Годинник на БІС К145ІК1901

Зміст

Введення

1. Аналіз існуючих технічних рішень

1.1 Опис принципу роботи схем електронних годинників

1.2 Вибір технічного рішення

2. Пристрій цифрових годин

2.1 Принцип роботи електронних годинників

2.2 Опис схеми електричної принципової

2.3 Опис структурної схеми

3. Розрахунок схеми електричної принципової

3.1 Розрахунок параметричного стабілізатора

3.2 Розрахунок однофазного мостового випрямляча

3.2 Розрахунок надійності пристрою

4. Конструювання

4.1 Виготовлення макета друкованої плати

4.2 Розводка друкованої плати

4.3 Виготовлення корпусу

5. Техніко-економічне обгрунтування

5.1 Розрахунок основних характеристик виробничого процесу

5.2 Розрахунок собівартості цифрових годин

6. Охорона праці

6.1 Основні вимоги по техніці безпеки при роботі на верстатах

6.2 Основні вимоги по техніці безпеки при хімічній обробці металів

6.3 Основні вимоги по техніці безпеки при проведенні електромонтажних робіт

Висновок

Список літератури

Додаток 1 Перелік елементів

Додаток 2 Схема електрична принципова

Додаток 3 Схема структурна

Додаток 4 Креслення друкованої плати

Додаток 5 Креслення передній панелі

Введення

Цифрова техніка є швидко розвивається областю імпульсній техніці. Вона підняла на нову якісну сходинку засоби зв'язку, радіолокацію, викликала поява автоматизованих систем управління підприємствами і цілими галузями народного господарства, комплексів для обробки різних видів інформації.

Особливо широке застосування знайшли цифрові пристрої в електронно-обчислювальної техніки. Зокрема, цифрові обчислювальні машини (ЦОМ) є в даний час найбільш універсальними. Всі вузли ЦВМ містять елементи цифрової техніки, за допомогою яких здійснюється запам'ятовування і зберігання інформації, управління обчислювальним процесом, введення і виведення інформації в ЦОМ. Успіхи в області розробки швидкодіючих елементів цифрової техніки дозволили створити ЦВМ, що виконують десятки мільйонів арифметичних операцій в секунду.

Принципово нові можливості відкриває застосування цифрових інтегральних схем в радіомовленні і радіозв'язку. Обробка сигналів цифровими методами дозволяє забезпечити високу точність, стабільність параметрів і отримати характеристики, не досяжні аналоговими методами.

Цифрова схемотехніка інтенсивно впроваджується в радіоприймальної апаратури. Завдяки використанню цифрових пристроїв в радіомовних приймачах забезпечуються принципово нові споживчі зручності - можливість відображення на дисплеї всієї інформації, необхідної для контролю й експлуатації апаратури

Значні перспективи впровадження цифрової техніки в телебаченні. Цифрове телебачення дозволяє підвищити якість передачі сигналів завдяки істотному зменшенню накопичень спотворень в цифрових лініях зв'язку в порівнянні з аналоговими, а також за рахунок застосування спеціальних способів кодування, що виявляють і виправляють помилки передачі інформації.

Крім радіо-і телевізійних приймачів цифрова техніка починає швидко проникати в техніку магнітного запису, радіовимірювальну апаратуру, робототехніку, пристрої автоматики і в ігрові автомати.

Використання цифрових методів радіовимірювань дозволяє підвищити точність і автоматизувати процес вимірювань, забезпечити безпосереднє відображення результатів вимірювань в цифровій формі.

На базі цифрових пристроїв можна реалізувати прості автомати з широкими функціональними можливостями. Промисловістю у великих кількостях випускаються дешеві цифрові мікросхеми, окремі серії яких є надзвичайно надійними і не виходять з ладу практично при будь-яких помилках в монтажі радіопристрої. Це також є незаперечною перевагою цифрових інтегральних схем (ЦІС), що зумовлює їх широке застосування.

Тема випускної кваліфікаційної роботи - "Цифровий годинник" була обрана, тому що:

1) годинник є необхідним предметом в кожному будинку;

2) цифрові годинник більш точні, ніж кварцові і механічні, вони світяться в темряві, і їх немає необхідності заводити;

3) було бажання зібрати ексклюзивні ретро годинник, не поступаються за функціональністю сучасним електронним годинах;

4) темпи впровадження цифрової техніки в усі галузі науки ростуть нестримно швидко. Цифрові пристрої мають ряд переваг у порівнянні з аналоговими: більш високою надійністю; стабільністю параметрів при впливі дестабілізуючих факторів; високою точністю обробки інформації; значним скороченням трудомісткості і спрощенням операцій регулювання і настройки; можливістю створення мікросхем з дуже високим ступенем інтеграції.

1. Аналіз існуючих технічних рішень

У процесі вибору схеми електронних годинників були розглянуті три електричні принципові схеми, з яких необхідно було вибрати одну більш просту і надійну.

1.1 Опис принципу роботи схем електронних годинників

Так, в журналі "На допомогу радіоаматорові" випуск 106 наведена схема електронного годинника з деталей радіоконструктора. На структурній схемі показано, що основою годин служить велика інтегральна мікросхема DD, що містить блок зразкової частоти кварцового генератора G і оперативне пристрій ОУ, до якої підключають цифрові індикатори HG 1 - HG 4, блок управління годинами БО та акустичний перетворювач HA. Перетворювач напруги ПН забезпечує харчуванням всі ланцюги і вузли годин від одного загального джерела постійного струму напругою 12 В. А оперативне пристрій, що управляє знакосінтезірующімі індикаторами, забезпечує роботу як секундоміра і будильника.

Джерелом живлення може служити акумуляторна батарея напругою 12 В (якщо годинник передбачається встановити в автомобілі) або випрямляч з таким же вихідним напругою постійного струму. Споживаний струм від джерела напругою 12 В не перевищує 200 мА. Точність ходу годинника не гірше ± 1 секунда за добу.

