Курсовая работа: Курсовик №2

Файлы скачаны со студенческого портала для студенты "Baumanki.net"

Файлы представлены исключительно для ознакомления

Не забывайте, что Вы можете зарабатывать, выкладывая свои файлы на сайт

Оценивайте свой ВУЗ в различных голосованиях, в том числе в досье на преподавателей!

Распознанный текст из изображения:

!. Задание

Рассчитать компаратор со схемой сравнения на микросхеме

К 140 УД5.

Исходные данные:

1. з-Т1ип= + 12 В;-Бип=-12 В;

2. Пв =5~!В;

3. Модель порога срабатывания комцаратора Пвх = - !1оп "

Н2/К1,'

4. Допуск Д Пвх < '- 10 %;

5. Обшая ВБР Рф > 0,95;

6. Применение - на железной дороге;

7. Алгоритм н условия эксплуатации:

Время, тыс. час. ~- — — — — — — — — - + !

0 !О

Температура,'С - 50 + 50

Влажность, % б5... 9!

2.Описание принципа работы

принципиальной схемы узла

Схема электрическая принципиальная узла показана в приложении 1. Ыемпаратор собран на микросхеме 140УД5. Прингпш его работы, основан на персбрасывашзи схемы в противоположное состояние в момент достижения входным напряжением опорного уровня, задаваемого напряжением !1ол соотношением сопротивлений К! — К2 в цепь инвертирузоц!его входа микросхемы обеспечивает сравнение разнополярных напряжений Пах и Пол.

Распознанный текст из изображения:

11. Содержание

Стр.

1. Задание 2

2, Описание принципа рабо~ы принципиальной схемы узла

3. Расчет электрического режима работы элементов узла и коэффициентов

их нагрузки

4. Выбор элементов по эксплуатационным условиям

5. Расчет надежности узла по внезапным отказам 6

б. Определение требуемого уровня надежности узла по постепенным

отказам

7. Расчет стабильности элементов:

а) составление уравнения относительной погрешности по

анашпнческому выраженинэ выходного параметра 7

б) расчет допусков старения

в) расчет температурных допусков

г) выбор запаса допуска на влажность

8. Определение допустимого уровня производственного разброса

ларам е ров элементов 9

9. Определение допустимого уровня производственного разброса

параметров элементов 10

10. Выводы 10

11. Содержание 11

12, Литература 12

Придожение 1. Схема электрическая принципиальная узла 13

Приложение 2. Схема электрическая принципиальная 14

микросхемьь

Распознанный текст из изображения:

12.Литература

1. "Технология, надежность и автоматизация производства БГИС

и микросборок' Уч. пособие для ВУЗов. Под ред. Фомина А.В.

М«Радио и связь, 1981 г.

2. "Конструирование аппаратуры на БИС и СВИС" Г!од ред.

Б.Ф.Высоцкого и В.Н. Сретенского

М.: Радио и связь, 1989 г.

3. Л.В Фомин, О.М. Умрихин "Методы оценки и оптимизации

конструкторско-технических характеристик качества МЭА и

ЭВА.'

М.: МЛИ, 1989 г.

4. Л.В. Фомин, О.М. Умрихин

'Анализ электрической нагрузки элементов при оценке

надежности интегральных радиоэлектронных устройств".

М.: МАИ, 1994 г.

5. А.В. Фомин, О.М. Умрихин, Ю.Н. Корниенко, Ю.И. Борзаков

"Расчет надежности интегралыгых РЭС и ЭВС" Уч. пособие по

курсовому и дипломному проектированию.

М.: МАИ. 1998 г.

6. "Изделия электронной техники для промышленной и бьитовой

РЭА". Справочный каталог.

М.: 1'ЦНИИ «Циклоньз 1994 г.

Распознанный текст из изображения:

.т55зстл' з к' с"5~„' 5'

~'ОР~Е.№5№рр,' КО О..5ЛйзЦстд 2

— — --- —.. л

5 Р

рлет55№5Х/ЛРСД РЛ5 П КЕ5 5РТ

,„„.д. Лу,, Лу А' 5У'Уй ~с

Л нт. Мвсс 5 Мвс5н"5556

Лнм

р Т

!звс Лист

№доктм

Подо

аз во

Пров

Лыст 2 Лвс5ов,?

контр

5,м„

контр

Утв

Ф ----Г 1 "5№м н

-О -~-+~+

"т~ зр5№ '7с ото, 1 15 ы С'Г'55 Крорс'Л' Лт'-5

Р то с Л ~-~ ю

Д

Распознанный текст из изображения:

Цепи С! — К3, С2, СЗ вЂ” К4 являються корректирующими.

Диодный ограничитель на входе схемы 1ЧО1, ЪТ>2) предотврашает

перегрузки входной цепи микросхемы при больших уровнях входного

сигнала.

