Введення
Сьогодні електронна автоматика робить величезний вплив на різні сторони життя і діяльності людини.
З електронною автоматикою ми маємо справу практично на кожному кроці. У наших будинках вона управляє електронагрівальними приладами, холодильниками аудіо - і відеоапаратурою, телефонними апаратами, телевізорами і багатьма іншими пристроями побутового призначення. Електронні та електронно-механічний годинник, калькулятори і персональні комп'ютери міцно увійшли в наш побут. В універсамах електронні автомати швидко і точно зважують і оцінюють покупки, на перехрестях міських вулиць вони керують рухом транспортних засобів, включають освітлення у вечірні години доби і виключають його з настанням світанку. Електронні автомати виконують відповідальну роботу на землі, в повітрі в космосі - управляють складними виробничими процесами, реакторами атомних електростанцій, бортової апаратури сучасних літаків, орбітальних і міжпланетних станцій.
Про сутність електронної автоматики і різноманітті її застосування можна дізнатися з численних популярних і спеціальних видань.
Завдяки широкому розвитку радіоелектронної апаратури, стало можливим роботизовані виробництво. Електронні автомати і верстати з програмним управлінням значно полегшують і прискорюють виробництво. До того ж вони не втомлюються і завжди точні у своїй роботі, людині залишається лише дати команду машині і вона буде її виконувати.
Значну частину електронних автоматів утворюють три взаємопов'язані компоненти: датчик, підсилювач і виконавчий пристрій. Якщо автомат повинен реагувати, скажімо, на світ його датчиком може бути, наприклад фотодіод, перетворює світло або його інтенсивність в електрично сигнал. Підсилювач, функцію якого може виконувати, наприклад транзистор або інтегральна схема підсилює сигнал датчика до певного, заздалегідь обумовленого рівня, при якому спрацьовує виконавчий пристрій, що включає ту чи іншу зовнішню навантаження.
Існує безліч різних електронних пристроїв, що використовуються нами в повсякденному житті, користуючись якими ми часто недооцінюємо їх роль в нашому житті, а просто використовуємо їх, не замислюючись про те, як вони влаштовані.
Можна з упевненістю сказати, що в даний час сучасній людині не можна обійтися без електронної апаратури.
1. Загальна частина
1.1. Аналіз технічного завдання
Приймачі наявних у продажу радіокерованих іграшок азіатського виробництва не відрізняються гарними характеристиками і високою надійністю.
Тим часом застосовуються в таких іграшках спеціалізовані мікросхеми кодування і декодування команд володіють непоганою якістю і зручним алгоритмом роботи.
Скориставшись подібною мікросхемою, витягнутої з несправного іграшкового автомобіля, можна виготовити на її основі значно надійніший в роботі приймач, що залишився сумісним з фірмовим передавачем команд радіоуправління. Приймач можна використовувати як замість відмовив, так і для управління рухомими моделями власної конструкції.
1.2. Опис схеми електричної принципової приймача для радіокерованої іграшки
Сигнал з частотою 27,12 МГц приймає сверхрегенератівниміпріємникамі детектор з примусовим гасінням коливань на транзисторі VT 1. Генератор частоти гасіння зібраний на КМОП мікросхемі DD 1. Вона являє собою економічний мультівібратор з додатковим D-тригером, що ділять на два частоту коливань мультивібратора, задану елементами R 1 і С2.
Далі слід декодер DA 1, включений за типовою схемою. Його чутливість до сигналу, поданого на вхід основного елемента DA 1.2. (Вихід 3), дорівнює 300 мВ. Підсилювач DA 1.1. і DA 1.3. підвищують її до 0,15 мВ. Тактова частота декодера, яку встановлюють підбіркою резистора R 11, не повинна відрізнятися від такої ж частоти кодера більш ніж на 25%.
Замість транзисторних підсилювачів струму для управління ходовим і рульовим електродвигунами застосовані спеціалізовані мікросхеми DA 2 і DA 3. Їх максимальний вихідний струм 0,7 А цілком достатній для роботи більшості електродвигунів, що застосовуються в іграшках.
