2 Конструкторская часть

2.1 Принцип работы изделия

Для устранения возможного влияния S- метра на каскады радиостанции

на его входе установлен истоковый повторитель на полевом транзисторе

VT1. На полевом транзисторе VT2 собран вольтметр постоянного тока с

измерительной головкой РА1. При увеличении уровня входного сигнала ПЧ постоянное напряжение на выводе 14 микросхемы будет уменьшаться и стрелка прибора будет отклоняться. Для разширения диапазона

индицируемого напряжения служат диод VD1 и резистор R11.

В устройстве были поочерёдно испробованы два экземпляра микросхемы.

При этом нижняя граница индицируемого напряжения лежала в пределах

30…70 мкВ, а верхняя – 50…150мВ (диапазон измерений – 60…65 дБ).

Указанные уровни соответствуют диапазону изменения входного напряжения

микросхемы К174УР3, на которой построен ЧМ детектор радиостанции

«Маяк». Поэтому и включать такой S- метр в данном случае удобнее параллельно

входу этой микросхемы. На схеме радиостанции эта точка обозначена «КТ3».

Светодиод HL1 обеспечивает индикацию максимального уровня

принимаемого сигнала. Он начинает светиться при уровне входного сигнала

250…400мВ, т. е. на 10…15 дБ выше предельного значения, индицируемого стрелочным прибором.

Питать устройство надо от стабилизированного источника питания, так как от этого зависит стабильность калибровки. Потребляемый ток – около 45 мА.

Подключать S-метр к радиостанции следует после фильтра основной селекции или каскадам после него. Резистор R1 размещают на плате радиостанции и соединяют с платой S-метра (конденсатором С1) экранированным проводом минимальной длины.

Налаживание прибора начинают с установки «нуля» резистором R12 при отсутствии входного сигнала. Резистором R10 задают крутизну характеристики S- метра в левой половине шкалы прибора, а R11- в правой. Подбором резистора R1 устанавливают минимальную границу диапазона индицируемого напряжения. Если при увеличении входного сигнала от минимального будет наблюдаться небольшой скачок тока через микроамперметр РА1 (10…15 мкА), то надо подобрать резистор R7. После

этого настройку следует повторить.

2.2 Выбор способа монтажа и установки эрэ

Установку элементов необходимо выполнять по стандартам, таким образом обеспечивая автоматизацию формовки выводов элементов, установки элементов и пайки.

Установка элементов по стандартам максимально обеспечивает технологичность конструкции узла., позволяет уменьшить материальные затраты и время.

Стандарт предлагает несколько вариантов установки элементов, которые должны соответствовать следующим критериям :

-условия эксплуатации

-тип платы

-автоматизация установки элементов

-обеспечение естественной конвекции

Исходя из состава электро - радиоэлементов и наличия микросхем, шаг

выводов которых равен 2,5 мм, выбираю шаг координатной сетки 2,5 мм.

Рисунок 1. Вариант установки конденсатора КМ – 5а

	L	H	R	l	D
С1	5	4,5	1	10	0,6
С2	11	10,5	1	15	0,7
С3	7	6,5	1	11,2	0,6
С4	7	6,5	1	11,2	0,6
С5	7	6,5	1	11,2	0,6

Таблица 1 – Установочные размеры конденсаторов КМ - 5а

Рисунок 2. Вариант установки конденсатора К50-16

Рисунок 3. Вариант установки резисторов С2-23

Рисунок 4. Вариант установки транзистора КТ 315

Рисунок 5. Вариант установки Диода Д9

Рисунок 6. Вариант установки подстроечного резистора СП3-19б

Рисунок 7. Вариант установки микросхемы К174УР5

2.3 Компоновочный расчёт печатного узла

Компоновочный расчет производится с целью получения полных сведений о печатной плате, которые состоят из выбора и характеристики типа печатной платы, выбора группы жёсткости, определения класса точности и размеров, если они не заданы.

В соответствии с техническим заданием тип платы задан – односторонняя. Этот тип плат имеет следующие характеристики:

- возможность обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка

- отсутствие металлизированных отверстий

- установка ЭРЭ на сторону, противоположную стороне пайки

- отсутствие изоляционного покрытия

- возможность автоматизации установки элементов и пайки

- относительно низкая стоимость

Группа жёсткости платы определяет работоспособность её в условиях климатических воздействующих факторов (температура, влажность, давление). Определяется группа жесткости в соответствии с таблицей 5 по ГОСТ 23752-79. Выбираю 2 группу жесткости, которая характеризуется следующими воздействующими факторами

- интервал температур окружающего воздуха -40 ⁰С …+85 ⁰С

- относительная влажность 98%

-атмосферное давление 53600 Па (400 мм.рт.ст)

Класс точности платы зависит от плотности монтажа, который определяется коэффициентом заполнения

Коэффициент заполнения показывает, какую площадь занимают на плате ЭРЭ.

