Розробка конструкції цифрового синтезатора частотномодулірованних сигналів

ЗМІСТ

Введення.

1 Аналіз технічного завдання

2 Аналіз відомих розробок по темі дипломного проекту

3 Розробка конструкції цифрового синтезатора ч.-м. сигналів

3.1 Розробка принципових схем синтезатора

3.2 Вибір і обгрунтування елементної бази

3.3 Розробка концептуального алгоритму пристрої

3.4 Розробка, вибір і обгрунтування конструктивних складових синтезатора

3.5 Вибір та обгрунтування методів монтажу і межз'єднань

3.5.1 Розробка друкованої плати пристрої з використанням САПР

3.6 Захист конструкції синтезатора від зовнішніх і внутрішніх дестабілізуючих факторів

3.7 Опис уточненого остаточного варіанту компонування та конструкції синтезатора

4 Розробка питань технології виготовлення синтезатора

4.1 Розробка технологічної схеми складання

5 Організаційно - економічна частина

6 Техніка безпеки і охорона праці

Висновок

Список використаних джерел

ВСТУП

Характерною рисою сучасної радіотехніки є використання складних сигналів, тобто сигналів, в яких добуток тривалості на ширину спектра значно перевищує одиницю.

Наприклад, у радіолокації застосування зондирующих імпульсів великої тривалості дозволяє отримати велику енергію сигналу і, отже, велику дальність, при допустимій потужності випромінювання. У той же час застосування частотної модуляції дозволяє отримати широкий спектр сигналу і, отже, малу тривалість відбитого імпульсу після стиснення. У результаті при великій дальності досягається висока точність і роздільна здатність.

Метою даного проекту є розробка конструкції цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів, призначеного для використання в іонозонде для дослідження іоносфери в к.ч. - діапазоні. Цифрові синтезатори частотно - модульованих сигналів повинні бути когерентними між собою для зондування іоносферного к.ч. - каналу зв'язку з високою роздільною здатністю за часом групового запізнення.

У складі л.ч.м. - Іонозонда, цифрові синтезатори частотно - модульованих сигналів призначені для роботи в якості збудника передавача і гетеродина приймача У даній конструкції, у порівнянні з аналогічними приладами, усунуто ряд недоліків: спрощено процес регулювання, максимальне спрощення конструкції та електричної схеми, захищеність від механічних факторів, підвищена точність вимірювань.

У ході дипломного проектування вирішуються такі завдання:

1) Проводиться аналіз технічного завдання.

2) Розробляється конструкція цифрового синтезатора ч.м. - сигналів.

3) Проводяться розрахунки надійності, віброзащіщенності, маси виробу, теплового розрахунку і розрахунку елементів друкованого монтажу.

4. Розробляються принципові схеми синтезатора.

5) Вибирається елементна база.

6) Розробляються, вибираються і обгрунтовуються конструктивні складові синтезатора.

7) Вибирається метод монтажу і міжз'єднань.

8) Проводиться захист конструкції синтезатора від дестабілізуючих факторів.

9) Розробляються питання технології виготовлення синтезатора.

10) Економічно обгрунтовується доцільність виготовлення пристрою.

11. З точки зору охорони праці та екологічної безпеки оцінюється забезпечення електробезпеки при експлуатації цифрового синтезатора ч.м. - сигналів.

Вирішивши всі наведені вище завдання необхідно проаналізувати отримані за всіма пунктами результати і зробити остаточний висновок за проектом.

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

Підстава для розробки

Підставою для розробки є завдання на дипломне проектування.

Джерела розробки

Модуль повинен бути спроектований на основі вже існуючих схемних рішень аналогічних пристроїв.

Технічні вимоги.

Технічні характеристики.

Розроблюваний модуль повинен мати наступні параметри:

• діапазон частот від 10 *- 2 до 2.5 * 10 * 6 Гц;

• мінімальний крок зміни частоти - 0.0025 Гц;

• швидкість перебудови частоти 1 - 10000 кГц / с;

Конструктивно - технологічні вимоги

Матеріали та комплектуючі вироби повинні застосовуватися згідно з чинними стандартами та технічними умовами на них.

Конструкція виробу повинна забезпечувати зборку при виготовленні без створення і застосування спеціального обладнання. Допускається застосування спеціальних пристосувань.

Показники технологічності конструкції виробу повинні відповідати ГОСТ 14.201 - 73.

Габарити пристрою - не задані.

Маса модуля - не більше 3 кг.

Вимоги до надійності

Напрацювання на відмову пристрою повинна бути 2500 годин в нормальних умовах експлуатації.

Вимоги до маркування, експлуатації та зберігання.

Маркування розроблюваного пристрою повинна відповідати вимогам ГОСТ 21552 - 84. Вона повинна містити:

• торгове найменування за ГОСТ 26794 - 85;

• торговий знак і (або) найменування підприємства-виробника;

• місяць і рік випуску;

• позначку ВТК підприємства-виробника;

• порядковий номер виробу за системою нумерації підприємства - виробника;

• попереджувальні знаки за ГОСТ 12.2.006;

• позначення стандарту на модуль;

• додаткові вимоги (визначає підприємство - виробник).

Місце та спосіб нанесення маркування встановлюються в ТУ на модуль.

Упаковка виробу повинна проводити згідно з вимогами ГОСТ 21552 - 84 [3].

Умови експлуатації повинні здійснюватися за ГОСТ 22261 - 94.

Умови зберігання повинні відповідати ГОСТ 22261 - 94.

Економічні показники

Тип виробництва - дрібносерійне. Передбачувана програма випуску - 500 шт. на рік.

Призначення і загальна характеристика цифрового синтезатора ч.м. - сигналів

Розроблювальний пристрій - синтезатор частотно - модульованих сигналів, може використовуватися в іонозонде для дослідження іоносфери в к.ч. - діапазоні. Прилад дозволяє формувати лінійні частотно - модульовані сигнали і призначений для роботи у складі л.ч.м. - іонозонда в якості збудника передавача.

Виграш за швидкодією досягається за рахунок того, що в даному блоці немає складних операцій з масивами вхідних данних.Сінтезатор формує сигнал трикутної форми, а потім на фільтрі нижніх часторт виділяється тільки перша гармоніка сигналу. Фільтр нижніх частот служить для придушення в спектрі вихідного сигналу високочастотних складових і налаштовується тільки на пропускання першої гармоніки сформованого сигналу. У результаті на виході синтезатора частот формується сигнал з лінійною частотною модуляцією.

Що стосується цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів з ​​швидкою перебудовою робочої частоти, то застосування даного синтезатора в якості збудника передавача і гетеродина приймача в к.ч. ч.м. - іонозонде дозволить вирішувати задачі по дослідженню бистропротекающих динамічних процесів, що відбуваються в іоносфері, при її модифікації потужним к.ч. - випромінюванням, а так - же в умовах сильних магнітосферних та іоносферних збурень.

На відміну від цифрового синтезатора без швидкої перебудови робочої частоти, тут збільшена швидкість перебудови частоти завдяки

2 АНАЛІЗ ВІДОМИХ РОЗРОБОК ЗА ТЕМОЮ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТУ

Патентний пошук

Метою патентних досліджень є отримання вихідних даних для забезпечення високого технічного рівня та конкурентоспроможності об'єктів техніки, для використання сучасних об'єктів НТП і виключення невиправданого дублювання досліджень і розробок.

Частиною патентних досліджень є патентний пошук. Пошук проводиться для перевірки патентоспроможності технічного рішення, встановлення рівня техніки і патентної чистоти об'єкта, визначення умов реалізації прав патентовласника і т. д.

Розрізняють декілька видів патентного пошуку:

перший вид:

тематичний (предметний) пошук найбільш поширений, його проводять для виявлення винаходів (промислових зразків, товарних знаків), що мають відношення до досліджуваного питання.

другий вид:

іменний (тематичний) пошук спрямований на виявлення документів конкретної особи (фірми). Найчастіше він є етапом тематичного пошуку.

третій вид:

нумераційний пошук має на меті встановити ряд обставин, що стосуються конкретного охоронного документа: його тематичної приналежності, зв'язки з іншими документами, правового статусу.

З метою з'ясування патентної чистоти проектованого модуля був проведений патентний пошук глибиною 3 роки в результаті якого був виявлений аналог на території країн СНД.

Аналіз інформації, отриманої з мережі INTERNET, показав, що подібні усторойство разрабартивалісь в Марійському ГТУ (м. Йошкар - Ола) і НІРФІ (м. Нижній Новгород).

Сигнал з лінійною частотною модуляцією (л.ч.м.) застосовували в іонозонде для дослідження іоносфери в к.ч. - Діапазоні. Центральне местоо в цьому радіокомплексу займають цифрові синтезатори л.ч.м. - Сигнали, які повинні бути когерентними між собою для зондування іоносферного к.ч. - Каналу зв'язку з високою роздільною здатністю за часом групового запізнення.

Розроблені цифрові синтезатори частотно - модульованих сигналів були призначені для роботи в якості збудника передавача і гетеродина приймача в складі л.ч.м. - Іонозонда.

Для вирішення завдань діагностики іоносфери потрібно крок перебудови не більше 0.1 Гц, але у зв'язку з тим, що частота вихідного коливання цифрового синтезатора в даній системі помножаться в 16 разів, мінімальний крок за частотою у діапазоні частот до 5 МГц не повинен був перевищувати 0.1/16 це приблизно дорівнює 0.006 Гц.

Допустимий час перемикання частоти коливається в широких межах залежно від призначення синтезатора. Зокрема, при використанні синтезатора в зв'язковому приймачі на різних частоотах час перемикання може бути порядку секунди; при перемиканні частот тут припустимі не тільки скачки фази, але й повне короткочасні провалля сигналу. З іншого боку, при використанні цифрового синтезатора частот в адаптивному радіокомплексу в кільці петлі фазового автопідстроювання частоти бажано повна відсутність перехідних процесів при перемиканні частот (нульовий час перемикання).

3. РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ цифровий синтезатор Ч.М. - СИГНАЛІВ

Розрахунок показників надійності пристрою

Проблема забезпечення надійності пов'язана з усіма етапами створення виробу і всім періодом його практичного використання. Надійність вироби в основному закладається в процесі його конструювання і забезпечується в процесі його виготовлення шляхом правильного вибору технології виробництва, контролю якості вихідних матеріалів, напівфабрикатів та готової продукції, контролю режимів і умов виготовлення. Надійність забезпечується застосуванням правильних способів зберігання виробу і підтримується правильною експлуатацією, планомірним відходом, профілактичним контролем і ремонтом. Беручи до уваги вище сказане, слід визначити необхідність спеціальних заходів для підвищення або ж для стабілізації показників надійності [8].

У залежності від призначення об'єкта та умов його експлуатації, надійність може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість. Для конкретних ж об'єктів та умов експлуатації ці властивості можуть мати різну відносну значимість. Стосовно до цифрового синтезатору частотно - модульованих сигналів, найбільше часто вживаються наступні показники надійності:

- Імовірність безвідмовної роботи - Імовірність того, що в межах заданої напрацювання, відмова об'єкта не виникне;

- Середнє напрацювання на відмову - Відношення сумарної напрацювання об'єкта до математичного сподівання кількості відмов протягом цього напрацювання

- Задана напрацювання (Заданий час безвідмовної роботи) - напрацювання, протягом якої об'єкт повинен безвідмовно працювати для виконання своїх функцій;

- Інтенсивність відмов - Ймовірність відмов неремонтіруемого вироби в одиницю часу після заданого моменту часу за умови, що до цього відмова не виникало. Іншими словами - це число відмов в одиницю часу віднесена до середнього числа елементів, справно працюючих в даний момент часу.

