 |
Описание электрической принципиальной схемы
|
|
|
|
Введение
Данный курсовой проект включает в себя задачу разработки конструкции, указанной в задании, а так же разработку соответствующей конструкторской документации.
В ходе выполнения курсовой работы будет выполнен конструкторский анализ технического задания, выбор оптимальной элементной базы, разработка функциональной ячейки и блока конструкции. Для сконструированного прибора будет выбрана необходимая система охлаждения, выполнена оценка вибропрочности и интенсивности отказов. В завершении работы будут представлены сборочный чертеж и чертеж принципиальной схемы, разработанной конструкции.
Все принимаемые решения в ходе проектирования будут основываться на идее минимизации разрабатываемой конструкции, ее удешевления, а так же повышения надежности.
Техническое задание
Наименование и область применения
Предварительный усилитель сигнала датчика предназначен для первичной обработки сигналов различных быстродействующих датчиков ИК диапазона, но может быть успешно использован и для работы с другими источниками широкополосных сигналов, имеющими выходное сопротивление 20…200 Ом. От подобных по назначению устройств этот усилитель выгодно отличается сочетанием малых собственных шумов, высокой температурной стабильностью параметров и широкой полосой пропускания.
Область применения: жилые отапливаемые помещения.
Шифр: Блок УНС-Э
Обозначение: МАИ.467111.001
Основа для разработки
Задание на курсовую работу выданное кафедрой 404.
Дата утверждения: 18.05.2012 г.
Цель и задача разработки
Цель: Создание модели предварительного усилителя сигнала датчика.
Задача: разработка конструкции, отвечающей требованиям технологичности и экономичности при малых материалоемкости и потребляемой мощности для серийного производства.
|
|
|
Построение устройства для предварительного усиления сигнала датчика.
Источники разработки
Журнал «Радио» №2 2011 год, статья «Предварительный усилитель сигнала датчика».
Прототип - семейство предварительных усилителей. Изменения: малые собственные шумы, высокая температурная стабильность параметров, широкая полоса пропускания.
Технические требования
Состав изделия: Предварительный усилитель сигнала датчика состоит из блока содержащего печатную плату, конденсаторов, резисторов, диодов, транзисторов, транзисторных сборок.
Габаритные размеры блока не должны превышать 403020 мм (длина - ширина - высота).
Масса блока должна быть не более 0,045 кг.
Показатели назначения
Напряжение питания 5±0,25 В.
Ток, потребляемый предварительным усилителем сигнала датчика, не должен превышать 6,0 мА. Потребляемая от источника питания мощность 4.5 Вт.
Требования к надежности
Средняя нормированная наработка на отказ предварительного усилителя сигнала датчика должны быть не менее 10000ч.
Вероятность безотказной работы не менее 0,97 за 24 часа непрерывной работы.
Вероятность безотказной работы не менее 0,95 за 10000 часов непрерывной работы.
Требования к уровню унификации и стандартизации
В конструкции должны быть использованы стандартные, унифицированные и заимствованные сборочные единицы и детали.
Требования к безопасности
По электробезопасности блок должен соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.025-76.
Специальных требований не предъявляется.
Эстетические и эргономические требования
Внешний вид автомата должен удовлетворять требованиям современной эстетики
Условия эксплуатации
Предварительный усилитель сигнала датчика должен сохранять работоспособность при: температура от 0 ºС до +40 ºС;
|
|
|
Атмосферное давление: от 106,0-135,0 кПа (600…811 мм.рт.ст.);
Относительная влажность: 75-98%;
Дополнительные требования
Изделие выполнено по возможности с использованием отечественной элементной базы с применением технологи монтажа на поверхности (SMD)
Требования к транспортировке и хранению
Предварительный усилитель должен допускать транспортировку всеми видами транспорта.
Предварительный усилитель должен быть стойким при воздействии вибрации, находящейся в диапазоне частот 5-50 Гц, допустимой при перевозке
Предварительный усилитель в процессе транспортирования должен быть стойким к воздействию температуры окружающей среды в соответствии с ГОСТ 16350-80.
