Курсач РЭС (КП - высокочастотный усилитель видеосигнала)

Московский Авиационный Институт

(государственный технический университет)

Факультет радиоэлектроники летательных аппаратов

Кафедра 404

Расчетно-пояснительная

Записка

К курсовому проекту по дисциплине

«ОК и ТП РЭС»

Выполнил: Ильинский А.М.

группа 04-315

Принял: Шишков А.Н.

Москва 2010г.

Реферат

Отчет 17 страниц, 9 рисунков, 9 таблиц, 8 источников.

Объектом исследования является высокочастотный усилитель видеосигнала, обрабатывающий сигналы с видеокамер, установленных на орбитальной космической станции.

Цель работы - разработка комплекта конструкторско-технологической документации на изготовление блока 24-канального усилителя видеосигнала. Задачами разработки являются: схемотехническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.

В данной расчетно-пояснительной записке приводятся требования, предъявляемые к разрабатываемому устройству в техническом задании, анализ электрической принципиальной схемы по постоянному току и описание системы обеспечения электромагнитной совместимости, подбор элементной базы и типового разъемного соединителя, разработка системы охлаждения, характеристик функциональной ячейки и блока. Также приведены оценочные расчеты показателей надежности и вибропрочности. Для оценки температурных параметров устройства приведен расчет теплового режима и составлена схема тепловой модели.

Содержание

Введение...................................................................................................................4

1. Техническое задание...........................................................................................5

2. Анализ электрической принципиальной схемы...............................................6

2.1 Краткое описание разрабатываемого устройства................................6

2.2 Частотные свойства и ЭМС....................................................................6

2.3 Анализ принципиальной схемы по постоянному току........................6

3. Выбор элементной базы......................................................................................7

4. Разработка конструкции РЭС...........................................................................10

4.1 Выбор системы охлаждения.................................................................10

4.2 Разработка конструкции функциональной ячейки............................10

4.2.1 Расчет площади печатной платы............................................10

4.2.2 Выбор размеры печатной платы.............................................10

4.2.3 Разработка конструкции печатной платы..............................11

4.3 Разработка конструкции блока............................................................11

5. Оценка показателей качества конструкции....................................................12

5.1 Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции..12

5.2 Расчет показателей вибропрочности изделия.......................................14

5.3 Расчет надежности изделия....................................................................16

Заключение.............................................................................................................18

Список использованной литературы...................................................................19

Введение

Цель работы - разработка комплекта конструкторско-технологической документации на изготовление блока 24-канального усилителя видеосигнала.

Объектом установки разрабатываемого блока устройства будет являться орбитальная космическая станция.

Задачами разработки являются: схемотехническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.

В рамках курсового проекта производится схемотехническая обработка конструкции, разработка конструкции изделия, описание конструкции изделия, оценка показателей качества конструкции, расчет показателей вибропрочности и расчет надежности конструкции изделия.

1. Техническое задание

1.1. Наименование и область применения.

Наименование - блок 24-канального усилителя 50МГц с NE592 . Используется в качестве усилителя электромагнитных сигналов, пробника для измерения напряжения, устанавливается на орбитальной космической станции.

1.2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на курсовую работу по курсу «ОК и ТП РЭС», выданное кафедрой №404.

1.3. Цель и задачи разработки.

Целью разработки является комплект конструкторско-технологической документации на изготовление блока 24-канального усилителя 50МГц с NE592. Задачами разработки являются: схемотехническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.

1.4. Источники разработки.

В качестве схемы 1 канала будет использована схема для 1-канального усилителя, приведенная в книге Шрайбера «400 новых радиоэлектронных схем» стр.29 рис.2.7

1.5. Тактико-технические требования.

1.5.1. Состав изделия и требования к конструкции.

Конструктивно изделие должно представлять собой блок, заключенный в герметичный корпус, выполненный в форме параллелепипеда и сделанный из легкого ударопрочного материала.

Требования к конструкции: масса не более 2 кг; габаритные размеры не более 200*200*50. Изделие должно быть выполнено на печатных платах, а также при монтаже электрорадиоэлементов должен быть использован способ монтажа на поверхность. Технология монтажа в отверстие допустима лишь для установки разъемных соединителей, индикаторов либо ручек управления.

1.5.2. Показатели назначения.

Устройство должно выполнять свои функции при следующих условиях:

- количество каналов – 24;

- ток питания до 30 мА;

- напряжения питания ±8 В ±10%;

- амплитуда входного сигнала – от 0В до 1В;

- полоса рабочих частот – от 30 МГц до 150 МГц;

- коэффициент усиления – 60 дБ.

1.5.3 Требования к надежности.

Наработка на отказ не менее 20000 часов.

1.5.4. Требования к уровню унификации и стандартизации.

В устройстве используются материалы и элементы, серийно выпускаемые промышленностью.

1.5.5. Требования к безопасности.

Изделие должно является быть безопасным по требованиям безопасности ГОСТ12.2.006-86.

1.5.6. Эстетические и эргономические требования.

Изделие должно отвечать антропометрическим и гигиеническим требованиям.

1.5.7. Условия эксплуатации.

