельчук Н.А. Конструирование и технология производства ЭВМ - «Высшая школа», Минск, 1996.
9. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: справочник/ Н.Н. Акимов, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок. - Мн.: - Мн.: Беларусь, 1994.
Интернет-ресурс ы :
1. Википедия - https://ru.wikipedia.org/.
Размещено на Allbest.ru
...Технические характеристики, описание конструкции и принцип действия (по схеме электрической принципиальной). Выбор элементной базы. Расчёт печатной платы, обоснование ее компоновки и трассировки. Технология сборки и монтажа устройства. Расчет надежности.
курсовая работа , добавлен 07.06.2010
Описание структурной схемы и принцип работы USB-ионизатора. Выбор радиоэлементов и их технические параметры. Разработка и изготовление печатной платы. Технический процесс сборки и монтажа узлов средств вычислительной техники. Внешний вид устройства.
курсовая работа , добавлен 29.04.2011
Анализ исходных данных. Выбор элементной базы и способа монтажа. Расчет конструкции печатной платы. Создание библиотеки компонентов. Формирование схемы электрической принципиальной с протоколом ошибок. Компоновка, трассировка, файл отчетов о трассировке.
курсовая работа , добавлен 19.09.2010
Разработка технического задания. Описание схемы электрической принципиальной. Разработка конструкции прибора. Обоснование выбора элементной базы и материалов конструкции. Расчет конструкции печатной платы. Расчет надежности, вибропрочности платы.
дипломная работа , добавлен 09.03.2006
Описание схемы электрической принципиальной конструкции. Выбор резисторов, микросхем, транзисторов. Расчёт конструктивно-технологических параметров: надёжности, узкого места, теплового сопротивления. Разработка трассировки и компоновки печатной платы.
курсовая работа , добавлен 05.10.2012
Анализ исходных данных и основные технические требования к разрабатываемой конструкции, климатические и дестабилизирующие факторы. Выбор элементной базы унифицированных узлов установочных изделий и материалов. Расчет собственной частоты печатной платы.
курсовая работа , добавлен 25.12.2010
Цифровой частотомер с программным управлением, его применение, принцип действия и технические характеристики. Функционирование основных блоков цифрового частотомера. Описание и расчёт основных элементов схемы электрической принципиальной частотомера.
курсовая работа , добавлен 27.02.2009
Составление топологии печатной платы, а также разводка токоведущих дорожек в САПР P-CAD. Специфика выбора элементной базы, транзисторов и диодов синтезатора. Разработка конструкции, подбор материалов. Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства.
курсовая работа , добавлен 12.11.2009
Назначение и условия эксплуатации импульсного блока питания. Разработка конструкции печатной платы и печатного узла. Разработка техпроцесса на сборку монтажа. Выбор и обоснование основных и вспомогательных материалов. Анализ технологичности конструкции.
курсовая работа , добавлен 03.04.2010
Анализ схемы электрической особенности высококачественного усилителя мощности звуковой частоты, его конструктивные элементы и функциональное назначение. Выбор элементарной базы, конструкции, покрытия, а также основные принципы компоновки печатной платы.
Автор предлагает выносные щупы, расширяющие пределы измерения частотомера. Они делят на 100 частоту измеряемого сигнала, имеют дифференциальные входы и в одном варианте такие же выходы. Во втором варианте выход обычный, несимметричный. Напряжение питания щупов - 5 В, потребляемый ток - 51 мА. Они построены на аналоговом компараторе ADCMP553 и делителях частоты МС12080 и КС193ИЕ3.
На рис. 1 изображена схема щупа с симметричным выходом. Измеряемый сигнал с входных контактов по цепям C1R1 и C2R2 поступает на симметричный вход компаратора напряжения ADCMP553 (DA1), выполненного на полевых транзисторах, изолированные затворы которых защищены обратно-смещёнными диодами. Выводы 1 и 2 DA1 управляют внутренней "защёлкой", позволяющей в нужный момент зафиксировать состояние выходов компаратора. При показанном на схеме подключении этих выходов "защёлка" отключена.