∑Siустан

Кз = ^{_________________} , (1)

Sпп.

где Siустан – установочная площадь элемента

Sпп – площадь печатной платы

Площадь занимаемая всеми элементами определяется по формуле

S iуст = S i * N i (2)

где S i – площадь, занимаемая одним элементом, мм ²

N i – количество элементов

Определяю установочную площадь ЭРЭ:

Резисторы С2-23

S_Уст1= 12,5мм*3мм* 10 = 375 мм ²

Резистор подстроечный СП3-19б

S_Уст2= 6,5мм*7,5мм = 48,75 мм ²

Конденсаторы КМ-5а С1

S_Уст3 =10мм*3,3мм = 33 мм ²

Конденсатор КМ-5а С2

S_Уст4 =15 мм*3мм = 45 мм ²

Конденсаторы КМ-5а С3…С5

S_Уст5 =11,2мм*3мм*3 = 100,8 мм ²

Конденсатор КМ-6 С6

S_Уст6=14мм*6мм = 84 мм ²

Конденсатор К50-16

S_Уст7 =3,14*33,06мм = 103,8 мм ²

Диод Д9 VD1

S_Уст8 = 17,5мм*3мм = 52,5 мм ²

Транзистор КТ315

S_Уст9= 7,2мм*3мм = 21,6 мм ²

Микросхема К174УР5 DA1

S_Уст10 = 7,5мм*19,5мм = 146,25мм ²

Определяю установочную площадь всех элементов

∑S_{i уст} = S_уст1 +S_уст2 +S_уст3 +S_уст4 +S_уст5 +S_уст6 +S_уст7 +S_уст8 +S_уст9 +S_уст10 (3)

∑S_{i уст} = ( 375+48,75+33+45+100,8+84+103,8+52,5+21,6+146,25 )мм ² =1010,7 мм ²

Определяю площадь печатной платы

S_пп = a*b, (4)

где а – высота печатной платы, мм

b – ширина печатной платы, мм

S_пп = 60мм*60мм = 3600мм ²

Определяю коэффициент заполнения

1010,7

Кз = ^{_____________} = 0,28

3600

По составу элементной базы печатные платы классифицируют

-1 и 2 класса точности – используются для печатных плат с малой и средней насыщенностью поверхности платы.

-3 класса точности – используются для печатных плат с дискретными ЭРЭ, а также микросхемами со штыревыми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверхности платы.

-4 и 5 класса точности – используются для плат с микросхемами и микросборками, со штыревыми, планарными выводами, а также безвыводные при очень высокой насыщенности платы.

Исходя из состава элементной базы и полученного коэффициента заполнения печатной платы, выбираю 3 класс точности, так как коэффициент заполнения небольшой и в состав разрабатываемого изделия входят микросхема.

2.4 Расчет надежности изделия

Надежность радиоэлектронной аппаратуры является одним из главных технических требований, а, следовательно, надежность является показателем качества изделия.

Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции в течение определенного времени в заданных условиях эксплуатации при сохранении параметров, указанных в техническом задании.

Надежность характеризуется качественными и количественными показателями. Качественные показатели не определяются расчетом, а дают только словесную характеристику надежности. К ним относятся:

- безотказность

- ремонтопригодность

- долговечность

- сохранность

Количественные показатели надежности определяются числом и требуют расчета. К ним относятся:

- интенсивность отказов

- вероятность безотказной работы

- средняя наработка до отказа

- количество запасных элементов

- срок службы

- технический ресурс

- срок гарантии

Цель расчёта – дать оценку надёжности изделия, и подсчитать срок его службы.

2.4.1 Порядок расчета

1)Составляю расчетную таблицу

Таблица 2 – Расчетная таблица

Наименование и тип ЭРЭ	Кол. ЭРЭ Ni,	Коэффициент электрической нагрузки, Кн	Поправочный коэффициент αi	Интенсивность отказов λi · 10-6 ( )	Ni ·αi ·λi ·10-6( )	Кол. запасных элементов, Niзап
1 Резистор C2-23	13	0,6	0,7	0,4	3,64	0
2 Конденсатор КМ-5а	5	0,7	1,2	0,15	0,9	0