2. Розрахункова частина
2.1. Розрахунок надійності приймача для радіокерованої іграшки
Розрахунок надійності проводиться на етапі проектування. Для розрахунку задаються орієнтовні дані. В якості температури навколишнього середовища може бути прийнято середнє значення температури усередині блоку. Для більшості малопотужних напівпровідникових пристроїв вона не перевищує 40 `C.
Для різних елементів при розрахунках надійності служать різні параметри. Для резисторів і транзисторів це допустима потужність розсіювання, для конденсаторів допустима напруга, для діодів прямий струм.
Коефіцієнти навантажень для елементів кожного типу можуть бути визначені за класами напруги джерела живлення. Так для конденсаторів номінальну напругу рекомендується брати в 1,5 - 2 рази вище напруги джерела живлення. Рекомендовані коефіцієнти наведені в таблиці № 1.
Таблиця № 1.
Найменування елемента | Контрольовані параметри | Імпульсний режим | Статичний режим |
Транзистори | Ркдоп k н = Рф / Ркдоп | 0,5 | 0,2 |
Діоди | I пр maxk н = I ф / I прт | 0,5 | 0,2 |
Конденсатори | U Замовити! K н = U ф / U Замовити! | 0,7 | 0,5 |
Резистори | Ртрас k н = Рф / Рдоп | 0,6 | 0,5 |
Трансформатори | I н k н = I ф / I ндоп | 0,9 | 0,7 |
З'єднувачі | I контакту k н = I ф / I Кдоп | 0,8 | 0,5 |
Мікросхеми | Imax_ вх / Imax_ вих | - | - |
Допустиму потужність розсіювання резисторів можна визначити за прийнятим позначенням на схемі.
Номінальна потужність (Вт) | 0,05 | 0,125 | 0,25 | 0,5 | 1 | 2 | 5 | 10 |
Позначення на схемою |
Допустиму потужність розсіювання слід брати як номінального параметра. Фактичне значення параметра треба брати в половину менше згідно таблиці № 1.
Для конденсаторів номінальним параметром в розрахунку надійності вважаються допустимі напруження на обкладинках конденсатора. У більшості схем цей параметр не вказується. Його слід вибирати виходячи з напруги джерела живлення. U н, для конденсатора слід брати в два рази більше (у півтора) напруги джерела живлення. При цьому слід враховувати, що відповідно до Держстандарту конденсатори випускаються на допустима напруга (у вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10, 16: 20; 25; 32; 40; 50 ; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.
Конденсатори на більш високу допустима напруга на обкладинках, в схемах курсового і дипломного проектування практично не застосовуються.
Фактичне значення (U ф) для конденсаторів в розрахунку надійності слід брати в половину менше вибраного.
Для транзисторів номінальний параметр P до допустиме значення слід брати з довідників.
Для діодів контрольований параметр величина прямого струму I пр. Брати в довідниках.
Фактичне значення цих параметрів слід брати виходячи з рекомендації таблиці № 1. При збільшенні коефіцієнта навантаження інтенсивність відмов збільшується. Вона так само зростає, якщо елемент експлуатується в більш жорстких умовах: при підвищеній температурі, вологості, при ударах і вібраціях. У стаціонарній апаратурі, що працює в опалювальних приміщеннях, найбільший вплив на надійність апаратури робить температура. Визначаючи інтенсивність відмов при t ˚ = 20 ˚ С, значення наведені в таблиці № 2. інтенсивність відмов позначається λ о. Вимірюється λ про в (1/час)
Таблиця № 2.
