Проектирование схемы телефонного сигнализатора
Содержание
Введение
1. Анализ технического задания
1.1 Обоснование выбора электрической схемы, принцип работы
1.2 Выбор элементной базы
2. Расчет надежности функционального узла
2.1 Основные понятия
2.2 Расчет параметров надежности
3. Описание и расчет конструкции функционального узла
3.1 Конструктивно-технологическое проектирование печатной платы
3.2 Определение площади платы, габаритов и соотношения размеров сторон
3.3 Расчет элементов печатного монтажа
3.4 Размещение радиоэлементов на печатную плату
3.5 Трассировка печатных проводников
3.6 Выводы по курсовому проекту
Литература
Приложение 1. Схема электрическая принципиальная МТКЖ 464 000 025 Э3
Приложение 2. Перечень элементов МТКЖ 464 000 025 ПЭ
Приложение 3. Спецификация к сборочному чертежу МТКЖ 464 000 025 СБ
1. Анализ технического задания
1.1 Обоснование выбора электрической схемы. Принцип работы.
Данное устройство предназначено для дублирования звонков телефонного аппарата. Причем подключаться к телефону или линии не требуется. Действует устройство следующим образом.
Датчик L1 располагается вблизи телефонного аппарата. При появлении сигнала вызова возникает индуктивная связь между катушкой звонка телефонного аппарата и датчиком. В нем наводится переменная ЭДС, которая через конденсатор С1 поступает на вход двухкаскадного усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторах VT1, VT2. Усиленное напряжение снимается с резистора R4 и выпрямляется с помощью детектора VT1. Положительные полуволны напряжения открывают транзистор VT3, являющийся первым каскадом усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторах VT3, VT4 разной структуры. Пока сигнал на базе VT3 отсутствует (ждущий режим), оба транзистора закрыты и усилитель потребляет минимальный ток, определяемый неуправляемыми токами переходов. Но как только на VT3 поступит сигнал, оба транзистора открываются и на нагрузке VT4 - резисторе R10 выделяется напряжение, которое через диод VD5 поступает на управляющий электрод тринистора VS1, выполняющего роль бесконтактного выключателя. В анодную цепь VS1 - включены элементы сигнализации - лампа HL1 и звонок HA1. Когда тринистор открыт, в его анодной цепи протекает пульсирующий ток - горит лампа и звенит звонок, пока действуют сигналы вызова.
По окончании вызова транзисторы VT3, VT4 запираются, напряжение на R10 становится близким к нулю, тринистор VS1 закрывается, лампа и звонок отключаются: устройство готово к приему следующего сигнала вызова.
При необходимости можно подключить несколько звонков (до трех), соединив их параллельно.
Сигнализатор питается от бестрансформаторного выпрямителя на диодах VD3, VD4, конденсатор C7 выполняет функцию гасящего резистора. Выходное напряжение выпрямителя стабилизирует элемент VD2 и сглаживает конденсатор C6.
От проникновения импульсных помех защищают конденсаторы C2, C4, C5.
1.2 Выбор элементной базы.
Датчик - 4000 витков провода ПЭВ 0,1-0,12, намотанного на деревянной катушке от швейных ниток. В ее отверстие вставлен стержень из феррита марки Ф600, (8 мм и длинной 40 мм. Датчик соединен с усилителем экранированным проводом.
В качестве VT1-VT3 можно применять транзисторы КТ315 и КТ312 с любым буквенным индексом, VT4 - любой транзистор серий МП42, МП40, МП41, стабилитрон Д814Г допустимо заменить на Д813, а диоды Д218 - на КД105Г либо на два последовательно включенных диода Д226Б, зашунтированных резисторами сопротивлением 100 кОм. Вместо КУ201Л подойдут тринисторы КУ202Л или КУ223Ж.
Резисторы - МЛТ-0,5, конденсаторы: С2 - КТ1, КТ2; С4, С5 - МБМ; С7 - МБГЧ, МБГО; электролитические - К50-6, К50-12.
Сигнализатор смонтирован на печатной плате размером 120х58 мм, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса толщиной 1,5 мм.
Световую сигнализацию осуществляет лампа тлеющего разряда ТН-0,3, МН-3, МН-6, ТЛ-1, ИНС-1, а звуковую - любой безыскровый звонок переменного тока, рассчитанный на напряжение 127 В.
2 Расчет надежности функционального узла.
2.1 Основные положения.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.
Отказ - нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и внезапные.
Постепенный отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и конструкции.
Внезапный отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов (РЭ).
Все изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
В работе изделия существуют 3 периода.
На рисунке 1 показан график зависимости интенсивности отказов от времени эксплуатации.
1 - период приработки, характеризуется приработочными отказами.
2 - период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.
3 - период износа - внезапные и износовые отказы.
Понятие надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.
Качественные:
- безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки
- ремонтопригодность - свойство изделия, приспособленность к :
предупреждению возможных причин возникновения отказа
обнаружению причин возникшего отказа или повреждения
устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания
- долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)
- сохраняемость - сохранение работоспособности при хранении и транспортировке.
Количественные характеристики:
- вероятность безотказной работы: Р = e
- средняя наработка на отказ: Тср. = 1/?изд.
- интенсивность отказа: ?изд. = ?1 + ?2 + ... + ?n
- вероятность отказа: q = 1 - P.
