3.2. Структурные схемы
Структурные схемы (ГОСТ 2.702-75) разрабатывают при проектировании ЭУ на стадии ТЗ и синтеза структуры устройства. Она при синтезе концентрирует в себе все наиболее важное и существенное о составе, структуре и функциях ЭУ. На структурной схеме изображают обычно в виде прямоугольников все основные функциональные части ЭУ и основные взаимосвязи между ними. В прямоугольник, если он не обозначает стандартное устройство с общепринятым обозначением по ГОСТ (генератор - G), вписывают наименование данной структурной части или ее аббревиатуру с последующей расшифровкой в подрисуночной надписи.
Допускается помещать на схеме поясняющие подписи, диаграммы или таблицы, определяющие процессы во времени, указывать параметры в характерных точках (токи, напряжения, математические зависимости и т.п.).
Структурная схема является первой моделью ЭУ. С ее помощью можно быстро получить представление о принципе работы устройства. Она абстрагирована от элементной базы, источников питания, конструкции и т.д. Структурные схемы могут иметь иерархию. Например одному квадрату структурной схемы укрупненной может соответствовать своя структурная схема.
В курсовом проекте, как правило, разрабатывается структурная схема низшего уровня, состоящая из простейших функциональных элементов. Пояснительная записка должна содержать описание структурной схемы с указанием ее достоинств и недостатков. Здесь же должны быть приведены основные математические зависимости, лежащие в основе функционирования данной структурной схемы.
3.3. Выбор элементной базы
После разработки структурной схемы появляется возможность выбора элементной базы ЭУ. При этом необходимо учитывать условия эксплуатации, доступность требуемых напряжений для питания, наличие в производстве выбранных радиоэлементов.
Аргументация типа "...выбираем транзисторы типа П215, так как КТ817 редко бывают в продаже" свидетельствуют о низком, радиолюбительском уровне проекта и не может рассматриваться всерьез. Нельзя также закладывать в проект элементы, снятые с производства.
Если какая-то часть или все ЭУ может быть реализовано на интегральных микросхемах (ИМС), то предпочтение нужно отдать именно им, ввиду их значительных преимуществ. Однако такой выбор может быть невозможен, например, из-за высоких питающих напряжений, токов, требуемой большой мощности на нагрузке и т.п. В этом случае устройство может содержать как ИМС, так и дискретные элементы или же полностью быть построенным на дискретных элементах, в том числе и на радиолампах. Иногда устройство не может быть реализовано на ИМС, поскольку ИМС данного функционального назначения не производятся.
В любом случае выбор элементной базы должен быть аргументирован и, при необходимости, подкреплен расчетами.
3.4. Синтез принципиальной схемы эу
После выбора элементной базы наступает самый важный и самый творческий этап проектирования - синтез схемы электрической принципиальной.
Принципиальная схема синтезируется по структурной схеме, на основе анализа ТЗ, а также требований, пред являемых разработчиком к каждому функциональному элементу, с учетом реальных возможностей выбранной элементной базы (например, по точности, быстродействию и т.д.).
Каждый прямоугольник структурной схемы может быть реализован как набором уже известных электронных устройств (интеграторы, ограничители, триггеры и т.п.), так и с помощью оригинальной схемы, реализующей функции даже нескольких прямоугольников структурной схемы. Поэтому на данном этапе проектирования возникает задача оптимизации принципиальной схемы, которая и является наиболее творческой. Часто разработка принципиальной схемы функционального элемента заключается в выборе одной из известных схем, наиболее полно удовлетворяющей совокупности технико-экономических требований при максимальной ее простоте и надежности. Принципиальная схема служит основанием для разработки других конструкторских документов, например, схем соединений и чертежей. Пользуются ими для изучения физических принципов работы ЭУ, а также при наладке, контроле и ремонте. Поэтому в пояснительной записке должно содержаться подробное описание принципиальной схемы в статике(если такой режим возможен) и в динамике с указанием назначения всех элементов, включенных в принципиальную схему.
Элементы настройки, регулировки, управления,
контроля и защиты.
В схемах многих ЭУ предусматривают элементы ( резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности), значение параметров которых могут быть изменены в процессе производства, эксплуатации или ремонта РЭА с целью установки необходимого значения одного или нескольких выходных параметров ЭУ или его отдельных функциональных частей. Такие элементы называют элементами настройки, если их параметры изменяют во время производства или ремонта, или регулировки, если их параметры изменяют во время эксплуатации.