Оперуючи цими поняттями можна судити про надійностних характеристики виробу. Отже, зробимо розрахунок, прийнявши такі припущення:

-Відмови випадкові і незалежні;

-Враховуються тільки раптові відмови;

-Має місце експонентний закон надійності.

Остання допущення засноване на тому, що для апаратури, в якій мають місце тільки випадкові відмови, діє експонентний закон розподілу - закон Пуассона - і вірогідність роботи протягом часу дорівнює:

(3. 1)

Зважаючи на те що з точки зору надійності всі основні функціональні вузли й елементи у виробі з'єднані послідовно і значення їх надійність не залежать один від одного, тобто вихід з ладу одного елемента не змінює надійності іншого і призводить до раптового відмови вироби, то надійність виробу в цілому визначається як добуток значень надійності для окремих елементів [8]:

(3.2)

З урахуванням (3.1) отримаємо:

(3.3)

де - Інтенсивність відмов -Го елемента з урахуванням режиму та умов роботи.

Облік впливу режиму роботи та умов експлуатації виробу при розрахунках проводиться за допомогою поправочного коефіцієнта - Коефіцієнта експлуатації і тоді у формулі (3.4) виразиться як:

(3.4)

де - Інтенсивність відмов - Го елемента при лабораторних умовах роботи і коефіцієнті електричного навантаження .

Для точної оцінки потрібно враховувати кілька зовнішніх і внутрішніх факторів: температуру корпусів елементів; відносну вологість; рівень вібрації, що передається на елементи і т.д. З цією метою може бути використане таке вираз:

, (3.5)

де - Поправочний коефіцієнт, що враховує -Ий фактор;

- Поправочний коефіцієнт, що враховує вплив температури;

- Поправочний коефіцієнт, що враховує вплив електричного навантаження;

- Поправочний коефіцієнт, що враховує вплив вологості;

- Поправочний коефіцієнт, що враховує вплив механічних впливів.

Всі визначаються з довідкових залежностей і таблиць, де вони наведені у вигляді і , Як об'єднані з і з .

Після цього можна визначити значення сумарної інтенсивності відмов елементів виробу за формулою:

, (3.6)

де - Число елементів у групі;

- Інтенсивність відмови елементів у -Ій групі;

- Коефіцієнт експлуатації елементів у -Ій групі;

- Загальна кількість груп.

Вихідні дані за групами елементів, необхідні для розрахунку показників надійності наведено в табл. 3.1 Значення інтенсивностей відмов взяті з довідників.

Таблиця 3.1 - Довідкові та розрахункові дані про елементи конструкції

Скориставшись даними табл. 3.1 за формулою (3.6) можна визначити сумарну інтенсивність відмов :

1/час.

Далі знайдемо середню напрацювання на відмову , Застосувавши таку формулу:

(3.7)

Отже, маємо:

годин.

Імовірність безвідмовної роботи визначається виходячи з формули (3.3), приведеної до наступного вигляду:

, (3.8)

де час безвідмовної роботи.

Отже, маємо:

Середній час відновлення визначається наступною формулою [8]:

, (3.9)

де -Ймовірність відмови елемента i-ої групи;

- Випадкове час відновлення елемента i-ої групи.

підставивши значення у формулу (3.9), отримаємо середній час відновлення = 0.877ч. Далі можна визначити ймовірність відновлення за формулою:

, (3.10)

де = 0.72ч.

Отже за формулою (3.10) визначимо , Що більше .

Таким чином, отримані дані задовольняють вимогам по надійності, так як при заданому часу безперервної роботи ч проектований блок буде працювати з імовірністю . При цьому він буде мати середню напрацювання на відмову год і ймовірність відновлення отже, додаткових заходів з підвищення надійності цифрового синтезатора ч.м. - Сигналів не потрібно.

Розрахунок маси вироби

Розрахуємо габаритні розміри, об'єм і масу вироби за формулами:

V = * , (3.11)

M = Km * , (3.12)

M = M '* V, (3.13)

Тут V, M - загальний обсяг і маса вироби;

k _v - узагальнений коефіцієнт заповнення обсягу вироби елементами

Vi, Mi - значення настановних обсягів та маси i-х елементів конструкції;

Km - узагальнений коефіцієнт об'ємної маси вироби;

М '- об'ємна маса апарату;

n - загальна кількість елементів конструкції виробу.

Вихідними даними для розрахунку є:

1. кількість елементів у блоці;

2. настановна площа кожного елемента;

3. інсталяційний обсяг кожного елемента;

4. інсталяційний вага кожного елемента;

5. кількість деталей;

6. обсяг блоку;

7. вага блоку;

8. кількість найменувань деталей;

9. лінійні розміри.

k _v візьмемо рівним 0.55. Для приладу можна прийняти М ¢ = 0.4кг/дм ^3.

Відомості про настановних розмірах елементів і їх масі зведені в таблицю 3.2

Таблиця 3.2

Значення інсталяційного обсягу і маси елементів виробу

Сумарний обсяг, займаний усіма елементами конструкції, пораховані за табличним даними становить

= 2058625мм ³

За формулою (4.1.1) визначаємо орієнтовний обсяг блоку

V = 6548000мм ³

Згідно з проведеними розрахунками вибираємо габаритні розміри блоку 320х245х150 мм.

За формулою (3.12) визначаємо орієнтовну масу блоку:

М = 2.426 кг

Відповідно до ТЗ маса блоку повинна бути не більше 3 кг.

За результатами розрахунку можна зробити висновок: отримані дані розрахунку цілком задовольняють вимогам технічного завдання. Коефіцієнт використання об'єму дорівнює 0.55 тому.

Розрахунок теплового режиму

Всі компоненти блоку сполучення функціонують в строго обмеженому температурному діапазоні. Вихід температури за гранично допустимі межі може призвести до незворотних структурних змін. Висока надійність і тривалий термін служби ЕВА будуть гарантовані, якщо температура середовища всередині конструкції нормальна (15 ± 5 ° C) і змінюється не більш ніж на 2 ° C в годину. Для виконання цієї умови необхідно вибрати оптимальну систему охолодження.

Наведемо методику методику розрахунку.

Вихідними даними для вибору охолодження є:

1. сумарна потужність P, що розсіюється в конструктивному модулі;

2. тиск навколишнього середовища;

3. тиск всередині блоку;

4. коефіцієнт заповнення блоку;

5. габаритні розміри блоку;

6. час безперервної роботи t.

Наведемо порядок розрахунку блоку в герметичному корпусі:

1. розраховується поверхню корпусу блока за формулою:

Sк = 2 [l ₁ * l ₂ + (l ₁ + l ₂₎ * l _3], (3.13)

де l _1, l ₂ - горизонтальні розміри корпусу;

l ₃ - вертикальний розмір корпусу.

2. визначається умовна поверхню нагрітої зони за формулою

Sк = 2 [l ₁ * l ₂ + (l ₁ + l ₂₎ * l ₃ * К _з], (3.14)

де К _з - коефіцієнт заповнення.

3. визначається питома потужність корпусу за формулою:

q _к = Рз / Sк (3.15)

де Рз - потужність, що розсіюється нагрітої зоною.

4) розраховується питома потужність нагрітої зони

q _з = Рз / Sз (3.16)

5) знаходиться коефіцієнт J ₁ в залежності від питомої потужності корпусу блоку

J ₁ = 0.1472 * q _до -0.2962 * 10 ^-3 * q _до ² +0.3127 * 10 ^-6 * q _до ³ (3.17)

6. знаходиться коефіцієнт J ₂ залежно від питомої потужності нагрітої зони:

J ₂ = 0.1390 ​​* q _з -0.1223 * 10 ^-3 * q _з ² +0.0698 * 10 ^-6 * q _з ³ (3.18)

7. знаходиться коефіцієнт Кн ₁ в залежності від тиску середовища поза корпусу блоку:

Кн ₁ = 0.82 + , (3.19)

де Н ₁ ​​- величина атмосферного тиску поза корпусом.

8. знаходиться коефіцієнт Кн ₂ залежно від тиску середовища всередині корпусу блоку Н ₂

Кн ₂ = 0.8 + , (3.20)

9) визначається перегрів корпусу:

J _к = J ₁ * Кн _1. (3.21)

10) розраховується перегрів нагрітої зони:

J з = J до + (J ₂ - J ₁₎ * Кн _2. (3.22)

11) визначається середній перегрів повітря в блоці:

J в = 0.5 * (J до + J з) (3.23)

12) визначається питома потужність елементи:

q _ел = Рел / Sел (3.24)

де Рел - потужність, що розсіюється елементом, температуру якого потрібно визначити;

Sел - площа поверхні елемента, що омивається повітрям.

13) розраховується перегрів поверхні елементів:

J ел = J з (а + b * q _ел / q _з) (3.25)

14) розраховується перегрів навколишнього елемент середовища:

J е-з = J в (0.75 +0.25 * q _ел / q _з) (3.26)

15) визначається температура корпусу блоку:

Тк = J до + Тс (3.27)

де Тс - температура навколишнього середовища;

16) визначається температура нагрітої зони:

Тз = J з + Тс (3.28)

17) визначається температура поверхні елемента:

Тел = J ел + Тс (3.29)

18) знаходиться середня температура повітря в блоці:

Тв = J в + Тс (3.30)

19) розраховується температура навколишнього середовища:

Те-з = J е-з + Тс (3.31)

Розрахунок конструкції на віброзащіщенность

Для того щоб перевірити наскільки добре захищене проектоване пристрій від механічних впливів, необхідно провести розрахунок власної частоти вібрацій плати. У даному випадку плата є єдиною коливальної системою. Жорсткість плати залежить від матеріалу, форми, геометричних розмірів і способу закріплення.

Друкована плата має прямокутну форму наступних розмірів:

axbxh = 280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При розрахунку власної частоти вібрації друкованої плати використовують такі припущення:

плата представляється у вигляді моделі розподіленими масами і пружними демпфуючими зв'язками;

ЕРЕ на платі розташовуються рівномірно на її поверхні;

плата з елементами приймається за тонку пластину, так як b / h <0,1, товщина плати приймається постійною, h = const;

матеріал плати однорідний, ідеально пружний, ізотропний;

виникають згинні деформації малі в порівнянні з товщиною плати;

при вигині плати нейтральний шар не піддається деформації розтягування (стиснення).

Для пластин з чотирма точками кріплення частота власних коливань плати, визначається за формулою:

, (3.11)

де a = 0,28 м. довжина плати;

b = 0,15 м. ширина плати;

циліндрична жорсткість плати, ;

;

розподілена за площею маса плати та елементів, .

Циліндрична жорсткість плати визначається за формулою:

(3.12)

де - Модуль пружності матеріалу плати;

- Товщина плати;

- Коефіцієнт Пуассона.

(3.13)

Розподілена за площею маса плати та елементів визначається з виразу:

, (3.14)

де - Питома щільність матеріалу плати;

- Маса елементів, встановлених на платі, .

, (3.15)

де - Маса i - го елемента, встановленого на платі, ;

n = 40 - кількість елементів, встановлених на платі.

Скориставшись довідковими даними отримаємо
m _е = 104,2 '10 ^-3 кг. отже,

Підставляючи знайдені величини в формулу (4.2.1), визначимо мінімальну частоту власних коливань плати. Вона буде мінімальною при , .