Найменування елемента | λ про · 10 ~ 6 1/час |
Мікросхеми середнього ступеня інтеграції Великі інтегральні схеми | 0,013 0,01 |
Транзистори германієві: Малопотужні Середньої потужності Потужністю більше 200мВт | 0,7 0,6 1,91 |
Крем'яні транзистори: Потужністю до 150мВт Потужністю до 1Вт Потужністю до 4Вт | 0,84 0,5 0,74 |
Транзистори польові: | 0,1 |
Високочастотні транзистори: Малої потужності Середньої потужності | 0,2 0,5 |
Конденсатори: Паперові Керамічні Слюдяні Скляні Плівкові Електролітичні (алюмінієві) Електролітичні (танталові) Повітряні змінні | 0,05 0,15 0,075 0,06 0,05 0,5 0,035 0,034 |
Резистори: Композиційні Плівкові Вугільні Дротові | 0,043 0,03 0,047 0,087 |
Діоди: Кремнієві Випрямні Універсальні Імпульсні | 0,2 0,1 0,05 0,1 |
Стабілітрони | 0,157 |
Трансформатори: Силові Звуковий частоти Високочастотні Автотрансформаторного | 0,25 0,02 0,045 0,06 |
Дроселі Котушки індуктивності Реле | 0,34 0,02 0,08 |
Антени Мікрофони Гучномовці Оптичні датчики | 0,36 20 4 4,7 |
Перемикачі, тумблери, кнопки З'єднувачі Гнізда | 0,07 n 0,06 n 0,01 n |
Пайка навісного монтажу Пайка друкованого монтажу Пайка об'ємного монтажу | 0,01 0,03 0,02 |
Запобіжники | 0,5 |
Хвилеводи гнучкі Хвилеводи жорсткі | 1,1 9,6 |
Електродвигуни: Асинхронні Асинхронні вентиляторні | 0,359 2,25 |
Порядок розрахунку.
У таблицю № 3 заносяться дані з принципової схеми. Таблиця заповнюється по колонках. У першу колонку заноситься найменування елемента, його тип визначається за схемою. Часто в схемах не вказується тип конденсаторів, а дається тільки його ємність. У цьому разі треба ємності, і вибирати відповідний тип конденсатора в довіднику. Тип елемента заноситься в другу колонку.
Однотипні елементи записуються одним рядком, а їх число заноситься в колонку 4.
Мікросхеми незалежно від типу поєднуються в одну групу і записуються в один рядок. Це пов'язано з тим, що у них незалежно від типу однакова інтенсивність відмов, і вони можуть працювати в досить широкому діапазоні температур. (Великі інтегральні схеми не застосовуються у курсових і дипломних проектах).
У колонку 4 заноситься температура навколишнього середовища. Її треба визначати, виходячи з призначення приладу або пристрою. Якщо пристрій працює в опалювальному приміщенні і не має потужних транзисторів, температуру можна брати 40 ˚ С.
Далі слід заповнити колонку 6, користуючись тими рекомендаціями, які були дані вище.
Студенту, як правило, не відомі фактичні параметри елементів. Вибирати їх треба, керуючись рекомендаціями таблиці 1.
Коефіцієнти навантажень.
Для транзисторів: k н = Рф / Ркдоп = Рф / Рн (1)
Для діодів: k н = I ф / I ПРСР = I ф / I н (2)
Для конденсаторів: k н = U ф / U н = U ф / (Uu · n) · 2 (3)
Для резисторів: k н = Рф / Рн (4)
Знаючи k н визначаємо фактичне значення параметра і заповнюємо колонки 5 і 8. Якщо k н в таблиці для елемента не вказано, то слід ставити прочерк або брати k н = 0,5.
Колонка 7 заповнюється за довідником. Далі визначається коефіцієнт α, який показує, як впливає на інтенсивність відмов навколишнє елемент температура у зв'язку з коефіцієнтом навантаження. Знаходять α по таблиці № 4.
Таблиця № 4
t ˚ С | Значення α при k рівному | ||||
0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1 | |
Крем'яні напівпровідникові прилади | |||||
20 40 70 | 0,02 0,05 0,15 | 0,05 0,15 0,35 | 0,15 | ||
0,30
0,75