Комплексное моделирование электрических и тепловых характеристик линейного стабилизатора напряжений
Аннотация
В дипломной работе разработана лабораторная работа " Комп-
лексное моделирование электрических и тепловых характеристик ли-
нейного стабилизатора напряжения". Произведен электрический, теп-
ловой и комплексный расчеты стабилизатора напряжения. Изготовлен
лабораторный макет и измерены его характеристики. Приведено срав-
нение экспериментальных и расчетных характеристик.
.
Оглавление
1. Описание электрической принципиальной схемы. 4
2. Описание подсистемы АСОНИКА-Э. 12
2.1 Краткое описание системы АСОНИКА 12
2.2 Задачи, решаемые подсистемой АСОНИКА-Э. 13
2.3 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э. 14
2.4. Алгоритм работы подсистемы АСОНИКА-Э 15
2.5. Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э 17
2.6. Выходная информация подсистемы АСОНИКА-Э. 17
3. Описание подсистемы АСОНИКА-Т. 20
3.1 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т. 20
3.2. Конструктивные элементы 21
3.3 Возможности подсистемы АСОНИКА-Т. 22
3.4. Исходная информация для анализа. 22
3.5. Выходная информация. 23
4. Методические указания к лабораторной работе"Комплексное
моделирование электрических и тепловых характеристик
линейного стабилизатора напряжения 24
4.1. Цель лабораторной работы. 24
4.2 Задание. 24
4.3 Порядок выполнения работы. 24
4.3.1. Экспериментальная часть. 24
4.3.2. Электрический расчет. 27
4.3.3. Тепловой расчет. 29
4.3.4. Комплексный расчет 30
4.3.5. Сравнениe результатов расчета и эксперимента 31
4.3.6. Выводы. 31
4.4 Требования к технике безопасности. 31
4.5 Требования к отчету. 31
- 2 -
5. Разработка конструкции лабораторного макета. 32
5.1. Требования к конструкции. 33
5.2. Конструкция блока стабилизатора. 33
5.3. Конструкция блока стабилизатора и нагрузки. 36
6. Программа графического ввода подсистемы АСОНИКА_Э 37
6.1 Обоснование необходимости разработки программы 37
6.2 Описание программы графического ввода. 38
6.2.1. Назначение. 39
6.2.2. Входная информация. 40
6.2.3. Выходная информация. 41
6.2.4. Принцип работы программы графического ввода. 42
6.2.5. Требования к техническим средствам. 42
6.2.6. Структурная схема программы графического ввода. 44
6.2.7. Описание работы с программой графического ввода. 47
7. Расчет характеристик лабораторного макета. 49
7.1.Электрический расчет схемы стабилизатора 49
7.2. Расчет теплового режима блока стабилизатора. 50
7.3. Расчет теплового режима печатного узла стабилизатора. 51
7.4 Комплексный расчет режима работы стабилизатора. 53
7.5 Выводы по полученным результатам 53
8. Сравнение результатов эксперимента и анализа. 55
9. Экономическая часть 56
9.1. Технико-экономическое обоснование 56
9.2. Сметная стоимость НИР и ОКР по теме. 56
8.3.Расчет себестоимости лабораторного макета 59
8.4. Расчет нормы времени на разработку программы 62
10. Охрана труда. 65
10.1. Исследование вредных и опасных факторов 65
- 3 -
10.2.Нормализация микроклимата при работе с ПЭВМ. 65
10.3. Требования к технике безопасности 66
10.4. Расчет потока рентгеновского излучения экрана ПЭВМ 67
Приложение 1. Результаты электрического расчета. 69
Приложение 2. Результаты теплового расчета. 75
Приложение 3. Графический материал. 79
Приложение 4. Результаты комплексного расчета. 87
Приложение 5. Результаты эксперимента. 88
Литература. 89
.
- 4 -
1. Описание электрической принципиальной схемы.
Лабораторный макет представляет собой линейный стабилизатор
напряжения и предназначен для питания устройств на микросхемах
ТТЛ. Лабораторный макет функционально состоит из трансформатора
(А1), выпрямителя (А2), фильтра (А3), источника постоянного тока
(А4), регулитующего элемента (А5), устройства сравнения (А7),ис-
точника образцового напряжения(А8) (см.Рис1.1)
+12в нестаб.
╔════╗ ╔════╗ │ ╔════╗ ╔════╗ ╔════╗ +5в
──────╢ ╟───────╢ ╟─┴─╢ ╟───┬─╢ ╟──╢ ╟─┬──────
пер.220в ║ А1 ║пер.10в║ А2 ║ ║ А3 ║ │ ║ А5 ║ ║ А6 ║ │
──────╢ ╟───────╢ ╟───╢ ╟┐ │ ║ ║ ║ ║ │ ┌──
╚════╝ ╚════╝ ╚════╝│ │ ╚═╤══╝ ╚═╤══╝ │ │
─┴─ │ ^ │ │ ─┴─
┌─────────┘ │ │ │
╔═╧══╗ ├─<─────┘ │
║ ║ │ │
║ А4 ║ │ ┌───────┤
║ ║ │ │ │
╚═╤══╝ │ ╔══╧═╗ ╔══╧═╗
└───<─────────┴<╢ ╟<─╢ ║
║ А7 ║ ║ А8 ║
║ ║ ║ ║
╚══╤═╝ ╚═╤══╝
─┴─ ─┴─
Рис1.1 Лабораторный макет. Функциональная схема.
Трансформатор А1 представляет собой трансформатор типа ТН61
-127/220-50 и предназначен для преобразования напряжения сети 220
вольт 50 герц в напряжение питания выпрямителя лабораторного ма-
кета.
Выпрямитель А2 представляет собой четыре диода типа КД201Б,
включенных по схеме диодного моста и предназначен для выпрямлени-
япитающего напряжения.
Фильтр А3 представляет собой конденсатор К50-6 емкостью
- 5 -
32000 микрофарад и предназначен для сглаживания пульсаций питаю-
щего напряжения.
Блоки А4-А8 образуют линейный стабилизатор напряжения.
Источник постоянного тока А4 представляет собой каскад,
включенный по схеме с общим эмиттером, и предназначен для стаби-
лизации тока нагрузки устройства сравнения А7.
Регулирующий элемент А5 представляет собой составной тран-
зистор и предназначен для регулирования выходного напряжения ла-
бораторного макета.
Устройство защиты от короткого замыкания А6 представляет со-
бой каскад, включенный по схеме с общим эмиттером, и предназначен
для ограничения тока нагрузки лабораторного макета при коротком
замыкании.
Устройство сравнения А7 представляет собой дифференциальный
каскад на транзисторной сборке К159НТ1А и предназначено для срав-
нения выходного напряжения лабораторного макета с образцовым нап-
ряжением, поступающим с блока А8.
Источник образцового напряжения А8 представляет собой пара-
метрический стабилизатор на стабилитроне КС133А и предназначен для
генерации опорного напряжения для устройства сравнения А7.
Принципиальная схема лабораторного макета приведена на ри-
сунке 1.2.
Рассмотрим работу лабораторного макета.
Переменное напряжение 12.6 вольт трансформатора Т1 поступает
на мостовой диодный выпрямитель, собранный на диодах VD1-VD4. От-
рицательным плечом мостовой выпрямитель подключен к общему прово-
ду устройства.
Между общим проводом и положительным плечом выпрямителя
включена емкость С1 32000 микрофарад. Такая большая емкость выб-
- 6 -
.
- 7 -
рана для снижения пульсаций выходного напряжения при максимальных
токах нагрузки.
Через предохранитель FS3 постоянное напряжение поступает на
вход регулирующего элемента на транзисторах VT2-VT4 и на источник
постоянного тока на транзисторе VT1 и диоде VD6.
Цепь R1,VD5, включенная параллельно предохранителю FS3,пред-
назначена для индикации перегорания предохранителя. При перегора-
нии предохранителя FS3 через резистор R1, светодиод VD5 и нагруз-
ку лабораторного макета начинает течь ток около 10 мА, что
вызывает свечение светодиода и не может привести к каким-либо
последствиям в нагрузке.
Источник постоянного тока на транзисторе VT1 работает следу-
ющим образом. Диод VD6 и резистор R12 образуют источник постоян-
ного напряжения величиной 0.5-0.7 вольт относительно точки "+"
диода. Это напряжение поступает на базу транзистора VT1 и перево-
дит его в режим усиления. При притекании тока через VT1 происхо-
дит падение напряжения на резисторе R13. При увеличении тока кол-
лектора напряжение на R13 относительно точки "+" диода VD6
увеличивается, что ведет к уменьшению напряжения на переходе база
-эмиттер VT1 и его закрыванию. При уменьшении тока коллектора,
напряжение на R13 (относительно точки "+" VD6) уменьшается, что
ведет к увеличению нарпяжения на переходе база-эмиттер VT1 и отк-
рыванию VT1. Таким образом, каскад на транзисторе VT1 и диоде VD6
стабилизирует ток коллектора VT1.
Регулирующий элемент, собранный на транзисторах VT2-VT4
представляет собой составной транзистор по схеме с дополнительной
симметрией. Такая схема включения дает меньшее напряжение насыще-
ния перехода коллектор-эмиттер составного транзистора в отличие
от традиционной схемы при использовании транзисторов с одинаковой
- 8 -
проводимостью.[ ] Регулирующий элемент управялется током. При
увеличении тока через переход база-эмиттер транзистора VT2,он от-
крывается и тем самым увеличивает ток через переход база-эмиттер
транзистора VT3. Это ведет к открыванию VT3 и увеличению тока че-
рез переход база-эмиттер транзистора VT4 и его открыванию. При
уменьшении тока через переход база-эмиттер VT2 происходит обрат-
ный процесс и, в результате, VT4 закрывается.
Устройство защиты от короткого замыкания собрано на транзис-
торе VT5, резисторах R16-R21,R14 и R15. Устройство работает сле-
дующим образом. Делитель напряжения на резисторах R15 и R14 зада-
ет напряжение смещения транзистора VT5. Ток коллектора VT5
зависит от напряжения на переходе база-эмиттер. Это напряжение
складывается из падения напряжения на последовательно включенных
R16-R21 при протекании тока нагрузки и напряжения,снимаемого с
движка подстроечного резистора R15. При увеличении тока нагрузки
падение напряжения на R16-R21 увеличивается, что ведет к увеличе-
нию напряжения на переходе база-эмиттер VT5 и увеличению его тока
коллектора. При открывании VT5 происходит уменьшение управляющего
тока регулирующего элемента. Таким образом,происходит ограничение
тока нагрузки. Порог ограничения регулируется подстроечным резис-
тором R7.
Источник образцового напряжения состоит из резистора R26 и
стаблитрона VD7 и образует параметрический стабилизатор напряже-
ния. Резистор R26 ограничивает ток через стаблитрон на уровне 20
миллиампер, что необходимо для того, чтобы при понижении напряже-
ния на выходе стабилизатора ток через стаблитрон не уменьшился
ниже номинального.
Устройство сравнения состоит из делителя напряжения на ре-
- 9 -
зисторах R22, R23, R24, дифференциального каскада на транзистор-
ной сборке VT6 и токозадающего резистора R25 и работает следующим
образом. Резистор R25 ограничивает ток дифференциального каскада
и с некоторым приближением может считаться источником постоянного
тока.