У результаті механічних впливів друкована плата схильна втомного руйнування, особливо при виникненні механічного резонансу. Найчастіше втомні відмови проявляються у вигляді обриву провідників, руйнування паяних з'єднань, порушення контактів в роз'ємах. Подібні руйнування можна запобігти, якщо забезпечити виконання умови

(3.16)

де - Мінімальна частота власних коливань плати;

- Прискорення вільного падіння, g = 9,8 м / c ^2;

- Безрозмірна постійна, що обирається, в залежності від частоти власних коливань і які впливають прискорень.

- Максимальні вібраційні перевантаження, виражені в одиницях g.

Отже,

| Min 85Гц

Значить, проектована плата буде мати достатню втомну міцність при гармонічних вібраціях.

Визначимо ефективність віброзахисту за формулою:

, (3.17)

де - Верхня частота діапазону впливають частот, Гц;

- Резонансна коливань друкованої плати, Гц.

Підставивши значення, отримаємо:

.

Таким чином, можна сказати, що спроектована пристрій на 44% захищене від вібраційних впливів.

3.1 Розробка принципових схем синтезатора

Цифровий синтезатор частотно - модульованих сигналів дозволяє формувати л.ч.м. - Сигнали і призначений для роботи у складі л.ч.м. - Іонозонда в якості збудника передавача.

На принциповій схемі цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів найбільш повно зображені всі електричні елементи і пристрої, необхідні для здійснення і контролю у виробі заданих електричних процесів, всі зв'язки між ними, а також елементи підключення, якими закінчуються вхідні та вихідні ланцюга.

Принципова схема цифрового синтезатора ч.м. - Сигналів

Принципова схема цифрового сіртезатора наведена на схемі 003.Е3. В якості опорного генератора використаний стандарт частоти і часу Ч1 - 73, частота якого подвоюється за допомогою помножувача частоти; блок затримки виконаний на тригерах Шмітта DD 1, що чекають мультивібраторах DD 2 і логічних елементах DD 3; обидва блоки ПЗУ - DD 4 - DD 7; регістр пам'яті Рг1 об'єднаний в одному корпусі з накопичувачем Н1 - DD 10, DD 11, а регістр пам'яті Рг2 з накопичувачем Н2 - DD 8, DD 9; цифроаналоговий перетворювач DD 12 включає до свого складу також перетворювач кодів. Пристрій працює наступним чином. Сигнал опорного генератора (Ч1 - 73) частотою 5 МГц надходить на удвоітель частоти, і на вхід 1 / DD 1 подається сигнал з тактовою частотою f Т = 10 МГц, з якого формуються імпульси форми "меандр", рознесені в часі на величину затримки перемикання тригерів Шмітта: CLK 1, CLK 2, CLK 3, CLK 4, які підключені до входів синхронізації 2 / DD 8 - DD 11.

За позитивного фронту імпульсу запуску f з запускаються чекають мультивібратори, зібрані на мікросхемі DD 2, які формують імпульси негативної полярності тривалістю t 1 = 0.333 мкс і t 2 = 0.1 мкс. Ці імпульси служать для запису коду початкової частоти у вхідний регістр першого накопичувача. З керуючої е.в.м. адресу коду початкової частоти З i надходить на адресні входи 8 - 1, 23, 22, 19 / DD 4 - DD 7. З приходом першого тактового імпульсу 32 - розрядний код Ci записується в регістр першого накопичувача (DD 8, DD 9), по другому тактовому імпульсу відбувається установка в "0" його вхідного регістра і сума S = Ci + 0 переписується в регістр другого накопичувача (DD 10, DD 11). Після завершення дії імпульсів запуску з кожним наступним тактовим імпульсом буде відбуватися зміна результату підсумовування в першому накопичувачі DD 8, DD 9, який є лічильником частоти за формулою:

A = Ci + T / Dk

де А - результат підсумовування, Ci - код початкової частоти, Т - номер тактового імпульсу, Dk - код коефіцієнта ділення лічильника.

У наведеній схемі відсутні блок ПЗУ1 і лічильник з попередньою установкою Сч, тому Dk = 1 і швидкість зміни частоти буде постійною. У другому накопичувачі DD 10, DD 11 вихідний код змінюється за формулою:

B = AT = CiT + T * 2 / Dk.

Старший розряд 18 / DD 10 є знаковим і управляється інверсією (L, H) ЦАП - 20, 21 / DD 12. Якщо SSGN = 1 - зворотний код суми. На виході ЦАП формується аналоговий сигнал з максимальною частотою fc до 2.5 МГц.

Принципова схема цифрового синтезатора ч.м. - Сигналів з ​​швидкою перебудовою робочої частоти

Принципова схема цифрового синтезатора ч.м. - Сигналів з ​​швидкою перебудовою робочої частоти показана на схемі 004.Е3. В якості опорного генератора ісспользуется сигнал стандарту частоти і часу Ч1 - 73 частотою 5 МГц. Блок затримки має тригери Шмітта DD 1, що чекають мультивібратори DD 2, логічні елементи 2И - НЕ DD 3; дільник із змінним коефіцієнтом ділення DD 4 служить для завдання швидкості зміни частоти синтезатора; блок ПЗУ зованим на DD 5, DD 6; лічильник частоти (синхронний ) Сч - DD 7 - DD 10. Помножувач кодів об'єднаний з накопичувачем - DD 11; перетворювач кодів - DD 12 - DD 14; цифроаналоговий перетворювач - DD 15. Мікросхема К1518ВЖ1 представляє собою помножувач акумулятор, тобто помножувач кодів з вбудованим 35 - розрядним накопичувачем творів. Якщо на вхід 52 / DD 11 подати логічну "1", то буде відбуватися накопичення результатів твори за формулою:

j = S = XiYjT + YjT * 2

де S - код підсумовування, Xi - константа, записана в блоці постійного запам'ятовування, Т - номер тактового імпульсу.

Пристрій працює наступним чином. На адресні входи 8 - 1, 23, 22, 19 / DD 5, DD 6 з керуючої е.в.м. надходить адресу вибірки Xi і на входи 8 - 23 / ​​DD 11 - код Yj, які визначають частотусінтезіркемого сигналу; код коефіцієнта ділення лічильника Dk - на входи 3 - 6 / DD 4. При надходженні імпульсу запуску на входи 2, 10 / DD 2 чекають мультивибраторов, зібраних на елементах DD 2.1, DD 2.2 і DD 3, формуються імпульси запісіотріцательной полярності, які надходять на входи 9 / DD 7 - DD 10 і 2 / DD 7 - DD 10 лічильника частоти, при цьому 16 - розрядний код Yj - у регістр Yj помножувача кодів DD 11, а 4 - розрядний код Dk - в лічильник з попередньою установкою DD 4.

Потім з кожним тактовим імпульсом Т вихідний код лічильника частоти оновлюється за формулою:

П = XY = (Xi + T) Yj

а код твору буде змінюватися за формулою:

S = ПТ = (Xi + T) YjT = XiYjT + YjT * 2

При постійних коефіцієнтах це відповідає лінійному закону зміни частоти. Цифровий синтезатор з швидкою перебудовою робочої частоти може бути використаний у складі передавальних і приймальних пристроїв для підвищення перешкодозахищеності, скритності і надійності систем к.ч. - і у.к.в. - Зв'язки.

3.2 Вибір і обгрунтування елементної бази

При проектуванні цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів одним з найважливіших етапів є вибір типів елементів, що входять в конструкцію. Правильно вибрана елементна база дозволить забезпечити надійне функціонування складових частин і всього виробу в цілому; знизити ймовірність виникнення перешкод через неузгодженості входів одних елементів з виходами інших; отримати високі експлуатаційні характеристики; зменшити енергоспоживання за рахунок застосування елементів, виготовлених за передовими технологіями; добитися кращих масогабаритних показників; підвищити ремонтопридатність апаратури; розширити технічні можливості розробляється апаратури.

У загальному випадку критерієм вибору електрорадіоелементів (ЕРЕ) є відповідність технологічних і експлуатаційних характеристик ЕРЕ заданих умов експлуатації.

Основними параметрами при виборі ЕРЕ є:

1) технічні параметри ЕРЕ:

- Номінальні значення параметрів ЕРЕ згідно зі схемою електричною принциповою;

- Допустимі робочі напруги;

- Допустимі розсіюється потужності;

- Діапазон робочих частот;

- Коефіцієнт електричного навантаження;

2) експлуатаційні параметри:

- Діапазон робочих температур;

- Відносна вологість повітря;

- Тиск навколишнього середовища;

- Вібраційні й ударні навантаження.

Додатковими критеріями вибору ЕРЕ є: надійність, уніфікація ЕРЕ, маса і габарити, вартість. Вибір елементної бази по вищеназваним критеріям дозволить забезпечити стабільну роботу протягом усього терміну служби виробу.

Проведемо порівняльну оцінку заданих умов експлуатації та допустимих експлуатаційних параметрів радіоелементів, використовуваних в розробляється синтезаторі частотно - модульованих сигналів.

Ми маємо наступні дані про умови експлуатації конденсаторів наступного типу:

К53-1А - конденсатори оксидні алюмінієві полярні з фольгових обкладками. Призначені для роботи в колах постійного і пульсуючих струмів - інтервал температур -20 ... +70 ⁰ С;

- Відносна вологість при +40 ⁰ С до 98%;

- Тиск 6,6 ... 2942 гПа.

Зіставляючи умови експлуатації приладу і умови експлуатації пропонованих типів конденсаторів, укладаємо, що дані типи придатні для експлуатації пристрою.

Ми маємо наступні характеристики використовуваних резисторів:

МЛТ:

- Номінальна потужність 0,125 і 0,25 Вт;

- Діапазон номінальних опорів ;

- Маса 0,15 г;

- Рівень власних шумів 1, 5 ;

-Температура навколишнього середовища при нормальній електричної навантаженні від -60 до +70 ;

-Відносна вологість повітря при температурі до 98%;

- Знижений атмосферний тиск до 133 Па;

- Граничний робочий напруга постійного і змінного струму 200 В;

- Мінімальна напрацювання 25000 год;

- Термін зберігання 25 років.

Умови експлуатації вибраних резисторів збігаються з умовами експлуатації проектованого приладу, отже ці елементи придатні для застосування.

Якщо розглядати вибрані для синтезатора мікросхеми, то можна переконатися, що і вони повністю підходять до пристрою.

Таким чином, застосування у вимірювачі кутів зсуву сучасної новітньої бази дозволяє отримати більш високі показники компонування, надійності, енергоспоживання, а отже, і зниження температурних режимів, що вигідно як з конструкторської точки зору, так і з економічної. Застосування нової сучасної бази дозволять використовувати високоефективні техпроцеси.

Не менш важливим етапом у проектуванні є вибір матеріалів несучих конструкцій і деталей. Однак вибір матеріалу є складним завданням, оскільки в більшості випадків деталь можна виготовити або з однорідного матеріалу, або зі складної їх сукупності.

Правильний вибір матеріалу може бути зроблений на підставі аналізу функціонального призначення деталі, умов її експлуатації і технологічних показників, з урахуванням наступних факторів:

1) Матеріал визначає здатність деталі виконувати робочі функції у виробі і протистояти дії кліматичних і механічних впливів;

2) Матеріал визначає технологічні характеристики деталі;

3) Від властивостей матеріалу залежить точність виготовлення деталі;

4) Матеріал впливає на габарити і масу приладу;

5) Матеріал впливає на експлуатаційні характеристики деталі, на її надійність і довговічність.

