Материал: Универсальное охранное устройство

Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются технические и эксплуатационные параметры.

К техническим параметрам относятся номинальные значения согласно принципиальной электрической схеме устройства, допустимые отклонения параметров ЭРЭ, допустимые рабочие напряжения, допустимые рассеиваемые мощности, диапазон рабочих частот, коэффициент электрической нагрузки ЭРЭ.

К эксплуатационным параметрам относятся диапазон рабочих температур, относительная влажность воздуха, давление окружающей среды, вибрационные нагрузки и другие специальные показатели, в пределах которых элемент будет работать с достаточной степенью точности и надежности.

Дополнительными критериями при выборе ЭРЭ являются унификация элементов, их масса и габариты, наименьшая стоимость, надежность, а так же технологичность их использования при изготовлении и сборке конструкции. Применение вышеперечисленных критериев, а так же принципов стандартизации и унификации при выборе ЭРЭ, а так же при конструировании изделия в целом позволяет получить следующие преимущества:

а) сократить сроки и стоимость проектирования;

б) сократить на предприятии номенклатуру применяемых деталей и сборочных единиц;

в) исключить разработку специальной оснастки, упростить подготовку производства;

г) создать специализированные производства стандартных и унифицированных сборочных единиц для централизованного обеспечения предприятий;

д) улучшить производственную и эксплуатационную технологичность;

е) снизить себестоимость выпускаемого изделия.

Для проектируемого устройства выбираем следующие резисторы:

) постоянные резисторы типа С1-4:

диапазон номинальных значений: 0 - 30 Мом;

допустимое отклонение от номинала: 5%;

номинальная мощность: 0,125Вт;

максимально допустимое напряжение: 400В;

рабочий диапазон температур: от -55ºС до +125ºС;

срок хранения: 15 лет.

Для проектируемого устройства выбираем следующие конденсаторы:

) импортные постоянные керамические конденсаторы:

рабочий диапазон температур: от -40ºС до +85ºС.

допустимое отклонение от номинала: 10%;

срок хранения: 15 лет;

Для проектируемого устройства выбираем следующие транзисторы:

) n-p-n транзистор КТ315Б:

рабочая частота: 250МГц;

максимально допустимый ток коллектора: 100мА;

максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе: 0,15Вт;

обратный ток коллектора: 0,5мкА;

) отечественные p-n-p транзисторы КТ318АМ:

рабочая частота: 250МГц;

максимально допустимый ток коллектора: 100мА;

максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе: 0,15Вт;

обратный ток коллектора: 0,5мкА;

Для проектируемого устройства выбираем следующие микросхемы:

) 4 элемента 2 ИЛИ-НЕ К561ЛЕ5:

напряжение питания: 3…15В;

время задержки: 50нс;

мощность потребления: 0,4мкВт;

корпус: DIP16;

) 2 D-триггера К561ТМ2:

напряжение питания: 3…15В;

время задержки: 50нс;

мощность потребления: 0,4мкВт;

корпус: DIP16;

Выбор материалов конструкции разрабатываемого изделия проводим согласно требованиям, изложенным в техническом задании.

Материалы конструкции должны обладать следующими свойствами: иметь малую стоимость, легко обрабатываться, обладать достаточной прочностью и жесткостью, внешний вид лицевой и задней панелей должен отвечать требованиям технической эстетики.

При выборе материала печатной платы необходимо иметь ввиду следующее: материал, из которого предполагается выполнить печатную плату, должен обладать высокими электроизоляционными показателями в заданных условиях эксплуатации усилителя мощности, т.е. иметь большую электрическую прочность, малые диэлектрические потери, быть химически стойким к действию растворов, используемых при изготовлении печатных плат, допускать штамповку, выдерживать кратковременные воздействия температуры до 240°С в процессе пайки электрорадиоэлементов, иметь высокую влагостойкость, быть дешевым.

Для изготовления печатной платы источника питания химическим (или комбинированным) методом необходимо иметь листовой материал в виде изолированного основания с приклеенной к нему фольгой. В качестве изоляционного основания выбран фольгированный стеклотекстолит (СТФ), марки СТФ-2, обладающий рядом преимуществ по сравнению с фольгированным генитаксом:

а) прочность сцепления фольги с основанием у стеклотекстолита не менее 10 Н/см, а у генитакса 9 Н/см;

) после выдержки в течение 24 часов при температуре 40°С и относительной влажности до 98%;

в) удельное объемное сопротивление ГФ 1 ГОм*см, а СТФ 5000 ГОм*см;

г) тангенс угла диэлектрических потерь ГФ 0.07, а СТФ 0.03.