Рис. 1. Cхема щупа с симметричным выходом
Как установлено экспериментально, чувствительность компаратора ADCMP553 зависит от синфазного напряжения смещения на его входах, которое поступает от внутреннего источника положительного напряжения. Если в цепях входов нет резисторов R3 и R5, соединяющих их с общим проводом, напряжение на входах - более 3 В, а чувствительность компаратора понижена. Максимальная чувствительность достигается при напряжении смещения 1...1,15 В, которое устанавливают подборкой этих резисторов.
При указанном на схеме их сопротивлении 150 кОм входное сопротивление щупа - около 230 кОм. Размах входного сигнала, при котором щуп работает устойчиво в полосе частот от 1 МГц до 600 МГц, - не менее 0,3 В, 0,7 В на частоте 0,9 ГГц и 1 В на частоте 1,2 ГГц.
Максимальная рабочая частота компаратора ADCMP553, согласно техническому описанию в , - всего 800 МГц. Между его входами с помощью разъёма X1 можно подключить резистор R4 сопротивлением 51 Ом. При этом входное сопротивление щупа уменьшается до 1 кОм, а полоса расширяется в сторону высоких частот. На частотах от 0,6 ГГц до 1 ГГц чувствительность - не хуже 0,3 В, на частоте 1,4 ГГц - 0,7 В, на частоте 1,55 ГГц - 1 В. Однако на частотах ниже 0,6 ГГц частотомер, к которому подключён щуп, завышает показания.
Резисторы R6 и R7 в цепях выходов компаратора (выводов 5 и 6) соединены с общим проводом. Их сопротивление не 100 Ом, как рекомендовано, а 390 Ом, чтобы не допустить превышения допустимого выходного тока. Сопротивление нагрузки при этом не превышено, поскольку к выходам компаратора подключены входы первого делителя частоты - микросхемы МС12080 (DD1), имеющей входное дифференциальное сопротивление менее 100 Ом.
Эксперименты показали, что этот делитель работает на частотах от 1 МГц до 1,6 ГГц, хотя в его документации область устойчивой работы простирается от 100 МГц до 1,1 ГГц. Управляющие входы SW1-SW3 делителя МС12080 соединены с плюсом питания, что задаёт его коэффициент деления равным 10. С выхода первого делителя сигнал амплитудой 1,2 В с крутыми перепадами поступает на вход микросхемы КС193ИЕ3 (DD2) - второго делителя частоты на 10.
Плата щупа соединена с выходным разъёмом X2 жгутом из четырёх проводов длиной 80 см. Резистор R11 находится в непосредственной близости к контактам разъёма. Разъём X2 рассчитан на подключение к симметричному входу доработанного мной частотомера FC250 . По жгуту на щуп подано напряжение питания 5 В со стабилизатора напряжения, имеющегося в FC250, а на дифференциальные входы этого частотомера, доработанного в соответствии с , с выходов делителя DD2 щупа поступает противофазный сигнал размахом 0,6 В.
Поскольку время счёта входных импульсов в частотомере FC250 всего 0,1 с, без щупа-делителя на его индикатор выводится значение частоты в десятках герц (если не учитывать положение десятичной запятой). С учётом деления частоты щупом на 100, оно будет выражено в килогерцах.
Чертёж платы рассмотренного щупа изображён на рис. 2, а расположение деталей на нём - на рис. 3. Чертёж печатной платы для разъёма X2 и резистора R11 имеется на рис. 13 в . Платы изготовлены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, покрытого фольгой с двух сторон (для платы щупа) или с одной стороны (для платы разъёма). Края платы щупа "обмётаны" медным лужёным проводом диаметром 0,5 мм, который припаян к фольге с обеих сторон платы. Из такого же провода сделаны и припаяны к фольге показанные на рис. 3 перемычки. Входные контакты щупа выполнены из жёсткого лужёного провода диаметром 0,75 мм.
