Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основание и источники проектирования

Схема электрическая принципиальная (чертеж ПТЭС 468783.001 Э3), задание на дипломный проект, описание схемы электрической принципиальной.

Цель

Разработать конструкцию лабораторного генератора синусоидальных сигналов низкой частоты.

Частные цели: показатели назначения, надёжность, долговечность, приспособленность к окружающей среде, совместимость, производственная технологичность, эксплуатационная технологичность, безопасность производства и использования, эстетичность, эргономичность, маркировка и упаковка, транспортирование и хранение.

4. Технические требования

Показатели назначения

4.1.1. Форма выходного напряжения синусоидальная

4.1.2. Диапазон генерируемых низких частот, Гц, не менее 7…11,4х10 4

4.1.3. Число поддиапазонов 4

4.1.4. Коэффициент гармоник, %

1 поддиапазон 0,16

2 поддиапазон 0,105

3 поддиапазон 0,065

4 поддиапазон 0,09

4.1.5. Максимальный ток нагрузки, мА, не более 18

4.1.6. Напряжение на выходе 0…10

4.1.7. Затухание аттенюатора, дБ. 10/20/30/40

4.1.8. Выходное сопротивление, Ом 100/160

4.1.9. Габаритные размеры блока, мм, не более 200x60x170

4.1.10. Масса блока, кг, не более 2

Показатели надёжности

4.2.1. Время наработки на отказ при коэффициенте готовности 0,95, ч, не менее 10000

Долговечность

4.3.1. Гарантийный срок, лет, не менее 2

4.3.2. Срок эксплуатации, лет, не менее 10

Приспособленность к окружающей среде

4.4.1. Блок должен выдерживать климатические и механические воздейст­вия, предусмотренные ГОСТ 25467-82.

4.4.2. Категория размещения на объекте - 4 (в помещениях с исcкуственно регулируемыми климатическими условиями).

4.4.3. Климатическое исполнение - УХЛ (умеренный холодный климат).

Диапазон температур, оС -60…+40

Влажность, %, до 80

4.4.4. Группа устойчивости к механическим воздействиям – М2 (стационарная ЭА)

Вибрация

Частота, Гц 1...60

Ускорение, g 2

Удары многократные

Ускорение, g 15

Длительность импульса, мс 2...15

4.4.5. Прибор должен обеспечивать показатели назначения, установленные настоящим техническим заданием, при питании от промышленной сети переменного тока напряжением 180-240 В и частотой 50Гц

Совместимость

4.5.1. Блок должен иметь приборы измерения и регулировки выходных параметров.

 

Эксплуатационная технологичность

4.6.1. Число винтовых соединений, позволяющих вскрыть блок - 4.

4.6.2. ЭД на прибор должна содержать: схему электрическую принципиальную, схему электрическую структурную, инструкцию по эксплуатации, основные неисправности и способы их устранения.

4.6.3. Сетевой шнур должен иметь разъёмноё соединение с блоком.

4.6.4. Длина сетевого шнура - 2 м.

Безопасность производства и использования

4.7.1. В устройстве должна быть предусмотрена надёжная защита человека от воздействия электромагнитных полей согласно нормам Н-8-72

4.7.2. Сопротивление изоляции электрических цепей напряжения сети питания в устройстве относительно корпуса и между собой должно быть не менее 20 МОм в нормальных климатических условиях.

4.7.3. В блоке не должны применяться материалы, краски и другие компоненты, которые при его эксплуатации и хранении выделяют токсичные или радиоактивные вещества.

4.7.4. Изделие по показателям помехоустойчивости и по показателям помех, которые влияют на работу других изделий должно отвечать ГОСТ 22505-83 и ГОСТ 23511-79

Эстетичность

4.8.1. Генератор должен иметь форму параллелепипеда.

4.8.2. Цвет генератора - серый.

4.8.3. Надписи на генераторе должны быть чёрного цвета и соответствовать ГОСТ 26.008-85.

Эргономичность

4.9.1. Органы управления должны быть вынесены на переднюю панель и сгруппированы по функци-ональному назначению. К органам управления и визуального контроля в данном устройстве относятся вольтметр, частотомер, резисторы регулировки уровня сигнала и частоты, а также тумблер включения прибора.

4.9.2. Конструкции кнопочных переключателей должны соответствовать ГОСТ 22614-77.

Маркировка и упаковка

4.10.1. На генераторе должны быть указаны следующие данные (ГОСТ 26.008-85):

- товарный знак предприятия-изготовителя;

- сокращённое обозначение устройства (шифр);

4.10.2. Транспортная маркировка к упаковке должна соответствовать ГОСТ 14192-77.

4.10.3. Упаковочная коробка для генератора должны соответствовать ГОСТ 5959-80, ГОСТ 2991-85 и должна быть отмаркирована по ГОСТ 14192-77.