Наименование и тип ЭРЭ	Кол. ЭРЭ Ni,	Коэффициент электрической нагрузки, Кн	Поправочный коэффициент αi	Интенсивность отказов λi · 10-6 ( )	Ni ·αi ·λi ·10-6( )	Кол. запасных элементов, Niзап
3 Конденсатор КМ-6 (неполяр)	1	0,7	0,6	0,15	0,09	0
4 Конденсатор К50-16 (полярный)	1	0,7	2,5	0,3	0,75	0
5 Диод Д9	1	0,5	2,5	0,1	0,25	0
6 Транзистор КТ 315	1	0,5	0,6	0,45	0,27	0
7 Микросхема К174УР5	1	0,5	1	0,44	0,44	0
8 Пайки	71	-	1	0,01	0,71	0

2.4.2 Определяю общую интенсивность отказов без учёта условий эксплуатации по формуле:

Λ₀=Σ N_i ·α_i ·λ_i·10^-6(1/ч), (5)

Λ₀ = 3,64 + 0,9 + 0,09 + 0,75 + 0,25 + 0,27 + 0,44 + 0,71 *10^-6(1/ч) =

= 7,05 *10^-6(1/ч)

2.4.3 Определяю коэффициенты, учитывающие влияние условий эксплуатации

К₁=1,04 – коэффициент, учитывающий влияние вибрации

К₂=1,03 – коэффициент, учитывающий влияние ударов

К₃=2,5 – коэффициент, учитывающий влияние влажности

К₄=1 – коэффициент, учитывающий влияние пониженного давления на

высоте

К₅=1,14 – коэффициент, учитывающий влияние атмосферного давления

2.4.4 Определение общей интенсивности отказов с учётом условий эксплуатации производится по формуле

Λ=Λ₀·K₁·K₂·K₃·K₄·K₅ (6)

Λ=7,05 *10^-6 *1,04 *1,03 *2,5 *1 *1,14 (1/ч)

2.4.5 Определение вероятности безотказной работы устройства для интервалов времени 10,100,1000,10000 часов.

P(t)=e^{- Λ·t}, (7)

где t – время работы

Р(10)= e ^-0,000215 =1

Р(100)= е ^-0,00215 =1

Р(1000)= е ^-0,0215 =0,98

Р(10000)= е ^-0,215 =0,8

2.4.6 Построение графика P(t) и рассчёт ожидаемлй надёжности

Рисунок 7 – Зависимость вероятности безотказной работы от времени

По рисунку делаю вывод, что надежность будет высокой, так как время безотказной работы больше 10000 часов.

2..4.7 Определение средней наработки до отказа

T₀=1/Λ (ч) (8)

Т₀ = 1/ 21,5* 10^-6 =46511(ч)

2.4.8 Определение количества запасных элементов – состав ЗИП по формуле

N_iзап= N_i *α_i *λ_i *10^-6 *K₁ *K₂ *K₃ *K₄ *K₅ *t (9)

N_С2-23 =3,64*10^-6 (1/ч)*1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_КМ-5а =0,9*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_КМ-6 =0,09*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_К50-16 =0,75*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_Д9 =0,25*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_КТ315 =0,27*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_К174УР5 =0,44*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

N_пайки=0,71*10^-6(1/ч)**1,04*1,03*2,5*1*1,14*10000 ≈0

2.4.9 Определение технического ресурса – это время безотказной работы с учетом профилактики и ремонта

T_техн=T₀ (n_р+1), (10)

где n_р – число ремонтов, которое задаётся по составу ЗИП

разработчиком

T_техн46511 *(0+1)=46511 (ч)

2.4.10 Определение срока службы – это время безотказной работы с учетом не только ремонта, но и интенсивности эксплуатации.

(год), (11)

где n_с – суточная загрузка устройства (ч/сутки)

n_г – годовая загрузка устройства (сутки/год)

Исходя из области применения устройства, я выбираю его суточную и годовую загрузку. Это устройство будет использоваться 24 часов в сутки. Годовая загрузка равна 365 суток.

46511

Т_сл = =5,3 (год)

24 * 365

2.4.11 Определение срока гарантии - это минимальный срок безотказной работы устройства, гарантируемый изготовителем или торгующей организацией

Т_гар=Т_сл/5 (год) (12)

Т_гар= 5,3/5 = 1,06 (год)

Анализ результатов расчета

Надёжность изделия «УКВ радиостанции» высокая(46511ч). В техническом задании надёжность установлена 13000 часов, следовательно, требование по надёжности выполнено. Причинами высокой надёжности является небольшое количество необходимых элементов, которые имеют низкую интенсивность отказов и низкий поправочный коэффициент, то есть, исключено воздействие на элементную базу моего курсового проекта пониженной или повышенной температур.

При такой высокой надёжности изделие не требует запасных элементов.