На електричній принциповій схемі годин показано, що джерелом живлення мікросхеми DD 1 служить стабілізатор напруги на стабілітроні VD 1 і транзисторі VT 1. Стабілізована напруга 15 В подається на висновки 15 і 12 мікросхеми. Загальним ланцюга живлення її є висновок 12. Власна частота кварцового резонатора ZQ 1 дорівнює 32 768 Гц. Кнопкові вимикачі SB 1 - SB 2 утворюють блок керування оперативним пристроєм мікросхеми, яке забезпечує управління цифровими індикаторами HG 1 - HG 4.

Знакосінтезірующій індикатор ІВ - 3А представляє собою електронну лампу з катодом прямого напруження (висновки 7, 8), вісьма анодами з окремими висновками (1 - 6, 10 і 11) і загальної керуючої сіткою (вивід 9). Сім анодів виконані у вигляді вузьких смужок, що утворюють стилізовану цифру 8, а восьмий - у вигляді точки.

У годиннику однойменні аноди - елементи цифрових знаків всіх індикаторів з'єднані між собою і підключені до відповідних висновків мікросхеми. На них у певні моменти часу з оперативного пристрою подається закодований сигнал, що синтезує один з елементів цифр. Одночасно на сітки індикаторів подається керуючий сигнал. У результаті одночасного впливу сигналів коду та керуючого на індикаторах висвічуються цифри від нуля до дев'яти. Індикатори HG 1 і HG 2 висвічують годинник, а HG 3 та HG 4 - хвилини поточного часу. Знак точки в другому індикаторі, що відокремлює значення годин від хвилин, горить постійно.

Натисканням на кнопку SB 1 <<До>> блоку управління коректують показання індикаторами поточного часу і часу автоматичного включення звукового сигналу будильника. Кнопкою SB 5 <<Ч>> встановлюють годинник, а кнопкою SB 4 <<М>> - хвилини поточного часу. Кнопка SB 2 <<С>> служить для переведення годинників в режим рахунку секунд поточного часу і на роботу як секундоміра з нульових значень часу. Кнопкою SB 3 <<Б>> включають режим очікування будильника; при збігу попередньо встановленого і поточного часу пьезокерамический дзвінок HA 1, підключений до висновку 10 мікросхеми, видає звуковий сигнал частотою близько 2 кГц.

Подстроечним конденсатором C 1, що входять до кварцовий генератор зразкової частоти, можна коригувати точність <<ходу>> годин.

Нитки напруження знакових індикаторів з'єднані паралельно і пітаютсяот загального джерела напругою 12 вольт через гасящій резистор R 18. Дільник напруги R 16 R 17 і двуханодний стабілітрон VD 2 утворюють середню точку ниток напруження, щодо якої на елементи індикаторів подається через резистори R 4 - R 15 негативна напруга для усунення мерехтіння виключається елементів індикованих цифр.

Трансформатор TS 1 і транзистори VT 2, VT 3 утворюють двотактний перетворювач постійної напруги зовнішнього джерела живлення в змінну напругу частотою близько 2 кГц. Негативна напруга зовнішнього джерела подається безпосередньо на емітери транзисторів, а позитивне - на їх колектори - через обмотки III і IV трансформатора TS 1. Напруга, що знімається з резистора R 20 дільника R 19 R 20, через обмотки I і II подається на бази транзисторів і створює на них позитивний зсув і тим самим забезпечує запуск перетворювача. У результаті дії позитивного зворотного зв'язку між колекторної та базової ланцюгами транзисторів пристрій збуджується. При цьому в обмотці V трансформатора наводиться змінна напруга прямокутної форми, яке випрямляється діодами VD 3 - VD 6, включеними по мостовій схемі, і далі стабілізується стабілітроном VD 1 і транзистором VT 1.

Друга схема електронного годинника приведена в журналі "На допомогу радіоаматорові" випуск 112. Це схема електронного годинника з календарем.

У такому годиннику введена індикація днів тижня в літерному вигляді на семисегментних індикаторах і схема автоматичної зміни інформації на індикаторах, які дві секунди висвічують час доби, а наступні дві секунди - стан календаря.

Інформація про поточний день тижня з висновків 7, 9, 10 мікросхеми К176ІЕ17 календаря перетвориться дешифратором DD 1 з двійкового коду в позиційний десятковий 1, 2, 3, ..., 7. На транзисторах VT 1 - VT 7 сигнал з дешифраторів посилюється, інвертується і подається на діодний шифратор, виконаний на діодах VD 1 - VD 23, який формує керуючі напруги на окремі елементи індикаторів HG 1, HG 2.

Управління інформацією здійснюється мікросхемами DD 2, DD 3, утворюють дільник частоти, який ділить частоту один герц на чотири. З виходу дільника поодинокі імпульси тривалістю дві секунди з виведення 13 мікросхеми DD 2 поступають на висновок 2 мікросхеми К176ІЕ13. Коли на виводі 13 мікросхеми DD 2 рівень логічної одиниці переходить в рівень логічного нуля, на виведення 12 з'являється рівень логічної одиниці, який подається на вхід мікросхеми К176ІЕ17 календаря.

При установці показань годин, а також при необхідності постійної індикації часу доби або календаря необхідно протягом відповідних показань включити тумблер SA 1, який забороняє проходження імпульсів частотою один герц і зупиняє роботу дільника частоти. При включеному тумблер SA 1 відбувається періодична зміна індикації інформації з будильника і дня тижня.

Синхронізація установки показання годин з показаннями індикаторів здійснюється на мікросхемі DD 3. Після встановлення годин відключенням тумблера SA 1 схема повертається в початковий стан.

Транзистор VT 8 синхронізує показання календаря з показаннями індикаторів днів тижня, тобто інформація про дні тижня відображається лише під час індикації календаря.