4.10.4. ЭД, входящая в комплект, должна быть упакована в пакет из полиэтиленовой плёнки ГОСТ 10354-82 и уложена в коробку вместе с генератором

Транспортирование и хранение

4.11.1. Упакованный генератор должен допускать транспортирование всеми видами транспорта в условиях ГОСТ 15150-69 при температуре не ниже -40 оС и при защите от прямого воздействия атмосферных осадков и механических повреждений.

4.11.2. Генератор должен позволять его хранение по ГОСТ 15150-69 при отсутствии в воздухе кислотных, щелочных и других агрессивных примесей

Анализ структурной схемы

Структурная схема устройства представлена на ПТЭС 468783.001 Э1.

Лабораторный генератор включает следующие функциональные узлы:

Задающий генератор, выходной усилитель, модуль частотомера, модуль вольтметра, 2 блока индикации, блок питания.

Контроль и изменение значений частоты и амплитуды напряжения сигналов с генератора через выходной усилитель производится с помощью МЧ и МВ. Для ослабления уровня сигналов предусмотрен АТ.

МЧ реализован на основе микроконтроллера. Усилитель входного сигнала собран на транзисторе, с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор МТ10Т7-7 (HG2) со встроенным контроллером.

МВ реализован на основе микросхемы КР572ПВ2. Для отображения измеренного напряжения используется трехразрядный индикатор HG1.

ГНЧ вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне частот от 7 Гц до 114 кГц. Указанный диапазон с помощью ступенчатого переключателя разделен на четыре поддиапазона (7...110, 89…1220, 828...11370, 8340...114500 Гц). Перестройка частоты осуществляется с помощью сдвоенного переменного резистора.

Выходной каскад на ОУ DA2 увеличивает амплитуду выходного сигнала до 10 В. Использование предельного напряжения питания (±17,5 В) для усилителя позволило получить максимальную амплитуду выходного сигнала без ограничения не менее 10. В блоке питания для этой цели установлены стабилизаторы с регулируемым напряжением. Несимметричное ограничение амплитуды можно выровнять подстройкой соответствующего напряжения питания. Максимальное напряжение 10 в на выходном разъеме устанавливают с помощью подстроечного резистора.

Питается генератор от двуполярного стабили­зированного источника питания напряжением ±17,5 В, ±5 В с малыми пульсациями выходного напряжения и допу­стимым током нагрузки 18 мА.

1.4. Анализ принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная лабораторного генератора синусоидальных сигналов низкой частоты представлена на ПТЭС 468782.001 Э3

Генератор НЧ сигнала предназначен:

1) для использования в учебных целях при выполнении студентами лабораторных работ

2) для налаживания и проверки различных радиолюбительских приборов и устройств.

Генератор низкой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 7 Гц до 114 кГц, который разделен на четыре поддиапазона (7...110, 89…1220, 828...11370, 8340...114500 Гц).

Неравномерность частотной характеристики - не более 3 дБ. С помощью встроенного аттенюатора можно ослабить выходной сигнал ступенями по 20 дБ.

Частоту генерируемого НЧ сигнала изменяют сдвоенным переменным резистором R1. Так как имеется в наличии встроенный частотомер, то нет необходимости точно подгонять границы диапазонов. Пользуясь показаниями частотомера, требуемую частоту сигнала генератора можно выставить без труда.

Выходной каскад на ОУ DA2 увеличивает амплитуду выходного сигнала до 10 В. Использование предельного напряжения питания (±17,5 В) для усилителя позволило получить максимальную амплитуду выходного сигнала без ограничения не менее 10. В блоке питания для этой цели установлены стабилизаторы с регулируемым напряжением. Несимметричное ограничение амплитуды можно выровнять подстройкой соответствующего напряжения питания. Максимальное напряжение 10 в на выходном разъеме XS1 устанавливают с помощью подстрочного резистора R14. В делителе напряжения необходимо подобрать резисторы, чтобы обеспечить точное изменение амплитуды выходного сигнала ступенями по 20 дБ. Достоинство такого аттенюатора – неизменное выходное сопротивление генератора при любом выходном напряжении(160 Ом).

Основным элементом частотомера является микроконтроллер PIC12F629-E/Р. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал.

Усилитель входного сигнала собран на транзисторе VT3, с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор МТ10Т7-7 (HG2) со встроенным контроллером

При работе в режиме ведомого вход НК индикатора HG1 соединяют с общим проводом, а данные передаются последовательно 4-битными посылками по линиям DI и CLK. Ограниченное число линий ввода-вывода микроконтроллера DD1 не позволило выделить две из них для реализации штатного режима передачи данных, поэтому данные и синхроимпульсы пришлось 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 конденсаторС8 успел разрядиться.

Налаживание прибора сводится к регулировке точности измерения частоты. Для этого от образцового генератора подают непрерывный сигнал с частотой около 1 МГц, амплитудой 0,5 В и подстроечным конденсатором С35 добиваются совпадения показаний индикатора с частотой входного сигнала. Затем подборкой резистора R29 устанавливают максимальную чувствительность частотомера.