Рассмотрим влияние напряжения в точке 1 ( см.Рис1.3 ) на ток
через Rн.
Транзистор VT6.1 имеет постоянное напряжение смещения, а
напряжение смещения VT6.2 зависит от напряжения в точке 1 ( см.
Рис1.3.). При увеличении напряжения в точке 1 напряжение на базе
VT6.2 увеличивается, что ведет к его открыванию. Так как сумма
токов через VT6.1 и VT6.2 - величина постоянная и равна току ис-
точника J1, то при открывании VT6.2 происходит перераспределение
токов и ток через VT6.2 увеличивается на столько,на сколько
уменьшается ток через VT6.1.
Конденсатор С2 предназначен для устранения высокочастотного
возбуждения устройства.
Работа лабораторного макета в комплексе происходит следующим
образом. Напряжение, поступающее с выпрямителя и фильтра на кол-
лектор VT4, благодаря начальному напряжению смещения составного
транзистора VT2-VT3-VT4 током через VT1 проходит на выход схемы,
делится делителем R22,R23,R24 и сравнивается с опорным напряжени-
ем в дифференциальном каскаде на VT6, который генерирует ток, уп-
равляющий составным транзистором.
Ток через VT1 постоянен и он разбивается на три ветви: в ба-
зу VT2-VT3-VT4, в коллектор VT5 и в коллектор VT6.2. Таким обра-
зом, увеличение тока через VT6.2 ведет к уменьщению управляющего
тока VT2-VT3-VT4 и его закрыванию, что приводит к снижению напря-
жения на нагрузке и обратным процессам. Для сохранения стабилиза-
- 10 -
.
- 11 -
тора в равновесии и предотвращения самовозбуждения в каскад на
VT6 введен конденсатор С2,образующий отрицательную обратную связь
по переменному току высокой частоты.
Диод VD8 служит для индикации напряжения на выходе лабора-
торного макета.
Конденсаторы С3 и С4 снижают выходное сопротивление стабили-
затора по переменному току.
Выходное напряжение можно регулировать подстроечным резисто-
ром R23.
.
- 12 -
2. Описание подсистемы АСОНИКА-Э.
Подсистема АСОНИКА-Э является частью автоматизированной сис-
темы обеспечения надежности и качества радиоэлектронной аппарату-
ры (АСОНИКА).
2.1 Краткое описание системы АСОНИКА
Структурная схема ситемы АСОНИКА поиведена на рисунке 2.1 и
отражает состав входящих в нее подсистем и их связи.
Система АСОНИКА с помощью входящих в нее подсистем позволяет
решать следующие задачи в процессе проектирования радиозлектроных
средств (РЭС):
- оценка работоспособности данного варианта принципиальной
электрической схемы РЭС и соответствие ее характеристик требова-
ниям технического задания;
- выбор наилучшего варианта принципиальной электрической
схемы;
- определение режимов работы все элементов и изменене прин-
ципиальной электрической схемы с целью улучшения коэффициентов
нагрузок элементов;
- оценка наилучшего варианта конструкии РЭС с точки зрения
тепловых и механических воздействий;
- определение тепловых и механических характеристик данной
конструкции РЭС;
- анализ и обеспечение стабильности РЭС с учетом различных-
тепловых, механических, климатических и других-воздействий;
- анализ и обеспечение безотказности работы РЭС по внезапным
и постепенным отказам.
- 13 -
┌──────────────┐ ┌─────────────┐
│Принципиальная│ │ Эскиз │
│электрическая │ │ конструкции │
│ схема │ │ │
└────┬─┬───────┘ └──┬─┬──┬─────┘
│ │ │ │ │
Топология схемы│ │Перечень ЭРЭ │ │ └────┐
и параметры ЭРЭ│ │и их параметры │ │ │
┌──────────┘ └───────────────────────────────┼─┼────┐ │
│ ┌────────────────────┘ │ │ │
│ │Геометрические и │ │ │
│ │теплофизические │ │ │
│ │параметры ┌────────┘ │ │
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │
│ │ │ │ │ k
V V V V V
╔═════╧═══╗ мощности ╔════╧════╗ ╔════╧════╗ ╔════╧══╧═╗
║АСОНИКА-Э║ в ЭРЭ ║АСОНИКА-Т║ ║АСОНИКА-М║ ║АСОНИКА-К║
║ ╟─────────────>╢ ║ ║ ║ ║ ║
║ ║ ║ ║ ║ ║ ║ ║
║ ║ температуры ║ ║ ║ ║ ║ ║
║ ║ на ЭРЭ ║ ║ ║ ║ ║ ║
║ ╟<─────────────╢ ║ ║ ║ ║ ║
╚═════╤═══╝ ╚════╤════╝ ╚══╤══════╝ ╚════╤╤═╤═╝
│ │ │виброускорения ^^ ^
│ │ └───────────────┘│ │
│ │ температуры │ │
│ └────────────────────────────┘ │
│ коэффициенты нагрузки │
└──────────────────────────────────────────────────────┘
Рис. 2.1 Структурная схема системы АСОНИКА.
2.2 Задачи,решаемые подсистемой АСОНИКА-Э.
Подсистема АСОНИКА-Э позволяет решить следующие задачи:
- расчет режимов работы нелинейных электрических схем в ста-
тическом режиме;
- расчет частотных характеристик линейных и линеаризованных
схем;
- расчет нелинейных схем во временной области;
- расчет квазистационарного режима работы электронных схем;
- расчет спектральных составляющих выходных сигналов;
- расчет относительных функций чувствительности выходных ха-
рактеристик к изменению параметров схемы.
Подсистема АСОНИКА-Э позволяет проводить анализ электронных
- 14 -
схем, содержащих следущие компоненты:
- резисторы;
- конденсаторы;
- индуктивности;
- диоды и стаблитроны;
- транзисторы;
- операционные усилители;
2.3 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э.
Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э, отражающая состав
системы и взаимодействие между блоками, приведена на рисунке 2.2.
Группирование по блокам приозведено на основе функционального
назначения набора подпрограмм.
Описание блоков подсистемы АСОНИКА-Э.
1. Управляющая программа подсистемы
- управляет работой подсистемы в зависимости от исходной уп-
равляющей информации;
- при появлении ошибок изменяет работу подсистемы сообразно
их грубости и количеству.
2. Ввод и обработка исходной информации.
2.1 Транслятор исходной информации.
- осуществляет ввод и преобразование входного языка
подсистемы во внутренние наборы данных;
- производит синтаксический и частичный семантический конт-
роль входных данных.
2.2 Редактор исходной информации.
- подключает во входной поток данные из библиотеки моделей
электрорадиоэлементов и макромоделей функциональных узлов;
- 15 -
╔═══════════════════════════════════════════════════════════════╗
║ Управляющая 1. ║
║ программа ║
╚════════╤════════════════╤══════════════╤═══════════════╤══════╝
│ │ │ │
╔════════╧═══════╗╔═══════╧══════╗╔══════╧═══════╗╔══════╧══════╗
║Ввод и обработка║║Формирование ║║Расчет ║║Расчет ║
║исходной инфор- ║║математической║║математической║║выходных ║
║мации ║║модели схемы ║║модели схемы ║║характеристик║
║ ║║ ║║ ║║и их интер- ║
║ 2 ║║ 3 ║║ 4 ║║претация 5║
╚╤═══════════════╝╚╤═════════════╝╚═╤════════════╝╚╤════════════╝
│ │ │ │
│ ╔═════════════╗ │ ╔════════════╗ │ ╔══════════╗ │ ╔══════════╗
│ ║Транслятор ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║
│ ║исходной ║ │ ║формирования║ │ ║решения ║ │ ║расчета ║
├─╢модели ║ ├─╢модели в ║ ├─╢системы 4.1 ├─╢выходных ║
│ ║ ║ │ ║статическом ║ │ ║линейных ║ │ ║характе- ║
│ ║ 2.1 ║ │ ║режиме 3.1 ║ │ ║уравнений ║ │ ║ристик 5.1║
│ ╚═════════════╝ │ ╚════════════╝ │ ╚══════════╝ │ ╚══════════╝
│ │ │ │
│ ╔═════════════╗ │ ╔════════════╗ │ ╔══════════╗ │ ╔══════════╗
│ ║Редактор ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║
│ ║исходной ║ │ ║формирования║ │ ║решения ║ │ ║печати ║
├─╢информации ║ ├─╢модели в ║ ├─╫системы 4.2 ├─╢таблиц и ║
│ ║ ║ │ ║частотной ║ │ ║нелинейных║ │ ║графиков ║
│ ║ 2.2║ │ ║области 3.2║ │ ║уравнений ║ │ ║ 5.2║
│ ╚═════════════╝ │ ╚════════════╝ │ ╚══════════╝ │ ╚══════════╝
│ │ │ │
│ ╔═════════════╗ │ ╔════════════╗ │ ╔══════════╗ │ ╔══════════╗
│ ║Библиотека ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║ │ ║Программа ║
└─╢моделей ║ │ ║формирования║ │ ║решения ║ │ ║обмена с ║
║ ║ ├─╢модели во ║ ├─╢системы ║ ├─╢другими ║
║ ║ │ ║временной ║ │ ║дифференци║ │ ║подсисте- ║
║ ║ │ ║области ║ │ ║альных 4.3║ │ ║мами 5.3║
║ 2.3║ │ ║ 3.3║ │ ║уравнений ║ │ ║АСОНИКА ║
╚═════════════╝ │ ╚════════════╝ │ ╚══════════╝ │ ╚══════════╝
│ │ │
│ ╔════════════╗ │ ╔══════════╗ │ ╔══════════╗
│ ║Программа ║ │ ║Программа ║ │ ║Файл про- ║
│ ║формирования║ │ ║расчета ║ │ ║екта базы ║
└─╢модели ║ └─╢установив-║ └─╢данных ║
║чувствитель-║ ║шегося ║ ║ ║
║ности 3.4║ ║режима 4.4║ ║ 5.4║
╚════════════╝ ╚══════════╝ ╚══════════╝
Рис.2.2. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Э
- редактирование полной информации о схеме в текстовом и
графическом виде.
- 16 -
3. Формирование математической модели схемы
3.1. Формирование математической модели схемы в статическом
режиме - формирует математическую модель схемы для расчета стати-
ческого режима схемы.
3.2. Формирование математической модели схемы в частотной
области - формирует математическую модель схемы для расчета режи-
ма работы схемы при подаче на вход гармонического воздействия.
3.3. Формирование математической модели схемы во временной
области - формирует математическую модель схемы для расчета режи-
ма работы схемы при подаче на вход сигнала произвольной формы.
3.4. Формирование математичесих моделей чувствительности -
формирует математические модели для расчета функций чувствитель-
ности выходных характеристик к параметрам схемы.
4. Расчет математической модели схемы
4.1. Программа решения систем линейных алгебраических урав-
нений - решает систему линейных алгебраических уравнений методом
LU разложения.
4.2. Программа решения систем нелинейных алгебраических
уравнений - решает систему нелинейных алгебраических уравнений
методом Ньютона-Рафсона.
4.3. Программа решения систем дифференциальных уравнений -
решает систему дифференциальных уравнений циклическим явно-неяв-
ным методом.
4.4. Программа расчета установившегося режима - находит
среднеквадратическое рещение системы линейных уравнений с помощью
QR алгоритма.
5. Расчет выходных характеристик и интерпретация результатов
расчета.