Якщо немає необхідності періодичної індикації дня тижня, то схема доопрацювання реалізується всього на двох мікросхемах DD 2 і DD 3. У цьому випадку в годинниках залишається чотири індикатори HG 1 - HG 4, які з періодом дві секунди показують дату, поточний час.

Третя схема електронного годинника була взята з набору «Старт-7176». У цій схемі основою служить БІС на польових транзисторах яка забезпечує всі необхідні сигнали для управління індикатором HG 1.Отсчет часу відбувається за допомогою подачі певної частоти на мікросхему кварцовим резонатором, в ньому є коректор для підстроювання правильного відліку часу. Мікросхемою управляє за допомогою дев'яти кнопок SB 1 - SB 9.

Дані годинник працює від мережі 220 Вольт 50 Герц, потрібне напруження для живлення всіх електричних вузлів забезпечує трансформатор. Для нормальної роботи електронно індикатора на катод з трансформатора подається змінна напруга 4,5 вольти, решта харчування і сигнали подає мікросхема. Для живлення мікросхеми у блоку живлення варто випрямляч і стабілізатор напруги, за допомогою яких БІС забезпечується живленням -25 вольт.

Для розширення можливостей мікросхеми в журналі радіо № 6 описана приставка-будильник до цих годинах, яка представляє звуковий генератор і працює від -9 вольт. Для реалізації цієї схеми щоб ​​отримати 9 вольт треба: зібрати помножувач напруги, випрямляч і перетворювач.

Електронний годинник, розроблені в даній ВКР, за допомогою приставки працюють режимі: відлік і видача на індикатор значення поточного часу з можливістю його корекції і обнулення (в годинах і хвилинах, а по спеціальній команді - в хвилинах і секундах): зворотний відлік наперед встановленого часу з видачею управляючого сигналу по його закінченні з максимальною витримкою 59мін. 59 сек.; Видача керуючих сигналів при збігу поточного часу з наперед встановленими значеннями в двох незалежних регістрах (режим "Будильник 1" і "Будильник 2"); зупинка індикації поточного часу з продовженням його відліку.

1.2 Вибір технічного рішення

Електронний годинник, наведені в журналі "На допомогу радіоаматорові" випуск 106 володіють наступними недоліками:

1. Може трапитися, що світяться елементи цифр індикаторів змонтованих годин будуть мерехтіти, а пьезокерамический дзвінок видавати безперервні безладні звуки. Причина тому - порушення мікросхеми К1016ХЛ1. Щоб усунути це явище, треба ланцюг живлення мікросхеми заблокувати керамічним конденсатором ємністю 0,047 або 0,068 мкФ, включивши його між її висновками 12 і 15 або паралельно виходу стабілізатора напруги (конденсатор C 7).

2. Виявлений в роботі годинника, - помітний на слух звук невключеної п'єзокерамічного дзвінка. Його причина - недостатнє згладжування пульсацій струму на виході двухполупериодного випрямляча VD 3 - VD 6. Для усунення цього явища треба електролітичний конденсатор C 3 замінити або підключити паралельно йому конденсатор ємністю 5 - 10 мкФ на напругу не менше 50 В.

3. Великі мимовільні втрати енергії джерела живлення. Справа в тому, що транзисторний перетворювач разом із стабілізатором напруги, що живить мікросхему і анодні ланцюги знакових індикаторів, споживає від джерела напругою 12 В силу струму, що не перевищує 15 мА, а нитки розжарення всіх індикаторів - не більше 190 мА. Разом округлено 200 міліампер або, по потужності, 2,4 Вт Але щоб напруга на нитках напруження індикаторів було в межах 0,85 ... 1 Вт, живлення на них подається через резистор R 18, що гасить надмірне напруження близько 11 В. От і виходить, що більша частина потужності, споживаної годинником від джерела живлення, марно витрачається на нагрівання цього резистора.

Як уникнути ці мимовільні втрати енергії джерела живлення? Якщо годинник передбачається експлуатувати в автомобілі і живити їх від його акумуляторної батареї, то на трансформаторі TS 1 перетворювача можна передбачити додаткову вторинну обмотку, розраховану на безпосереднє живлення від неї ниток напруження знакових індикаторів. Резистор R 18 виявляється зайвою деталлю, яку видаляють.

Для живлення годин в домашніх умовах треба, звичайно, використовувати мережевий блок, розрахований на роздільне харчування ланцюгів мікросхеми та ниток напруження індикаторів, що також дозволить виключити резистор R 18.

У даному проекті не розглядалася схема вищевказаних годин, тому що вони мають значно серйозними недоліками, усунути які вельми не просто. Крім того електрична принципова схема такого годинника складається з великого числа старих елементів, знайти які дуже важко.

Схема електронного годинника з календарем, наведена в журналі "На допомогу радіоаматорові" випуск 112, не розроблялася тому що, вона не доопрацьована і не зрозуміла і, крім того, складається з великої кількості елементів, таких як транзистори, резистори і діоди.

Схема електронного годинника, з набору «Стар 7176» була обрана, тому що: а) вона відповідає моєму початкового бажанням зібрати ретро годинник, б) основна схема перевірена в справності; в) годинник може володіти розширеними функціями управління і роботи.

2. Пристрій цифрових годин

2.1 Принцип роботи електронних годинників

Для початку хотілося б розповісти про принцип роботи електронних годин, для того що б зрозуміти як ведеться відлік часу і індикація.

Структурна схема зображена в додатку 1. Елементарні годинник може бути реалізовані завдяки тому, що є можливість отримувати імпульси зі стабільним тимчасовим інтервалом. Якщо в деякий момент почати подавати їх на лічильник, то накопичуються в ньому число відповідає проміжку часу, відлічених від зазначеного монета.

Тому основу електронного годинника становить генератор стабільної частоти і лічильники з певними модулями рахунку.