Одним из достоинств стеклотекстолита, определившим применение его в качестве платы усилителя мощности ИФ, является повышенная стойкость к температуре. Фольгированный стеклотекстолит марки СТФ-2 может работать при температуре 180° С около 100 часов, а также выдерживает и более высокие температуры на короткий промежуток времени. Это свойство необходимо для исключения вероятности распространения огня печатной платой при возникновении пожара.

В качестве материала фольги использована медь, так как она обладает хорошими проводящими свойствами.

В качестве конструкционных материалов для изготовления деталей используются металлы. К металлам, из которых будут изготавливаться детали такими высокопроизводительными методами как литье, штамповка, прессование, предъявляются требования:

) высокая текучесть при небольшом перегреве;

) малая усадка;

) достаточная прочность при высоких температурах.

Контур платы печатной, технологические отверстия и всевозможные вырезы под устанавливаемые на нее детали (экраны, радиаторы и т.д.) выполнены при помощи вырубки на специально сконструированных штампах.

С целью обеспечения хорошей смачиваемости печатной платы припоем, для защиты поверхности меди от окисления, а, следовательно, и для достижения хорошей пайки сформированный рисунок проводников покрыт сплавом КОУТС 501 ТСМ. Покрытие способствует также снижению суммарного сопротивления печатных проводников электрическому току.

При выборе материала печатной платы необходимо руководствоваться документами: ГОСТ 10316-78, 23751-86, 23752-86 и др.

В результате сопоставления условий эксплуатации охранного устройства и условий эксплуатации применяемых в нем электрорадиоэлементов произведен выбор элементной базы, которая в большинстве своем является унифицированной.

5. Выбор и обоснование компоновочной схемы и метода конструирования

Для ускорения разработки РЭС, повышения надежности и качества аппаратуры разрабатывают компоновочные схемы и определяют численные значения компоновочных характеристик.

Компоновка представляет собой размещение элементов РЭС в пространстве или на плоскости. Задача компоновки - выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение массы и расположения в пространстве составных элементов изделия.

Имея компоновочный эскиз изделия и схему электрическую принципиальную, можно до разработки рабочих чертежей и изготовления макета оценить возможный характер и уровень паразитных связей, оценить тепловые режимы и т.д. При внутренней компоновки следует учитывать следующие требования:

отсутствие между отдельными элементами, узлами и блоками существенных паразитных электрических и магнитных взаимосвязей, влияющих на технические характеристики изделия;

минимизация влияния тепловых и механических воздействий на изменение технических характеристик изделия;

взаимное расположение элементов конструкции, обеспечивающие технологичность сборки и монтажа с учетом использования автоматического и полуавтоматического оборудования, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

расположение и конструкция органов управления и настройки, обеспечивающие максимальные удобства для оператора;

изделия должны удовлетворять требованиям технической эстетики;

габариты и масса изделия должны быть минимальными.

В отношении последнего требования следует отметить, что габариты и масса изделия в значительной мере зависят от принятых схемных решений и используемых радиоэлементов. Мерой эффективности мероприятий по уменьшению габаритов аппаратуры является плотность монтажа - среднее количество ЭРЭ, полупроводниковых приборов, умещающихся в единице объема.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удается. Поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению компромиссного оптимального решения. Для компоновки широко используются САПР. Процесс же трассировки печатных плат полностью автоматизирован.

Высокая сложность разрабатываемой в настоящее время РЭА, построенной с применением различного типа микросхем, микросборок и других современных ЭРЭ, вызвала необходимость поиска таких конструкций и компоновочных решений, которые позволили бы удовлетворять следующим требованиям:

а) высокая степень микроминиатюризации аппаратуры в целом;

б) широкая унификация элементов конструкции;

в) возможность параллельной сборки и регулировки составных частей РЭА;

г) обеспечение высокой эксплуатационной надежности аппаратуры многоразового действия за счет быстрой замены вышедших из строя составных частей;

д) возможность проведения модернизации отдельных частей при сохранении неизменными других.

Указанные требования в значительной степени удается выполнить, применяя функционально-модульный метод конструирования в сочетании с упорядоченной структурой деления аппаратуры на составные части.

На основе проведенного анализа электрической схемы и анализа существующих конструкций выбирается метод конструирования устройства в целом и его частей. Существующие методы конструирования РЭС подразделяются на три взаимосвязанные группы:

а) по видам связей между элементами;

б) по способу выявления и организации структуры связей между элементами;

в) по степени автоматизации конструирования РЭС - зависит от назначения аппаратуры и ее функций, преобладающего вида связей, уровня унификации, автоматизации и т.д.

