Анализ технического задания и постановка задач конструирования

Проведем анализ технического задания на изготовление умножителя частоты импульсов. Рабочее напряжение не превышает 12 В; эксплуатировать устройство следует в нормальных климатических условиях; требуемая надёжность – не ниже 0,00014; нанесение печатных проводников электрохимическим способом; материал для печатного проводника – медь. Электрическая принципиальная схема приведена в приложении А.

Умножитель частоты должен позволять преобразовывать частоту входных импульсов к требуемой путем умножения на заданное нецелое число, причем входные импульсы могут быть непериодическими.

Умножитель частоты должен иметь небольшие габариты, в качестве батареи питания использовать блок питания, преобразующий сетевое переменное напряжение в постоянное напряжение питания 12 В. Печатные проводники медные и нанесены электрохимическим способом, при этом удельное сопротивление печатного проводника составляет 0,02Ом·м.

Выводы:

• Необходимо учесть требования по диапазону температур, влажности и атмосферному давлению при выборе элементной базы устройства. Таким образом, предусматривать особые меры защиты от механических и климатических воздействий нет необходимости.

• Для обеспечения требований, предъявленных в техническом задании, необходимо провести расчеты параметров печатной платы; размещения на ней ЭРЭ; расчет теплового режима устройства; расчет надежно­сти.

Конструкторский анализ электрической принципиальной схемы (э3)

Разрабатываемый умножитель частоты импульсов представляет собой самостоятельное устройство, которое может быть использовано для сопряжения стационарных промышленных или бытовых цифровых устройств.

Схема умножителя частоты импульсов приведена в приложении А.

Умножитель частоты импульсов питается от сетевого блока питания, либо от батареи аккумуляторов напряжением 12В, причем потребляемый ток не более 100 мА, следовательно, исключаются перепады питающего напряжения выше технического оптимума.

Умножитель частоты импульсов выполнен на микросхемах КМДП серии К561. Микросхемы размещены в корпусах типа 201.14-1 массой не более 2,5 грамм. Эти микросхемы отличаются очень малым потреблением тока в статическом режиме – 0,1...100 мкА, высокой надежностью и помехоустойчивостью.Большинство микросхем серии применяются на частотах до 1 МГц, а некоторые элементы серии, например К561ЛН2, К561ТМ2, могут работать на частотах до 4 МГц. При использовании микросхем на предельно допустимой частоте питание должно быть также максимальным (обеспечивается более крутой фронт импульсов). Увеличение напряжения питания микросхем также улучшает их помехоустойчивость.Следовательно, заданное напряжение питания 12 В, близкое к максимальному напряжению питания микросхем К561 (15 В) обеспечит достаточно стабильную работу устройства и высокую помехоустойчивость.

Устройство работает в нормальных условиях (20⁰С ±5⁰, при атмосферном давлении равным 756 мм рт.ст. ± 20 мм рт.ст.), причем оно не является транспортируемым, следовательно, исключаются воздействия атмосферных осадков, большого перепада температур, вибрации во всем диапазоне частот и ударов. Следовательно, не требуется дополнительных расчетов устройства на вибро- и ударостойкость.

Вследствие того, что верхний предел частоты входных импульсов составляет 1,5 мГц, умножитель частоты импульсов не будет подвергаться воздействию высокочастотных помех во время работы. Следовательно. не требуется проводить расчет устройства на помехоустойчивость.

Так как работа устройства построена на умножении частоты входных импульсов на заранее заданное нецелое число, задаваемое соотношением частот кварцевых генераторов, то точность соответствия выходной частоты требуемой зависит только от настройки частот тактовых генераторов. Для обеспечения коэффициента умножения 625/525 частоты резонаторов ZQ1 и ZQ2 должны составлять 3,579545 МГц и 4,261363 МГц соответственно. Это обеспечивается установкой конденсаторов С4, С6 и С5, С7 емкостью 5,1, 24, 3,6, и 100 мкФ соответственно. Коэффициент преобразования может быть изменен путем смены частот кварцевых генераторов с помощью изменения нагрузочной емкости резонаторов, т.е. установки конденсаторов другой номинальной емкости. Кроме того, при замене одного из кварцевых генераторов на электронный перестраиваемый можно осуществить частотную модуляцию преобразуемых сигналов по произвольному закону.

Выводы:

• устройство не критично к помехам по цепям питания;

• не содержит цепей, требующих особой защиты от помех;

• к размещению ЭРЭ и ИС особых требований не предъявляется.

• разрабатываемое устройство состоит из стандартных ИС и ЭРЭ;

• настройка умножителя частоты сводится к подбору частоты тактового генератора.

• конструкцию необходимо выполнить в виде ТЭЗа;

• меры защиты конструкции от внешних воздействий стандартные.