Объектом установки изделия является орбитальная космическая станция. Исходя из данного факта, изделие должно сохранять работоспособность при следующих уровнях окружающей среды:

- температура окружающей среды от 233° К до 333° К;

- относительной влажности воздуха при Т=298° К – 100%;

- пониженное давление 0.12 кПа;

- ускорение при ударе 961 м/с²;

- длительность удара 5-12 мс;

- вибрации в диапазоне частот 0-2500 Гц;

- ускорение при вибрации до 196,2 м/с²;

- акустический шум в полосе 50-1000 Гц – 170 дБ.

1.6. Дополнительные требования.

Дополнительных требований нет.

1.7 Комплектность документации.

- расчетно-пояснительная записка;

- принципиальная электрическая схема;

- сборочный чертеж блока изделия;

- сборочный чертеж ФЯ;

- чертеж печатной платы;

- спецификация на блок;

- спецификация на ФЯ;

- перечень элементов.

1.8 Сроки выполнения работ.

Календарный план сдачи курсового проекта.

02.2010 - Техническое задание;

03.2010 - Схемотехническая отработка конструкции;

03.2010 - Разработка конструкции РЭС;

04.2010 - Расчет показателей качества;

04.2010 - Оформление записки и графической части;

05.2010 - Защита.

2. Анализ электрической принципиальной схемы

2.1. Краткое описание разрабатываемого устройства.

Блок 24-канального видеоусилителя используется для усиления сигналов с видеокамер на орбитальной космической станции. Электрическая принципиальная схема для одного канала, основанная на микросхеме NE592, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Электрическая принципиальная схема одного канала

2.2. Частотные свойства и ЭМС.

Рассмотрев рабочую полосу диапазона частот, можно заметить что, несмотря на то, что она включает в себя высокие частоты, они недостаточно высоки для появления необходимости использования микрополосковых линий. Для обеспечения стабильности работы устройства входы и выходы на печатной плате должны располагаться топологически как можно на большем расстоянии друг от друга. По этой причине расположим входы каналов на вдоль одной из сторон печатной платы, а выходы – вдоль противоположной стороны.

2.3. Анализ электрической принципиальной схемы по постоянному току.

Целью анализа является определение величин падения напряжений и протекающих токов через отдельные элементы контура. Знание приведенных параметров необходимо для определения величин рассеиваемых мощностей.

При рассмотрении электрической схемы по постоянному току принимают следующие допущения:

- величина входных сигналов по постоянной составляющей мала

- входное сопротивление выводов микросхем стремится к бесконечности

- выходное сопротивление стремится к 0

Составим эквивалентную схему, «обрывая» входные проводники микросхем и емкости (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема по постоянному току

Найдем напряжение на транзисторе BF345B и на сопротивлении R3:

Здесь - напряжение на транзисторе BF245B; - напряжение на сопротивлении R3.

Найдем величину тока через эквивалентную электрическую цепь:

Используя полученные данные, найдем рассеиваемую мощность на элементах:

Где – мощность, рассеиваемая на полевом транзисторе, – мощность, рассеиваемая на сопротивлении R3.

Чтобы рассчитать полную мощность рассеивания, необходимо добавить к сумме и еще одно слагаемое – рассеиваемую мощность на микросхеме NE592:

3. Выбор элементной базы

Основываясь на указанных в схеме номиналах элементов и вычисленной мощности рассеивания, выберем конкретную элементную базу. Приведем также параметры для указанных в схеме полевого транзистора BF245B и микросхемы NE592. Параметры выбранных резисторов, конденсаторов, транзистора и микросхемы указаны в таблице 3.1, таблице 3.2, таблице 3.3 и таблице 3.4 соответственно. Выбор резисторов производится с учетом величин рассеиваемых мощностей, вычисленных в анализе схемы по постоянному току. Очевидно, что величина предельной рассеиваемой мощности резистора должна превышать рассчитанную по постоянному току. Для резисторов, не вошедших в эквивалентную схему по постоянному току, выберем предельную рассеиваемую мощность такую же, как и у резисторов, вошедших в схему по постоянному току. Рабочее напряжение для конденсаторов подберем таким образом, чтобы оно с некоторым запасом превышало удвоенное значение напряжение питания. При выборе резисторов, конденсаторов, корпуса полевого транзистора и корпуса микросхемы будем руководствоваться требованиями к монтажу на поверхность. Следовательно, выберем SMD чип-резисторы и чип-конденсаторы. В таблице 3.1 столбец - мощность, рассеиваемая на элементах при анализе схемы по постоянному току. Чип-резисторы и чип-конденсаторы удовлетворяют требованию к монтажу ЭРЭ на поверхность. Полевой транзистор BF245B также по умолчанию предназначен для монтажа на поверхность. Микросхема NE592 имеет несколько подтипов, различающихся типом корпусов в зависимости от технологии монтажа. Учитывая требование к ТМП, необходимо выбрать подтип «D» с 14-ю выводами. Такая микросхема имеет маркировку NE592D14. Для монтажа требуемого транзистора на поверхность используем корпус SOT323, габаритные размеры которого приведены в таблице 3.5. Для микросхемы на рисунке 3 приведено ее схематическое изображение, а в таблице 3.6 – ее габаритные параметры.