Виходячи з перерахованих вище факторів, для корпусу цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів обраний матеріал-дюралюміній Д16. Цей вибір можна пояснити тим, що даний матеріал задовольняє вимогам достатньої міцності і жорсткості, а також дає вагомий виграш в масі в порівнянні з іншими металевими предметами.

Як матеріал для друкованої плати використовуємо склотекстоліт. Фольгований склотекстоліт являє собою шаруватий пресований матеріал, просочений терсореактівним сполучною і облицьований з однією з двох сторін мідною електролітичної оксидированной або гальваностойкой фольгою. Склотекстоліт марки СФ -2 - 35-1.5 ГОСТ 10316-78. Товщина матеріалу з фольгою складає 1.5мм, товщина фольги 35 мкм. Фольгований склотекстоліт представляє собою спресовані шари склотканини, просочені епокалфенольной смолою з вмістом смоли 40%, застосовується для ОПП і ДПП.

У якості припою використовується ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Припій представляє собою сплав олова 60% і свинцю 40%, застосовуваний в якості сполучного речовини при пайку ЕРЕ на друковану плату, а також для внутрішньоблокових пайки з'єднань. Температура плавлення припою ПОС-61 становить 190 .

Після складання і пайки плати пристрої для захисту від вологи і пилу її захищають за допомогою лаку УР 231.

Всі вище перераховані якості дозволяють розробити високоякісні, конкурентоспроможні.

3.3 Попередня компонування пристрою

Широке поширення в практиці конструювання отримала плоска компонування, коли інтегральні мікросхеми (ІМС) і електрорадіоелементи (ЕРЕ) встановлюються в площині плати. Для плоскої компонування характерна мала висота установки ІМС і ЕРЕ в порівнянні з довжиною і шириною плати. Простота виконання монтажних робіт, зручність доступу до компонентів і монтажу, покращений тепловідвід є основними перевагами плоскою компонування. Для виключення впливу на схему перешкод по електроживлення на плату спільно з мікросхемами встановлюють розв'язують конденсатори.

При розміщенні компонентів на платі реалізована електронна схема розбивається на функціонально пов'язані групи. Потім проводиться розміщення компонентів кожної групи. Групи компонентів, що мають найбільше число зовнішніх зв'язків, розміщуються поблизу з'єднувача. Група з найбільшим числом зв'язків з уже розміщеної на платі групою компонентів розташовується поруч і т.д. При розміщенні намагаються забезпечити рівномірний розподіл мас компонентів по поверхні плати, мінімальні довжини зв'язків, максимальну перешкодозахищеність [5]. Керуючись вище перерахованими правилами розташуємо пам'ять ближче до регістру пам'яті, який об'єднаний з накопичувачем, регістри-ближче до шини, щоб забезпечити мінімальну довжину зв'язків даної функціональної групи. ЦАП - ближче до гнізда, тим самим максимально зменшимо довжину зв'язків, по яких передається цифровий сигнал і уникнемо зайвих перешкод.

Від правильного розташування корпусів мікросхем на друкованих платах залежать габарити, надійність роботи, завадостійкість плати. Чим щільніше будуть розташовуватися корпусу мікросхем на площині друкованих плат, тим складніше автоматизувати їх монтаж, тим більш жорстким буде температурний режим їх роботи, тим більший рівень перешкод буде наводитися в сигнальних зв'язках. І навпаки, чим більше відстань між мікросхемами, тим менш ефективно використовується площа плати, тим більше довжина зв'язків. Тому при установці мікросхем на друковані плати слід враховувати всі наслідки вибору того чи іншого варіанту їх розміщення.

Вибір кроку установки мікросхем на друкованій платі визначається необхідною щільністю компоновки мікросхем, температурним режимом роботи, складністю принципової електричної схеми і конструктивними параметрами корпусу мікросхеми. Незалежно від типу корпусу крок установки ІМС рекомендується приймати кратним 2.5 мм. При цьому зазори між корпусами не повинні бути менше 1.5 мм. У технічно обгрунтованих випадках крок установки мікросхем може бути прийнятий кратним 1.25 мм [6]. Мікросхеми на друкованих платах мають лінійно-багаторядні, проте, допускається їх розміщення в шаховому порядку. Таке розташування корпусів мікросхем дозволяє автоматизувати процеси збирання і контролю, з більшою ефективністю використовувати корисну площу друкованої плати і прямокутну систему координат для визначення місця розташування корпусів.

У цифровому синтезаторі частотно - модульованих сигналів використовуються мікросхеми зі штирові висновками. Мікросхеми з такими висновками своєму розпорядженні тільки з одного боку друкованої плати. Це пояснюється тим, що монтаж штирьових висновків, як правило, роблять у наскрізні металізовані отвори, причому кінці висновків виступають на звороті плати.

Корпуси мікросхем на платі утримуються припаяними висновками. Штирові висновки утримують корпус мікросхеми досить міцно і витримують практично будь-які механічні дії.

Установку мікросхем в корпусах зі штирові висновками на друковану плату виробляють з зазором або з прокладкою. Величину зазору рекомендується вибирати в межах 1-2 мм. У технічно обгрунтованих випадках можна застосовувати ізоляційні прокладки, попередньо приклеюючи їх до поверхні.

3.4 Розробка, вибір і обгрунтування конструктивних складових синтезатора

Відповідно до технічного завдання на дипломне проектування цифрової синтезатор частотно - модульованих сигналів являє собою плату вміщену в корпус. Цей прилад повинен дозволяти формувати л.ч.м. - Сигнали і працювати у складі л.ч.м. - Іонозонда в якості збудника передавача.

Застосування друкованих плат, дозволяє поліпшити наступні параметри:

1. надійність елементів, вузлів і ЕВС в цілому;

2. технологічність, за рахунок автоматизації деяких процесів складання і монтажу;

3. щільність розміщення елементів за рахунок зменшення габаритів і маси;

4. швидкодія;

5. перешкодозахищеність елементів і схем.

Друковані плати (ДП) призначені для електричного з'єднання елементів схеми між собою і загалом, випадку представляють вирізаний за розміром матеріал підстави, що містить необхідні отвори і проводить малюнок, який може бути виполненкак на поверхні, так і в обсязі підстави (ГОСТ 20406-75) .

Як матеріали підстав друкованих плат використовуються різні діелектрики (тканина і папір, просочені смолами, пластмаси, кераміка, метали, покриті діелектриком і т.д.). Проводить малюнок на підставі може бути отриманий обробкою фольгованих діелектриків (субстрактівние методи), створенням металевих плівок при хімічному і гальванічному осадженні металів, нанесенням плівок по тонкоплівковою та толстопленочной технології (напів адитивні і адитивні методи).

У залежності від жорсткості матеріалу підстави розрізняють гнучкі (ДПП) і жорсткі друковані плати. Визначено ряд значень товщини підстав друкованих плат: гнучких (0.1, 0.2, 0.4 мм) та жорстких (0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 мм). За конструктивним виконанням ПП класифікуються на односторонні друковані плати (ОПП), двосторонні (ДПП) і багатошарові (МПП). За способом отримання міжшарових сполук розрізняють плати з металізованими отворами, виступаючими висновками, відкритими контактними майданчиками і т.д.

При розробці друкованих плат конструктору необхідно вирішити такі завдання:

перша:

конструктивні: розміщення елементів на друкованій платі, посадочні елементи, контактування, трасування друкованих провідників, мінімізація кількості шарів;

друга:

схемотехнічні (радіотехнічні): розрахунок паразитних наведень, параметрів ліній зв'язку;

третя:

теплотехнічні: температурний режим друкованої плати, тепловідвід;

четверта:

технологічні: вибір методу виготовлення, захист;

Всі ці завдання взаємопов'язані. Так, від вибору методу виготовлення залежать точність розмірів провідників та їх електричні характеристики; від розташування друкованих провідників - ступінь впливу їх один на одного.

В даний час відомо більше 40 різних технологічних методів виготовлення друкованих плат. Метод виготовлення друкованих плат необхідно вибирати при ескізної компонуванні апаратури, в процесі якої визначаються основні габарити і розміри плат, необхідна для даних виробів ЕВС щільність монтажу.

Комбінований метод.

Комбінований метод виготовлення друкованих плат полягає в хімічному травленні фольгированного діелектрика з подальшою металізацією монтажних отворів. Комбінований спосіб дозволяє отримувати провідники шириною 0,1 мм і менше з відстанню між ними 0,2 - 0,3 мм. Існує кілька модифікацій методу, що відрізняються за окремими операціями.

Конструювання друкованих плат здійснюється ручним, підлозі автоматизованим і автоматизованим методами. Автоматизований метод передбачає кодування вихідних даних, розміщення навісних виробів електронної техніки (ВЕТ) і трасування друкованих провідників з використанням ЕОМ, що забезпечує більш високу продуктивність при конструюванні і розробці конструкторської документації.

Особливе значення при конструюванні друкованих плат має НТД: ГОСТи, ОСТи, СТП. В даний час їх використовується до несколькіхдесятков. Однімііз основних документів є: ГОСТ 23751-86 і ГОСТ 23752-79.ГОСТ 23751-86 встановлює основні конструктивні параметри ПП (розміри друкованих провідників, зазорів, контактних майданчиків, отворів), позиційні допуски розташування елементів конструкцій, електричні параметри. ГОСТ 23752-79 визначає вимоги до конструкції ПП і її зовнішнього вигляду, до електричних параметрах, до паяемости і перепайка, до стійкості при кліматичних і механічних впливах.

Друковані плати повинні зберігати конструкцію, зовнішній вигляд і електричні параметри в межах норм при кліматичних, механічних, радіаційних та інших зовнішніх і внутрішніх впливах. Тому, на першому етапі, за результатами вивчення вимог технічного завдання на проектування вироби ЕВС до складу якого входять ПП (електронного модуля, друкованого вузла), з'ясовують ті з них, які можуть визначити конструкцію і техніко-економічні характеристики ПП. Наприклад, умови експлуатації, зберігання і транспортування, умови складання вузлів, вимоги щодо ремонтопридатності, технологічності, вартості.

При виборі типу друкованої плати (ОПП, ДПП або МПП) зазвичай враховуються такі чинники:

• можливість виконання всіх комутаційних з'єднань;

• можливість автоматизації процесів виготовлення, контролю і при установці навісних ВЕТ;

- Техніко-економічні показники як ПП, так і проектованого вироби ЕВС, такі як, вартість, габарити.

Можливість виконання всіх комутаційних з'єднань може бути наближено оцінена шляхом розрахунку трасування здатності і кількості шарів ПП. При виборі типу ПП слід враховувати, що двосторонні друковані плати мають порівняно низькі комутаційні можливості, але одночасно володіють низькою вартістю і підвищеною ремонтопридатністю. Багатошарові друковані плати, маючи високі комутаційні здібності, високу перешкодозахищеність електричних ланцюгів, володіють високою вартістю конструкції і низькою ремонтопридатністю.