5.1. Программа расчета выходных характеристик -рассчитывает
- 17 -
напряжения, токи и мощности на элементах схемы, спектральные ха-
рактеристики выходных сигналов.
5.2. Программа вывода на экран и принтер таблиц и графиков
режимов работы схемы.
5.3. Программа обмена с подсистемами системы АСОНИКА - пере-
дает и принимает данные от других подсистем системы АСОНИКА.
2.4. Алгоритм работы подсистемы АСОНИКА-Э приведен на рисун-
ке 2.3.
2.5. Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э
Исходная информация для подсистемы АСОНИКА-Э разбивается на
две группы: описательная и управляющая.
К описательной информации относится:
- топология схемы;
- номиналы, названия и типы ЭРЭ;
К управляющей информации относится:
- вид расчета;
- вид воздействия и его характеристики;
- граничные условия расчета.
Вся входная информация может быть задана двумя способами:
- на входном языке;
- в диалоговом режиме при работе со средствами интерактивно-
го ввода данных подсистемы.
2.6. Выходная информация подсистемы АСОНИКА-Э.
К выходной информации подсистемы АСОНИКА-Э относится:
- при статическом расчете:
режимы работы всех элементов схемы;
потенциалы в узлах схемы;
- 18 -
.
- 19 -
функции чувствительности напряжения в узле к параметрам
всех элементов схемы;
- при расчете в частотной области:
амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики схемы;
- при расчете во временной области:
формы сигнала в любой точке схемы;
спектр сигнала в любой точке схемы.
.
- 20 -
3. Описание подсистемы АСОНИКА-Т.
Подсистем АСОНИКА-Т является частью системы АСОНИКА и
пpeдназначeна для модeлиpования тeпловыx peжимов конcтpуктивныx
узлов ( КУ ) РЭС.
3.1 Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т.
Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т приведена на рисунке
3.1.
╔═══════════════════════════════════════════════════════════════╗
║ Управляющая ║
║ программа ║
╚════════╤════════════════════╤═════════════════════════╤═══════╝
│ │ │
╔══════╧══════╗ ╔══════╧═══════╗ ╔═══════╧══════╗
║Организация ║ ║ Формирование ║ ║ Ввод ║
║теплового ║ ║ результатов ║ ║ исходных ║
║режим РЭС ║ ║ анализа ║ ║ данных ║
╚══════╤══════╝ ╚══════╤═══════╝ ╚═══════╤══════╝
├────────────────────┼─────────────────────────┤
╔══════╧══════╗ ╔══════╧═══════╗ ╔═══════╧══════╗
║Формирование ║ ║ Формирование ║ ║ Решение ║
║модели теп- ║ ║ системы нели-║ ║системы нели- ║
║лового про- ║ ║ нейных алгеб-║ ║нейных алгеб- ║
║цесса в РЭС ║ ║ раических ║ ║раических ║
║ ║ ║ уравнений ║ ║ уравнений ║
╚══════╤══════╝ ╚══════════════╝ ╚══════════════╝
│
╔══════╧══════╗
║Библиотека ║
║основных ║
║законов теп- ║
║лообмена ║
╚═════════════╝
Рис.3.1. Структурная схема подсистемы АСОНИКА-Т
Управляющая программа представляет собой головную программу
и обеспечивает передачу управления и обмен данными между подпрог-
раммами, входящими в состав подсистемы АСОНИКА-Т.
Блок организации теплового режима РЭС предназначен для наст-
ройки подсистемы на нужный тип конструкции РЭС.
Блок формирования результатов анализа предназначен для
- 21 -
представления результатов анализа тепловых режимов РЭС в удобной
для пользователя форме.
Блок ввода исходных данных предназначен для ввода и коррек-
ции исходных данных для расчета в удобной для пользователя форме.
Блок формирования модели теплового процесса РЭС производит
синтез модели теплового процесса на основании информации из блока
ввода исходных данных.
Блок формирования системы нелинейных алгебраических уравне-
ний производит построение системы нелинейных алгебраических урав-
нений, описывающей модель теплового процесса на основании матема-
тической модели тепловых процессов в РЭС и основных законов
теплообмена.
Блок решения системы нелинейных алгебраических уравнений
производит решение системы нелинейных алгебраических уравнений
методом Ньютона-Рафсона.
Блок библиотеки основных законов теплообмена содержит дан-
ные, описывающие все возможные формы теплообмена в РЭС.
3.2. Конструктивные элементы с автоматическим построением
модели.
Подсистема АСОНИКА-Т производит автоматическое построение
модели и расчет следующих видов конструктивных узлов РЭС.
Пeчатный узeл ( ПУ ) - пeчатная плата (ПП) c pаcположeнными
на одной или двуx cтоpонаx элeктpоpадиоэлeмeнтами(ЭРЭ). Споcоб
кpeплeния ЭРЭ - pаcпайка в отвepcтияx. Кpeплeниe ПУ - пpоизволь-
ноe.
Пeчатная вcтавка (ПВ) аналогична ПУ, но ЭРЭ уcтановлeны на
одной cтоpонe на планаpныx выводаx. Обычный cпоcоб кpeплeния ПВ -
пpиклeйка по контуpу или по вceй площади повepxноcти cвободной от
- 22 -
монтажа ЭРЭ.
Функциональная ячeйка (ФЯ) - КУ в видe мeталличecкой плаcти-
ны c пpиклeeнным c одной или двуx cтоpон многоcлойным пeчатным
монтажом c уcтановлeнными на нeм ЭРЭ. Обычный cпоcоб кpeплeния ФЯ
- уcтановка ФЯ в мeталличecкую pамку по контуpу.
Микpоcбоpка (МСБ) - микpоэлeктpонноe изделие чаcтного
пpимeнeния типа гибpидно-интeгpальной cxeмы (ГИС), cоcтоящая из
плоcкой подложки, на котоpой могут pаcпогатьcя на любой ee
повepxноcти элeмeнты, компонeнты и интeгpальныe микpоcxeмы
(коpпуcиpованныe и бecкоpпуcныe), pазличныe пленочныe элeмeнты.
МСБ можeт имeть cобcтвeнный коpпуc(коpпуcныe МСБ) или уcтанавли-
ватьcя в РЭС путeм нeпоcpeдcтвeнного кpeплeния пpи помощи клeя
или пайки подложки к мecту уcтановки(бecкоpпусная МСБ).
Возможно модeлиpованиe тeплового peжима КУ, уcтановлeнныx
как автономно, так и в cоcтавe блока РЭС на pазличныx cтадияx
пpоeктиpования.
3.3 Возможности подсистемы АСОНИКА-Т.
С помощью пpогpаммы возможно пpоводить модeлиpованиe стацио-
наpного и нестационаpного тeплового peжима КУ и получeниe функций
паpамeтpичecкой чувcтвитeльноcти тeмпepатуp элeктpоpадиоэлемeнтов
( ЭРЭ ) к гeомeтpичecким и тeплофизичecким паpамeтpам конcтpук-
тивного узла и элeктpоpадиоэлeмeнтов для пpямоугольныx ПУ c од-
ноcтоpонним и двуxcтоpоним монтажом c pазличными уcловиями
оxлаждeния: пpи давлeнии окpужающeго воздуxа от 20 до 7600
мм.pт.cт. в уcловияx ecтecтвeнного, вынуждeнного (обдув,пpодув)
воздушного и кондуктивного оxлаждeния на вычиcлитeльныx машинаx
IBM PC/AT.
3.4. Исходная информация для анализа.
Исходными данными для анализа теплового режима РЭС являются:
- 23 -
- эcкиз или чepтeж КУ ;
- тeплофизичecкиe паpамeтpы КУ;
- тeплофизичecкиe паpамeтpы ЭРЭ, уcтановлeнныx на КУ;
- уcловия оxлаждeния КУ.
3.5. Выходная информация.
В peзультатe модeлиpования может быть получeна cлeдующая
выxодная инфоpмация:
- иcxодныe данныe опиcания об'eкта модeлиpования для визу-
ального контpоля;
- каpта тeпловыx peжимов pаботы элeктpоpадиоэлeмeнтов, уcта-
новлeныx на КУ ( стационаpный тепловой pежим )
- каpта тепловых pежимов pаботы ЭРЭ, установленных на КУ в
момент вpемени, заданный пользователем ( нестационаpный тепловой
pежим );
- гpафики темпеpатуp на ЭРЭ от вpемени ( нестационаpный теп-
ловой pежим );
Путем анализа полученных результатов можно судить о тепловых
режимах КУ.
.
- 24 -
4. Методические указания к лабораторной работе " Комплексное
моделирование электрических и тепловых процессов в линейном ста-
билизаторе напряжения".
4.1. Цель лабораторной работы.
4.1.1. Изучение методов математического моделирования элект-
рических и тепловых процессов в радиоэлектронной аппаратуре.
4.1.2. Эксперементальная проверка результатов моделирования.
4.2 Задание.
4.2.1 Для источника питания ( см. Рис.4.1 и Рис.4.2 ) произ-
вести расчет сначала электрических, затем тепловых характеристик,
и затем расчитать электрические характеристики с учетом влияний
тепловыделений на режимы работы элементов схемы.
4.2.2 Произвести эксперимент с использованием макета и опре-
делить электрические и тепловые режимы в характерных точках.
4.2.3 Сравнить результаты расчета и эксперимента и сделать
выводы.
4.3 Порядок выполнения работы.
4.3.1. Экспериментальная часть.
4.3.1.1. Собрать лабораторную установку согласно схеме на
рисунке 4.1.
4.3.1.2. Установить тумблер S2 "Нагрузка" в положение "10
ом".
4.3.1.3. Включить лабораторную установку.
4.3.1.4. Проверить свечение светодиода в блоке стабилизато-
ра. Если светодиод не горит, это говорит о неисправности лабора-
торного макета.
4.3.1.5. Установить тумблер S2 "Нагрузка" в положение "2
ом".
- 25 -
.
- 26 -
.
- 27 -
4.3.1.6. Измерить выходное напряжение стабилизатора и, ис-
пользуя точное значение сопротивления нагрузки (Таблица 4.1) рас-
считать ток через нагрузку. Измерения следует производить как мож-
но быстрее во избежание влияния нагрева на работу стабилизатора.
Точные значения сопротивления нагрузки Таблица 4.1
╔════════════════════════════════════╤══════════════════════════╗
║ Положение тумблера "Нагрузка" │ Сопротивление Ом. ║
╟────────────────────────────────────┼──────────────────────────╢
║ 10 │ 10.51 ║
║ 9 │ 9.53 ║
║ 8 │ ║
║ 7 │ 7.511 ║
║ 6 │ 6.823 ║
║ 5 │ ║
║ 4 │ ║
║ 3 │ 2.584 ║
║ 2 │ 2.045 ║
║ 1 │ - ║
╚════════════════════════════════════╧══════════════════════════╝
4.3.1.7. Дать прогреться стабилизатору в течение 20-30 ми-
нут.
4.3.1.8. Измерить напряжение на нагрузке и сопротивления
термодатчиков. Переключение термодатчиков производится тумблером
S3.
4.3.1.9. Сопротивления термодатчиков производить сериями по
10 замеров в серии. Интервал между сериями 3 минуты.
4.3.1.10. Рассчитать среднее арифметическое значение сопро-
тивления.
4.3.1.11. Используя градуировочную кривую Рис.4.3,определить
температуры в точках, где установлены датчики.