Імпульси стабілізовані кварцом генератора надходять на елімінатор частоти, на вході якого виходять імпульси з періодом в одну секунду. Вони заповнюють лічильник СТ1 секундних імпульсів, що змінює модуль рахунку. Кожен імпульс його переповнювання збільшує вміст лічильника СТ2 з модулем рахунку. Максимальне число лічильників СТ1 і СТ2 становить 59. З надходженням наступного секундного імпульсу лічильники СТ1 і СТ2 обнуляються і імпульс перенесення з СТ2 записує одиницю лічильник СТ3. Наступна одиниця в СТ3 буде записана через хвилину. Лічильники СТ3 і СТ4 (десятки хвилин) мають модуль рахунку відповідно рівній модулям рахунку СТ1 і СТ2. З виходом лічильника СТ4 імпульси перенесення з періодом в одну годину заповнюють лічильник СТ5 (одиниці годин), з якого кожні 10 годин імпульси перенесення заповнюють лічильник ст6 (десятки годин), що має модуль рахунку. Максимальне число в лічильниках СТ1 - ст6 відповідає часу 23 години 59 хвилин 59 секунд. Вступник після цього секундний імпульс викликає поповнення всіх лічильників - встановлює їх в нуль, починається рахунок часу наступних діб.

2.2 Опис схеми електричної принципової

Електрична схема годин на БІС К145ІК1901 наведена на кресленні додатку 2. У них мікросхема DD 1 забезпечує всі необхідні сигнали для управління індикатором HG 1. Мікросхемою управляє за допомогою дев'яти кнопок SB 1 - SB 9.

Дані годинник працює від мережі (220 Вольт 50 Герц), потрібне напруження для живлення всіх електричних вузлів забезпечує трансформатор. Для нормальної роботи електронно індикатора на катод з трансформатора подається змінна напруга 4,5 вольти, решта харчування і сигнали подає мікросхема. Для живлення мікросхеми у блоку живлення варто випрямляч і стабілізатор напруги, за допомогою яких БІС забезпечується живленням -25 вольт.

Генератор звукового сигналу зібраний на двох інверторах - елементі DD1.3 і транзисторі VT5. Інвертор DD1.3 охоплений негативним зворотним зв'язком через резистор R12, що виводить його на лінійний ділянка характеристики при подачі з виходу елемента DD1.2 лог.1 кабелю генератора зриваються, транзистор VT5 закривається,. Дозволяючим сигналом є лот. 0 на виході елемента DD1.2. Він виникає при лот. 1 з виходу Б1 і Б2 мікросхеми DD2.Сігнал будильника переривається імпульсами з частотою 1 Гц, що надходять з виходу S мікросхема DD2. Ті ж імпульси через транзистор VT4 поступають на аноди розділових точок індикатора і викликають їх блимання.

Відзначимо, що мікросхема DD2 включена дещо незвично - висновок 14 з'єднаний із загальним приводом, на висновок 7 подана напруга - 9 В. Сигналом лот. 1 для неї служить напруга 0 вольт а сигналом лот. 0 - напруга - 9 вольт.

Електронні годинник може працювати в наступних режимах:

- Відлік і видача на індикатор значення поточного часу з можливістю його корекції і обнулення (в годинах і хвилинах, а по спеціальній команді - в хвилинах і секундах);

- Зворотний відлік наперед встановленого часу з видачею управляючого сигналу по його закінченні з максимальною витримкою 59мін. 59 сек.;

-Видача керуючих сигналів при збігу поточного часу з наперед встановленими значеннями в двох незалежних регістрах (режим "Будильник 1" і "Будильник 2");

-Зупинка індикації поточного часу з продовженням його відліку.

Клавіатура управління забезпечують подачу необхідних команд за допомогою кнопок SB 1 ... SB 9. Управління здійснюється таким чином:

- SB 1 (Ч) встановлює години в режимі відліку поточного часу, а також будильників 1, 2 і установка хвилин в режимі таймера,

- SB 2 (М) відповідає за встановлення хвилин в режимі відліку, будильників 1 і 2; установка секунд в режимі таймера,

- SB 3 (Б1) виклик на індикатор часу спрацьовування будильника 1 або часу відліку таймера,

- SB 4 (Т) запускає таймер,

- SB 5 (С) виклик на індикатор хвилин і секунд поточного часу,

- SB 6 (О) фіксація показань індикатора у всіх режимах,

- SB 7 (В) виклик на індикатор годин і хвилин поточного часу,

- SB 8 (К) корекція показань годин в режимі відліку поточного часу і обнулення розрядів хвилин і секунд

- SB 9 (Б2) виклик на індикатор часу спрацьовування будильника 2.

2.3 Опис структурної схеми

Структурна схема годин представлена ​​на кресленні, по ній можна визначити принцип роботи годин.

Почну опис з блоку живлення (БП). У цьому курсовому проекті блок живлення призначений для перетворення напруги в мережі (яке дуже високе) у потрібне для роботи індикатора. Для правильної роботи АЛП варто випрямляч і стабілізатор напруги.

Частотозадователь потрібен для забезпечення потрібної частоти імпульсів для АЛП, де імпульси, наступні з періодом в одну хвилину, надходять на перший лічильник хвилинних імпульсів (<<одиниці хвилин>>). Кожен імпульс його переповнювання збільшує вміст другого лічильника (<<десятки хвилин>>). Максимальне число в цих лічильниках становить <<59>>. З надходженням наступного хвилинного імпульсу ці лічильники обнуляються, і імпульс перенесення з другого лічильника записується в третій лічильник (<<одиниці годин>>). Наступна одиниця буде записана в третій лічильник через годину. З третього лічильника кожні 10 годин імпульси перенесення заповнюють четвертий лічильник (<<десятки годин>>). Максимальне число в чотирьох лічильниках відповідає часу 23 години 59 хвилин. Вступник після цього хвилинний імпульс викликає переповнення всіх лічильників - встановлює їх в нуль, починається рахунок часу наступних діб.