Виходячи з вище викладеного, а також аналізуючи схему електричну принципову, можна зробити висновок, що плата повинна бути двошаровою. Це пояснюється тим, що розміри плати не обмежені, число зв'язків між елементами не дуже велика. Оскільки як навісних елементів використовуються інтегральні схеми в корпусах з великою кількістю близько розташованих висновків, контактні майданчики на друкованій платі зближуються на стільки, що між ними не можливо прокласти необхідне число провідників. Виходячи з особливостей технологічного процесу виготовлення друкованих плат, можна провести всього лише один провідник між висновками мікросхем. Плата буде складатися з двох шарів. У кожному шарі друкованої плати групи провідників виконують певні функції: ланцюги харчування, землі, сигнальні ланцюга. Введемо в конструкцію плати на один шар харчування і на другий шар землі. Це дозволяє розв'язувати ланцюга харчування за змінним струмом, а шар землі служить екраном від електромагнітних завад.

Після вибору типу друкованої плати приступають до вибору класу точності виготовлення друкованих плат. ГОСТ 23751-86 встановлює п'ять класів точності виконання розмірів елементів ПП. Друковані плати 1 і 2 класів точності прості у виконанні, надійні в експлуатації і мають мінімальну вартість; 3 класу - вимагають використання високоякісних матеріалів, більш точного інструменту та обладнання. Зазвичай проводить малюнок на підставі ПП 1-3 класів може бути отриманий обробкою фольгованих діелектриків субстрактівнимі методами. Друковані плати 4 і 5 класів потребують спеціальних матеріалів, дорогого прецизійного обладнання і особливих умов для виготовлення ПП. Створення друкованого малюнка зазвичай досягається тут виборчим нанесенням металевих плівок при хімічному і гальванічному осадженні металів, нанесенні плівок по тонкоплівковою та толстопленочной технології (полуаддітівние і адитивні методи). Клас точності визначає найменші номінальні значення основних розмірів конструктивних елементів, такі як: ширина провідника, відстань між центрами (осями) двох сусідніх провідників (контактних майданчиків), ширина гарантованого паска металізації контактної площадки та інші. Природно, що вибір певного класу точності на даній стадії конструювання повинен бути в подальшому підтверджений відповідними розрахунками, що випливають з вимог до електричних параметрів і надійності плати, а також з конструктивно-технологічних та інших міркувань.

Товщину підстави друкованої плати H _п, в основному, визначають залежно від механічних навантажень на друковану плату і технологічними можливостями металізації отворів. Товщина друкованої плати також залежить від конструктивних особливостей, а саме конструктивними особливостями роз'єму в який буде вставлятися плата. Зазор між притискними пружинами в роз'ємі становить 1 мм, отже для надійного кріплення H _п виберемо рівною 1,5 мм.

Вибір матеріалу підстави виробляють з урахуванням забезпечення електричних і фізико-математичних характеристик ПП в результаті впливу кліматичних факторів, механічних навантажень, агресивних хімічних засобів. У деяких випадках в якості матеріалів підстав друкованих плат можуть застосовуватися нетрадиційні матеріали: кераміка, метали з діелектриками, композиційні і складові матеріали [7]. Так як друкована плата двошарова, то в якості матеріалу плати виберемо склотекстоліт СФ2 - 35 - 1,5.

З метою забезпечення стабільності параметрів друкованих плат, забезпечення паяемости, захисту від корозії, застосовують конструктивні металеві покриття. Матеріалами таких покриттів зазвичай є наступні: сплав Розе (1.5-3 мкм), сплав О-С (9-15 мкм), срібло-сурма (6-12 мкм), паладій (1-5 мкм), нікель (3-6 мкм), мідь (25-30 мкм) та інші. У нашому випадку ми вибрали сплав Розе.

Для захисту друкованих провідників і поверхні підстави друкованої плати від впливу припою, для захисту елементів проводить малюнка від замикання навісними елементами можливе застосування діелектричних захисних покриттів на основі епоксидних і інших смол, лаків, емалей, сухих плівкових резистор [7].

3.5 Вибір та обгрунтування методів монтажу

Розрахунок елементів друкованого малюнка зазвичай включає дві основні стадії: конструкторсько-технологічний розрахунок параметрів елементів і розрахунок електричних параметрів. Нарівні з електричними параметрами друкованих плат необхідно визначити такі конструктивно-технологічні параметри друкованої плати, як ширина і крок трасування друкованих провідників, діаметр контактних площадок, число провідників яке можна провести між двома сусідніми отворами, діаметр отворів на платі до і після металізації.

При розрахунку елементів друкованого монтажу слід враховувати технологічні особливості виробництва, допуски на всілякі відхилення значень параметрів елементів друкованого монтажу, настановних характеристик корпусів ІМС, вимоги щодо організації зв'язків, що випливають зі схеми електронного функціонального вузла, а також перспективність обраної технології.

Вихідні дані для конструкторсько-технологічного розрахунку елементів плат наступні: крок координатної сітки по ГОСТ 10317-79 і рівний 2,5 мм; допуски на відхилення розмірів і координат елементів друкованої плати від номінальних значень, залежать від рівня технології, матеріалів і устаткування; настановні характеристики навісних елементів.

Відстань між центрами двох сусідніх отворів на платі (контактних майданчиків) L умовно поділяють на зони:

а) контактної площадки;

б) друкованого провідника;

в) зазору (між контактними майданчиками, друкованими провідниками та контактними майданчиками і провідниками);

Поняття «зона друкованого елемента» включає не тільки номінальне значення їх розмірів і координат, але і допуски на відхилення цих розмірів від номінальних значень:

L = D + n × T + (n + 1) × S <k × A (3.5.1)

де D - ширина зони контактної площадки;

T - ширина одного друкованого провідника;

n - число провідників між двома сусідніми контактними майданчиками;

S - ширина зазору між сусідніми друкованими елементами;

A = 2,5 - крок основний координатної сітки;

k-коефіцієнт кроку основний координатної сітки.

З урахуванням допусків на розміри друкованих елементів:

L = D _до + 2 × d _т + n × (Т _п +2 × d _т) + (n +1) × S _min <k × A (3.5.2)

де D _до - максимальний діаметр контактної площадки;

T _n - максимальна ширина друкованого провідника;

d _m - величина максимального відхилення осі друкованого провідника

(Або центру контактної площадки) від номінального положення,

обумовлена ​​точністю виготовлення фотоорігінала і розмір-

ної стабільністю фотошаблона;

S _min - гранична величина зазору, при якій ще гарантується надійна ізоляція друкованих елементів один від одного (S _min = 0.15 мм).

Діаметр контактної площадки не може бути менше величини, що забезпечує гарантовану ширину металу навколо просвердленого отвори. З урахуванням можливого зміщення центру отвори щодо центру контактної площадки:

D к = D з + 2 Bmi (3.5.3)

де DС - діаметр зони свердління з урахуванням допусків на зміщення центру

отвори;

У _min - мінімальна ширина гарантованого паска, приймається для

всіх типів плат дорівнює 0,1 ... 0,15 мм.

Величина зони свердління D _з складається з діаметра отвору і допусків на точність свердління, точність суміщення фотошаблонів (у разі ДПП), а також точність фотошаблонів:

D _з = d _o +2 (d _т + d _с + d _o) (3.5.4)

де d _o - діаметр отвору до металізації;

d _з - величина зміщення фотошаблонів ДПП. Для всіх типів плат з-

тимчасова технологія гарантує не гірше d _с = 0,05 мм,

d _o - величина відхилення центра отвору під час свердління. Визначається точністю обладнання і складає при ручному свердлінні

+0,2 Мм, автоматизованому +0,05 мм.

Підставляючи (3.6.4) в (3.6.3) маємо:

D _к = d _o +2 В _min +2 (d _т + d _с + d _o) (3.5.5)

Висновки ІМС та інших навісних радіоелементів вставляють у металізовані отвори друкованої плати. Для цього необхідно, щоб діаметр отвору після металізації дорівнював:

d _m = d _в +2 d _у (3.5.6)

де d _в - еквівалентний діаметр висновків ІМС, навісних радіоелементів,

контактів роз'єму;

d _у - величина зазору, що забезпечує установку висновків в отвори

та їх розпайку (d _у = 0.07-0.15 мм).

З урахуванням товщини шару металізації стінок отворів:

d _o = d _m +2 d _м (3.5.7)

де d _м - товщина шару металу на стінках отвору (d _м = 0.05 - 0.07 мм).

Підставимо вирази (3.6.5), (3.6.6), (3.6.7) в (3.6.2), отримаємо:

L = d _в + n × Т _п + (n +1) × S _min +2 B _min +2 [d _у + d _м + d _o + d _з + (n +2) × d _т] <k × A (4.5.8)

Аналіз виразу дає наступне:

1. Вираз (3.5.8) можна використовувати не тільки для визначення відстані між отворами L, але і для розрахунків, наприклад для оцінки ширини T _п, числа друкованих провідників - n, які можна прокласти між двома сусідніми висновками ІМС, кроку трасування друкованих плат, що визначається виразом:

t _тр = T _п +2 d _т + S (3.5.9)

2. Рівняння (3.5.8) дозволяє також судити про вплив кожного його члена на конструктивні параметри друкованої плати. Оскільки допуски і граничні значення деяких параметрів залежать в першу чергу від рівня технології, якості матеріалів і технологічного обладнання, то вираз (3.5.8) дозволяє формулювати вимоги до технології, обладнання та матеріалів.

3. Вираз (3.5.8) підтверджує можливість створення технологічних запасів величин T _п, S _min і В _min. Джерелом цих запасів є різниця k × AL запасів між розрахунковими параметрами друкованої плати, яка дозволяє знизити брак при виготовленні друкованих плат, підвищити надійність та знизити вимоги до технології. Величини, що входять у вирази (3.5.8) залежать від рівня технології і культури виробництва, стану і параметрів технологічного устаткування. Ці параметри залежать від технологічного рівня виробництва.

На практиці в сучасних друкованих платах застосовують для ДПП крок трасування рівний 1.25 мм. Розміри отворів під висновки ІМС, навісних радіоелементів, роз'ємів, а також перехідних отворів, як правило, однакові. Якщо прийняти, що максимальний діаметр виведення будь-якого радіоелементу d _в = 0.6 мм, то розміри отворів до металізації d _o = 0.8 мм, після металізації d _m = 0.7 +0.1 мм. При цьому мінімальні розміри контактних площадок для ДПП D _к = 1.2 мм. виходячи з цього між двома контактними майданчиками можна провести не більше одного провідника, що забезпечить зазор між провідниками та контактними майданчиками 0,5 мм.

Конструкторсько-технологічний розрахунок ПП може здійснюватися з урахуванням виробничих похибок малюнка провідних елементів, фотошаблонів, базування, свердління й т.п., причому повинні витримуватися граничні значення основних параметрів друкованого монтажу для обраного класу точності. На основі конструкторсько-технологічного розрахунку визначаються: номінальні діаметри перехідного і монтажного отворів; діаметр контактної площадки; ширина провідників; відстань між провідником і монтажним отвором. Номінальні значення діаметра монтажного отвору визначаються за формулою:

d = d _е + ½ D d _н.о ½, (3.5.10)

де d _е - максимальне значення Диметра виведення навісного елемента, що встановлюється на друковану плату;

r - різниця між мінімальним значенням діаметра отвору та

максимальним значенням діаметра (мінімальний діаметр отвер-

сті лімітується товщиною плати за умови якісної

металізації отвори);

D d _н.о - нижнє граничне відхилення номінального значення діаметра отвору. Діаметри монтажних отворів вибирають так, щоб різниця між мінімальним значенням діаметра отвору була в межах 0.1-0.5 мм (при автоматизованій установці ВЕТ - 0.4-0.5мм). Вибір значень діаметрів здійснюється з ряду в діапазоні 0.4-3 мм з кроком 0.1 мм (ГОСТ 10317-79).