Внутренняя электрическая схема микросхемы К 140 УД5

приведена в приложении 2.

Описание работы операционного усилителя 1ОУ)

на микросхеме К 140 УД 5

ОУ К 140 УД5 состоит из двух дифференциальных каскадов усиления цо напряжению, схемы снижения уровня выходного напряжения и выходного каскада. Е1а входе первого дифференциального каскада !транзисторы ЧТ1 — ЧТ5) включены эмиттерные повторители (транзисторы ЧТ! — ЧТ5), которые обеспечивазот высокое входное сопротивление и малый входной ток. Дифференциальный каскад без эмитзерных повторителей обладаег несколько меныпим напряжением смещения. Ток покоя входного каскада задается с помощью генератора тока, включенного на транзисторе ЧТ3, который термостабилизирован транзистором ЧТ7 в диодном включении. '1"ранзистор ЧТб служит для стабилизации режима работы первого дифференциального каскада.

Второй дифференциальный каскад (транзисторы ЧТЗ вЂ” ЧТ!0) с симметричным входом и нессиметричпым выходом„помимо усиления по напряжению, осуществляет преобразование дифференциального входного сигнала в одиночный выходной. Ток покоя второго каскада задается с помошью генератора тока !транзистор ЧТ9).

Схема снижения уровня выходного напряжения !транзисторы ЧТ11,ЧТ12) предназначена для снижения высокого потенциыа коллектора трагвистора Ч 010 до нулевого уровня на выходе ОУ прн отсутствии на входах напряжений. Снижение выходного уровня осуществляется на эмигтерном повторителе !транзистор ЧТ!1) за счет деления выходного потенциала эмиттерпого повторителя па резисторах М 0 — 212. Транзистор ЧТ12 задает ток покоя эмиттерного повторителя ЧТ11, что позволяет не ослаблять коэффициент усиления по переменному току. Эмиттерный повторитель на транзисторе ЧТ13 является выходным каскадом.

Для устойчивой работы усилителя рекомендуется вкшочать три пепи коррекции между выводами 3 и б, 2 и 12, 2 и 4 в соответствии с рекомендациями настоян!его стандарта.

Распознанный текст из изображения:

Технические ха акте истики мик осхемы:

1. Постоянные напряжения на выводах:

Г 1 2,3 ~ 4 ' 5 ~ 6

-12 +8,6 ! -00,7 ~ О!+6,3

э

Коэффициент усиления на выводах: 1 2,3 4,5 6 ~ 12

К, = Кто "сопя! 1,7 ~ ! Й,7

Напряжения на выходах для ключевого ежима:

Выводы ~ 5 б 12 ' 11 2 3 ~ 4 ! Нижний. В 4,2 -2 +3, ;8,4 5,3

~В~ В ~ 78 1 у т н ~ 1т+89 1

А от 5.1 прн 40 С до 3,4 при-ь 100 С.

З.расчет электрического режима работы

1: элементов узла и коэффициентов их нагрузки

Для статисгического метода оценки надежности ИС возьмем:

= 1,0" 10 " !!час;

1~хо! кс = 0,6*10 " ! !час;

1. „= 0,1" 10'!!час.

2. Назначение выводов;

Выводы 8, 11, 9 и 10 предназначены для подачи на микросхему

входных сигналов, причем выводы 8 н 11 являкггся вь|сокоомнымн, а 9

и 10 — низкоомными входами; 5 — для гюдключення нагрузки цепи

обратной связи: 1 и 7 — для подключения питания: 2, 3, 4, б н 12 — для

подключения корректирующих цепей.

3. Напряжение питания:+6,-6,+12,-12 В. Допуск ь10%.

Разрешается эксплуатация микросхемы в интервале напряжений

питания от ь ЗВ до + 13 2 В.

4. Выходной ток ИМС 1вых мАх нЗ мА для ! = + 85 'С и

н!,5 мА для 1 = и 125 "С.

5. Для устранения перекоса 13вых' и 01вых Кн должно быль > 20 кОм.

Коэффициегп усиления нштряжения ИМС ггри Вин = + 12 В, - 12 В, Пвх =

0,1мВ, У=! кГц, Ен = 5 кОм, 1=+ 25 'С;

К 140 УД5Б — 8,9*10;

К 140 УД5А -3,9" 10'.

б. С ростом температуры Ктс падает линейно:

Б — от 10,3 прн — 40 'С до 6,7 при ь 100 'С;

о о

Распознанный текст из изображения:

1(оэффициенты режима работы приведены в таблице 1.

Таблица 1.