Для управління АЛУ, в цьому годиннику є блок управління (БУ) за допомогою якого ведеться настройка і управління часом, будильниками і дозволяє використовувати годинник як таймер.

Для роботи генератора звуку зібраний помножувач напруги, який живиться від напруги індикатора і примножує його трохи більше ніж в 2 рази. Для роботи перетворювача варто випрямляч, який переводить з постійної напруги в постійну. Перетворювач напруги переводить з позитивної напруги в негативне від якого живиться генератор звуку. Для порушення ГЗ мікросхема передає імпульс.

Всі команди під час налаштування, управління і взагалі робота годин виводиться на електронно індикатор який представляє собою звичайне табло складаються з чотирьох вісімок поділяють на дві групи чисел двома миготливими точками.

3. Розрахунок схеми електричної принципової

3.1 Розрахунок параметричного стабілізатора

Для розрахунку схеми параметричного стабілізатора нам необхідні наступні параметри:

• вихідна напруга U _вих = U _ст = 27 В

• вихідний струм I _вих = I _ст = 5 мА

• не стабільність вихідної напруги (U _вх2 - U _в1) / U _вх = ± 10%

• опір навантаження R _н = U _ст / I _ст = 27 / 5 × 10 ^-3 = 5400 Ом

1. По напруженню стабілізації вибираємо три стабілітрона типу Д814Б з диференціальним опором r _ст = 10 Ом.

2. Опір резистора R ₀ = 1 кОм.

3. Визначаємо необхідну вхідну напругу

U _вх = U _вих + R ₀ (I _ст + I _вих) = 27 + 1000 (0,005 +0,005) = 32 В

4. Визначаємо коефіцієнт стабілізації

k _ст = (1 - I _вх R ₀ / U _вх) (R _о + r _ст) / r _ст = (1 - 0,01 × 1000/32) (1000 + 10) / 10 = 69

5. Знаходимо нестабільність вихідної напруги

(U _СТ1 - U _ст2) / U _вих = (U _вх2 - U _вх1) / k _ст U _вх = 10 / k _ст = ± 0,15%

3.2 Розрахунок однофазного мостового випрямляча

Випрямляч містить чотири діода з'єднаних за схемою моста. В одну діагональ моста приходить напругу з помножувача, а від іншої діагоналі йде живлення перетворювача.

Для розрахунку відомі параметри:

U _н. = 12 В; R _н = 20 Ом.

Розрахуємо струм навантаження:

I _н. = U _н / R _н = 12 / 20 = 0,6 А

Середнє значення випрямленого струму кожного діода:

I _{н. VD} = 0,5 × I _н = 0,5 × 0,6 = 0,3 А

Чинне значення напруги виході помножувача:

U _УМН. = 1,11 × U _н. = 1,11 × 12 = 13,32

Максимальне значення зворотної напруги на діоді:

U _обр. = 1,414 × U _УМН. = 1,414 × 13,32 = 18,8 В

3.3 Розрахунок надійності пристрою

Розрахунок надійності полягає у визначенні показників надійності пристрою по відомих характеристиках компонентів, що складають схему.

Інтенсивність відмов всього пристрою L розраховується за формулою:

_m

L = Σ l _i,

^{i = 1}

m - число компонентів,

l _i - Номінальна інтенсивність відмов одного компонента (з довідника)

Розраховуємо l _I для кожної групи компонентів:

• Резистори плівкові: l ₁ = l ₀₁ · n = 0,03 · 10 ^-6 · 5 = 0,15 · 10 ^-6 1 / год

• Конденсатори керамічні: l ₂ = l ₀₂ · n = 0,15 · 10 ^-6 · 6 = 0,9 · 10 ^-6 1 / год

• Конденсатори електролітичні: l ₃ = l ₀₃ · n = 0,35 · 10 ^-6 · 1 =

  • = 0,35 · 10 ^-6 1 / год

• Мікросхеми: l ₄ = l ₀₄ · n = 0, 13 · 10 ^-6 · = 0,13 · 10 ^-6 1 / год

• Індикатори: l ₅ = l ₀₅ · n = 0,9 · 10 ^-6 · 1 = 0,9 · 10 ^-6 1 / год

• Діоди кремнієві: l ₆ = l ₀₆ · n = 0,6 · 10 ^-6 · 3 = 1,8 · 10 ^-6 1 / год

• Стабілітрони: l ₇ = l ₀₇ · n = 1,6 · 10 ^-6 · 3 = 4,8 · 10 ^-6 1 / год

• Плата друкована: l ₈ = l ₀₈ · n = 0,7 · 10 ^-6 · 1 = 0,7 · 10 ^-6 1 / год

• Провід: l ₉ = l ₀₉ · n = 0,015 · 10 ^-6 · 38 = 0,57 · 10 ^-6 1 / год

• Пайка монтажу: l ₁₀ = l ₀₁₀ · n = 0,01 · 10 ^-6 · 97 = 0,97 · 10 ^-6 1 / год

• Резонатори: l ₁₁ = l ₀₁₁ · n = 0,1 · 10 ^-6 · 1 = 0,1 · 10 ^-6 1 / год

• Трансформатор: l ₁₂ = l ₀₁₂ · n = 2,4 · 10 ^-6 · 1 = 2,4 · 10 ^-6 1 / год

• Кнопки: l ₁₃ = l ₀₁₃ · n = 0,07 · 10 ^-6 · 9 = 0,63 · 10 ^-6 1 / год

• Транзистори: l ₁ = l _{1 = 014} · n = 0,30 · 10 ^-6 · 2 = 0, 6 · 10 ^-6 1 / год

Для всього пристрою інтенсивність відмов складе:

