- •Содержание
- •Введение
- •1 Анализ технического задания
- •2 Анализ электрической схемы и обоснование конструктивного исполнения
- •2.1 Описание электрической схемы
- •2.1.1 Анализ электрической структурной схемы
- •2.1.2 Анализ электрической принципиальной схемы
- •2.2 Обоснование конструктивного исполнения, выбор электрического монтажа
- •2.2 .1 Выбор и обоснование конструкций печатной платы устройства
- •2.2.2 Геометрические расчеты конструкций печатной платы
- •2.2.3 Расчёт диаметра монтажных отверстий
- •2.2.4 Обоснование технологии печатной платы устройства
- •2.3 Выбор электрического монтажа
- •3 Выбор и обоснование комплектующих элементов и материалов конструкции
- •3.1 Выбор и обоснование элементой базы
- •3.2 Выбор и обоснование материалов конструкции
- •4 Заключение
- •5 Литература
3 Выбор и обоснование комплектующих элементов и материалов конструкции
3.1 Выбор и обоснование элементой базы
Элементной базой называется радиоэлектронные изделия, объединенные между собой электрически и выполняющие полезную функцию по формированию и преобразованию сигналов.
В элементную базу данного устройства входят:
– транзисторы;
– резисторы с постоянным и переменным сопротивлением;
– конденсаторы ;
– тиристор;
– диоды;
– стабилитроны;
– сенсорный датчик;
– D-триггер;
– триггер Шмитта;
– микросхемы серии К 561.
Описание выбора резисторов
Постоянные резисторы - пассивные элементы электрической цепи, в идеале характеризуемые только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току проходящему через него U(t)= R*I(t).
МЛТ резисторы - металлизированные лакированные теплостойкие, состоят из фарфоровых цилиндрических оснований с токопроводящим слоем из специальных сплавов, наружная часть покрыта слоем эмали, защищающей резистор от механических воздействий и влаги. На практике же резисторы в той или иной степени обладают также паразитной ёмкостью, паразитной индуктивностью и нелинейностью вольтамперной характеристики.
Постоянный резистор номинальной мощностью рассеивания 0,25 изображен на рисунке 1
Рисунок 1 - УГО МЛТ резистора
Таблица 1
Габаритные размеры МЛТ резисторов в зависимости от наминала мощности.
Мощность, Вт |
Сопротивление, Ом |
Диаметр, мм |
Длина мм |
Диаметр монтажного отверстия мм |
0,125 |
от 1 до 3*10 |
2 |
6 |
2.0 |
0,25 |
от 1 до 5,1*10 |
3 |
7 |
2.0 |
0,5 |
от 1 до 5,1*10 |
4,2 |
10 |
2.5 |
1 |
от 1 до 10*10 |
6,6 |
13 |
2.5 |
2 |
от 1 до 10*10 |
8,6 |
18 |
2.5 |
Описание выбора конденсаторов
Конденсатор - это элементы электрической цепи, состоящие из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, и предназначенные для использования их электрической емкости. Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору. Благодаря свойству быстро накапливать и отдавать электрическую энергию конденсаторы нашли широкое применение в качестве накопителей энергии в различных фильтрах и в импульсных устройствах.
Выбор:
- тип конденсатора выбирают по совокупности значений его номинальных ёмкости и рабочего напряжения;
- допустимое отклонение ёмкости от номинала с учетом чувствительности;
- номинальное рабочее напряжение постоянного тока;
- не следует применять конденсаторы значительно превышающее рабочее;
- оксидные конденсаторы изготавливаются 2-ух типов:
1 - полярные
2 - не полярные
Полярные конденсаторы можно устанавливать лишь в тех цепях, в которых постоянная составляющая напряжение на конденсаторе будет больше аплитуды переменной составляющей. На неполярные конденсаторы это ограничения не распространяются.
Рисунок 2 – УГО конденсатора
Описание выбора диодов
Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются то или иное свойство электрического перехода.
Выпрямительный диод применяется в цепях управления, коммутации, в ограничительных и развязывающих цепях, в источниках питания для преобразования (выпрямления) переменного напряжения в постоянное, в схемах умножения напряжения на преобразователях постоянного напряжения, где не предъявляются высокие требования к частотным и временным параметрам сигналов.
В зависимости от назначения максимального выпрямленного тока различают выпрямительные диоды малой мощности (Iпр.max ≤ 0,3А), средней мощности (0,3А ≤ Iпр.max ≤ 10А) и большой мощности (Iпр.max > 10А). Диоды малой мощности могут рассеивать выделяемую на них теплоту своим корпусом, диоды средней и большой мощности должны располагать на специальных теплоотдающих радиаторах, что предусматривается в т.ч. и соответствующей конструкцией их корпусов.
Выбор:
- необходимо применять по указанному в справочнике назначению;
- обратный и прямой ток проходящий через диод не должен превышать 70-80% от максимально допустимых значений;
- Рабочая частота не должна превышать указанного в справочнике предельного значения.