В схему вольтметра кроме стандартных цепей интегратора (С30, С31, R35) и задающего генератора (С32, R34) требуется внешний стабилизатор образцового напряжения, подаваемого на вывод 36 микросхемы DD2. Его функцию выполняет узел на элементах R26, VT1, VT2, создающий стабильное напряжение. Резистор R26 ограничивает ток через стабилизатор на уровне 0,2 мА. Измеряемое напряжение поступает на входной делитель через диодный мост, элементы которого рассчитывают так, чтобы его максимальное выходное напряжение несколько превышало наибольшее допустимое напряжение на измерительном входе IN HI микросхемы DD2.

Выводы по разделу

В результате данного раздела проведены аналитический обзор схемы электрической принципиальной и подробно изучен перечень схемы электрической принципиальной

 

 

Конструкторский раздел

Анализ элементной базы

Цель анализа

Решением этой задачи является проверка элементной базы устройства на устойчивость к механическим и климатическим нагрузкам.

Общие сведения

Проверка устойчивости элементов схемы, указанных в перечне элементов, следует производить путем сравнения эксплуатационных данных об элементах, помещенных в справочниках, каталогах или технических условиях, с соответствующими величинами, указанными в уточненных (после анализа) исходных данных на проектирование.

Для повышения надежности рабочая характеристика (диапазон) элемента по паспорту должна иметь некоторый запас по отношению к воздействию, указанному в задании на проектирование.

В первую очередь это относится у верхней рабочей температуре элементов виду их дополнительного перегрева, обусловленного наличием тепловых потерь в устройстве.

В случае, если некоторые элементы не могут работать в заданных внешних условиях, то конструктор должен предложить варианты замены по результатам анализа принципиальной схемы. Если такой вариант невозможен, например, из-за необходимости пересмотра всего схемо-технического решения устройства, то следует принять меры, ограничивающие эксплуатационные воздействия на эти элементы. К таким мерам относятся локальная герметичность, термостатирование, демпфирование и др.

Таблица 2.1.

Справочные данные по устойчивости элементов к климатическим и механическим воздействиям

Наименование ЭРЭ Виды воздействий Принятое решение
Интервал температур, °C Влажность,% Вибрация Многократные удары
частота, Гц ускорение, g удар, g импульс, мс
Конденсаторы
К10-17б -65...+85 98 1...2000 25 150 1...20 Удовл.
К50-35 -45...+70 98 1...600 49 380 2...15 Удовл.
К10-17 -65...+85 98 1...800 35 150 1...15 Удовл.
Резисторы
С2-23 -65...+125 98 1...3000 20 150 1...20 Удовл.
СП5-16 -65...+125 98 1...2000 15 20 1...20 Удовл.
6K1-B50K - L15KC -60…+70 98 1...2000 15 20 1...20 Удовл.
СП3-19Б -60….+125 98 1…5000 15 20 1...20 Удовл.
Диоды
P600A -60...+175 98 - - - - Удовл.
КД243Б Т -60...+125 98 1...1000 25 75 1...20 Удовл.
Микросхемы
КР142ЕН18А
К574УД1А -40...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
КР142ЕН12А -45...+70 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
КР1170ЕН5 -45...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
AD8616AR -45...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
PIC16F628A-I/SO -45...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
Индикаторы
DV16230 (HD44780) -60...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
NE-2B-OSRAM -45...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
Кварцевый резонатор
РПК-01 -45...+85 98 5...600 5 15 1...20 Удовл.
Переключатели
RCL-371 «Rotary Switch» -60...+125 98 1...2000 15 150 1...20 Удовл.
IRS-201-1C3 «Jietong Switch» -65...+85 98 1...1000 15 150 1...15 Удовл.
Трансформатор
ТА-27-220-50 -65...+85 98 1...1000 15 150 1...15 Удовл.
Соеденители
AS-230UL -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
NCB-0124 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLS-2 -65...+85 98 1...1000 15 150 1...15 Удовл.
PLS-3 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLS-4 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLS-5 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLS-8 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLS-22 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
СР50-73 ФВ -60…+150 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLL-14 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PLL-5 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PBS-4 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.
PBS-14 -60...+100 98 1...2500 15 150 1...15 Удовл.

Допустимые условия эксплуатации выбранной элементной базы приведены в таблице 2.1. Из таблицы следует, что все ЭРЭ удовлетворяют предельным условиям климатических и механических внешних воздействий, а также удовлетворяют всем электрическим параметрам схемы.

Резисторы, конденсаторы, диоды, светодиоды предназначены для поверхностного монтажа и имеют малые габаритные размеры и массу.

Выбранные разъемы обеспечивают надежное соединение и соответствуют климатическим и механическим условиям эксплуатации.

Устройство содержит зарубежные ЭРЭ, поскольку нет отечественных аналогов.

Остальные элементы соответствуют необходимым электрическим характеристикам, а так же предельным условиям климатических и механических Внешних Воздействий.

Выбранные ЭРЭ будут обеспечивать функционирование устройства при предельных условиях климатических и механических внешних воздействий, и соответствовать необходимым электрическим характеристикам.

.

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...