Номінальне значення ширини провідника t розраховується за формулою:

t = t _М.Д + ½ D t _але ½, (3.5.11)

де t _М.Д - мінімально допустима ширина провідника, розраховують у

залежно від струмового навантаження (див. далі);

Відстань між сусідніми елементами проводить малюнка встановлюють залежно від електричних і конструкторсько-технологічних вимог. Мінімально допустима відстань між сусідніми елементами проводить малюнка SМ.Д вибирається з розрахунку забезпечення електричної міцності ізоляції, а найменше номінальне відстань визначають за формулою:

S = S _М.Д + D t _во, (3.5.12)

Розрахунок мінімального відстані для прокладки n-го кількості провідників між двома отворами з контактними майданчиками діаметрами D1 і D2 роблять за формулою:

l = (D 1 + D 2) / 2 + t × n + S × (n +1) + Tl, (3.5.13)

де n - кількість провідників;

Tl - позиційний допуск розташування друкованого провідника

(Tl = 0.1мм).

Розробка друкованої плати пристрої з використанням САПР

Система PCAD 8.5 дозволяє виконувати наступні проектні операції: створення символів елементів принципової електричної схеми і корпусів; графічний введення принципової електричної схеми та конструктивів плат проектованого пристрою; ручну і автоматичну трасування друкованих провідників довільної ширини; автоматизований контроль результатів проектування ПП на відповідність принциповій електричній схемі.

Програмний комплекс PCAD включає в себе взаємопов'язані пакети програм, що утворюють систему наскрізного проектування ПП електронної апаратури. До її складу входять наступні програми [7]:

Schematic Editor - графічний введення і редагування принципової електричної схеми;

Symbol Editor - графічний введення і редагування символів радіоелектронних компонентів на принципових схемах;

PCB Editor - графічний введення і редагування конструктивів ПП, автоматичне або ручне розміщення компонентів на платі;

Part Editor - графічний введення і редагування корпусів компонентів РЕА і стеків контактних майданчиків.

Графічний редактор принципових схем і символів компонентів має два режими: Schematic Editor і Symbol Editor. Після завантаження графічного редактора екран дисплея форматується і розбивається на декілька зон. Зона меню підкомандами, призначена для команд графічного редактора, розташована праворуч від вікна і внизу під ним. Команди вибираються клацанням лівої кнопки миші. Розташовані праворуч команди мають підкомандами, список яких виводиться на екран після вибору основної команди.

У схемном графічному редакторі повна інформація про креслення заноситься в 18слоев, що встановлюються за замовчуванням. На кожній фазі роботи з графічним редактором необхідна не вся наявна інформація, тому частину шарів роблять невидимими. Інформація про шарах виводиться по команді View Layer. Всього верств підтримується до 100. Шари можуть бути пофарбовані в будь-який з 16 кольорів. Кожен шар має одне з трьох станів: OFF - шар невидимий і недоступний, ON - шар бачимо але недоступний, ABL - шар бачимо і може стати активним.

Також відмінною рисою PCAD є використання атрибутів. Атрибути складаються з двох частин: ключового шару і значення, розділених знаком рівності "=". Ключове слово повинно починатися з літери і мати довжину до 23 символів. Значення атрибуту являє собою послідовність чисел або текстових змінних, розділених комами. Після вода атрибуту ключове слово і знак рівності стають невидимими на екрані.

При використанні атрибутів можна значно полегшити роботу зі схемою. Зокрема можна використовувати автоматичне створення корпусів компонентів, автоматичне присвоєння імені ланцюга та ін [7].

Для дискретних компонентів не повинні бути присутнім імена та номери виводів на схемі. Ім'я дискретного компоненту не шарі DEVICE не наноситься. Номери висновків по команді Enter / Packing Data наносять на шарі ATTR2, який у подальшій роботі вимикають.

Для резисторів додатково слід вказати атрибут RVALUE = <номінал>. Він необхідний для діагностики помилок, пов'язаних з відсутністю резистора в ланцюгах для мікросхем з відкритим колектором.

Для дискретних компонентів доцільно створювати два УДО: для вертикального і горизонтального розташування на схемі.

Основним інструментом при автоматичній трасуванні ПП в пакеті PCAD є файл стратегії. Тому опишемо деякі його основні установки для пояснення нашого способу розведення.

Після вибору пункту Routing Parameters в основному меню програми Autorouter на екрані з'явиться меню, в якому можна встановлювати параметри.

Наведемо основні з них:

- Спочатку встановлюємо метричну систему вимірювання, тому що всі наші елементи малювалися в ній;

- Встановлюємо основну координатну сітку кроком 1,25 мм, що відповідає технологічним вимогам;

- Встановлюємо кількість шарів для трасування - чотири;

- Встановлюємо тип трасування - найбільш доцільним є тип Steiner, яка дозволяє виконувати Т-образні сполуки та інші сполуки, які мінімізують відстані між точками;

- Встановлюємо порядок трасування - за рекомендаціями авторів ставимо порядок Short - Long, тобто спочатку будуть трассіроваться короткі ланцюги, а потім - довгі. Це дає меншу кількість не розлучених ланцюгів;

- На початковому етапі зробимо відключення діагональної трасування, тому що вона може дати недотримання допустимих зазорів, однак після першого етапу трасування виявиться, що зазори дотримуються, то можна встановити Diagonal Routing і повторити трасування, що, можливо, дасть поліпшення;

- Проведемо включення режиму мінімізації кількості перехідних отворів, зробивши установку Via minimization;

- Встановимо режим згладжування кутів Perform Beveling. У цьому випадку буде проводитися заміна прямокутних вигинів провідників, де це можливо на вигини під кутом 45 °. Встановимо тут параметр During + After, тому що він найбільш ефективний;

- Встановимо параметр Jog Elimination який здійснює ліквідацію виступів друкованих провідників. Процедура полягає в тому, що: 1. Ліквідуються виступи, що залишаються після переміщення перехідних отворів; 2. Два або більше сегмента провідника замінюються по можливості одним сегментом.

На цьому закінчується встановлення основних параметрів трасування, і переходимо до установки додаткових параметрів.

Увійшовши в режим Detailed Routing Parameters, у нас є можливість зробити наступні установки:

- Встановимо тип перехідних отворів (Via Type) Through який дозволить створювати наскрізні перехідні отвори;

- Далі необхідно встановити параметр Via Sites який визначає розміщення перехідних отворів. Зробимо установку All Grid Points, що надасть можливість розташовувати перехідні отвори у всіх точках координатної сітки;

- Дозволимо розміщення перехідних отворів на всій платі, провівши установку в пункті Via Lattice Region параметра Entire Board;

- Встановимо розміри області пошуку шляху для траси в пункті Route Search Area Size. Слідуючи вказівкам авторів, встановимо в цьому пункті значення 3;

- Визначимо число основних проходів алгоритму "лабіринт" - Number of Maze Router Passes. У зв'язку з тим, що вже на третьому проході розмір області пошуку збільшено у 4 рази, то встановимо кількість проходів рівне 3;

- Зробимо відкриття усієї площі плати для трасування, на останньому проході встановивши параметр Full Board;

- Згідно з технологічними вимогами і, виходячи з коефіцієнта заповнення, встановимо мінімальну відстань трас від краю плати рівне 0,5;

- У наступному вікні встановимо лише параметр Even Distribution, який дозволить рівномірно розподіляти провідники на всіх парах шарів. За відсутності цієї установки, буде поставлено значно більше перехідних отворів, і провідники будуть розташовуватися нерівномірно.

Перейдемо до установки параметрів алгоритму Rip - Up. Цей параметр дозволяє керувати найбільш потужним засобом програми.

Зробимо установку наступних пунктів:

- Встановимо кількість проходів кожного алгоритму трасування. Пункт Normal чіпати не будемо, тому що там вже знаходиться значення встановлене раніше. У пункті Rip - Up встановимо кількість проходів рівне 10. У пункті Optimize встановимо кількість спроб переразвесті зв'язку рівне 10;

- Включимо режим ущільнення трас Trace Hugging, що дає нам ущільнення трас і економію простору на ПП;

- Відключимо режим Penalize Corners зменшує кількість вигинів провідника, тому що він вступає в протиріччя з попереднім режимом.

Решта установки залишимо без змін.

Зробимо визначення контактних майданчиків. Цим пунктом ми задамо иа форму контактних майданчиків.

Відповідно до розрахованими раніше параметрами майданчиків під контакти та перехідні отвори зробимо установки. Так само треба встановити відключення провідності у внутрішньому шарі і встановити розташування контактних майданчиків у вузлах координатної сітки.

Визначимо правила прокладання провідників.

У цьому пункті алгоритму скористаємося раніше розрахованими параметрами провідників і внесли їх у даний пункт.

Визначимо класи ланцюгів.

Цей розділ дозволяє задати певні ланцюга, які будуть розлучатися особливим способом.

Тут здійснюється введення параметрів ланцюгів харчування і землі. Встановимо для цих ланцюгів високий пріоритет.

Зробимо опис шарів.

У цьому пункті можна задати кількість трассируемого верств відмінних від загальної кількості шарів ПП, задати переважне напрямок трасування для кожного з трассируемого шарів.

Далі проведемо заповнення таблиці шарів, в якій кожному шару вкажемо напрямок розводки.

Перейдемо до конструктора контактних майданчиків. У даному пункті зробимо тільки установку імен файлів вхідний бази даних ПП, вхідний файл стратегії трасування і ім'я проекту. Від внесення змін можна відмовитися, натиснувши Exit.

Таким чином, ми провели конфігурування файлу стратегії. Оттрассіровав плату за даної стратегії, ми отримаємо плату відповідну нашим розрахунковими даними.

Після того, як ми розвели плату, необхідно оформити її як креслення відповідно до вимог [6]. Система PCAD не дозволяє повністю провести оформлювальну роботу, і тому скористаємося системою AutoCAD. Для того щоб AutoCAD зміг прочитати креслення шарів і друкованої плати перетворимо файли з розширенням ". Pcb" у файли формату ". Dxf". зробити це можна скориставшись функцією PCAD.

Після створення бази даних принципової електричної схеми доцільно за допомогою програми Electrical Rules Check (PC - Erc) виявити синтаксичні помилки, виправити їх, а потім приступити до моделювання або розробки ПП.

Вихідним файлом програми PC - Erc служить файл списку електричних зв'язків (. Nlt) або (. Xnl). Результати перевірки заносяться в текстовий файл з розширенням. Erc. Програма викликається в розділі Schematic Tools.

У меню, що необхідно встановити контроль всіх параметрів на наявність помилок.

У вихідному файлі наводиться список кількості помилок кожного виду і їх докладний опис:

Floating Pins - непідключених зв'язку. Це пов'язано з тим, що в компонентах задіяні не всі висновки;

Nets With One or No Connections - це пов'язано з тим, що при перевірці не враховувалися атрибути компонентів (PWGD);

Nets With No input / output Pins - ланцюга які не з'єднані з входами / виходами. Пов'язано з наявністю в схемі аналогових елементів;

Nets With No Pull - Up Resistor - ланцюга підключені до "відкритого колектору";

Components With All Input Pins Tied to Gather - компоненти у яких з'єднуються входи

Після проведення трасування ПП доцільно провести порівняння двох списків електричних зв'язків з метою виявлення в них розходжень за допомогою програми Netlist Comparison. Серед запропонованих способів перевірки, доцільніше вибрати порівняння списку зв'язків, один з яких вилучено з файлу. Sch, а інший - з файлу. Pcb [6].