Конструктивные требования
Специальных требований не предъявляется.
Стадии разработки
| № п/п | Наименование этапа проектирования | Срок выполнения |
| 1 | Разработка ТЗ на конструирование РЭС | 24.09.2011 |
| 2 | Конструкторский анализ ТЗ и схемы электрической принципиальной | 7.10.2011г. |
| 3 | Разработка конструкции печатной платы | 21.10.2011г. |
| 4 | Разработка конструкции РЭС | 28.10.2011г. |
| 5 | Расчет показателей качества конструкции | 11.11. 2011г. |
| 6 | Подготовка и оформление графического материала | 25.11.2011г. |
| 7 | Оформление расчетно-пояснительной записки | 10.12.2011г |
| 8 | Защита курсового проекта | 11.12 - 20.12.2011г. |
Конструкторский анализ ТЗ и схемы электрической принципиальной
Анализ ТЗ
Предварительный усилитель сигнала датчика предназначен для первичной обработки сигналов различных быстродействующих датчиков ИК диапазона, но может быть успешно использован и для работы с другими источниками широкополосных сигналов, имеющими выходное сопротивление 20…200 Ом. От подобных по назначению устройств этот усилитель выгодно отличается сочетанием малых собственных шумов, высокой температурной стабильностью параметров и широкой полосой пропускания.
Сфера использования весьма разнообразна: предварительное усиление сигнала датчиков оптических, беспроводных, в малопотребляющем датчике дыма.
Описание электрической принципиальной схемы
Первая ступень принципиальной схемы предварительного усилителя образована транзисторами VТ3 и VТ4 в каскадном включении с последовательным питанием. Конденсатор СЗ - разделительный. Транзисторы VТ1.1, VТ1.2, VТ2.1,VТ2.2 и резисторы R1, RЗ-R6 определяют режим работы ступени по постоянному току. Резистор R7 нагрузочный. Конденсаторы С2, C3 и резистор R2 формируют амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя в нижнечастотной области, а верхнюю гpaничную частоту полосы пропускания определяет емкость конденсатора С4.
|
|
|
Рисунок 2.1
Во второй ступени усилителя работает транзистор VТ5, нагрузкой которого служит резистор R8. Эмиттер этого транзистора соединен с общим проводом температурозависимой цепью, состоящей из резисторов R9, R10, диодов VD1-VDЗ и транзистора VТ2.2. Коэффициент усиления напряжения ступени определяется отношением сопротивления резистора R8 к эквивалентному сопротивлению этой цепи.
Если под воздействием каких-либо дестабилизирующих факторов, например, изменения температуры окружающей среды, увеличился (или уменьшился) ток через транзисторы VТЗ, VТ4, то уменьшится (увеличится) ток базы и ток эмиттера транзистора VТ5. Это вызовет уменьшение (увеличение) тока, протекающего через "токовые зеркала" VТ2.1 VТ2.2R10 и VТ1. 1 VТ1.2R1RЗ, а также через делитель напряжения R4-R6. В результате уменьшится (увеличится) ток базы, а следовательно, и ток эмиттера транзисторов VТЗ, VТ4, возвращаясь к своему первоначальному значению. Благодаря действию такой ОС стабилизируется работа первой и второй ступеней усилителя по постоянному току.
Третья (выходная) ступень усилителя представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VТ6. Транзистор VТ7.1 "токового зеркала" VТ7.1VТ7.2R12
служит источником тока для транзистора VТ6. Источник тока в эмиттерной цепи транзистора VТ6 обеспечивает высокую нагрузочную способность выходной ступени. Конденсатор С5 корректирует АЧХ ступени в ее верхнeчастотной области.
Резистор R11 создает отрицательную ОС между второй и третьей ступенями усилителя, повышающую стабильность eгo работы. Конденсаторы С1, С6 и резистор R1З - элементы фильтра в цепи питания.
Конструкторский анализ
|
|
|
