50263 (Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT)

Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

2.1.4 Обоснование выбора диодов

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности схемы

3.2 Расчет узкого места

3.3 Расчет теплового сопротивления корпуса ИС

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы

4.2 Обоснование разработки компоновки печатной платы

5. Технологическая часть

5.1 Изготовление печатной платы

5.2 Особенности конструкции

6. Организационная часть

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации аппаратуры

7 Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости на устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

8 Охрана труда

8.1 Техника безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры

9 Литература

10 Приложение

Введение

Развитие электроники после изобретения радио можно разделить на три этапа: радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники. В первый период (около 30 лет) развивалась радиотелеграфия, и разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки и исследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний детекторов. В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.

Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой. Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными (с ртутью). Первые вакуумные приемно-усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научнорадиотехнический институт с широкой программой действий, привлёкший к работам в области радио многих талантливых учёных, молодых энтузиастов радиотехники. Нижегородская лаборатория стала подлинной кузницей кадров радиоспециалистов, в ней зародились многие направления радиотехники, в дальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация и радиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям применения электромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумной техники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а также изобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп более совершенных, чем триод.

В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумя сетками (тетрод), а в 1930 - 1931 г.г. - пентод (лампа с тремя сетками). Электронные лампы стали изготовлять с катодами косвенного подогрева. Развитие специальных методов радиоприёма потребовало создания новых типов многосеточных ламп (смесительных и частотно - преобразовательных в 1934 - 1935 г.г.). Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп. Освоение и использование ультракоротких волн привело к усовершенствованию известных электронных ламп (появились лампы типа "желудь", металлокерамические триоды и маячковые лампы), а также разработке электровакуумных приборов с новым принципом управления электронным потоком - многорезонаторных магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны. Эти достижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации, радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которых используется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствован изобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон (1928-1929 г.г.), тиратрон (1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т.д. Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось разработкой и усовершенствованием различных фотоэлектрических приборов (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки) и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельную инженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность и радиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчёта радиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретические и экспериментальные работы.

И последний период (60-е-70-е годы) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т.д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) и сверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления р-п- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д.

Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 - 200 мВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 - 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более. Маломощные же транзисторы (до 0,5 - 0,7 Вт) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 ÷ 70 °С, а на основе кремния - не выше +100 ÷ 120 °С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 °С, и их рабочие частоты в итоге довились до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 °С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники.

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Напряжение питания (В) ………..............................................…..…12

Число подключаемых вентиляторов ……………………………….3

Напряжения подаваемые на вентиляторы (В) ………………min 5

………………………………………………………………….max 11,7

Частота вращения вентиляторов (Гц) ……………………….min 10

…………………………………………………………………..max 20

Период цикла изменения частоты (с) ………………………………3

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

Управлять вентиляторами можно лишь при условии, что материнская плата компьютера оснащена необходимыми для этого электронными регуляторами, а так бывает далеко не всегда. Если встроенных регуляторов нет, поможет блок. По командам формируемым программно на линиях порта LPT компьютера, он обеспечивает разельное шестнадцатиступенное регулирование частоты вращения трёх вентиляторов, изменяя подаваемое на них напряжение от 5…5,5в до 11,7…11,8в, что соответствует изменению чачтоты вращения от 40 до 100% максимальной.

К розетке LPT системного блока компьютера подключают вилку Х1. Счетверенный транзисторный оптрон U1 предназначен для гальванической развязки цепей порта LPT и цепей управления вентиляторами. Ток через излучающие диоды оптронов ограничен резисторами R1-R4. Три канала управления вентиляторами, подключаемыми к вилкам Х2, Х4 и Х5, построены по одинаковым схемам, однако в одном из них (управляющим вентилятором №1) предусмотрен узел защиты на микросхеме DD1, назначение и работа которого будут рассмотрены позже. Вилку Х3 соединяют с имеющейся в каждом компьютере стандартной кабельной розеткой, предназначенной для питания дисководов.

Работу его каналов рассмотрим на примере первого, построенного на счетчике DD2.1, диодах VD3-VD6 и транзисторах VT1, VT4. Цикл начинается по окончании общего для всех каналов импульса начальной установки, формируемого программно на линии DATA1 порта LPT и поступающего на входы R их счетчиков через оптрон U1.2. Через некоторое время с линии DATA2 через оптрон U1.1 на вход CN счетчика начинают поступать счетные импульсы, с каждым из которых изменяется состояние выходов счетчика. Резисторы R11-R14 и диоды VD3-VD6 образуют преобразователь кода в напряжение, пропорциональное числу импульсов, поступивших на вход счетчика в данном цикле. Оно поступает на вентилятор через усилитель на транзисторах VT1 и VT4. Поскольку циклы регулирования повторяются с периодом приблизительно 3 с, напряжение на вентиляторе большую часть времени остается неизменным, пульсации сглаживает конденсатор С4.