4.3.1.12. Выключить лабораторный макет.
4.3.2. Электрический расчет.
4.3.2.1. Электрический расчет производится на компьютере IBM
PC AT с использованием подсистемы АСОНИКА-Э.
4.3.2.2. Войти в среду подсиситемы АСОНИКА-Э, для этого за-
- 28 -
.
- 29 -
пустить файл VITUS.BAT.
4.3.2.3. Создать новое имя схемы.
4.3.2.4. В режиме "схема" произвести ввод принципиальной
электрической схемы и ее характеристик.
4.3.2.5. Произвести статический расчет.
4.3.2.6. Распечатать карты режимов работы элементов.
4.3.2.7. Выйти из подсистемы.
4.3.3. Тепловой расчет.
4.3.3.1. Тепловой расчет производится на компьютере IBM PC
AT с использованием подсистемы АСОНИКА-Т.
4.3.3.2. Войти в среду подсиситемы АСОНИКА-Т, для этого за-
пустить файл MONIT.EXE.
4.3.3.3. Установить тип конструкционного узла - печатный
узел.
Теплофизические характеристики компонентов
стабилизатора Таблица 4.2
╔══════════╤═══════════╤═════════╤═══════════╤═══════╤═════════╗
║ Тип │ Внутреннее│Тепловое │ Макс. │ Коэф. │ Площадь ║
║компонента│ тепловое │сопротив-│температура│черноты│ поверх ║
║ │ сопротив- │ ление │ корпуса │поверх-│ ности ║
║ │ ление │крепления│ гр.С │ ности │ кв.мм. ║
║ │ Вт/К │ Вт/К │ │ │ ║
╟──────────┼───────────┼─────────┼───────────┼───────┼─────────╢
║С1-4-0.125│ 1 │ 8.38 │ 100. │ 0.75 │ 44. ║
║СП3-38б │ 1 │ 8.22 │ 100. │ 0.75 │ 184. ║
║МЛТ-0.5 │ 1 │ 4.18 │ 100. │ 0.75 │ 108. ║
║КМ-5б │ 1 │ 13. │ 100. │ 0.75 │ 142. ║
║К53-1А │ 1 │ 13. │ 100. │ 0.75 │ 227. ║
║КД509 │ 3.4 │ 16.75 │ 100. │ 0.75 │ 69. ║
║КС133А │ 2.5 │ 11.1 │ 120. │ 0.75 │ 151. ║
║ГТ108 │ 1 │ 16.8 │ 120. │ 0.75 │ 51.8 ║
║КТ315 │ 1 │ 24.3 │ 120. │ 0.75 │ 88. ║
║КТ814 │ 5.8 │ 100.5 │ 120. │ 0.75 │ 580. * ║
║К159НТ1 │ 1 │ 12.6 │ 120. │ 0.75 │ 138. ║
╚══════════╧═══════════╧═════════╧═══════════╧═══════╧═════════╝
*) К транзистору прикреплена аллюминиевая пластина 25х20 мм.
4.3.3.4. Ввести исходные данные из принципиальной электри-
- 30 -
ческой схемы и конструкции печатного узла, режимы работы элемен-
тов по результатам электрического расчета, и их теплофизические
характеристики из Таблицы 4.2. и условия охлаждения из таблицы
4.3.
4.3.3.5. Произвести стационарный расчет.
4.3.3.6. Посмотреть и распечатать температуры на элементах
схемы.
4.3.3.7. Выйти из подсистемы.
Условия охлаждения поверхностей печатного
узла. Таблица 4.3
╔═════════════════╤════════════╤════════════════════════════════╗
║ Поверхность │ Вид │ Характеристики ║
║ │охлаждения ├──────┬────┬─────┬──────┬───────╢
║ │ │Размер│Тол-│темп.│давле-│темп. ║
║ │ │ мм. │щина│воз- │ние │поверх-║
║ │ │ │ мм.│духа │воз- │ности ║
║ │ │ │ │гр.С │духа │ гр.С ║
║ │ │ │ │ │мм. │ ║
║ │ │ │ │ │рт.ст.│ ║
╟─────────────────┼────────────┼──────┼────┼─────┼──────┼───────╢
║Поверхность 1 │естественная│50х160│ - │ 45 │760 │ 33 ║
║(сторона деталей)│конвекция │ │ │ │ │ ║
║ │с неразвитой│ │ │ │ │ ║
║ │поверхности │ │ │ │ │ ║
║ │и излучение │ │ │ │ │ ║
╟─────────────────┼────────────┼──────┼────┼─────┼──────┼───────╢
║Поверхность 2 │теплообмен │50х160│ 10 │ 44 │ - │ - ║
║(сторона монтажа)│через тон- │ │ │ │ │ ║
║ │кую воздуш- │ │ │ │ │ ║
║ │ную про- │ │ │ │ │ ║
║ │слойку │ │ │ │ │ ║
╚═════════════════╧════════════╧══════╧════╧═════╧══════╧═══════╝
4.3.4. Комплексный расчет
4.3.4.1. Используя программу ASONTE.EXE на основании файла
результатов теплового расчета, получить файл тепловых характкрис-
тик для подсистемы АСОНИКА-Э.
4.3.4.2. Войти в среду подсистемы АСОНИКА-Э.
4.3.4.3. Используя имя схемы из расчета по п.4.3.1,произвес-
ти статический расчет.
- 31 -
4.3.4.4. Распечатать карты режимов работы элементов.
4.3.4.5. Выйти из подсистемы.
4.3.5. Сравнить результаты расчета по п. 4.3.1 и п. 4.3.4.
4.3.6. Сделать выводы.
4.4 Требования к технике безопасности.
К выполнению лабораторной работы допускаются лица,изучившие
инструкцию по технике безопасности при работе с контрольно-изме-
рительной аппаратурой и вычислительной техникой и прошедшие мест-
ный инструктаж по технике безопасности.
4.5 Требования к отчету.
Отчет должен содержать:
1. Постановку задачи лабораторной работы;
2. Краткие теоретические сведения о принципе работы макета и
подсистемах АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т;
3. Результаты эксперимента и расчета на ПЭВМ;
4. Выводы по результатам работы.
.
- 32 -
5. Разработка конструкции лабораторного макета.
5.1. Требования к конструкции.
Лабораторный макет предназначен для проведения лабораторных
работ. С помощью лабораторного макета необходимо обеспечить такие
условия, при которых было бы заметно влияние температурных воз-
действий на работу элементов макета. Таким образом,при разработке
конструкции лабораторного макета ставились следующие требования:
- обеспечить тяжелые, но допустимые тепловые режимы элемен-
тов;
- по возможности выделить элементы, не подлежащие исследова-
нию,в отдельный блок;
- установить электрические датчики температуры,вносящие ми-
нимальные искажения в температурное поле исследуемого конструк-
тивного узла;
- изготовить корпус исследуемого блока из прозрачного мате-
риала.
В соответствии с этими требованиями разработана конструкция
лабораторного макета, состоящего из двух блоков: блока стабилиза-
тора и блока питания и нагрузки.
5.2. Конструкция блока стабилизатора.
Блок стабилизатора представляет собой конструктивный узел
типа блок и предназначен для исследования тепловых процессов в
нетиповой конструкции с ручным построением модели процессов теп-
лопередачи. Расчет теплового режима блока стабилизатора не реко-
мендуется производить в процессе выполнения лабораторной работы.
Тепловой режим блока будет расчитан один раз и по результатам
этого расчета при выполнении лабораторной работы будет произво-
диться расчет теплового режима печатного узла стабилизатора.
- 33 -
Блок стабилизатора состоит из корпуса, крышки, радиатора,
печатного узла, раз"ема типа СРН и платы переключателей. Эскиз
конструкции блока стабилизатора приведен на рисунке 5.1.
Корпус и крышка выполнены из прозрачного оргстекла, одной из
сторон корпуса является пластинчатый двухсторонний радиатор, на
котором установлен транзистор Т4.
Внутри корпуса установлен печатный узел стабилизатора. Пе-
чатный узел крепится на винтах к корпусу через втулки.
Печатный узел стабилизатора представляет собой печатную пла-
ту из фольгированого гетинакса с установлеными на ней электрора-
диоэлементами. Эскиз конструкции печатного узла приведен на ри-
сунке 5.2.
На печатной плате установлены подстроечные резисторы R15 и
R23 и светодиод VD8. R15 регулирует порог срабатывания защиты от
короткого замыкания. R23 регулирует выходное напряжение стабили-
затора. Светодиод VD8 индицирует наличие напряжения +5в на выходе
стабилизатора.
На боковой стороне корпуса установлена розетка раз"ема типа
СРН. Все внешние соединения осуществляются через этот раз"ем.
На передней стенке корпуса установлена плата переключателей.
Сквозь прямоугольное отверстие в корпусе движки переключателей
выведены наружу и доступны для переключения.
Измерение температуры элементов стабилизатора производится
датчиком на основе легированного кремния. При разработке конс-
трукции макета рассматривались несколько типов датчиков. Термопа-
ра обеспечивает достаточную точность, но не устраивает необходи-
мостью держать горячий спай внутри корпуса блока стабилизатора,
где температура переменна. Датчик на основе p-n перехода требует
дополнительной схемы для преобразования величины обратного тока в
- 34 -
.
- 35 -
.
- 36 -
частоту. Датчик на основе легированного кремния достаточно точен
[] и для измерения его сопротивления пригоден цифровой измери-
тельный прибор В7-16.
5.3. Конструкция блока стабилизатора и нагрузки.
Блок питания и нагрузки представляет собой блок в котором
расположены трансформатор, выпрямитель, фильтрующие конденсаторы,
плата нагрузки и коммутирующие элементы.
Блок питания соединяется с блоком стабилизатора жгутом с
раз"емом.
Корпус блока питания выполнен из фольгированного гетинакса
фольгой внутрь. Пластины корпуса крепятся друг к другу пайкой.
Крышка выполнена также из фольгированного гетинакса и крепится к
корпусу на четырех винтах М3.
Все элементы блока питания и нагрузки собраны на шасси из
дюралюминия. Диоды VD1-VD4 установлены на теплоотводящих пласти-
нах из алюминия. Пластины крепятся между собой полосами из гети-
накса. Такое крепление выбрано для обеспечения изоляции между ди-
одами и шасси. Гетинаксовые пластины крепятся к шасси уголками.
Плата нагрузки представляет собой печатный узел,на котором уста-
новлены нагрузочные резисторы. Плата крепится к шасси на уголках.
Все механические соединения выполнены с помощью винтов и гаек М3.
Шасси крепится внутри корпуса винтами М4. Электрические сое-
динения выполнены проводами МГТФ-0.25 и МГТФ-1. Коммутирующие эле-
менты и предохранители крепятся непосредственно к корпусу в от-
верстиях.
.
- 37 -
6. Программа графического ввода подсистемы АСОНИКА_Э
6.1 Обоснование необходимости разработки программы графи-
ческого ввода.
В ранних версиях подсистемы АСОНИКА-Э ввод информации о схе-
ме производился с помощью входного языка, что было обусловлено
применением техники, не позволяющей работать с изображениями.
При развитии подсистемы возникла необходимость упростить
ввод информации до процесса рисования принципиальной электричес-
кой схемы. Появление техники более высокого уровня (Электроника
МС 0585, Robotron CM1910, IBM PC), обладающей широкими графичес-
кими возможностями, позволило создать программы-оболочки и прог-
раммы интерпретации выходной информации.