Вихідний файл містить наступну інформацію:

Number of Gates (Parts) - загальна кількість компонентів у кожному списку;

Number of Nets - загальна кількість ланцюгів в кожному списку;

Number of Suspect Nets - загальна кількість ланцюгів кожного списку, які не узгоджуються з ланцюгами іншого списку;

Number of Spare (Parts) - загальна кількість компонентів які не з'єднуються ні з одним ланцюгом у кожному списку;

Number of Floating Nets - загальна кількість ланцюгів які не з'єднуються ні з одним компонентом в кожному списку.

Після цього наводиться повна інформація про порівнюваних списках.

Тепер здійснимо перевірку плати на відповідність її необхідному класу точності [6].

Утиліта Design Rules Check (PC - DRC) перевіряє розведену базу даних ПП і виявляє не розведені провідники, порушення технологічних вимог до проектування ПП.

Програма PC - DRC вводить в базу даних ПП нові шари $ CONT, $ DRC і $ ATT, на яких зазначаються помилки.

Після завантаження утиліти, для редагування технологічних обмежень, на панелі Rule Name вибирається ім'я правила перевірки зі списку. Для створення нового правила слід вибрати команду ADD, ввести ім'я правила і потім поставити мінімальні розміри і зазори для компонентів.

Після виконання утиліта створює файл з розширенням. Drc, в якому буде звіт по кожному з перевірених шарів. Плата підходить за технологічним вимогам, якщо в процесі перевірки не було знайдено жодної помилки.

3.6 Захист конструкції синтезатора від зовнішніх і внутрішніх дестабілізуючих факторів

Захист конструкції проектованого пристрою від зовнішнього середовища

У процесі експлуатації ЕВА під впливом зовнішнього середовища відбувається руйнування металів і сплавів. Це явище називається корозією. Воно полягає в окислюванні металу і перетворення його у відповідне хімічна сполука.

Для захисту металів конструкції від корозії, отримання необхідної декоративної обробки або додання поверхневому шару необхідних властивостей застосовуються різні види покриттів [12].

Покриття поділяються за призначенням на три групи:

• Захисні

• захисно-декоративні

• спеціальні

Захисні покриття призначаються для захисту основного матеріалу деталей від корозії та інших процесів, що викликають вихід апаратури з ладу.

Захисно-декоративні покриття використовуються для захисту від шкідливого впливу навколишнього середовища деталей, що вимагають гарної зовнішньої обробки.

Спеціальні покриття надають поверхні деталей особливі властивості або захищають основний матеріал деталей від впливу особливих середовищ.

У залежності від способу отримання покриття і матеріалу розрізняють металеві і неметалеві покриття.

До металевих відносяться наступні покриття: гальванічні, завдані гарячим способом, дифузійні та металеві на діелектриках.

До неметалічних належать покриття емалями, лаками, грунтовками. До них же можна віднести і протикорозійні покриття пластмасами.

Покриття вибираються в залежності від функціонального призначення деталей, матеріалу, способу виготовлення і умов подальшої експлуатації.

Спеціальні покриття володіють наступними властивостями: поліпшення светопоглащающей або відбивної здатності поверхні, поліпшення електропровідності, а також багатьма іншими.

Гальванічні покриття являють собою плівки, обложені на металі при виділенні з розчинів солей металів під дією електричного струму. Внаслідок цього, деталь покривається чистими металами і сплавами.

Хімічне покриття являє плівку певного хімічного складу, яка утворюється на поверхні металу в результаті дії на нього хімічних реагентів. Найбільшого поширення набули окисні і фосфатні плівки.

Лакофарбові покриття засновані на освіті плівки з органічної речовини і пігменту, що визначає колір покриття. Ці покриття, нанесені на поверхню металу у вигляді одного або декількох шарів емалі або лаку, після висихання утворюють захисно-декоративні безперервні плівки. Вибір лакофарбового покриття визначається умовами експлуатації, матеріалом виробу, що покривається, якістю та кольором його поверхні, необхідної точності покриття, допустимою температурою сушіння вироби.

Виходячи з вищевказаних вимог і різновиди покриття можна зробити висновок про те, що для нашого пристрою, в якості захисного покриття можна вибрати лакофарбове покриття лаком УР-231 ГОСТ 9754-76. Воно застосовується для деталей, що експлуатуються на відкритому повітрі помірного клімату, а також в промисловій атмосфері.

Проблема забезпечення електричною міцності ЕВА, особливо актуальна для елементів в інтегральному виконанні і друкованих плат, де зазори між струмоведучими доріжками малі і напруженість електричного поля може досягати великих значень при невеликих напругах. Крім того, пробивна напруга знижується при підвищенні температури діелектрика, при сорбції вологи пилом і полімерними матеріалами.

Явище освіти, під дією електричного поля провідного каналу в діелектрику, називається електричним пробоєм. У твердих діелектриків крім пробою за обсягом, можливий пробій по поверхні в навколишньому середовищі. напруга такого пробою залежить від природи навколишнього діелектрик Середовища, вмісту вологи, форми провідників, наявності забруднення на поверхні діелектрика і наявності речовин, здатних поглинати вологу (наприклад, різноманітні пилу). Для підвищення пробивної напруги плати покривають лаком, виключають гострі кути при трасуванні друкованих провідників, виробляють сушку плат перед нанесенням лаку, стежать за вмістом пилу і вологи в газовому середовищі технологічних приміщень, збільшують пробивний проміжок завдяки установці додаткових ребер (високовольтних ізоляторів).

Забезпечення електричної міцності тісно пов'язане з проблемою вологозахисту. На вибір способу вологозахисту великий вплив робить обсяг виробництва.

Розрахунок конструкції на віброзащіщенность

Для того щоб перевірити наскільки добре захищене проектоване пристрій від механічних впливів, необхідно провести розрахунок власної частоти вібрацій плати. У даному випадку плата є єдиною коливальної системою. Жорсткість плати залежить від матеріалу, форми, геометричних розмірів і способу закріплення.

Друкована плата має прямокутну форму наступних розмірів:

axbxh = 280 мм x 150 мм x 1.5 мм

При розрахунку власної частоти вібрації друкованої плати використовують такі припущення:

плата представляється у вигляді моделі розподіленими масами і пружними демпфуючими зв'язками;

ЕРЕ на платі розташовуються рівномірно на її поверхні;

плата з елементами приймається за тонку пластину, так як b / h <0,1, товщина плати приймається постійною, h = const;

матеріал плати однорідний, ідеально пружний, ізотропний;

виникають згинні деформації малі в порівнянні з товщиною плати;

при вигині плати нейтральний шар не піддається деформації розтягування (стиснення).

Для пластин з чотирма точками кріплення частота власних коливань плати, визначається за формулою:

, (6.2.1)

де a = 0,28 м. довжина плати;

b = 0,15 м. ширина плати;

циліндрична жорсткість плати, ;

;

розподілена за площею маса плати та елементів, .

Циліндрична жорсткість плати визначається за формулою:

(6.2.2)

де - Модуль пружності матеріалу плати;

- Товщина плати;

- Коефіцієнт Пуассона.

(6.2.3)

Розподілена за площею маса плати та елементів визначається з виразу:

, (6.2.4)

де - Питома щільність матеріалу плати;

- Маса елементів, встановлених на платі, .

, (6.2.5)

де - Маса i - го елемента, встановленого на платі, ;

n = 40 - кількість елементів, встановлених на платі.

Скориставшись довідковими даними отримаємо m _е = 104,2 '10 ^-3 кг. Отже,

Підставляючи знайдені величини в формулу (6.2.1), визначимо мінімальну частоту власних коливань плати. Вона буде мінімальною при , .

У результаті механічних впливів друкована плата схильна втомного руйнування, особливо при виникненні механічного резонансу.

Найчастіше втомні відмови проявляються у вигляді обриву провідників, руйнування паяних з'єднань, порушення контактів в роз'ємах.

Подібні руйнування можна запобігти, якщо забезпечити виконання умови:

(6.2.6)

де - Мінімальна частота власних коливань плати;

- Прискорення вільного падіння, g = 9,8 м / c ^2;

- Безрозмірна постійна, що обирається, в залежності від частоти власних коливань і які впливають прискорень.

- Максимальні вібраційні перевантаження, виражені в одиницях g.

Отже,

| Min 85Гц

Значить, проектована плата буде мати достатню втомну міцність при гармонічних вібраціях.

Визначимо ефективність віброзахисту за формулою:

, (6.2.7)

де - Верхня частота діапазону впливають частот, Гц;

- Резонансна коливань друкованої плати, Гц.

Підставивши значення, отримаємо:

.

Таким чином, можна сказати, що спроектована пристрій на 44% захищене від вібраційних.

3.7 Опис уточненого остаточного варіанту компонування та конструкції синтезатора

Компонування блоку - розміщення на площині і в просторі різних компонентів (радіодеталей, мікросхем, блоків, приладів) ЕВА - одна з найважливіших задач при конструюванні, тому дуже важливо виконати раціональну компоновку елементів на самих ранніх стадіях розробки ЕВА.

Основне завдання, яке вирішується при компонуванні ЕВА - це правильний вибір форм, основних геометричних розмірів, орієнтоване визначення ваги і розташування в просторі будь-яких елементів або виробів радіоелектронної апаратури. На практиці завдання компонування ЕВА найчастіше вирішується при використанні готових елементів із заданими формами, розмірами та вагою, які повинні бути розташовані в просторі або на площині з урахуванням електричних, магнітних, механічних, теплових та інших видів зв'язків.

Маючи принципову схему і компоновочне ескіз функціонального вузла, можна ще до розробки робочих креслень та виготовлення лабораторного макета оцінити можливий характер і величину паразитних зв'язків, розрахувати теплові режими вузла та його елементів, виконати розрахунок надійності з урахуванням не тільки режимів роботи схеми (електричні коефіцієнти перевантаження) , але і з урахуванням робочих температур елементів. Методи композиції елементів ЕВА можна розбити на дві групи: аналітичні та модельні. До перших відносяться чисельні (аналітичні) і номографіческіе, основою яких є уявлення геометричних параметрів та операцій з ними у вигляді чисел.

До других належать аплікаційні, модельні, графічні та натурні методи, основою яких є та чи інша фізична модель елемента, наприклад у вигляді геометрично подібного тіла або узагальненої геометричній моделі. Основою для всіх є розгляд загальних аналітичних залежностей. При аналітичної компонуванні ми оперуємо з чисельними значеннями різних компонувальних характеристик: геометричними розмірами елементів, їх обсягами, вагою, енергоспоживанням і т.п. Знаючи відповідні компонувальні характеристики елементів вироби і закони їх підсумовування, можна обчислити компонувальні характеристики всього виробу та його частин. Елементи, які містить розробляється друкований вузол, наведені в таблиці 3.9.

Таблиця 3.9 - Перелік елементів і їх площі і маси.

Загальна площа, займана компонентами з урахуванням припусків навколо кожного елемента, зумовлених шириною контактних майданчиків, дорівнює - 13400 мм ^2. З урахуванням коефіцієнта заповнення площа плати дорівнює: 26800 мм ^2. При проектуванні друкованого вузла одним з найбільш важливих критеріїв оптимізації є правильна компоновка, тобто максимальне використання площі друкованої плати при мінімально можливих її розмірах.

Виходячи з цього, вибираємо площу плати рівну 280х150мм.