L = l ₁ + l ₂ + l ₃ + l ₄ + l ₅ + l ₆ + l ₇ + l ₇ + l ₈ + l ₉ + l ₁₀ + l ₁₁ + l ₁₂ + l ₁₃ + l ₁₄ = (0, 15 + 0,9 + 0,35 + 0,13 + 0,9 + 1,8 + 4,8 + 0,7 + 0,57 + 0,97 + 0,1 + 2,4 + 0,63 + 0,6) · 10 ^-6 = 14,85 · 10 ^-6 1 / год

Середній час напрацювання на відмову визначається за формулою:

ТСР = 1 / L год

Для влаштування в цілому середній час напрацювання на відмову складе:

ТСР = 1 / L = 1 / (14,25 · 10 ^-6) ч = 70175,4 год

4. Конструювання

Конструювання апаратури на цифрових мікросхемах включає наступні основні етапи: створення макету друкованих плат, розробку топології виготовлення друкованих плат, конструювання корпусу приладу, в якому повинні бути розміщені друковані плати. Значення етапу конструювання при побудові апаратури на мікросхемах дуже велика, бо саме такі елементи конструкції як друковані плати, елементи кріплення і інші, в значній мірі визначають обсяг, масу і надійність апаратури.

4.1 Виготовлення макета друкованої плати

Плати з провідниками та контактними майданчиками використовують тоді, коли пристрій попередньо добре відпрацьовано. У процесі налаштування доводиться кілька разів демонтувати окремі деталі та встановлювати інші, а друковані контактні площадки під дією багаторазових теплових і механічних навантажень, як правило, відшаровуються. Тому на етапі налагодження схеми краще застосовувати монтажні плати, які є макетом майбутньої друкованої плати.

Для виготовлення монтажної плати використовують пластину ізоляційного матеріалу (гетинаксу, текстоліту і стеклотекстолита) з безліччю отворів, в які вставляються висновки навісних електрорадіоелементів. З лудженого одножильного проведення виготовляють провідники плати, які з'єднують між собою висновки елементів відповідно до електричної принципової схеми.

Перевірка працездатності монтажної плати цифрових годин і її збірка проводяться не в цілому, а по блочно, так як електрична принципова схема складається з декількох блоків - блоку генератора імпульсів, блоку, що складається з ланцюжка послідовно включених лічильників і блоку на транзисторних ключах, призначеного для гасіння нуля в розряді десятків годин. Це робиться для того, щоб легше можна було виявити несправність і скоротити час на її усунення.

Після виготовлення монтажної плати приступають до розводки друкованої плати.

4.2 Трасування друкованої плати

Основними особливостями виготовлення друкованих плат, призначених для цифрових пристроїв, є - мала товщина друкованих ліній, малі відстані між сполучними контактними майданчиками, а також значна складність плат, викликана великим числом з'єднань між мікросхемами.

Виготовлення фотошаблона, через який згодом робиться експонування нашої майбутньої друкованої плати, конструюється в програмі Sprint-Layout 4.0. Після замальовки та перевірки правильності шаблону проводиться друк на спеціальної плівки для принтерів.

Після цього поверхню фольгированного склотекстоліт полірується до блиску, а потім протирається звичайної чистої ганчіркою для кращого нанесення фоторезіса. Потім відрізається потрібний розмір фоторезиста і наноситься на склотекстоліт рівним шаром. Накладаємо на фольгований склотекстоліт покритий плівковим фоторезистом, шаблон виготовлений на плівки і накладаємо скло. Потім над цією конструкцією підвішується ультрафіолетова лампа на певний час. Після закінчення часу засвічування фоторезіса видаляємо плівку з нього і опускаємо у ванну з розчином води та кальцинованої соди і очікуємо прояви малюнка на стеклотекстолите. По закінченню проявлення перевіряється якість і правильність нанесеного малюнка. Далі йде травлення плати.

Готова плата труїться хімічним методом у розчині хлорного заліза щільністю 1, 3 г / см ³ (150 грам хлорного заліза FeCl ₃ (порошок) розчиняють у 200 мілілітрах води). Готовий розчин виливають у плоску скляну емальовану або пластмасову ванночку, і занурюють в нього заготівлю друкованої плати. Час травлення залежить від температури розчину і інтенсивності обміну його біля поверхні фольги. Для прискорення процесу травлення можна труїти друковану плату у вертикальному положенні. При цьому продукти реакції будуть осідати на дно кювети і не будуть перешкоджати процесу травлення. Але можна труїти плату і в горизонтальному положенні при цьому необхідно періодично похитувати ванночку. При температурі розчину 20 - 25 ˚ C процес травлення закінчується приблизно через годину, а в підігрітому до температури 40 - 50 ˚ C розчині потрібно близько 25 - 30 хвилин.

Свердління отворів під висновки мікросхем проводиться свердлами діаметром 0, 5 - 1 міліметр. Більш товсті свердла застосовувати не можна, тому що при цьому контактні майданчики виходять тонкими і будуть легко відклеюватися при нагріванні. Діаметр отворів у друкованій платі повинен бути трохи більше вставляється в нього виведення, що забезпечить вільну установку елементу. Різниця повинна бути не менше 0, 2 - 0, 3 міліметри.

Протруєну плату ретельно промивають поперемінно холодною і гарячою водою, а потім ватою, змоченою в ацетоні, видаляють залишки фарби. Після чого плату необхідно облудіть. При облуговування неприпустимий перегрів плати.

Збірка цифрових пристроїв вимагає особливої ​​уваги, треба намагатися робити якомога менше помилок, тому що їх пошук і усунення займають набагато більше часу, ніж складання пристрою в цілому.

Після виготовлення друкованої плати приступають до установки даної плати в корпус.

4.3 Виготовлення корпусу

Корпус для цифрових годин виготовлений з органічного скла. На передній панелі годинника знаходиться блок семисегментного індикатора і кнопкові перемикачі для управління годинами.