При разработке программы графического ввода ставилась задача
максимально простого ввода топологии и номиналов без специальных
языков и кодировок.
Программа графического ввода позволяет малоподготовленному
пользователю быстро ввести и рассчитать схему, не прибегая к спе-
циальным языкам.
6.2 Описание программы графического ввода.
6.2.1. Назначение.
Программа графического ввода GR_EDIT предназначена для инте-
рактивного графического ввода информации о топологии, компонентах
электрической принципиальной схемы и автоматической простановки
узлов.
Программа представляет собой набор подпрограмм на языках
Фортран и Си, выполняющих различные функции и операции ввода и
отображения информации с единственной точкой входа. Программа
функционирует в составе подсистемы АСОНИКА-Э.
- 38 -
6.2.2. Входная информация.
К входной информации относится:
-имя файла с описанием схемы;
-имя файла-прототипа;
-начальный размер ячейки в мм.
6.2.3. Выходная информация.
К выходной информации относится:
-массив кодов элементов;
-массив кодов углов поворотов;
-массив названий;
-массив типов/номиналов;
-массив узлов 1;
-массив узлов 2;
-массив узлов 3;
-массив узлов 4;
6.2.4. Принцип работы программы графического ввода.
Ввод топологии схемы происходит методом непосредственной
прорисовки электрической принципиальной схемы на экране, ввод
названий и номиналов - подписыванием справа вверху от каждого
элемента схемы, а простановка узлов - автоматически.
При вводе принципиальная электрическая схема должна быть
размещена в квадратных ячейках поля размером 25х20 ячеек. В каж-
дой ячейке может быть размещен один элемент вида:
-резистор;
-конденсатор;
-индуктивность;
-диод;
-стаблитрон;
-биполярный транзистор;
- 39 -
-полевой транзистор; (в существующей версии на поддержива-
ется пр расчете)
-источник тока;
-источник напряжения;
-соеденители пяти видов;
-соединение с корпусом.
Обозначение элемента состоит из двух строк по 6 символов в
каждой, причем в первой строке пишется название (R1, T1 или дру-
гое) а во второй - тип (например КТ312) или номинал (например
10к).
6.2.5. Требования к техническим средствам.
Программа функционирует в составе подсистемы АСОНИКА-Э. Тре-
бования к техническим средствам не превышают требования подсисте-
мы АСОНИКА-Э, а именно:
- Компьютер IBM PC/AT с монитором CGA или выше;
- Операционная система MS DOS V3.30 или выше;
- Об"ем дисковой памяти не менее 1 мегобайт;
- Об"ем оперативной памяти не менее 512 килобайт;
Примечание: В графическом режиме CGA 640х200 точек работа
затруднена из-за низкого качества изображения.
При работе используется графический шрифт Modern из файла
modern.fon.
6.2.6. Структурная схема программы графического ввода.
Структурная схема программы графического ввода приведена на
рисунке 6.1
Подпрограммы производят следующие действия.
SUBROUTINE DRAW_ALL(IXN,IYN,DL,K,IALF,NAZW,NOM,ITXT)
Производит прорисовку всех элементов изображения схемы
- 40 -
.
- 41 -
IXN-НОМ НАЧ КЛЕТКИ ПО Х
IYN-НОМ НАЧ КЛЕТКИ ПО Y
DL-РАЗМ ЯЧЕЙКИ
K-МАСС ЭЛЕМЕНТОВ
IALF-УГЛЫ ПОВОРОТА
NAZW-НАЗВАНИЯ
NOM-НОМИНАЛЫ
ITXT=1-РИСОВАТЬ ТОЛЬКО ЭЛЕМЕНТЫ
=2-НАДПИСИ
=3-узлы из массивов U1,U2,U3,U4 в блоке UZELS
=4-НАДПИСИ+ЭЛЕМЕНТЫ
=5-ЭЛЕМЕНТЫ+УЗЛЫ
=6-ВСЕ
SUBROUTINE ASKS(X0,Y0,STR)
Запрашивает в точке X0,Y0 ввод строки STR названия элемента
и обеспечивает редактирование и подписывание на экране.
SUBROUTINE ANALR(IX,IY,DL,K,IALF)
Анализирует тип действия в зависимости от нажатой клавиши и
выполняет его
SUBROUTINE ANALK1(IX,IY,iflag)
ПРОВЕРЯЕТ СДВИГАТЬ ЛИ ЯЧЕЙКУ номер IX,IY в зависимости от нажатой
клавиши и если да, то стирает крест-курсор и рисует его в сосед-
ней ячейке
c iflag=0 обработано произошло ли перемещение
c iflag=1 необработано
SUBROUTINE ANALK(IX,IY)
- 42 -
C------- ПРОВЕРКА ПЕРЕДВИГАТЬ ЯЧЕЙКУ ИЛИ НЕТ --
ПРОВЕРЯЕТ СДВИГАТЬ ЛИ ЯЧЕЙКУ номер IX,IY в зависимости от нажатой
клавиши и если да, то стирает крест-курсор и рисует его в сосед-
ней ячейке
SUBROUTINE MASSA(K,IALF,NAZW,NOM,FIL,IWR)
C IWR=0-ЧИТАТЬ
C IWR=1-ПИСАТЬ
Производит чтение-запись массивов буфера K,IALF,NAZV,NOM в
файл с именем FIL, контролирует расширение, при необходимости
исправляет на .PAE
SUBROUTINE MARK(IXN,IYN,IX,IY,NAZW,NOM)
Производит редактирование ввода названий и номиналов ЭРЭ
IXN,IYN - нижний левый квадрат на экране
IX,IY-текущий квадрат на экране
NAZV,NOM- массивы названий и номиналов
subroutine keyin (i,j)
Считывает код нажатой клавиши из режима ожидания. При нажа-
тии сочетаний LeftShift+стрелка и RightShift+стрелка вырабатывает
специальную нестандартную кодировку для дальнейшей обработки.
subroutine key_line(NUMBER)
Прорисовывает в нижней части экрана две строки-подсказки
C NUMBER=1 - верхняя СТРОКА одинакова во всех режимах
- 43 -
C NUMBER=2 - нижняя строка при работе редактора UNIT
C NUMBER=3 - нижняя строка при работе редактора MARK
subroutine get_u(pole)
Считывает из матрицы протяжки POLE расположения узлов в
массивы U1,U2,U3,U4 из COMMON
SUBROUTINE SETFONTSIZE(FNAME,H1,W1)
C Создает строку опции размера загружаемого шрифта,
c устанавливает шрифт высотой H1,шириной W1,
c с именем FNAME и помещает эти параметры в
c COMMON/texting/ -блок
subroutine element(i,j,pole,nuz_tek)
Проверяет наличие в точке i,j матрицы POLE элемента, вызыва-
ющего генерацию нового узла. Если элемент найден , то в открытые
непронумерованые узлы устанавливается номер узла nuz_tek+1
SUBROUTINE DRAW_UZ(IXN,IYN)
Прорисовывает номера узлов на экране с начальным номером
ixn,iyn. Номера берутся из массивов u1,u2,u3,u4 из common-блока
SUBROUTINE ROTOR(C,N,IALF,ZK)
Производит поворот и масштабиование координат для прорисовки
элемента на экране программой RIS
C C-массив коодинат
C N-РазмеРность
- 44 -
C IALF=0 -ПОВОРОТ НА 0 ГРАДУСОВ
C =1 - 90
C =2 - 180
C =3 - 270
C ZK-КОЭФ МАСШТАБИРОВАН.
SUBROUTINE RIS(I,J,DL,IALF,K,IWR)
Прорисовывает элемент в ячейке i,j с величиной dl мм. из
массивов K и IALF при
iwr=0 - черным
iwr=1 - белым
subroutine renum
Перенумеровывает узлы в массивах u1,u2,u3,u4 так, чтобы ну-
мерация шла по порядку.
subroutine proxod(i,j,pole)
Проверяет наличие в точке i,j матрицы POLE элемента, не вы-
зывающего генерацию нового узла. Если элемент найден , то в отк-
рытые непронумерованые узлы устанавливается входящий номер узла.
SUBROUTINE POINTS(XN,YN,XK,YK)
Рисует в прямоугольнике, ограниченом xn,yn и xk,yk на белом
фоне черные стрелки
subroutine matr(k,ialf)
integer*1 pole(51,41)/2091*0/
- 45 -
c матрица протяжки x^ y^
c элементы матрицы:
c -1 ... -24 -элементы
c -99,-98 - барьер
c 0... 89- номера узлов
c 90 - непронумерованный узел
Создает матрицу,описывающую топологию схемы для нумерации уз-
лов и производит нумерацию узлов схемы.
SUBROUTINE WRSTRING(XT,YT,STR,IWR)
Прорисовывает в прямоугольник с нижним левым углом в точке
XT,Yt и размерами,соответствующими свободному месту на экране
строку из 1-6 символов с автоматическим масштабированием длины и
высоты строки
C IWR=0-СТИРАТЬ
C IWR=1-ПИСАТЬ
subroutine wr_num(xt,yt,dx,dy,num)
Прорисовывает в квадрат с нижним левым углом в точке xt,yt и
размерами dx,dy номер узла черным цветом на белом фоне
subroutine wr_uz(ixn,iyn,ix,iy)
Прорисовывает для ячейки ixn,iyn,ix,iy пронумерованные узлы
SUBROUTINE UNIT(IXN,IYN,IX,IY,K,IALF)
Производит полное редактирование топологии схемы
- 46 -
SUBROUTINE TEXT1(IX,IY,DL,NAZW,NOM)
Подписывает название и номинал для элемента в ячейке ix,iy
integer*2 function test_uz(i,j,pole)
Проверяет условия протянутости узла в ячейке. Применяется
для проверки условия окончания протяжки. Возвращаемое значение:
c -1 - ошибка m1
c 0 - необработано m3
c 1 - обработано m2
subroutine SETVIDEO()
Определяет аппаратные средства графических средств и уста-
навливает графический режим максимального разрешения
SUBROUTINE SETPORT(N)
C N=0 - Установить видеопорт на часть экрана для вывода графики
C N=1 - Установить видеопорт на весь экран для вывода строки
C в нижней части, графическая часть "зажимается"
C DELTA - высота области для вывода строки
subroutine sdvig(ixt,iyt)
Производит пересчет данных массивов данных для команд сдвиж-
ки-раздвижки изображения
subroutine sdv(ixn,iyn,napr,k,ialf,nazw,nom)
Сдвигает-раздвигает столбцы и сторки на экране
c napr=1 --->
c 2 <---- Раздвиг
- 47 -
c 3 ^
c 4 v
c 5 -->
c 6 <-- Сдвиг
c 7 ^
c 8 v
Все графические подпрограммы работают с вещественными окон-
ными координатами, устанавливаемыми в программе setport, что поз-
воляет сделать графические построения независимыми от разрешения
монитора.
6.2.7. Описание работы с программой графического ввода.