4 РОЗРОБКА ПИТАНЬ ТЕХНОЛОГІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СИНТЕЗАТОР

Типова структура технологічного процесу виготовлення модуля включає наступні операції: вхідний контроль елементів і друкованих плат, підготовка до монтажу, установка комплектуючих елементів на плату, нанесення флюсу та його сушіння, пайка, очищення від залишків флюсу, контрольно - регулювальні роботи, технологічна тренування, маркування, герметизація і приймально-здавальні випробування. Зборка здійснюється згідно з ГОСТ 23887-79.

Вхідний контроль - це технологічний процес перевірки надходять на завод ЕРЕ, ІМС і ПП за параметрами, що визначає їх працездатність і надійність перед включенням цих елементів у виробництво. Вхідний контроль комплектуючих елементів може бути як 100% так і вибірковим.

Підготовка ЕРЕ та ІМС включає розпакування елементів, випрямлення, зачистку, формування, обрізання і лудіння висновків, розміщення елементів в технологічній тарі. Для проведення підготовчих операцій розроблено багато типів технологічного обладнання та оснащення. В умовах дрібносерійного виробництва підготовка здійснюється поопераційно з ручною подачею елементів.

Установка елементів на друковані плати залежно від характеру виробництва може виконуватися вручну, механізованим і автоматизованими способами.

Нанесення флюсу на плату може здійснюватися різними способами (пензлем, зануренням, потягуванням, розпиленням, обертовими щітками, пінне і хвилею). Нанесений шар флюсу перед паянням просушується при температурі 353 ... 375 К, а плата підігрівається.

Групова пайка елементів зі штирові висновками проводиться хвилею припою на автоматизованих установках модульного типу.

Процес групової пайки починаються з підготовки поверхні ПП, яка полягає в зачистці місць пайки і знежирюванні. Зачищення виконують еластичними колами з абразивним порошком або металевими щітками. Потім поверхню плати знежирюють в розчині спирту з бензином і обдувають повітрям. Захист ділянок плати не підлягають пайку, здійснюється маскою з паперової стрічки, просоченої кістковим клеєм. Маску приклеюють до плати так, щоб місця паяння не виходили за межі отворів у масці. Замість паперової маски можна застосовувати шар фарби, що наноситься через сітчастий трафарет. Фарба повинна протистояти безпосередньому впливу розплавленого припою, температура якого доходить до 260 ° С.

Наступним етапом є нанесення флюсу та підігрів плати, який видаляє вологу і зменшує термічний удар в момент занурення плати в розплавлений припой.

Пайка хвилею являє собою процес, при якому нагрів спаюється матеріалів, вміщених над ванною, і подача припою до місця з'єднання здійснюється стоячій хвилею припою возбуждаемой у ванні. При пайку хвилею припою усувається можливість швидкого окислення припою і температурних деформацій плати.

Заключною операцією групової пайки є видалення маски. Для цього ПП занурюють на 0.8 ... 0.9 її товщини у ванну з гарячою водою (t = 40 ° С) і витримують до тих пір, поки вона не відклеїться (2 ... 3 хв). Потім плату обдувають гарячим повітрям до повного висихання.

Видалення залишків водорозчинних флюсів здійснюється шляхом промивання плат в проточній гарячій воді з використанням м'яких щіток або кистей. Сліди каніфольний флюсів видаляють промиванням протягом 0.5 ... 1 хв, в таких розчинниках, як спирт, суміш бензину і спирту (1:1), трихлоретилен та ін

Вихідний контроль можна умовно розділити на три послідовні етапи:

перший:

візуальний контроль правильності складання і якості паяних з'єднань;

другий:

контроль правильності монтажу і пошук несправностей;

третій:

функціональний контроль.

Орієнтовний технологічний процес складання модуля наведений у таб. 4.1.

Таблиця 4.1. - T ехнологіческій процес складання модуля

4.1 Розробка технологічної схеми складання

Так як в ТЗ задано розробити технологічну схему зборки, то буде правильним приділити їй увагу і в записці.

Технологічним процесом складання називають сукупність операцій, в результаті яких деталі з'єднуються в складальні одиниці, блоки, стійки, системи та вироби. Найпростішим складально-монтажних елементом є деталь, яка згідно з ГОСТ 2101-68 характеризується відсутністю роз'ємних та нероз'ємних з'єднань.

Проектування технологічних процесів здійснюється для виробів конструкція яких відпрацьована на технологічність, і включає в загальному випадку комплекс взаємопов'язаних робіт:

- Розробка технологічної схеми спільної збірки;

- Розробка технологічної схеми складання блоків і складальних одиниць;

- Аналіз типових технологічних процесів та визначення послідовності і змісту технологічних операцій (маршрут збірки);

- Вибір технологічного обладнання та оптимального варіанту технологічного процесу за собівартістю або продуктивності;

- Вибір або замовлення засобів технологічного оснащення;

- Призначення та розрахунок режимів збірки;

- Нормування операцій технологічного процесу;

- Визначення професій і кваліфікації виконавців;

- Вибір засобів автоматизації та механізації операцій технологічного процесу і внутрішньоцехових засобів транспортування;

- Організація виробничих ділянок, складання планувань;

- Оформлення робочої документації на технологічні процеси.

Технологічна схема складання виробу є одним з основних документів, що складаються при розробці технологічного процесу складання. Розчленування вироби на складальні елементи проводять відповідно до схеми складального складу, при розробці якої керуються такими принципами:

- Схема складається незалежно від програми випуску вироби на основі складальних креслень, електричної та кінематичної схем вироби;

- Складальні одиниці утворюються за умови незалежності їх складання, транспортування та контролю;

- Мінімальне число деталей, необхідне для утворення складальної одиниці першого ступеня зборки, має дорівнювати двом;

- Мінімальне число деталей, що приєднуються до складальної одиниці даної групи для утворення складального елемента наступного ступеня, має дорівнювати одиниці;

- Схема складального складу будується за умови освіту найбільшого числа складальних одиниць;

- Схема повинна мати властивість безперервності, тобто кожна наступна ступінь збірки не може бути здійснена без попередньої.

Розрізняють дві основних технологічних схеми збирання: віялового типу і з базовою деталлю. Перша з них показує щаблі збірки і з яких деталей вони утворюються. Перевагою такої схеми є її простота і наочність, але вона не відображає послідовності складання.

Більш наочною і відбиває послідовності процесу складання є схема з базовою деталлю. В якості базової деталі вибираються плати, панелі, шасі або інші деталі, з яких починається складання. Напрямок руху деталей і вузлів на схемах показується стрілками.

При побудові технологічної схеми складання кожну деталь зображують прямокутником, в якому необхідно вказувати номер деталі, її найменування, а так само їх кількість, необхідну для складання.

Допускається зображення кріпильних деталей кружечками, в яких вказується позиція з складального креслення. Складальні одиниці зображуються у вигляді прямокутників з вказівками щаблі збірки і номери вузла.

На технологічних схемах збірки наносяться вказівки щодо виконання складальних операцій. Технологічні вказівки необхідно поміщати в прямокутник, обмежений штриховою лінією, а місце його виконання вказується похилій стрілкою.

Базовою деталлю є плата. Для визначення кількості встановлюваних ЕРЕ та ІМС на плату в ході виконання складальних операцій необхідний попередній розрахунок ритму збирання:

, Хв / шт., (4.9)

де - Дійсний фонд часу за плановий період.

- Програма випуску.

Для розроблювального пристрою плановий період - один місяць. Тоді ритм зборки буде дорівнює:

, Хв / шт.

З урахуванням того, що виробництво цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів не є потоковим і ритм збірки дорівнює 122 хв., Раціональної кордоном диференціації за операціями визначаються наступними умовами:

- Однорідністю виконуваних робіт;

- Отриманням готової системи поверхонь або складального елемента;

- Раціональним застосуванням обладнання, що використовується у виробництві;

- Пріоритетом складання малогабаритних деталей і пасивних електрорадіоелементів над активними;

З урахуванням перерахованих вище вимог складаємо технологічну схему зборки. Технологічна схема складання цифрового синтезатора частотно - модульованих сигналів наведена на кресленні.

5 ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ

У даному дипломному проекті спроектовано цифровий синтезатор частотно - модульованих сигналів, який призначений для роботи в якості збудника передавача і гетеродина приймача в складі л.ч.м. - Іонозонда.

Передбачуваний обсяг випуску нової продукції встановлюється на основі замовлень споживачів, виявленого в процесі вивчення, ринку попиту, з урахуванням можливостей і термінів розгортання виробництва, матеріально-технічного забезпечення ресурсами всіх видів (обладнання, кадри, матеріали). Випуск виробу може носити дрібносерійний характер. Виходячи з цього, припускаємо фізичний обсяг випуску 500 штук на рік. При ефективному функціонуванні підприємства можливе виробництво об'єкта протягом декількох років. В якості розрахункового періоду виберемо термін 3 роки [10].

5.1 Визначення собівартості товару та ринкової ціни проектованого вироби

Одним з найважливіших показників, що характеризують виріб як об'єкт виробництва, є його собівартість. Вона включає суму витрат на виробництво і реалізацію продукції.

За способом віднесення витрат на собівартість продукції вони групуються на прямі і непрямі. Прямі - це витрати, безпосередньо пов'язані з виготовленням певної продукції і відносяться на її окремі види. До прямих статей відносяться такі витрати як: сировина і основні матеріали (за вирахуванням відходів); комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати; основна заробітна плата виробничих працівників [10].

За способом віднесення витрат на собівартість продукції вони групуються на прямі і непрямі. Прямі - це витрати, безпосередньо пов'язані з виготовленням певної продукції і відносяться на її окремі види. До прямих статей відносяться такі витрати як: сировина і основні матеріали (за вирахуванням відходів); комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати; основна заробітна плата виробничих працівників.

Непрямі - це витрати які не можуть бути прямо віднесені на собівартість продукції і розраховуються за нормативами, встановленими у відсотках або до основної заробітної плати виробничих працівників, або до виробничої собівартості продукції [11].

Розрахунок собівартості одиниці проектованої техніки (С) проводиться за всіма статтями витрат у відповідності з "Основними положеннями з планування, обліку, калькулювання собівартості на промислових підприємствах".

Розрахунок будемо виконувати за статтями витрат. Для цього необхідно визначити витрати на матеріали, які використовуються при виготовленні модуля живлення. Витрати на матеріали, використовувані при виготовленні модуля, розраховуються за такою формулою:

, Руб, (5.1)

де - Кілограм i-го матеріалу;

- Коефіцієнт, норма витрат матеріалу на один виріб;

- Ціна за одиницю, з урахуванням транспортно-заготівельних витрат.

Розрахунок витрат на матеріали, використовувані при виготовленні електронного блоку ваг, наведено в таблиці - 5.1.

Таблиця 5.1 - Витрати на основні і допоміжні матеріали.

Величину витрат за статтею "Сировина і основні матеріали" можна розрахувати за формулою:

, Руб, (5.2)

де: - Кількість i-их напівфабрикатів і комплектуючих виробів, необхідних для складання одиниці продукції, що виготовляється;

- Оптова ціна i-го напівфабрикату, комплектуючого виробу.

- Коефіцієнт, що враховує транспортно-заготівельні витрати.

Результати розрахунку витрат на комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати наведені в таблиці - 5.2.

Таблиця 5.2 - Розрахунок витрат на комплектуючі вироби і покупні напівфабрикати.