2 Расчет надежности функционального узла
2.1 Основные положения.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность характеризуется качественными характеристиками (безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостю) и количественными:
2.2 Расчет параметров надежности
По формуле 2.5 определяем реальное значение интенсивности отказов i-того элемента группы. По формуле 2.4 определяем интенсивность отказов данной группы элементов, результаты заносим в таблицу 2.1.
Строим график зависимости безотказной работы от времени.
3 Описание и расчет конструкции функционального узла
Разработка конструкции электрических соединений функционального узла осуществляется на одно или двухсторонней печатной плате.
Исходными данными для проектирования печатных плат являются:
- принципиальная электрическая схема, которая определяет число элементов, характер связи между ними, число и характер внешних связей;
- технические требования конструкции, условия работы, конструкторские ограничения.
При разработке электрических соединений на основе печатной платы определяются:
- конструкторско-технологический тип платы, ее класс плотности, материал основания;
- площадь, габариты и соотношение размеров сторон платы;
- расчет элементов печатной платы;
- размещение элементов на печатной плате;
- трассировка печатной платы.
3.1 Конструктивно-технологическое проектирование печатной платы.
Конструкцию печатной платы определяет: плотность компоновки, стоимость производства и эксплуатации.
Печатная плата представляет собой изоляционное основание, на котором имеется совокупность печатных проводников, контактных площадок или переходов.
Анализируя принципиальную электрическую схему, проектируем печатную плату односторонней.
Для основания платы используем стеклотекстолит, выбирается химический способ получения печатных проводников. Этот метод обладает следующими достоинствами:
- простота используемого технологического оборудования;
- не высокая стоимость процесса производства;
- высокая адгезия печатных проводников к диэлектрику.
Марка материала СФ-1-35-1,5 - одностосторонний фольгированный стеклотекстолит, толщиной фольги 35 мкм. Он обладает улучшенными изоляционными свойствами, влагостойкостью и термостойкостью. Рекомендуется для изготовления печатных плат, эксплуатирующихся при температурах до 120? С.
3.2 Определение площади платы, габаритов и соотношения размеров сторон.
При определении площади платы, суммарная площадь, устанавливаемых на нее элементов умножается на коэффициент 3. К этой площади прибавляется площадь вспомогательных зон, предназначенных для размещения соединителей. Определяем площадь печатной платы:
3.4 Размещение РЭ на печатную плату.
Размещение ЭРЭ и ИМС предшествует трассировке печатных связей и во многом определяет эффективность трассировки.
Основной метод размещения ИМС - плоский многорядный. Задача компоновки заключается в том, что с одной стороны необходимо разместить элементы как можно более плотно, а с другой стороны - обеспечить наилучшие условия для трассировки, электромагнитной и тепловой совместимости, автоматизации сборки, монтажа и контроля.
Микросхемы со штырьковыми выводами устанавливаются с одной стороны печатной платы, а микросхемы с планарными выводами, бескорпусные ИМС и ЭРЭ допустимо устанавливать с двух сторон печатной платы. Крепление микросхем и ЭРЭ осуществляется, в основном, пайкой, причем, не задейственные контакты необходимо запаивать для увеличения жесткости. Микросхемы с планарными выводами можно устанавливать с помощью клея и лака. Их выводы припаивают к контактным площадкам. Корпус микросхемы с планарными выводами приклеивают непосредственно на полупроводник или на контактную прокладку. Прокладка может быть из тонкого текстолита 0,3 мм или металлическая (медь, алюминий, их сплавы) 0,2 - 0,5 мм. Металлическая прокладка служит в качестве теплоотводящей шины. Для ее изоляции от проводников используют специальную пленку.
Центры металлизированных и крепежных отверстий на полупроводнике должны располагаться в узлах координатной сетки. Координатную сетку применяют для определения положения печатного монтажа. Основной шаг координатной сетки 2,5 мм, дополнительный - 1,25 мм и 0,25 мм.
Контактные площадки или металлизированные отверстия под первый вывод должны иметь ключ.
Для увеличения ремонтопригодности, ИМС второй степени интеграции устанавливают в разъемные соединители. Электрический соединитель крепят и распаивают на печатной плате.
3.5 Трассировка печатных проводников.
Трассировка заключается в нахождении приемлемого компромисса с учетом схемотехнических требований (минимизация помех), конструкторских и технологических требований (минимизация изгибов трасс, перемычек из объемного провода). При увеличении числа слоев, трассировка упрощается, но стоимость платы растет. При малом числе слоев плата дешевле, но увеличивается сложность трассировки без перемычек, которые увеличивают стоимость сборки и уменьшают надежность платы. Трассировка осуществляется вручную или с помощью САПР. Ширину печатных проводников и земли выбирают из ряда размеров: 1,2; 1,9; 2,1; 2,5; 5 мм.
3.6 Выводы к курсовому проекту.
Данная схема представляет собой телефонный сигнализатор и используется в тех случаях, когда нужно продублировать телефонный сигнал светом или при помощи выносного звонка, который можно поместить в любом месте помещения. Причем подключаться к телефонному аппарату или к телефонной линии не потребуется. Данная схема не влияет на работу телефонного аппарата. Благодаря широкому выбору используемых радиоэлементов, устройство простое для изготовления.
Литература.
1. "Моделист конструктор" 1990г., №1.
2. Левин Ф.М. "Проектирование печатных плат", 1981 г.
3. Виноградова Г.В. "Справочное пособие по расчетам надежности", 1997 г.