При работе программа может находится в двух режимах - ввод
топологии и ввод надписей. При вводе топологии на экране отобра-
жается толстый крест,в котором помещается изображение компонента
схемы при нажатии соответствующих клавиш:
R - резистор
C - конденсатор
L - индуктивность
T - биполярный транзистор
D - диод
S - источник тока или напряжения
W - соединитель
P - полевой транзистор ( для дальнейшего развития )
ПРОБЕЛ - стереть
Клавишами <Pg Up> и <Pg Dn> выбираются предыдущие или следу-
ющие однотипные элементы, а клавишей <Ins> производится поворот
элемента на 90 градусов по часовой стрелке. Крест перемешается по
- 48 -
экрану с помощью стрелок на клавиатуре.
При работе в режиме ввода надписей на экране отображается
квадрат с курсором в верхней части. При нажатии <Enter> курсор
перемещается на нижнюю строку квадрата. В этом режиме допустимо
вводить любую буквенно-цифровую информацию, которая будет отобра-
жаться возле элемента схемы и относится к его описанию.
Таким образом, достаточно просто вводится вся необходимая
для электрического расчета информация. При выходе из программы
графического ввода происходит автоматическая нумерация узлов
схемы, которые отображаются на экране. Для просмотра нумерации
узлов, не выходя из программы графического ввода надо нажать
клавишу F7.
.
- 49 -
7. Расчет характеристик лабораторного макета.
7.1.Электрический расчет схемы стабилизатора лабораторного
макета.
Электрический расчет стабилизатора лабораторного макета
производится с помощью подсистемы АСОНИКА-Э.
Необходимая информация для электрического расчета.
- топология электрической принципиальной схемы;
- названия элементов;
- типы/номиналы элементов.
Вся исходная информация вводится с помощью программы графи-
ческого ввода в составе подсистемы АСОНИКА-Э. Распечатка резуль-
татов ввода приведена в приложении 1.
Производится статический расчет. По результатам расчета из-
менением сопротивления резистора R23 ( в лабораторном макете -
подстроечный ) добиваемся выходного напряжения 5 вольт. При рас-
чете используется нагрузка сопротивлением 2 ом.
Результаты расчета см. Приложение 1.
Производится расчет во временной области.
Зададим пульсирующее питающее напряжение с характеристика-
ми:
- постоянная составляющая 12 вольт;
- переменная составляющая (амплитуда) 200 милливольт;
- период переменной составляющей 20 миллисекунд;
- начальная фаза 0 градусов;
и постоянное сопротивление нагрузки 2 ом.
Получаем на выходе пульсирующее напряжение с характеристи-
ками:
- постоянная составляющая 5.02 вольт;
- 50 -
- переменная составляющая (амплитуда) 600 микровольт;
- период переменной составляющей 20 миллисекунд;
- начальная фаза 180 градусов;
Таким образом, амплитуда пульсаций выходного напряжения
уменьшена в 330 раз. Что вполне приемлемо для питания микросхем
ТТЛ. Графики работы стабилизатора см. Приложение 1.
Зададим постоянное питающее напряжение 12 вольт, а сопротив-
ление нагрузки линейно меняющимся от 10 до 0.01 ом. При этом по-
лучим, что система защиты от короткого замыкания срабатывает при
сопротивлении 1.25 ом. Графики работы стабилизатора см. Приложе-
ние 1.
7.2. Расчет теплового режима блока стабилизатора.
Расчет производится с использованием подсистемы АСОНИКА-Т.
Тип конструкйии - нетиповая с ручным построением модели тепловых
процессов.
Условные обозначения механизмов теплопередачи Таблица 7.1
╔═══════════════════════╤═════════════╤═════════════════════════╗
║ Условное обозначение │ Номер ветви │ Механизм теплопередачи ║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 2 │ Расчитываемое тепловое ║
║ │ │ сопротивление ║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 11 │ Контактный теплообмен с ║
║ │ │ пятном прямоугольной ║
║ │ │ формы. ║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 16 │ Излучение ║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 26 │ Естественная конвекция ║
║ │ │ с неразвитой поверхности║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 36 │ Конвективно-кондуктивно-║
║ │ │ лучистая теплопередача ║
║ │ │ с развитой поверхности ║
╟───────────────────────┼─────────────┼─────────────────────────╢
║ │ 41 │ теплообмен через тонкую ║
║ │ │ воздушную прослойку ║
╚═══════════════════════╧═════════════╧═════════════════════════╝
- 51 -
Эскиз конструкции блока приведен на рисунке 5.1. Для данной
конструкции построена тепловая модель, приведенная на рисунке
7.1.
Условные обозначения механизмов теплопередач приведены в
таблице 7.1.
Соответствие номеров узлов элементам конструкции стабилиза-
тора приведено в таблице 7.2.
Соответствие номеров узлов тепловой
модели элементам конструкции блока. Таблица 7.2
╔═══════════════╤═══════════════════════════════════════════════╗
║ Номер узла │ Элемент конструкции ║
╟───────────────┼───────────────────────────────────────────────╢
║ 1 │ Передняя стенка корпуса ║
║ 2 │ Левая стенка корпуса ║
║ 3 │ Задняя стенка корпуса ║
║ 4 │ Радиатор ║
║ 5 │ Нижняя стенка корпуса ║
║ 6 │ Крышка ║
║ 7 │ Печатный узел ║
║ 8 │ воздушная среда внутри блока ║
║ 9 │ окружающая воздушная среда ║
╚═══════════════╧═══════════════════════════════════════════════╝
В результате расчета получена карта температур в узлах моде-
ли,приведенная в приложении 2. На основании температур элементов
блока можно получить параметры окружающей среды для расчета теп-
лового режима печатного узла стабилизатора.
7.3. Расчет теплового режима печатного узла стабилизатора.
Расчет производится с использованием подсистемы АСОНИКА-Т.
Тип конструкции - печатный узел с автоматическим построением мо-
дели тепловых процессов.
Ввод исходных данных производится с помощью программы графи-
ческого ввода в составе подсистемы АСОНИКА-Т.
Геометрические характеристики печатного узла и печатной пла-
ты приведены в приложении 3. Теплофизические характеристики ком-
- 52 -
.
- 53 -
понентов рассчитаны с помощью программы в составе подсистемы
АСОНИКА-Т и приведены в таблице 7.3
Теплофизические характеристики компонентов
стабилизатора Таблица 7.3
╔══════════╤═══════════╤═════════╤═══════════╤═══════╤═════════╗
║ Тип │ Внутреннее│Тепловое │ Макс. │ Коэф. │ Площадь ║
║компонента│ тепловое │сопротив-│температура│черноты│ поверх- ║
║ │ сопротив- │ ление │ корпуса │поверх-│ ности ║
║ │ ление │крепления│ гр.С │ ности │ кв.мм. ║
║ │ Вт/К │ Вт/К │ │ │ ║
╟──────────┼───────────┼─────────┼───────────┼───────┼─────────╢
║С1-4-0.125│ 1 │ 8.38 │ 100. │ 0.75 │ 44. ║
║СП3-38б │ 1 │ 8.22 │ 100. │ 0.75 │ 184. ║
║МЛТ-0.5 │ 1 │ 4.18 │ 100. │ 0.75 │ 108. ║
║КМ-5б │ 1 │ 13. │ 100. │ 0.75 │ 142. ║
║К53-1А │ 1 │ 13. │ 100. │ 0.75 │ 227. ║
║КД509 │ 3.4 │ 16.75 │ 100. │ 0.75 │ 69. ║
║КС133А │ 2.5 │ 11.1 │ 120. │ 0.75 │ 151. ║
║ГТ108 │ 1 │ 16.8 │ 120. │ 0.75 │ 51.8 ║
║КТ315 │ 1 │ 24.3 │ 120. │ 0.75 │ 88. ║
║КТ814 │ 5.8 │ 100.5 │ 120. │ 0.75 │ 580. * ║
║К159НТ1 │ 1 │ 12.6 │ 120. │ 0.75 │ 138. ║
╚══════════╧═══════════╧═════════╧═══════════╧═══════╧═════════╝
*) К транзистору прикреплена алюминиевая пластина 25х20 мм.
В результате расчета получена карта температур элементов
схемы и коффицэнты тепловой нагрузки, приведенные в приложении 3.
7.4 Комплексный расчет режима работы стабилизатора.
С помощью программы asonte.exe производим преобразование
результатов теплового расчета печатного узла стабилизатора в
формат, подходящий для подсистемы АСОНИКА-Э.
Производим статический расчет схемы с учетом тепловых воз-
действий. Результаты расчета приведены в приложении 4.
7.5 Выводы по полученным результатам
- отличие выходного напряжения при расчетах без учета тепло-
вых воздействий и с их учетом составляет 12.2%, что говорит о не-
обходимости проведения комплексного анализа при проектировании
изделий подобного типа;
- для возвращения выходного напряжения к номинальному значе-
- 54 -
нию достаточно изменить сопротивление резистора R23 (на макете
подстроечное ) на 30 ом.
- комплексный расчет позволяет наиболее точно смоделировать
режим работы электронной схемы;
- для оценки работоспособности электронной схемы достаточно
произвести только электрический расчет;
.
- 55 -
8. Сравнение результатов эксперимента и анализа.
Результаты, полученные при выполнении эксперимента по плану
п.4.3.1 приведены в приложении 5.
При сравнении результатов расчета выходного напряжения без
учета тепловых воздейсвий и напряжения на выходе стабилизатора
сразу после момента включения при одинаковом сопротивлении R23,
видим отличие на 12%.
При сравнении результатов расчета выходного напряжения с
учетом тепловых воздейсвий и напряжения на выходе стабилизатора
через 30 минут после момента включения при одинаковом сопротивле-
нии R23, видим отличие на 27%.
.
- 56 -
9. Экономическая часть
9.1. Технико-экономическое обоснование
Разработка лабораторной работы "Комплексное моделирование
электрических и тепловых характеристик в линейном стабилизаторе
напряжения" производится для практического обучения студентов
специальности "Конструирование и производство РЭС" методам машин-
ного анализа электронных схем с учетом тепловых воздействий.
Данная лабораторная работа позволяет студенту разобраться в
принципе работы линейного стабилизатора напряжения с защитой от
перегрузки по току, произвести эксперимент, измерить режимы рабо-
ты, тепловые характеристики определенных элементов стабилизатора,
освоить методы работы с подсистемами АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т, нау-
читься вести расчет без учета тепловых воздействий и с их учетом,
сравнить результаты эксперимента и машинного анализа.
На сегодняшний день на кафедре РТУиС МИЭМ есть лабораторные
работы,в которых предусмотрен электрический расчет схемы без уче-
та тепловых воздействий, с последующим экспериментом. Также есть
лабораторная работа, в которой производится электрический и тепло-
вой расчеты, но нет экспериментальной части. Эти лабораторные ра-
боты имеют методическое обеспечение для машин класса СМ и ранних
версий подсистемы АСОНИКА для РС. В лабораторной работе "Комп-
лексное моделирование электрических и тепловых характеристик в
линейном стабилизаторе напряжения" предусмотрено методическое
обеспечение для самых последних версий подсистемы АСОНИКА для РС,
описание их средств графического ввода.
9.2. Сметная стоимость НИР и ОКР по теме.
Сметная стоимость выполнения работ по теме определяется с
использованием следующей формы:
- 57 -
Сметная стоимость выполнения работ по теме. Таблица 9.1.