Друковані плати повинні встановлюватися в корпус приладу таким чином, щоб забезпечувалося їх стійке положення в ньому. Не можна допускати того, щоб плати "бовталися" всередині корпусу.

5. Техніко-економічне обгрунтування

У собівартості продукції знаходить відображення рівень технічної оснащеності підприємства, рівень організації виробництва і праці, раціональні методи управління виробництвом, якість продукції і так далі. Зниження собівартості є найважливішою умовою зростання прибутку. Собівартість є ціноутворюючим фактором.

У собівартість продукції (робіт, послуг) підприємства включаються витрати, пов'язані з використанням у процесі виробництва природних ресурсів, сировини, матеріалів, палива, енергії, основних засобів, трудових ресурсів та інших витрат на її відтворення і реалізацію.

Собівартість включає в себе:

1) Витрати на матеріали

2) Витрати на заробітну плату

3) Інші витрати

Таблиця 5.1

Розрахунок матеріальних витрат на виріб

Разом матеріальні витрати на виріб складають 673,1

Витрати на заробітну плату

Тарифний коефіцієнт відповідного розряду дорівнює

2 розряд-1, 31

З розряд -1,65

4 розряд -1,85

5 розряд-2, 09

6 розряд-2, 38

Ст2 = 36,08 × 1,31 = 47,27 руб. / год,

Ст4 = 36,08 × 1,85 = 66,75 руб. / год.

Розраховуються відрядні розцінки по кожній операції:

Р1 = 47,27 × 1,2 = 57 руб.

Р2 = 47,27 × 0,9 = 42,5 руб.

Р3 = 47,27 × 0,9 = 42,5 руб.

Р4 = 47,27 × 1,2 = 56,7 руб.

Р5 = 47,27 × 1,2 = 56,7 руб.

Р6 = 66,75 × 1,2 = 80,1 руб.

Р7 = 47,27 × 1 = 47,3 руб.

Р8 = 47,27 × 1,2 = 56,72 руб.

Р9 = 47,27 × 1,152 = 54,46 руб.

Потім визначається розцінка на виріб:

Різд .= 492,3 / 26,05 = 18,9 руб.

Розрахунок ціни одиниці виробу проводиться на підставі рентабельності вироби, знаючи собівартість можна розрахувати ціну одиниці виробу.

Ц = 491,5 × (1 +35 / 100) + 147,6 = 811,1 руб.

Таблиця 5.2

Калькуляція собівартості виробу

Розрахунок собівартості цифрових годин підтверджує те, що витрати на виробництво годинника не високі і дозволити придбати собі їх може практично кожен.

6. Охорона праці

Радіомонтажник, виконуючи ті чи інші роботи, повинен пам'ятати основні правила техніки безпеки. Знання цих правил дозволяє так організувати свою працю, щоб виключити або зробити мінімальним вплив несприятливих чинників щодо себе та оточуючих. Перш за все, потрібно дотримуватися особливої ​​обережності при роботі за верстатом, при роботі з паяльником, з горючими та легкозаймистими рідинами і токсичними речовинами.

6.1 Основні вимоги по техніці безпеки при роботі на верстатах

При виробництві радіоелектронної апаратури широко використовуються ізоляційні матеріали (гетинакс, текстоліт і склотекстоліт), в процесі механічної обробки яких утворюється багато пилу і виділяються газоподібні продукти розкладання матеріалу. Тому верстати обов'язково повинні бути обладнані місцевою витяжною вентиляцією. Повністю усунути шкідливий вплив шаруватих ізоляційних матеріалів при механічній обробці можна лише шляхом її автоматизації.

Робота з ножицями важелів

Перед роботою важільні ножиці перевіряють, змащені чи труться, чи плавно ходить важіль, відсутня чи зазор між ріжучими крайками.

При різанні необхідно:

- Стежити за положенням пальців лівої руки, підтримуючи лист знизу;

- Не здувати тирсу і не видаляти їх руками щоб ​​уникнути засмічення очей або поранення рук;

- Не захаращувати робоче місце непотрібними інструментами та деталями.

Робота на свердлильному верстаті

Перед початком робіт на свердлильному верстаті необхідно перевірити його заземлення і роботу на холостому ходу. Установку свердла необхідно проводити після повної зупинки верстата. Забороняється доторкатися до свердла, патрону і шпинделя до зупинки верстата. Видаляти стружку слід тільки після припинення обертання свердла, але не руками, а щіткою. Працювати на верстаті слід в спецодязі (халат) і захисних окулярах. Забороняється працювати в рукавицях або з забинтованими пальцями без гумових напальчник. Після закінчення роботи необхідно вимкнути верстат і очистити його щіткою від пилу і відходів.

6.2 Основні вимоги по техніці безпеки при хімічній обробці металів

При хімічній обробці металів (травленні) використовують ряд травителей: хлорне залізо, персульфат амонію, хлорна мідь, хромовий ангідрид із сірчаною кислотою та інші токсичні речовини. Так у процесі травлення друкованих плат для цифрових годин використовувалося хлорне залізо. Роботу з протруювачами слід проводити в спецодязі (халат, бавовняні й гумові рукавички) і захисних окулярах.

Занурювати в розчин і виймати з розчину виріб слід за допомогою спеціальних пристосувань або інструменту (наприклад, пінцета), але не руками. При хімічних опіках шкіри уражене місце потрібно промити сильним струменем проточної води і остаточно нейтралізувати.

Процес травлення повинен проводиться в приміщеннях з місцевою витяжною вентиляцією, так як травители є токсичними речовинами.