Для проектируемого устройства наиболее оптимальным является выбор базового метода конструирования. В основу этого метода положен модульный принцип проектирования. Базовый метод является основным при проектировании современной РЭА, он имеет много преимуществ по сравнению с другими методами:

а) на этапе разработки позволяет одновременно вести работу над многими узлами и блоками, что сокращает сроки проведения разработок;

б) упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, так как работа любого функционального узла определяется работой известных модулей, резко упрощается конструирование и макетирование;

в) сокращает объем оригинальной конструкторской документации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру без коренных изменений конструкции;

г) упрощает и ускоряет внесение изменений в схему, конструкцию и конструкторскую документацию;

д) на этапе производства сокращает сроки освоения серийного производства аппаратуры;

е) снижает стоимость аппаратуры благодаря широкой механизации и автоматизации производства;

ж) повышает степень специализации производства;

з) при эксплуатации повышает эксплуатационную надежность РЭА, облегчает обслуживание, улучшает ремонтопригодность аппаратуры.

6. Выбор и обоснование способов и средств обеспечения теплового режима, герметизации, виброзащиты и электромагнитной совместимости

Выбор способов охлаждения

При обеспечении необходимого теплового режима СМЭ основные трудности связаны с отводом тепла, т.е. охлаждением. Учитывая тип и состояния теплоносителя, а также причину, вызвавшую его движение, способы охлаждения СМЭ можно разделить на следующие основные классы: газовое (воздушное), жидкостное, испарительное, а также естественное и принудительное.

Способ охлаждения во многом определяет конструкцию СМЭ. Поэтому уже на ранней стадии проектирования, т.е. на стадии технического предложения или эскизного проекта, необходимо выбрать способ охлаждения СМЭ, после чего можно приступить к предварительной проработке конструкции. Выбранный способ охлаждения должен обеспечить заданный по ТЗ тепловой режим СМЭ, что можно проверить расчетным путем детальной проработки конструкции аппарата либо опытным путем после испытания макета или опытного образца. Следовательно, если на ранней стадии конструирования мы неправильно выберем способ охлаждения, то это обнаружится только на более поздних стадиях конструирования, в результате чего проделанная работа будет напрасна, а сроки создания СМЭ значительно увеличатся. Если к этому добавить, что на ранней стадии конструирования мы располагаем минимальной информацией о конструкции СМЭ, то станет очевидным, сколь ответственна и сложна задача выбора способа охлаждения.

Для выбора способа охлаждения прежде всего требуются следующие данные:

а) суммарная мощность , рассеиваемая в блоке;

б) диапазон возможного изменения температуры окружающей среды ;

в) пределы изменения давления окружающей среды ;

г) время непрерывной работы ;

д) допустимые температуры элементов ;

е) коэффициент заполнения по объему .

Эти исходные данные недостаточны для детального расчета теплового режима, но их можно использовать для предварительной оценки. Выбор способа охлаждения на ранней стадии конструирования часто имеет вероятностный характер, т.е. дает возможность оценить вероятность обеспечения заданного по ТЗ теплового режима СМЭ при выбранном способе охлаждения, а также усилия, которые необходимо затратить при разработке будущей конструкции СМЭ с учетом обеспечения теплового режима.

Выбор способа охлаждения можно выполнить с помощью графиков, характеризующих области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти области строятся по результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, тепловых расчетов и данных испытания макетов.

Выбор способов герметизации

Основная цель герметизации - предотвращение воздействия внешних климатических факторов.

Выбор способа герметизации обуславливается совокупностью требований к конструкции: условиями реализации нормального теплового режима, ремонтопригодностью, элементоемкостью реализуемой схемы, плотностью компоновки, рядом эксплуатационных требований (изменение барометрического давления, механические воздействия, перепады температур) и надежностью.

Различные методы герметизации отличаются как методом исполнения, так и сложностью и стоимостью. Известны способы герметизации с помощью:

а) изоляционных материалов;

б) непроницаемых для газов оболочек.

В конструируемом изделии специальные способы герметизации прибора не предусмотрены. Это обусловлено следующими условиями его эксплуатации: прибор предназначен для работы в специальных помещениях с регулируемым климатом, где созданы условия, обеспечивающие надёжную работу. Исходя из вышеперечисленного и принимая во внимание использование естественного охлаждения в качестве способа теплозащиты, необходимость в специальных способах герметизации прибора отсутствует.

Обоснование необходимости защиты от механических воздействий

СМЭ эксплуатируются в помещениях, на открытом воздухе, на различных подвижных объектах и т.д. При эксплуатации они подвергаются воздействием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.