╔═══╤═══════════════════════════════════╤═════════╤═════════════╗
║NN │Наименование статей калькуляции │ Сумма │ Примечание║
║пп │ │ (руб.) │ ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 1.│Материалы,покупные комплектующие │ 975 │Таблица 9.2 и║
║ │изделия и полуфабрикаты │ │Таблица 9.3 ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 2.│Специальное оборудование для на- │ 56250 │Таблица 9.4 ║
║ │учных и экспериментальных работ │ │ ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 3.│Основная заработная плата испол- │ 27330 │Таблица 9.5 ║
║ │нителей темы │ │ ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 4.│Дополнительная заработная плата │ 4099 │15% по данным║
║ │(15-20% от осн. заработной платы │ │ предприятия ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 5.│Отчисления на социальное страхо- │ 11629 │ - ║
║ │вание (37% от основной и допол- │ │ ║
║ │нительной заработной платы) │ │ ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 6.│Расходы на командировки │ - │ - ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 7.│Прочие прямые расходы │ - │ - ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 8.│Контрагентские расходы │ - │ - ║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║ 9.│Накладные расходы │ 8199 │30% по данным║
║ │(30-100% от осн.заработной платы) │ │ предприятия║
╟───┼───────────────────────────────────┼─────────┼─────────────╢
║10.│Фонды поощрения │ 3279 │12% по данным║
║ │ │ │ предприятия║
╟───┴───────────────────────────────────┴─────────┴─────────────╢
║Итого 111761 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Потребность в сырье и материалах
для выполнения работ по теме Таблица 9.2.
╔══╤═════════════════════╤═════╤════════╤═════════╤═════════════╗
║NN│ Наименование сырья │ ед. │ Кол-во │ Цена ед.│ Сумма ║
║пп│ │ изм.│ на изд.│ (руб.) │ (руб.) ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║1.│ Бумага │ кг. │ 1 │ 500 │ 500 ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║2.│ Ручки │ шт. │ 3 │ 10 │ 30 ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║3.│ Карандаши │ шт. │ 3 │ 10 │ 30 ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║4.│ Ластики │ шт. │ 3 │ 5 │ 15 ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║5.│ Лента для принтера │ шт. │ 3 │ 50 │ 150 ║
╟──┴─────────────────────┴─────┴────────┴─────────┴─────────────╢
║ Итого 725 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
- 58 -
Потребность в покупных комплектующих
изделиях и полуфабрикатах на выполнение
работ по теме Таблица 9.3
╔═══╤════════════════════╤═════╤════════╤═════════╤═════════════╗
║NN │ Наименование │ ед. │ Кол-во │ Цена ед.│ Сумма ║
║пп │ │ изм.│ на изд.│ (руб.) │ (руб.) ║
╟───┼────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║1. │Дискета DS/QD 5"25 │ шт. │ 3 │ 50 │ 150 ║
╟───┴────────────────────┴─────┴────────┴─────────┴─────────────╢
║ Итого 150 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Сумма амортизации специального оборудования
для выполнения работ по теме Таблица 9.4
╔═══════════════╤══════╤════════╤══════════╤═════════╤══════════╗
║NN Наименование│Кол-во│Цена ед.│Время исп.│ Норма │ Сумма ║
║пп оборудования│ │ (руб.) │ по теме │аммортиз.│аммортиз. ║
║ │ │ │ (лет.) │ │ ║
╟───────────────┼──────┼────────┼──────────┼─────────┼──────────╢
║1. IBM PC AT │ 1 │ 450000 │ 2.5 │ 12.5 │ 56250 ║
║ 286/287-12 │ │ │ │ │ ║
╟───────────────┴──────┴────────┴──────────┴─────────┴──────────╢
║ Итого ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Затраты на основную заработную плату
исполнителей темы Таблица 9.5
╔══╤══════════════╤═════════════╤══════════╤══════╤═════════════╗
║NN│ Должность │Суммарная │ Месячный │ Сумма│ Примечание ║
║пп│ исполнителя │трудоемкость │ оклад │(руб.)│ ║
║ │ │ (чел/мес) │ (руб.) │ │ ║
╟──┼──────────────┼─────────────┼──────────┼──────┼─────────────╢
║1.│Инженер- │ 3.9 │ 4700 │ 18330│ По данным ║
║ │программист │ │ │ │ предприятия ║
║ │(руководитель)│ │ │ │ ║
╟──┼──────────────┼─────────────┼──────────┼──────┼─────────────╢
║2.│Ст.техник │ 30 │ 300 │ 9000│ По данным ║
║ │ │ │ │ │ предприятия ║
╟──┴──────────────┴─────────────┴──────────┴──────┴─────────────╢
║ Итого 27330 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Дополнительная заработная плата 15% от основной заработной
платы
- 59 -
Дополнительная заработная плата=4099 руб.
8.3.Расчет себестоимости лабораторного макета
Калькуляция себестоимости на лабораторный макет Таблица 9.6
╔══════╤═════════════════════════════════╤════════╤═════════════╗
║ NN │ Наименование статей затрат │ Сумма │ Примечание ║
║ пп │ │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 1 │ 2 │ 3 │ 4 ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 1. │ Сырье и материалы │ 262 │ Таблица 9.7║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 2. │ Возвратные отходы(вычитаются) │ - │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 3. │ Покупные комплектующие изделия, │ 689 │ Таблица 9.8║
║ │ полуфабрикаты и услуги коопери- │ │ ║
║ │ рованных предприятий │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 4. │ Топливо и энергия на технологи- │ 1 │ Таблица 9.9║
║ │ ческие цели │ │ ║
╟──────┴─────────────────────────────────┴────────┴─────────────╢
║ Итого материальных затрат 1024 ║
╟──────┬─────────────────────────────────┬────────┬─────────────╢
║ 5. │ Основная заработная плата про- │ 808 │ Таблица 9.10║
║ │ изводственных рабочих │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 6. │ Дополнительная заработная плата │ 121 │ 15% от ос- ║
║ │ производственных рабочих │ │ новной зара-║
║ │ │ │ ботной платы║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 7. │ Отчисления на социальное стра- │ 343 │ 37% от сум-║
║ │ хование │ │ мы основной ║
║ │ │ │ дополни- ║
║ │ │ │ тельной за- ║
║ │ │ │ работной ║
║ │ │ │ платы ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 8. │ Расходы на подготовку и освоение│ - │ - ║
║ │ производства │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 9. │ Расходы на содержание и эксплу- │ 1 │Таблица 9.11 ║
║ │ атацию оборудования │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 10.│ Цеховые расходы(30-40% от суммы │ 243 │ По данным ║
║ │ основной заработной платы и рас-│ │ предприятия ║
║ │ ходов на содержание и эксплуата-│ │ ║
║ │ цию оборудования) │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 11.│ Общезаводские расходы(40-50% от │ - │ - ║
║ │ суммы основной заработной платы │ │ ║
║ │ и расходов на содержание и экс- │ │ ║
║ │ плуатацию оборудования) │ │ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 12.│ Прочие производственные расходы │ - │ - ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
- 60 -
Таблица9.6 продолжение
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 1 │ 2 │ 3 │ 4 ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 13.│ Производственная себестоимость │ 2397│ ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 14.│ Внепроизводственные расходы(2-5%│ 48│ 2% от про- ║
║ │ от производственной себесто- │ │ изводствен- ║
║ │ имости) │ │ ной себесто-║
║ │ │ │ имости ║
╟──────┼─────────────────────────────────┼────────┼─────────────╢
║ 15.│ Полная себестоимость │ 2445│ ║
╟──────┴─────────────────────────────────┴────────┴─────────────╢
║ Итого 2445 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Потребность в сырье и материалах на
лабораторный макет Таблица 9.7
╔══╤═════════════════════╤═════╤════════╤═════════╤═════════════╗
║NN│ Наименование сырья │ ед. │ Кол-во │ Цена ед.│ Сумма ║
║пп│ │ изм.│ на изд.│ (руб.) │ (руб.) ║
╟──┼─────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║ 1│ Припой ПОС-61 │ кг.│ 0.1 │ 100 │ 10 ║
║ 2│ Канифоль │ кг.│ 0.1 │ 10 │ 1 ║
║ 3│ Провод МГТФ-0.25 │ м. │ 1 │ 25 │ 25 ║
║ 4│ Провод МГТФ-1 │ м. │ 0.25 │ 100 │ 25 ║
║ 5│ Фольгированный │ │ │ │ ║
║ │ гетинакс │ кг.│ 1 │ 100 │ 100 ║
║ 6│ Оргстекло │кв.м.│ 1 │ 100 │ 100 ║
╟──┴─────────────────────┴─────┴────────┴─────────┴─────────────╢
║ Итого 261 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Потребность в покупных комплектующих
изделиях и полуфабрикатах на изготовление
лабораторного макета Таблица 9.8
╔═══╤════════════════════╤═════╤════════╤═════════╤═════════════╗
║NN │ Наименование │ ед. │ Кол-во │ Цена ед.│ Сумма ║
║пп │ │ изм.│ на изд.│ (руб.) │ (руб.) ║
╟───┼────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 ║
╟───┼────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║ 1 │ Трансформатор │ │ │ │ ║
║ │ ТН61-127/220-50 │ шт. │ 1 │ 400 │ 400 ║
║ 2 │ КД201А │ шт. │ 4 │ 5 │ 20 ║
║ 3 │ К50-6-25-4000 │ шт. │ 8 │ 10 │ 80 ║
║ 4 │ ПТ-2-2 │ шт. │ 1 │ 5 │ 5 ║
║ 5 │ МН-0.3 │ шт. │ 1 │ 5 │ 5 ║
║ 6 │ ГРПИ-7 │ шт. │ 1 │ 10 │ 10 ║
║ 7 │ С1-4-0.125 │ шт. │ 10 │ 1 │ 10 ║
- 61 -
Таблица 9.8 продолжение
╟───┼────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 ║
╟───┼────────────────────┼─────┼────────┼─────────┼─────────────╢
║ 8 │ С5-16-3-0.25 │ шт. │ 2 │ 3 │ 6 ║
║ 9 │ СП3-38Б │ шт. │ 2 │ 4 │ 8 ║
║ 10│ К53-1-6.3-100 │ шт. │ 1 │ 5 │ 5 ║
║ 11│ К73-1-0.1 │ шт. │ 1 │ 3 │ 3 ║
║ 12│ КМ-5Б-1000 │ шт. │ 1 │ 3 │ 3 ║
║ 13│ АЛ307Б │ шт. │ 1 │ 10 │ 10 ║
║ 14│ КС133А │ шт. │ 1 │ 6 │ 6 ║
║ 15│ КД509А │ шт. │ 1 │ 3 │ 3 ║
║ 16│ КТ315Б │ шт. │ 2 │ 5 │ 10 ║
║ 17│ ГТ108Б │ шт. │ 1 │ 3 │ 3 ║
║ 18│ КТ814Б │ шт. │ 1 │ 7 │ 7 ║
║ 19│ КТ908А │ шт. │ 1 │ 15 │ 15 ║
║ 20│ К159НТ1А │ шт. │ 1 │ 40 │ 40 ║
║ 21│ С5-16В-10 │ шт. │ 10 │ 3 │ 30 ║
║ 22│ ПГ2-2Н11П │ шт. │ 1 │ 10 │ 10 ║
╟───┴────────────────────┴─────┴────────┴─────────┴─────────────╢
║ Итого 689 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Расход топлива и энергии на изготовление
лабораторного макета Таблица 9.9
╔═══╤══════════════════════╤════════╤═══════════╤════════╤══════╗
║ NN│ Вид топлива,энергия │ Ед.изм.│ Расход │ Цена │ Сумма║
║ пп│ │ │на изделие │ (руб.) │(руб.)║
╟───┼──────────────────────┼────────┼───────────┼────────┼──────╢
║ 1 │ Электроэнергия │ квт.ч │ 2 │ 0.5 │ 1 ║
╟───┴──────────────────────┴────────┴───────────┴────────┴──────╢
║ Итого 1 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
Основная заработная плата производственных
рабочих Таблица 9.10
╔════╤════════════════════╤═════════╤═══════════════╤═══════════╗
║ NN │ Профессия,разряд │Тарифная │ Трудоемкость │ Заработок║
║ пп │ │ ставка │ (чел/дней) │ (руб.) ║
║ │ │ (руб.) │ │ ║
╟────┼────────────────────┼─────────┼───────────────┼───────────╢
║ 1 │ Электромеханик 1р. │ 7000 │ 3 │ 808 ║
╟────┴────────────────────┴─────────┴───────────────┴───────────╢
║ Итого 808 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
- 62 -
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования Таблица 9.11
╔═══╤══════════════════════════╤═══════╤════════════════════════╗
║ NN│ Содержание статей │ Сумма │ Примечание ║
║ пп│ │(руб.) │ ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 1 │Амортизация оборудования │ 0.028*│ Fi-балансовая стоимость║
║ │ 1 │ │ оборудования. ║
║ │А=───── Fi Hai Ti │ │ Hai -общая норма амор- ║
║ │ 100 │ │ тизации i-того вида ║
║ │ │ │ оборудования ║
║ │ │ │ Ti-доля использования ║
║ │ │ │ i-того вида оборудо- ║
║ │ │ │ вания по данной теме ║
║ │ │ │ за год ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 2 │Эксплуатация оборудования │ │ ║
║ │(кроме расходов на текущий│ - │ - ║
║ │ ремонт) │ │ ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 3 │Текущий ремонт │ - │ - ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 4 │Внутризаводское переме- │ │ ║
║ │щение грузов │ - │ - ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 5 │Износ малоценных и быстро-│ │ ║
║ │изнашивающихся инструмен- │ - │ - ║
║ │тов и приспособлений │ │ ║
╟───┼──────────────────────────┼───────┼────────────────────────╢
║ 6 │Прочие расходы │ 1 │ - ║
╟───┴──────────────────────────┴───────┴────────────────────────╢
║ Итого 1 ║
╚═══════════════════════════════════════════════════════════════╝
*) Используется электродрель F=700; Ha=5%; Ti= 2 часа
8.4. Расчет нормы времени на разработку программы графичес-
кого ввода.