Действительно, при производстве ЭУ используют элементы, имеющие разброс параметров от 0,1% до 25% и даже 50%. А для транзисторов коэффициент усиления может отличаться в 10 раз. Поскольку при сборке подбор элементов невозможен, реальные выходные параметры могут сильно отличаться от расчетных. Кроме того, параметры ЭУ могут изменяться и во время эксплуатации, например, из-за изменения температуры или старения элементов.
Поэтому при проектировании ЭУ необходимо предусмотреть возможность настройки и регулировки аппаратуры с минимальными затратами. При включении в принципиальную схему таких элементов следует учесть следующие требования;
число регулировок в ЭУ должно быть минимальным;
2) регулировка одного параметра, по возможности, не должна вызывать изменения других параметров ЭУ; 3) ни при каких возможных значениях номиналов подстроечных элементов ЭУ или его части не должны выходить из строя.
Если, например, изготовить трехкаскадный усилитель постоянного тока (УПТ) на транзисторах, то без настройки практически невозможно получить в статическом режиме U = 0. 0вых
Установить U = 0 можно переменным сопротивлением, установив 0вых его, например, в цепь эмиттера, в нижнее или верхнее плечо базового делителя первого каскада. Но изменение R влечет за э
собой изменение выходного сопротивления каскада, а значит и полосы пропускания. Если же переменное сопротивление поставить (без ограничительного сопротивления) в верхнее плечо базового делителя, то при одном из крайних положений потенциометра, базовый ток транзистора превысит максимально допустимый, и переход база-эмиттер выйдет из строя. Таким образом, регулировочным элементом УПТ может быть только потенциометр в нижнем плече базового делителя первого каскада. Следует отметить, что элементы настройки могут быть подстроечными, подборными (обозначаются звездочкой) и со скачкообразным изменением параметра (с помощью переключателей). К элементам управления, кроме элементов регулирования выходных параметров относят тумблеры, кнопки, многопозиционные переключатели и т.п., служащие для подключения ЭУ к источникам питания, для изменения выполняемой функции или режима работы, включения резерва и т.д. К элементам контроля относят стрелочные измерительные приборы, световые табло, индикаторы, сигнальные лампы, разъемы для подключения контрольно-измерительной аппаратуры, точки для контроля режима. Число и вид контролируемых параметров (статических и динамических) зависит от сложности ЭУ и его функционального назначения. Данные о контролируемых параметрах сводят в таблицу, где указывают номер контрольной точки, значения токов и напряжений в статике, форму и амплитуду сигнала. Пример смотри в приложении. По завершении работ по внесению изменений и дополнений к первоначальной принципиальной схеме, выполняют окончательный вариант схемы электрической принципиальной. Выполнение схемы и обозначение электрорадиоэлементов (ЭРЕ). На принципиальной схеме изображают все ЭРЕ и другие устройства, необходимые для осуществления и контроля в ЭУ заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также соединители, зажимы и т.п., которыми заканчиваются входные и выходные цепи в соответствии с ГОСТ 2.702-75. Элементы на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД. Все элементы должны иметь позиционное обозначение по ГОСТ 2.710-81, указывающее вид элемента, его номер и функцию. Вид элемента задается буквенным кодом в соответствии с табл.1. Номер элемента задается цифрой, которая подставляется по правилу; номер элемента возрастает при движении взгляда сверху вниз, затем вправо и снова сверху вниз и т.д. Иногда в проектах используют двухбуквенное обозначение типа элемента - VТ1, VD2, но чаще применяют однобуквенный код - R2, C1, V7 и т.п.
Таблица 1
первая
Группа видов элементов
буква
кода
А Устройства (обычно усилители)
В Преобразователи неэлектрических величин в электрические
и наоборот (кроме генераторов электрического тока)
С Конденсаторы
D Схемы интегральные, микросборки
F Предохранители, разрядники, устройства защитные
G Генераторы, источники питания, кварцевые осцилляторы
H Устройства индикации и сигнальные
K Реле, контакторы, пускатели
Z Дроссели, катушки индуктивности
P Измерительные приборы, счетчики, часы
Q Выключатели, разъединители в силовых цепях
R Резисторы, потенциометры
S Устройства коммутационные в слаботочных цепях
Т Трансформаторы