Учитывают основные параметры полупроводниковых диодов:
- постоянное прямое напряжение при заданном прямом токе Iпр.;
- максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max, при которомдиод еще может нормально работать длительное время;
- постоянный ток Iобр., протекающий через диод при обратном напряжении, равному Uобр.max;
- средний выпрямленный ток Iвп.ср., который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева;
- максимально допустимая мощность Pmax., рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная напряженность диода;
Рисунок 3 УГО диода
Описание выбора транзисторов
Транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор. Существует несколько типов транзисторов, различающихся физическими эффектами, лежащими в основе их принципа действия. В данном пособии рассмотрены конструкция и работа так называемого биполярного транзистора, построенного на основе трехслойного строение транзистора
кристалла с двумя очень близко расположенными pn-переходами Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
В кристалле транзистора имеются три области: эмиттер, база и коллектор. В соответствии с расположением p-n - переходы называются: эмиттер-база - эмиттерные, база-коллектор – коллекторные. В зависимости от типа проводимости слоев различают два типа биполярных транзисторов: p-n-p и n-p-n. Принцип работы обоих типов транзисторов одинаковый.
Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.).
Выбор транзисторов осуществляется по параметрам:
- входным сопротивлением;
- выходной проходимостью;
- коэффициентом обратной связи по напряжению;
- коэффициентом передачи тока;
- предельная частота коэффициента передачи тока при включении транзистора по схеме с общей базой;
- граничная частота усиления тока базы при включении транзистора по с схеме с общим эмиттером;
Рисунок 4 УГО транзистора
На рис.4 а показано условное обозначение транзистора типа p-n-p, а на рис.4 б - типа n-p-n.
Рисунок 5 УГО полевого транзистора
Описание выбора тиристоров
Тиристор - это полупроводниковый прибор с тремя и более р-n переходами, вольт-амперная характеристика которого имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением и который используется для переключения, включается или отключается с помощью импульсов управления, подаваемых на управляющий электрод. Характеризуется тремя основными рабочими состояниями: закрытым, когда он блокирует приложенное прямое напряжение; открытым, когда он проводит основной ток; непроводящим, когда он блокирует приложенное прямое напряжение.
Выбор тиристоров осуществляется по параметрам:
- напряжение включения;
- отпирающий ток управления;
- ток выключения;
- остаточное напряжение;
- время включения;
- выключения;
- время задержки.
Рисунок 6 - УГО тиристора
Описание выбора стабилитронов
Стабилитроном называют полупроводниковым диодом, напряжение на обратной ветви ВАХ которого в область электрического пробоя слабо зависит от значения проходящего тока, такая характеристика используется для получения стабильного (опорного) напряжения.
По сравнению с обычными диодами имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.
При выборе используют основные параметры стабилитронов:
- минимальный ток Imin;
- максимальный ток Imax;
- напряжение стабилизации Uстаб.;
- максимально допустимая рассеиваемая мощность P;
- дифференциальное сопротивление на участке стабилизации rд;
- температурный коэффициент напряжения на участке стабилизации TKU.
Рисунок 7 – УГО стабилитрона
Описание сенсорного датчика
Представляет собой пластину из металлической фольги площадью 40 -50 см2, помещённая между двумя пластинками тонкого текстолита, органического стекла.
Также можно использовать пластину одностороннего фольгированного материала и наклеить на её фольгированную сторону пластину из диэлектрика. Фольга такого сенсора должна быть удалена по всему периметру. Сенсор соединяется с платой изолированным проводом минимальной длинны.
Описание D-триггера
D-триггер, триггер задержки (delay – задержка, англ.) имеет один информационный вход D (data) и вход для синхронизации. Основное назначение – задержка сигнала поданного на вход. При отсутствии высокого уровня на входе С, (С=0) изменения входного сигнала не сказываются на состоянии триггера, при С=1 триггер принимает состояние, определяемое входным сигналом.
Рисунок 8 – УГО D-триггера
Описание триггера Шмитта
Триггер Шмитта обычно имеет один информационный вход и один инверсный выход. При выходном импульсном сигнале с пологими фронтами и срезом на выходе триггера Шмитта формируются крутые импульсные перепады, т.е. он является формирователем импульсов. Триггер Шмитта состоит из двухкаскадного усилителя охваченного слабой положительной обратной связью.
Рисунок 9 – УГО триггера Шмитта
Описание микросхемы серии К 561
Микросхемы серии К 561 представляют собой комплекс микромощных интегральных КМОП микросхем второго и третьего поколения интеграции соответственно. ИС предназначены для применения в РЭА, где не требуется высокое быстродействие, где нет жёстких требования по потребляемой электроэнергии, когда не ограничены массогабаритные характеристики и могут присутствовать значительные изменения входного напряжения.