Исходные данные.
Выполняемые функции:
- графический редактор;
- обработка данных;
- анализ и генерация данных;
Языки програмирования:
-MS Fortran V5.01
-MS Quick C V2.01
- 63 -
Операционная система MS DOS V5.00
Компьютер IBM PC AT 286/287-12 VGA
Расчет:
Степень новизны Кн=1.75 (Таблица 1.3 стр.9 [1])
Степень охвата стандартными функциями Кст=0.9 (Таблица 1.5
стр. 9 [1])
Степень сложности Ксл=1+0.08=1.08 (Формула пп.1.6.1
стр.7, Таблица 1.2 стр.8 [1])
Общий об"ем разработаного программного средства Vo=2410 ус-
ловных машинных команд (УМК) (Таблица 2 стр. 17 [1])
Затраты труда на разработку программного средства Тр=1012
чел/дней (Таблица 3.1 стр. 13 [1])
Трудоемкость разработки программного средства по стадиям:
ТЗ Т1=90 чел/дней
ЭП Т2=74 чел/дня
ТП Т3=90 чел/дней
РП Т4=405 чел/дней
ВЭ Т5=115 чел/дней (Формулы пп.1.7 стр.8 [1])
Общая трудоемкость разработки программного средства То=1092
чел/дней То=1092 чел/дня
Время,необходимое на разработку программного средства по
стадиям:(Формула пп.1.10 стр.10 [1]) Таблица 9.12
╔══════════════════════════╤═════╤═════╤═════╤═════╤══════╗
║ Стадия разработки │ ТЗ │ ЭП │ ТП │ РП │ ВЭ ║
╟──────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────╢
║ Трудоемкость чел/дней │ 90 │ 74 │ 90 │ 405 │ 115 ║
╟──────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────╢
║ Кол-во человек │ 1 │ 1 │ 1 │ 1 │ 1 ║
╟──────────────────────────┼─────┼─────┼─────┼─────┼──────╢
║ Время (дни) │ 90 │ 74 │ 90 │ 405 │ 115 ║
╚══════════════════════════╧═════╧═════╧═════╧═════╧══════╝
- 64 -
Общее время, необходимое на ввод программного средства в
эксплуатацию Тобщ= 774 дня = 2.58 года
.
- 65 -
10. Охрана труда.
10.1. Исследование вредных и опасных факторов при выполнении
лабораторной работы.
Лаборатораная работа состоит из двух частей: эксперименталь-
ной и вычислительной. В эксприментальной части производится рабо-
та с лабораторным макетом.В лабораторном макете присутствует опа-
сное для жизни напряжение 220 вольт 50 герц. Это напряжение
питает трансформаторный блок. В остальных блоках лабораторного
макета напряжения не превышают 12 вольт, что не является опасным.
В блоке стабилизатора и блоке нагрузки происходит тепловыделение.
Температура частей этих блоков не превышает 50 градусов Цель-
сия,что не представляет опасности для человека.
В вычислительной части лабораторной работы производится рас-
чет на ПЭВМ с использованием подсистем АСОНИКА-Э и АСОНИКА-Т. Так
как ПЭВМ являестя электроустановкой, то к ней предъявляются тре-
бования соблюдения всех параметров электробезопасности согласно
ТУ на ПЭВМ. Вредными факторами для человека являются:
-мягкое рентгеновское излучение экрана;
-мерцание экрана с частотой кадровой развертки;
-электростатическое поле вокруг экрана;
-ультрафиолетовое излучение экрана.
10.2.Нормализация микроклимата при работе с ПЭВМ.
В помещении, где установлена ПЭВМ рекомендуется поддержание
микроклимата со следующими характеристиками:
-температура воздуха от 18 до 22 градусов Цельсия;
-содержание влаги в воздухе 10 грамм на кубический метр;
-подвижность воздуха 0.1 метра в секунду;
-освещенность 400-500 люкс;
- 66 -
-яркость экрана ПЭВМ должна быть больше 1/2 яркости поверх-
ности стола, где установлен монитор;
-уровень шума должен быть меньше 40 дБ;
-уровень рентгеновского излучения на растоянии 5 см. от эк-
рана должен быть меньше 100мкР/ч;
-напряженность электростатического должна быть меньше
15кВ/м.
-плотность потока ультрафиолетового излучения должна быть
меньше 10 Вт/кв.м.
В помещении разрешается устанавливать светильники ЛП013,
ЛП031, ЛП033, мощность 40 или 36 Вт. с использованием ламп
ЛБ,ЛХБ, ЛЭЦ с цветовой температурой 3500-4000 градусов К.
Стены в помещении должны иметь антистатическое покрытие.
Запрещается использование полимерных покрытий и пленок на стенах.
Для снижения усталости глаз рекомендуется применение экран-
ных фильтров.
Время непрерывной работы с программами подсистем АСОНИКА не
должно превышать 4 часа.
10.3. Требования к технике безопосности при работе с лабора-
торным макетом.
Корпус блока трансформатора выполнен из диэлектрического ма-
териала. Шасси выполнено из дюралюминия. Клемма заземления шасси
должна быть вывелена на корпус. К этой клемме должно быть подклю-
чено заземление. Шнур питания и вилка должны соответствовать ТУ
на них и на иметь изломов и нарушения изоляции. Сетевой тумблер
типа ПТ2-2 (напряжение 600 вольт, ток до 2 ампер) отвечает требо-
ваниям электробезопасности. Должны быть использованы сетевые пре-
дохранители в стандартных держателях. Напряжения и температуры в
- 67 -
остальных блоках лабораторного макета не представляют опасности и
не требуют особых мер предосторожности.
10.4. Расчет потока рентгеновского излучения экрана монито-
ра. При проведении расчетов на ПЭВМ, рентгеновское излучение на
расстоянии глаз пользователя ослабляется по экспоненциальному за-
кону с увеличением растояния [] Рис.10.1. При максимальном уровне
излучения экрана на растоянии 5 см. в 100 мкР/ч., на растоянии 70
см поток ослабляется в exp(0.05-0.7) раз.
Р70=Р5 exp(R1-R2)
где Р70 - уровень излучения на расстоянии R2
Р5 - уровень излучения на расстоянии R1
R1 - нормируемое расстояние
R2 - расстояние до глаз пользователя
^ Уровень излучения, мкР/ч
║
P0 *
║*
P5 ─╫──*
║ │ *
║ │ *
║ │ *
║ │ *
P70 ─╫──┼────────────────────────*
║ │ │ *
═══╬══╪════════════════════════╪═════════════════════>
║ 5 70 Расстояние,см
Рис. 10.1
Зависимость уровня излучения экрана ПЭВМ от расстояния
Р70=100 exp(0.05-0.7)
Р70=52.2 мкР/ч
- 68 -
Таким образом,даже при излучении экрана в 100 мкР/ч, что бы-
вает достаточно редко (большинство мониторов излучают на порядок
меньше), уровень излучения, действующий на пользователя, не пре-
вышает
Р=Р70+Ф
где Р - общий уровень излучения
Ф - уровень естественного радиоактивного фона
Р=52.2+15=67.2 мкР/ч , что является допустимым.
.
- 89 -
Литература.
1. Голомедов А.В. "Транзисторы средней мощности". Справоч-
ник. Москва 1988.
2. Горюнов Н.Н. "Полупроводниковые приборы". Справочник.
Москва 1989.
3. Тумковский С.Р. " Разработка методов автоматизированого
схемотехнического проектирования бортовых устройств электропита-
ния радиотехнических систем."
4. Рычина Т.А. "Электрорадиоэлементы". М. "Советское ра
дио". 1976.
5. Бочаров Л.Н. "Эквивалентные схемы и параметры полупро-
водниковых приборов". М. "Энергия". 1973.
6. Радио N9. 1987. Новиков А.А. "Пятивольтовый с системой
защиты". стр.44-48.
7. "Укрупненные нормы времени на разработку программых
средств вычислительной техники". Методические указания централь-
ного бюро нормативов по труду ГК СССР по труду и социальным воп-
росам. М. Издательство стандартов. 1988.
8. Пакет прикладных программ анализа тепловых режимов конс-
трукций РЭС "Триадна-1". Описание применения. Анализ тепловых
режимов нетиповых конструкций.
9. Пакет прикладных программ анализа тепловых режимов конс-
трукций РЭС "Триадна-1". Описание применения. Анализ тепловых
режимов печатного узла.
10. AutoCAD V10. Руководство пользователя.
11. Агаханян Т.Н. "Основы транзисторной электроники" М.
Энергия. 1974.
12. Сосновский А.Г. "Измерение температур" М. Издательство
- 90 -
стандартов. 1980.
13. Новицкий П.В. "Электрические измерения неэлектрических
величин" Л. "Энергия". 1985.
14. Сибаров Ю.Г. и др. Охрана труда на ВЦ. М.1985.