МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАФЕДРА 404

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ»

НА ТЕМУ «РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЛОКА»

Выполнила: ст. гр. 04-315

Малкова Екатерина Сергеевна

Руководитель проекта:

Шишков Алексей Николаевич

Москва 2010

Реферат

Отчет 20 страниц, 9 рисунков, 4 таблицы, 5 источников.

Объектом исследования является преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса, установленный на быстроходном катере.

Цель работы – это разработка комплекта конструкторско-технологической документации на изготовление блока 16-канального ШИМ-преобразователя. 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

Реферат 2

Содержание 3

Введение 4

1 Техническое задание на разработку конструкции блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса 5

1.1 Наименование и области применения 5

1.2 Основание для разработки 5

1.3 Цель и задачи разработки 5

1.4 Источники разработки 5

1.5 Технические требования 5

2 Схемотехническая отработка конструкции 8

2.1 Краткое описание принципа работы с приведением электрической схемы 8

2.2 Анализ электрической принципиальной схемы 9

3 Разработка конструкции РЭС 12

3.1 Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля 12

3.2 Выбор системы охлаждения 12

3.3 Расчет элементов печатной платы и ее площади 12

3.4 Расчет размеров и разработка конструкции корпуса 13

4 Оценка показателей качества конструкции 14

4.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции. 14

4.2 Расчет вибропрочности 16

4.3 Расчет надежности 17

5 Заключение 19

6 Список литературы 20

Введение

Курсовая работа по дисциплине «Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств» представляет собой заключительный этап изучения данной дисциплины. Ее цель – подготовить студентов к самостоятельному решению проектно-конструкторских задач при выполнении дипломного проекта и последующей работе на предприятиях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

• систематизация, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине;

• развитие и закрепление практических навыков разработки конструкций и технологии радиоэлектронных средств (РЭС);

• приобретение опыта работы с нормативно-технической документацией, технической литературой и разработки конструкторской и технологической документации на РЭС.

В курсовой работе студенту предлагается разработать конструкцию бортового или наземного РЭС функционального различного назначения. Содержание конструкторских и технологических задач курсового проекта соответствует стадиям технического предложения, эскизного и технического проектирования. По сложности разрабатываемая РЭС относится к изделиям первого и более высоких структурных уровней.

1 Техническое задание на разработку конструкции блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса

1.1 Наименование и области применения

Наименование изделия – блок 16-канального преобразователя амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса.

Изделие используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях. Устройство предназначено для использования на быстроходном катере во внутренних помещениях судна.

1.2 Основание для разработки

Основанием для разработки служит задание на курсовое проектирование, выданное кафедрой №404 и утвержденное 18.02.10.

1.3 Цель и задачи разработки

Целью разработки служит комплект конструкторско-технологической документации на изделие блока преобразователя амплитуда–ширина импульса.

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

1.4 Источники разработки

Схема одного канала преобразователя амплитуда-ширина импульса представлен в книге «Практическая схемотехника. Книга 1» М. А. Шустов. М., «Альтекс-А» 2003 год, стр. 175, рис. 19.8.

1.5 Технические требования

1.5.1 Состав изделия и требования к конструкции

Конструктивно изделие должно представлять собой блок, выполненный с применением технологии поверхностного монтажа, заключенный в герметичный корпус, выполненный в форме параллелепипеда и сделанный из легкого ударопрочного материала. Питание должно осуществляться от внешней сети с применением стандартных разъемных соединений.

Требования к конструкции:

Масса не более	2500 г.
Габаритные размеры не более	200х90х90 мм.

1.5.2 Показатели назначения

Блок преобразователя амплитуда–ширина импульса должен обеспечивать следующие значения функциональных показателей:

• количество каналов преобразователя – 16;

• максимальная амплитуда входного сигнала – 2…2.5 В

• полоса рабочих частот – 100-200 кГц

• пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5-200 кГц – 250...270 мВ;

• напряжение питания – +9 В 10%

1.5.3 Требования к надёжности

Изделие должно обеспечивать следующие показатели надёжности:

• среднее время наработки на отказ не менее 800000 часов;

• вероятность безотказной работы за 8 часов 0,9998.

1.5.4 Требования к уровню унификации и стандартизации

В блоке 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса должны быть использованы унифицированные и стандартизированные изделия. Уровни унификации и стандартизации оцениваемые коэффициентами должны быть не ниже 0,7.

1.5.5 Требования к безопасности

Изделие должно является быть безопасным при производстве, эксплуатации и ремонте по требованиям безопасности ГОСТ12.2.006-86.