о

~ Коэф-ты 1 Максимальная температура окружаюшей среды, О

Режима / 20 ~ 30 . 40 1 50 . 60 ) 70 ~ 80

Работы

1,0 ) 1,35 Т 1,85 ' 2,6 ~ 3,6 ~ 4,9 ' 6,2

айдц) р( 1 1,0 1 1,27 ) 1,68 ' 2,0 ~ 2,6 ~ 3,4 ~, 4,1

1. Рассчитаем токи в схеме:

= П1К = И О" = О, ! мЛ,' ! = ВВ. = И О = О,! мЛ.

2. Определим напряжения на конденсаторах:

!1с1= Т11 — П2 = 8,6 — 6,3 = 2,3 В

(1сз= 86 — 07 = 7 9 В.

!1ср = 8,6 — 6,3 =2,3 В;

3. Подсчитаем выделяемую мощность на резисторах:

Рю =-Ркз = !р1 ЯК~ = О 1Я10' Р 1ОР10Р = 1 Вт,

Ркп = Т1 ~ Р з = 2 3 1 820 =- 64 мВт;

Рк, = Н Е4 = 2,3'! 820 = 6,4 мВт.

4. Рассчитаем коэффициенты нагрузки элементов схемы:

Кнк1 к2 = Рр! Рэл = 1/ 2 = 0,5;

Кикр р4 = 0,0064! 0,125 = 0.0512;

Распознанный текст из изображения:

Каске. = Ы 1)„= 2,3(50 = 0,046;

Кнсз = 7,9! 50 = 0.,158;

Кинга = 1)чо Д)оке мкх = 1(50 = 0,02

4. Выбор элементов по эксплуатационным

условиям

Исходя из полученных при расчетах данных, выбираем

резисторы И - й2, К3 — В.4 типа С2 — 29В:

номинальная мощность — 0,125 Вт, 0,25 Вт, 0,5 Вт, 1Вт, 2Вт;

диапазон номинальных сопротивлений — 1 — !О Ом;

б

допуск - ч. (О, 05 - 1, 0) %, ряд Е 192;

предельное рабочее напрязкение — 200 В, 350 В, 500 В, 750 В;

интеРвал Рабочит темпеРатУР - - 60 - ь 155 'Г; кь

ТКС - +5 "1О 1('Г - ч 100 ь10 1('С

минимальная наработка — 25000 час;

срок сохраняемости — 25 лет;

габаритные размеры — 3,5 х 8, 0 мм — 9 8х 28,0 мм;

Конденсаторы С1 - СЗ типа К10 — 17 — ! а:

номинальная емкость 2,2 5600 пФ;

номинальное напрязкение — 50 В;

допускаемое отклонение емкости - ч-5; х(0! ч-20 %!

тангенс угла потерь — 0,00(5;

группа по РКŠ— Л(47!

диапазон рабочих температур - -60 - ь(25'С;

минимавьная наработка — (0000 часов;

срок сохрсотемости — (2 лет;

габор итн ы е размеры — (б 8 -! 2) х (4 б — 8 б) х 5 6 мм.

5. Расчет надежности узла по внезапным отказам

Сначала посчитаем интенсивность отказов микросхемы

!

)нс = Ртат%ькчо1кс>ачо!кс>1Ччгчкс(ь131ч(т+1Чв+21Ччо<кс~1к д1* Кв,

где ).т =1,0" 10 " 1(час — интенсивность отказов транзисторных

переходов микросхемы,

Распознанный текст из изображения:

).яр = ).к = ).с = 0,6" 10" 1)час — интенсивность отказов диодов,

резисторов, конденсаторов в микросхеме: ).„м =- 0,1 "10 ' 1)час — интенсивность отказов соединений;

ат = 2,6 - ! коэффициенты режима работы по максимальной

атл= 2,0 температуре т 'С = -ь 50')

Мт = 13 — количество транзисторов в микросхеме;

ь)р = 13 — количество резисторов в микросхеме;

г)в = 12 — количество выводов микросхемы;

Кв =- 2 — коэффициент вибраций ( железнодорожная РЗА ).

Хнс = 1! О ~*26" 13 ж 06*10 з "20ь 13 ' !3" 13 ь 12 + 2" 13)*0 Р 10 ~)" Кв =

= 1,142*10' 1/час.

Дальше посчитаем интенсивность откиов всей микросборки:

)мсь =1) ис+ )каФк-ь ) сас)4с+ ) н~н !14ис+)4в+ 2"1)4к+)4с з- ~н ))'

*Хам)*Кв = 11,142" 10 + 0,6" 10 "4"2 ь 0,6" 10 '2"3 + 9"0,6" 1О ж [

!ч 6+2*!4 ь3+9))" О,!" 10')'2 = 2,638*10 ' 7час.

6. Определение требуемого уровня надежности

узла по постепенным отказам

Вероятность узла состоит из вероятностей по внезапным отказам и вероятности по постепенным отказам:

Р = Рвн " Рпост ', Р = ВБР е 0,95; ! = 10 тыс. час

Р„,=Р!Рвн, Рвн=ехр1-) "1)= ехр !-2,638"10'*1О")=0,974

Р, = 0,95 ! 0,974 = 0,975.