Рис. 2. Чертёж платы щупа
Рис. 3. Расположение деталей на плате щупа
Резистор R4 - МЛТ-0,25. Его выводы перед припайкой к контактам вилки разъёма X1 следует обрезать до минимальной длины. Остальные резисторы и конденсаторы - типоразмеров 0805 или 1206 для поверхностного монтажа. Разъём X1 - любая четырёхконтактная пара вилка - розетка с шагом расположенных в один ряд контактов 2,54 мм (например, CHU-4 и CWF-4), у которой оставлены только крайние контактные пары, а средние удалены. Вилка X2 - WF-4R. Корпусы разъёмов приклеены к соответствующим платам.
Под корпусами микросхем DA1 и DD1 плату перед их пайкой покройте лаком или тонким слоем термоклея. Конденсатор C8 и резистор R9 устанавливают на плату в процессе налаживания щупа.
Вставив вилку X2 с резистором R11 в соответствующий разъём частотомера, подбирают сопротивление резистора R9 до прекращения счёта микросхемой DD2, после чего монтируют на плату конденсатор C8. Затем основную плату проверенного в действии щупа и платы разъёмов обезжиривают и покрывают влагозащитным лаком. Основную плату помещают в термоусаживаемую трубку диаметром 25/12,5 мм, а плату разъёма X2 - в такую же трубку диаметром 12,5/7 мм. Экранирование щупа не предусмотрено, оно увеличило бы его входную ёмкость и уменьшило чувствительность. Внешний вид щупа показан на фотоснимке рис. 4.
Рис. 4. Внешний вид щупа
Для работы с частотомером, имеющим обычный несимметричный вход, был изготовлен второй вариант щупа, отличающийся лишь тем, что его выходные цепи выполнены по схеме, изображённой на рис. 5. Этот щуп соединяют с частотомером жгутом из трёх проводов. Нагрузка (резистор R11) на конце провода "Вых.", подключаемого к частотомеру, отсутствует. Уровни выходного сигнала - ТТЛ. Чертёж печатной платы этого щупа изображён на рис. 6. Элементы расположены на ней в соответствии с рис. 7.
Рис. 5. Схма выходных цепй
Рис. 6. Чертёж печатной платы второго варианта щупа
Рис. 7. Расположение элементов на плате
На рис. 8 показано измерение частоты гетеродина средневолнового радиоприемника, настроенного на радиостанцию, работающую на частоте 612 кГц. Измеренная частота гетеродина (1077 кГц) на 465 кГц (значение промежуточной частоты приёмника) выше несущей частоты радиостанции.
Рис. 8. Измерение частоты гетеродина средневолнового радиоприемника
Рис. 9. Демонстрация работы щупа
Частоту сигнала источника, создающего вокруг себя достаточно мощное электромагнитное поле (например, беспроводной телефонной трубки), можно измерять, не подключая к нему щуп, а превратив его входные выводы в антенну - полуволновый вибратор. На рис. 9 это сделано с помощью зажимов "крокодил". Рабочая частота передатчика телефонной трубки - 927076 кГц.
Литература
1. Single-Supply, High Speed PECL/ LVPECL Comparators ADCMP551 /ADCMP552/ ADCMP553. - URL: http://www.analog. com/media/en/technical-documentation/ data-sheets/ADCMP551_552_553.pdf (27.02.17).
2. MC12080 1,1 GHz Prescaler. - URL: http://www.nxp.com/assets/documents/ data/en/data-sheets/MC12080.pdf (27.02.17).
3. Паньшин А. Предварительный усилитель-формирователь для частотомера FC250. - Радио, 2015, № 2, с. 18-20.
4. Паньшин А. Доработка частотомера FC250. - Радио, 2016, № 3, с. 23, 24.
Дата публикации: 23.06.2017