6.3 Основні вимоги по техніці безпеки при проведенні

електромонтажних робіт

Перед початком роботи необхідно перевірити справність інструментів і пристосувань, надійність заземлення паяльника. Стрижень паяльника не повинен гойдатися, ручка його не повинна мати тріщин, а шнур не повинен мати порушення ізоляції. Крім того, паяльник слід тримати на металевій або теплостійкої підставці або в спеціально обладнаному для нього місці. При роботі з паяльником необхідно дотримуватися обережності, щоб уникнути опіків.

При монтажі електричних схем забороняється:

-Перевіряти на дотик наявність напруги і нагрів струмоведучих частин схеми;

-Застосовувати для з'єднання проводи з пошкодженою ізоляцією;

-Проводити пайку і установку деталей в обладнанні, що знаходиться під напругою;

-Вимірювати напруги і струми переносними приладами з неізольованими проводами і щупами.

Під час електромонтажних робіт використовуються припої і флюси. У зв'язку з тим, що до складу припоїв входить свинець, необхідне використання захисних заходів для запобігання отруєння організму, що викликає зміни в нервовій системі, крові і судинах людини. Флюси, що застосовуються при пайку (каніфольно - спиртової, хлористий цинк), також є токсичними. Так, каніфоль викликає роздратування шкіри і поява висипки, а хлористий цинк - опік шкіри та слизової оболонки. Для запобігання шкідливого впливу все припої і флюси повинні зберігається в спеціальній щільно закритій тарі. Робоче місце пайки повинно обладнуватися місцевою витяжною вентиляцією, що забезпечує концентрацію свинцю в робочій зоні не більше гранично допустимої (0, 01мг / м ^3).

Також під час електромонтажних робіт використовуються горючі та легкозаймисті рідини, такі як спирти, бензин, бензол та ацетон, які є сільнолетучімі та їх пари можуть при великій концентрації становити велику пожежна небезпека. Тому не слід тримати на робочому місці легкозаймисті рідини у великих кількостях. Працювати необхідно в приміщеннях, забезпечених місцевою витяжною вентиляцією і протипожежними засобами (вогнегасниками, піском, азбестовими і вовняними ковдрами) у разі спалаху.

Після закінчення роботи необхідно:

1. відключити паяльник і палюче пристрій від електромережі;

2. обтерти інструменти й пристосування і прибрати їх у відведені для цього місця (паяльник при цьому повинен бути холодним);

3. очистити робоче місце від припою і каніфолі, протерти вологою серветкою поверхню столу;

4. сполоснути руки однопроцентним розчином оцтової кислоти, потім вимити їх гарячою водою з милом і прополоскати рот.

Висновок

Процес виконання дипломного проекту складається з кількох етапів:

1. Теоретичний етап - це ознайомлення з принципом роботи цифрового годинника, тобто ознайомлення з структурною та електричної принципової схемами, з функціональними елементами схеми.

2. Розрахунковий етап - це розрахунок схеми електричної принципової і розрахунок економічної частини дипломного проекту (основних характеристик виробничого процесу і собівартості цифрового годинника).

3. Практичний етап - це виготовлення макетного зразка друкарської плати, розводка і збірка друкованих плат і установка плат в корпус.

4. Регулювально - настроювальний етап або стадія включає в себе метод послідовно контролю, який полягає в послідовній перевірці проходження сигналу від блоку до блоку, від каскаду до каскаду до виявлення несправності. Цифрові годинник складається з декількох блоків - блоку генератора імпульсів, блоку, що складається з ланцюжка послідовно включених лічильників і блоку на транзисторних ключах, що служить для гасіння нуля в розряді десятків годин.

Регулювально - конфігураційні стадія відрізняється особливою складністю і трудомісткістю виробничого процесу виготовлення радіоелектронної апаратури і вимагає особливої ​​уваги.

Результатами проведеної роботи є знання за принципом ознайомлення, виготовлення та цифрових годин відповідно до електричної принципової схеми.

Список літератури:

1. Бєлєвцев А. Т. "Монтаж радіоапаратури і приладів". Москва. <<Вища школа>>. 1982 рік.

2. Браммер Ю. А., Пащук І. М. "Імпульсні і цифрові пристрої". Москва. <<Вища школа>>. 2003 рік.

3. Веніамінов В. Н., Лебедєв О. М., Мірошниченко А. І. "Мікросхеми і їх застосування". Москва. <<Радіо і зв'язок>>. 1989 рік.

4. Верховцев О. Г., Лютов К. П. "Практичні поради майстру - любителю" (Електроніка. Електротехніка. Матеріали та їх застосування). Санкт - Петербург. <<Вища>>. 1991 рік.

5. Ганенко А. П., Лапсарь М. І. "Оформлення текстових і графічних матеріалів при підготовці дипломних проектів, курсових і письмових екзаменаційних робіт" (Вимоги ЕСКД). Москва. ACADEMA. 2003 рік.

6. Чаклунів А. С. "Радіоаматорська абетка" (Том 1, Цифрова техніка). Москва. СОЛОН - Прес. 2003 рік.

7. Мамедов О. Ю. "Сучасна економіка". Ростов - на - Дону. <<Фенікс>>. 1995 рік.

8. Новицький М. І. "Організація виробництва на підприємствах". Москва. <<Фінанси і Статистика>>. 2004 рік.

9. Пухальський Г. І., Новосельцева Т. Я. "Проектування дискретних пристроїв на інтегральних мікросхемах" (Довідник). Москва. <<Радіо і зв'язок>>. 1990 рік.

10. Тарабрін Б. В. "Інтегральні мікросхеми" (Довідник). Москва. <<Вища>>. 1985 рік.

11. Вільямс А. (переклад з англійської під редакцією Теплюка І. М.). "Застосування інтегральних схем". Москва. <<Світ>>. 1987 рік.

12. Ярочкіна Г. В. "Радіоелектронна апаратура і прилади: монтаж і регулювання". Москва. <<ПрофОбрІздат>>. 2002 рік.

Додаток 1

Схема роботи електронних годинників