Получили Р.„, = 0,975, учитывая это ьеэ [ 3,стр 63) берем у = 0,7475.

7. Расчет стабильности элементов:

а) сосуавнм уровни относительной погрешности по модели

порога срабатывания компаратора:

!)вх = - Поп*МК1

Распознанный текст из изображения:

налитич

иметь вид:

АК)К = - о~ц2цсэ — о!с Л! ',

б) расчет допусков старения:

Р) 074)., = 4А! "С!) "Ат,

где Лт = 10 тыс. часов;

С; — коэффициент старения, который для резисторов С2-29В

составляет (0,5 + 0,5) %!час за 10000 часов;

Ст =- (0,5 + 0.5)/10000 = (5 + 5)'10 '% - уход параметров за 1 час.

М(Ся) = ть А,*М(С,) = - 1*(5*10') — Р(5Я10') = -1О" ! 0' "/час;

8(Сх) = У"х(2 А, Б (С,) + 2Х г„А,А!Ь(С;)Ь(С,) = 0,7475Я')(- 1)'"(5*10 ')~ ->.

-ь ( - 1)'*(5я10 ')" = 5,2848я10 %! час;

Сх „„„, = М(Ся) ~ 8(Ст) = (- 10" 10 ' + 5,2848* ! 0 ') %! час;

% = Л = Сх,. Лт = (-10 + 5,2848)"10 Я10000 = (-! 1 0,52848) %-

допуск на старение.

в) расчет температурных допусков:

(МЮЩ = Л!' Х А,*а,, где а; — температурный коэффициент 1-того

параметра;

л

М(аг) = Х А,"М(а,)„

где М(ая) = ~- 100Я10 ' 1! 'С вЂ” ТКС резисторов;

аь - температурнъ1й коэффициегп выходного параметра МСБ

М(ат) =О,

Распознанный текст из изображения:

Ь(аз) = уь ф А; Ь (а,) + 2$ гяА,А,6(а,)б(а,) = 0.7475ь ~ (-1)гь

(100 10 ) -~-(-1) *(100" 10 ) =1,04~10 %/'С.

приГ=-~50'С Л1=à — 20=50 — 20=30'С

тт, = Мн„+ Ь;, = ахи,"Лг — поле допуска по температуре;

ттн = (+ 1,05 10 ~)" 30 = (э 0,3171) %:

при т=-50'С Лг=-50-20=-70'С

г в = (+ 1,05ь10 ~)"(-70) = (э- 0,74) %.

г) выбор запаса допуска на влажность:

Рекомендованнгяи допуск на влажность:

%вл=(2 — 3)%=(2,5 э 0,5) %.

8. Определение допустимого уровня производственного

разброса параметров элементов

Определим расчетную величину допуска:

Ьг= э Лэ/ с, где г,= 1,1 — расчетный коэффициент;

Лэ < э: 1О % - допуск по заданию.

Лр =+ 1О ! 1,1 =+ 9 091 %.

Определим часть эксплуатационного допуска, оставленного на рассеивание случайных составляющих

бр= 1!2Лр — М= 9,091 — 2.5-~ 1= 7,59%.

При сложении случайных составляющих необходимо учитгяватгь что колебания температуры н их крайние значения случайных отклонений сказы)в(ется различными, то для того, чтобы не делать ошибки уменьшенИя',,допуска берут наибольшую составляющую температурного

отклонения

6=~ЕБ; =40эвв~ ~07с (05) ~75г9г= 7МП6%.

Распознанный текст из изображения:

9. Выбор производственных допусков на элементы

Г!ри расчете допуска на выходной параметр получили:

Ь = + 7,6606 % < 10 % !по заданию), поэтому выбираем допуски на

элементы:

К! — С2 - 29  — 2 Вт — 10 кОм ь 1%;

К вЂ” С2 — 29 — 2 Вт — 10 кОм ь Х%

Кз — С2 — 29 — 0.125 — 820 Ом ='-Х%:

К4 — С2 — 29 — О. 125 — 820 Ом х Х%:

С, — К10 — 17 — ! а — 27 пФ "- 20 % - М47 - 50 В;

С; — К10 — 17 — 1а — 51 пФ ~- 20 % - М47 - 50 В;

Ся — К10 — 17 — 1а — 27 пФ ч- 20 % - М47 - 50 В.

10. Выводы

В данной работе произведен расчет элементов компаркгора со схемой сравнения на микросхеме К 140 УД5 на надежность. Рассчитаны стабильности элементов, допуски на элементы с учетом допуска на выходной параметр, определен допустимый уровень производственного разброса парамсг ров элементов