1.5.6 Эстетические и эргономические требования

Изделие должно отвечать требованиям информационной выразительности, целостности композиции, рациональности формы, а также психофизиологическим требованиям, антропометрическим и гигиеническим требованиям.

1.5.7 Условия эксплуатации

Изделие должно сохранять работоспособность и обеспечивать значения параметров оговоренных в 1.5.2. при следующих уровнях окружающей среды:

• температура окружающей среды от –40 до +60 С;

• относительная влажность при +25 C 93-100%;

• пониженное атмосферное давление до 61кПа;

• ветровая нагрузка 70 м/с;

• ускорение ударов 147 м/с²­;

• длительность ударов 5-10 мс;

• частота повторения ударов 40-80 Гц;

• диапазон частот вибрационных воздействий от 5 до 150 Гц;

• ускорение вибрации 58,9 м/с²­;

• акустический шум в полосе 50-1000 Гц 140 дБ;

• линейное ускорение 3,12 м/с²­.

1.5.8 Дополнительные требования

Изделие, должно быть выполнено на отечественной элементной базе или зарубежных аналогах с применением печатного монтажа. В изделии должны применяться материалы, рекомендованные для применения в бытовой аппаратуре.

1.6 Стадии разработки

Календарный план сдачи курсового проекта:

27.02. Техническое задание

15.03. Схемотехническая отработка конструкции,

30.03. Разработка конструкции РЭС,

15.04. Расчет показателей качества,

15.05. Оформление записки и графической части,

25.05. Защита.

1.7 Комплектность документации

В комплект документации должны входить:

• расчетно-пояснительная записка;

• электрическая принципиальная схема;

• сборочный чертёж блока;

• спецификация на блок;

• сборочный чертеж печатной платы;

• спецификация на ФЯ;

• чертеж печатной платы.

2 Схемотехническая отработка конструкции

2.1 Краткое описание принципа работы с приведением электрической схемы

Преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях. На рис.1 приведена схема такого преобразователя. Она выполнена на основе компаратора DA1 (K554CA3).

Рисунок 1 – Преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса.

При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схема не требует настройки, установки порогов, полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов C1 и С2.

Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5...200 кГц составляет 80...90 мВ, для кремниевых — 250...270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах 2...2,5 В.

2.2 Анализ электрической принципиальной схемы

Блок преобразователя амплитуда–ширина импульса является аналогово-цифровым устройством

На входе – аналоговый сигнал любой формы с изменением амплитуды, на выходе – цифровой сигнал в виде прямоугольных импульсов с различной шириной, в зависимости от амплитуды входного сигнала.

2.2.1 Расчет схемы по постоянному току

Заменим в исходной схеме (рисунок 1) емкости – разрывом, диод – проводом, после преобразования получим следующую схему (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема ШИМ-преобразователя при постоянном токе

Из схемы видно, что ток через резистор , а токи .

Таким образом получим

Обозначение	Номинал	Напряжение, В	Ток, мА	Мощность, мВт
R1, R2	51 кОм	0	0	0
		9,9	0,1	0,99
R3	1 кОм	0	0	0
		9,9	9,9	98,01

Обозначение	Элемент	Напряжение, В	Ток потребления, мА	Мощность, мВт
DA1	LM311D	4,9	7,5	36,75

2.2.2 Обеспечение требований к массогабаритным характеристикам

Данный пункт ставит перед собой цель показать, что радиоэлементы (РЭ) использованные в электрической принципиальной схеме блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса обеспечивают требования к массогабаритным характеристикам изделия.

Для решения поставленной задачи в таблице 2.1 приведены массогабаритные характеристики РЭ, полная информация о характеристиках РЭ приведена в приложении 1.

Таблица 2.1

Тип элемента	кол-во	Фирма производитель	Масса, г	Размеры, мм			Установочная площадь, мм2	Установочный объём, мм3
				Высота	Длина	Ширина
LM311D	1	ON Semiconductor	2.5	1.75	5	4	20	35
RС1206	3	CINETECH	1	0.55	3.2	1.6	5.12	2.816
СC1206	2	Murata	1	1.25	3.2	1.6	5.12	6.4
BAV70	1	ON Semiconductor	0,004	1.1	3.0	1.4	4.2	4.62

Данные таблицы 2.1 позволяют найти суммарные массу конструкции, объём конструкции и установочную площадь. Используя среднестатистические значения относительных параметров конструкции РЭС по найденным значениям суммарных массы, объёма и установочной площади элементов можно оценить ожидаемые значения массогабаритных характеристик блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса.