Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Содержание

 

Введение

1. Исходные данные и их анализ

1.1 Проектируемый блок составная часть системы высшего уровня

1.2 Развернутое техническое задание

1.3 Описание и анализ электрической принципиальной схемы

1.4 Патентный поиск и аналоги блока

2. Проектирование блока

2.1 Разработка несущей конструкции

2.2 Тепловой расчет

3. Проектирование функционального узла

3.1 Выбор группы жесткости

3.2 Материал и метод изготовления печатной платы

3.3 Расчет печатного монтажа

4. Оценка качества

4.1 Расчет надежности по внезапным отказам

4.2 Оценка качества

Заключение

Список используемых источников

Приложение А (обязательное)

Приложение Б (обязятельное)

Введение

 

Аппаратура связи находит широкое применение. Усовершенствование конструкции и повышение ее эффективности является важной задачей на данном этапе развития радиоэлектронной аппаратуры.

В составе стационарных радиопередающих комплексов используются усилители мощности, которые обеспечивают необходимое усиление радиочастотного сигнала до необходимого уровня мощности. Современные усилители имеют сложную конструкцию. Предварительный усилитель имеет каскады непосредственного усиления сигнала. Для получения более высокой мощности нужно предусмотреть сложение сигналов.

Современный усилитель должен включать в себя автоматизированные системы управления и контроля, которые обеспечивают защиту схемы усилителя от перенапряжения, перегрева и разбаланса. Управление работой усилителя может осуществляться с помощью сигналов от блока управления и контроля, обслуживающего весь радиопередающий комплекс либо сам усилитель.

Для предохранения элементов усилителя от перегрева в конструкции блока следует предусмотреть использование радиаторов, системы воздушного охлаждения, либо современные системы охлаждения, например, тепловые трубы.

Темой курсового проекта является разработка предварительного усилителя мощности, работающего в коротковолновом диапазоне и имеющего минимальную выходную мощность 40 Вт. В задание на курсовой проект входят технические характеристики предварительного усилителя мощности, а также условия эксплуатации, при которых необходимо обеспечить бесперебойную работу усилителя.

 

Исходные данные и их анализ

Проектирование блока

Тепловой расчет

 

В проектируемом блоке требуется отвод тепла от транзисторов усилительных каскадов. Для отвода тепла в конструкции устройства предусмотрены два осевых электровентилятора 1,0 ЭВ–1,4–4. Процесс теплообмена радиоэлектронных аппаратов охлаждаемых продуваемым через них воздухом, носит очень сложных характер и не поддается точному расчету. Тепловой режим аппарата зависит от следующих параметров: формы и размеров кожуха, шасси и радиодеталей, расположения деталей на шасси, мощности отдельных источников тепла и их расположения в аппарате, размеров, формы и расположения устройств для подвода и отвода воздуха, расхода и температуры воздуха, а также условий теплообмена снаружи аппарата.

Расчет радиатора

Перегрев полупроводниковых приборов можно уменьшить, путем увеличения теплоотдающей поверхности, т.е. установкой их на радиатор. Методика расчета приведена в [2].

Исходными данными при проектировании или выборе радиатора являются: предельная температура рабочей области транзистора t_p=100°С; мощность рассеиваемая на приборе Р=25Вт; температура окружающей среды t₀=35°С; внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей зоной транзистора и корпусом R_вн=0,425°С/Вт.

– Определим перегрев места крепления прибора с радиатором:

 

 

где R_к – тепловое сопротивление контакта между прибором и радиатором, °С/Вт,

 

,

S_к= 0,42×10^-3м² – площадь контактной поверхности.

°С/Вт

°С

 

– определим в первом приближении средний перегрев основания радиатора:

°С

 

– Выбираем тип радиатора в первом приближении с помощью графиков представленных на рисунке 4.21 [2].

В соответствии с графиком выбираем ребристый радиатор в условиях вынужденного охлаждения.

– определим коэффициент теплоотдачи радиатора по графикам на рисунке 4.25 [2]. В соответствии с графиком a_эф=125Вт/м²град

– находим площадь основания радиатора

 

м²

 

– Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближении

 

где ; ;

 

a_р – коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/мград;

S_p – толщина основания радиатора, м.

Выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого l_р=208 Вт/мград, а толщина основания d_р=0,023м.

Dt_S=0.008м²

 

Из сделанных расчетов можно сделать вывод, что суммарная площадь радиатора всех транзисторов не будет выходить за пределы габаритных размеров блока и мы можем применить данную схему охлаждения транзисторов.

Выбор группы жесткости

 

В зависимости от условий эксплуатации определим группу жесткости по ОСТ4.ГО.077.000 обслуживающие соответствующие требования к конструкции печатной платы, используемому материалу основания проводящему рисунку и т.д. Для нашей платы выбираем вторую группу жесткости.

Расчет печатного монтажа

 

Проведем расчет печатного монтажа платы предварительного усилителя. Методика расчета приведена в [2]. Расчет произведем в следующей последовательности:

– Исходя из технологических возможностей производства, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы. Класс точности 3 по ГОСТ 23752-79.

Определим ток наиболее нагруженного элемента:

 

 

– Определяем минимальную ширину (мм) печатного проводника по постоянному току для цепей питания.

 

,

где j_доп= 48 А/мм² – допустимая плотность тока, выбирается по таблице 4.5 [2]; t=35мкм – толщина проводника.

 

мм

 

– Определим номинальное значение монтажных отверстий d:

 

 

где d_э=0,7 мм – максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ; Dd_n.o=0.1 мм – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра таблица 4.6 [2]; Г=0,,2 – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода.

 

мм

 

– Рассчитываем диаметр контактных площадок для двусторонней печатной платы, изготовленной комбинированным позитивным методом

 

 

где D_1min – минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

 

 

где b_m=0.05 мм – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки; d_d=0.08 мм и d_р=0,2 мм – допуски на расположение отверстий и контактных площадок; d_max – максимальный диаметр посверленного отверстия:

 

 

где Dd=0.05 – допуск на отверстия таблица 4.6 [2]:

 

мм

мм

мм

 

– Определим ширину проводников

 

мм

 

– Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка:

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

 

 

где L₀=2.5 мм – расстояние между центрами рассматриваемых элементов, dl=0.05 – допуск на расположение проводников таблица 4.6 [2]; D_max – максимальный диаметр контактной площадки:

мм

мм

 

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

 

мм

 

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

 

мм

Расчет индуктивностей

 

Рассчитаем конструкцию индуктивностей L₁=L₂. Определим уточненные значения индуктивностей для типовых значений емкостей на частоте f=30МГц по формуле:

 

,

нГн

 

Рассчитываем диаметр провода катушек:

 

,

где I – радиочастотный ток, А;

f – частота тока, МГц;

D – разность температуры провода и окружающей среды, DТ=40К.

 

 мм

 

Шаг намотки, при котором достигается наименьшее активное сопротивление катушки току радиочастоты:

 

g=2d

g=2×1.4=2.8 мм

 

Рассчитываем число витков спирали катушки:

 

,

 

где L_расч – Расчитанное значение индуктивности, мкГн; D – диаметр катушки, см; F(C/D) – коэффициент формы катушки, определяемый по графику на рисунке 10.3 [3].

 

витка

 

рассчитаем катушки L₅=L₆. Определяем уточненный номинал индуктивности:

 

нГн

Рассчитаем диаметр провода катушек:

мм

Рассчитаем шаг намотки:

g=2×3=6 мм

Рассчитаем число витков спирали катушки:

витка

Оценка качества

Таблица 3. Исходные данные для уточненного расчета с учетом условий эксплуатации

Номер и наименование элемента	Кол-. элем. j-го типа	Интенс. отказов оj 10-6, 1/час	Поправочные коэффициенты						Интен. отказов с учетом усл.экспл, njkэ
			k1j	k2j	k1,2j	k3j	k4j
1. Резисторы	47	0,5	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	84,6
2. Переменный резистор	2	1,65	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	11,88
3. Конденсатор	42	0,31	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	46,87
4. Переменный конденсатор	4	0,02	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	0,29
5. Диод	4	0,439	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	6,32
6. Транзистор	9	0,740	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	23,98
7. Индуктивность	12	0,50	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	21,6
8. Трансформатор	6	1,090	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	23,54
9, Разъем	4	0,15	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	2,16
10. Основание ПП	1	0,008	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	0,029
11. Пайка	315	0,117	1,04	1,03	1,07	1	1	3,6	132,68

 

Из таблицы 2 получаем, что

 

 

 

 

Уточнённый расчёт.

Уточнённый расчёт показателей безотказности производится, когда конструкция объекта в основном определена. Здесь, прежде всего, учитывается отклонение электрической нагрузки ЭЭС и окружающей их температуры от номинальных значений, кроме того, анализируется изменение ПН при используемой системе обслуживания. Интенсивности отказов элемента j-го типа уточнённая  и всей схемы рассчитываются по формулам:

 

 

где a_j – поправочный коэффициент, определяемый как функция коэффициента к_н,j, учитывающего электрическую нагрузку, и температуры Т_j для элемента j-го типа. Значения коэффициента Т_j для элементов с учетом их температуры приведены в приложении 2 в таблице П 4.1, П 4.2, П 4.3, П4.4.

Для удобства расчёта заполняется таблица 3. Коэффициенты нагрузки для резисторов и конденсаторов определяются соответственно по формулам:

 

 

 

где W_доп , W – допустимая и средняя мощности рассеяния на резисторе; U_ном ,U_П – номинальное и постоянное напряжение на конденсаторе; U_им – амплитуда импульсного напряжения.

Для транзисторов в качестве Кн берётся максимальный из следующих коэффициентов:

 

U_кэ/U_кэ,д ; U_кб/U_кб,д ; U_эб/U_эб,д ; W/W_д,

 

где U_кэ, U_кб, U_эб – прямое напряжение между коллектором и эмиттером, коллектором и базой, эмиттером и базой; U_кэ,д , U_{кб, д,} U_эб,д – прямое допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, коллектором и базой, эмиттером и базой; W_д , W – допустимая и рассеиваемая на транзисторе мощности.

Для диодов коэффициент нагрузки берётся с учётом коэффициентов по прямому току (I_пр), обратному току и напряжению (U), т. е.

 

К_н = max{ I_{обр.раб}./I_{обр.ном}.; I_{обр.раб}./I_{обр.ном}.; U_раб/U_ном }.

 

Рекомендуемые значения коэффициентов нагрузки различных ЭЭС приведены в приложении 4 [2].

Таблица 4. Исходные данные для уточненного расчета.

Номер и наименование элемента	Кол-во элементов j-го типа	Интенсивность отказов с учетом усл.экспл, эj	Поправочные коэффициенты			Уточненная интенсивность отказов эj aj	Уточненная интенсивность отказов элементов nj j aj  1/ч
			Kнj	Тj°C	aj
1. Резисторы	47	84,6	0,2	30	0,27	23,4	1099,8
2.Переменный резистор	2	11,88	0,3	40	0,33	3,6	7,2
3. Конденсатор	42	46,87	0,4	40	0,42	18,7	876,47
4.Переменный конденсатор	4	0,29	0,2	40	0,34	0,099	0,4
5. Диод	4	6,32	0,6	40	0,41	2,59	10,36
6. Транзистор	9	23,98	0,3	60	0,19	4,56	41,04
7.Индуктивность	12	21,6	0,5	40	0,2	4,32	51,84
8.Трансформатор	6	23,54	0,4	60	0,3	7,06	42,36
9. Разъем	4	2,16	0,6	20	0,5	1,08	4,32
10.Основание ПП	1	0,029	0,75	20	0,72	0,02	0,02
11. Пайка	315	132,68	0,45	20	0,43	57,05	17970,75

 

Уточним значение :  1/час,

 

ч.

 

Расчёт надёжности с учётом других видов отказов.

Примем к расчёту, что отказы родственных РЭА показывают, что 60 % всех отказов вызвано нарушениями ЭРЭ принципиальной схемы, 30 % - ошибками конструкции и 10 % - нарушениями технологии изготовления и сборки. В этом случае _сх К_к К_т,

где К_к и К_т– поправочные коэффициенты, учитывающие увеличение интенсивности за счёт ошибок в конструкции и нарушений технологии соответственно. Коэффициенты К_к и К_т:

 

;

 

Тогда 2,1×10–5 × 1,1 × 1,5 = 33,2 × 10–5 1/час

 

Окончательно, с учётом всех видов отказов и с учётом количества плат в приёмнике, получаем: = 33,2 ×10–5 = 0,0312 ×10–5 1/час; m_t = 3120 ч; m_в = 2 ч; К_г = 0,999359.

Сравним с нормой: 3120 > 3000 ч. По полученным данным можно сделать вывод, что усилитель предварительный КВ по средней наработке на отказ может эксплуатироваться, но учитывая не значительное превышение средней наработки над допустимой наработкой в дальнейшем следует увеличить надежность элементной базы.

 

Оценка качества

 

Показатель качества , Б_i – показатель базового образца; Д_i – значение показателя оцениваемого образца. – когда улучшение конструкции характеризуется уменьшением показателя. – когда улучшение конструкции характеризуется увеличением показателя.

Оцениваемый образец – предварительный усилитель мощности блока усилителя мощности КВ передатчика. Для данного образца рассматриваем 5 групп показателей для каждой группы , где m_i – весовой коэффициент, ; , где k – число группы.

Представим показатели качества изделия в таблице 5.

 

Таблица 5. Показатели качества.

№	Наименование	Числовое значение
		Базов.	Оценв.	qi	mi	qi×mi
1. Группа назначения
1,1	Объем, м3	0,02	0,02	1	0,1	0,1
1,2	Масса, кг	3,5	2,8	1	0,1	0,1
1,3	Потребляемая мощность, Вт	5	4	1,2	0,2	0,24
1,4	Уровень миниатюризации	0,037	0,04	1,08	0,3	0,324
1,5	Быстродействие, мс	15	10	1,5	0,3	0,45
М1= 0,2 214 M1Q1=0.24
2. Группа надежности
2,1	Безотказность, ч	3000	3120	1,04	0,4	0,416
2,2	Долговечность, лет	5	5	1	0,3	0,3
2,3	Ремонтопригодность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
М2=0,2 =1.016 M2Q2=0.2
3. группа безопасности и эргономики
3,1	Безопасность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
3,2	Гигеенические, баллы	2	2	1	0,2	0,2
3,3	Антропометрические, баллы	3	3	1	0,3	0,3
3,4	Психофизиологические, баллы	3	3	1	0,2	0,2
М3=0,1 =1 M3Q3=0.1

 

Продолжение таблицы 10

4. Группа эстетики
4,1	Выразительность, баллы	2	2	1	0,3	0,3
4,2	Рациональность формы, баллы	3	3	1	0,3	0,3
4,3	Целостность композиции, баллы	2	2	1	0,2	0,2
4,4	Совершенство производственного исполнения, баллы	2	3	1,5	0,2	0,3
М4=0,2 =1,1 М4Q4=0.22
5. Группа технологичности и унификации
5,1	Трудоемкость, н×ч	12,1	9,21	1,31	0,2	0,262
5,2	Материалоемкость, кг	9	8,2	1,1	0,2	0,22
5,3	Себестоимость, тыс.руб	1,4	1,3	1,08	0,2	0,22
5,4	Применяемость	0,5	0,6	1,2	0,2	0,24
5,4	Коэффициент технологичности	0,58	0,46	1,26	0,2	0,25
M5=0.3 =1.19 M5Q5=0.33
=1.09

 

Анализируя результаты сравнения полученных показателей качества базового и рассматриваемого образцов можно сделать вывод, что новый образец качественнее старого на 9%.

Заключение

 

В процессе курсовой работы была разработана конструкция предварительного усилителя мощности коротковолнового передатчика, был произведен расчет печатного монтажа, радиатора применяемого для охлаждения, надежности применяемых ЭРЭ и комплексного показателя качества.

Полученные результаты показали, что в дальнейшем следует большее внимание уделить разработке и расчетам систем охлаждения и повышению надежности блока.

В процессе выполнения курсовой работы, мною были приобретены навыки разработки конструкции блока, расчета его печатного монтажа, надежности применяемых ЭРЭ, теплового режима и качества изделия.

Содержание

 

Введение

1. Исходные данные и их анализ

1.1 Проектируемый блок составная часть системы высшего уровня

1.2 Развернутое техническое задание

1.3 Описание и анализ электрической принципиальной схемы

1.4 Патентный поиск и аналоги блока

2. Проектирование блока

2.1 Разработка несущей конструкции

2.2 Тепловой расчет

3. Проектирование функционального узла

3.1 Выбор группы жесткости

3.2 Материал и метод изготовления печатной платы

3.3 Расчет печатного монтажа

4. Оценка качества

4.1 Расчет надежности по внезапным отказам

4.2 Оценка качества

Заключение

Список используемых источников

Приложение А (обязательное)

Приложение Б (обязятельное)

Введение

 

Аппаратура связи находит широкое применение. Усовершенствование конструкции и повышение ее эффективности является важной задачей на данном этапе развития радиоэлектронной аппаратуры.

В составе стационарных радиопередающих комплексов используются усилители мощности, которые обеспечивают необходимое усиление радиочастотного сигнала до необходимого уровня мощности. Современные усилители имеют сложную конструкцию. Предварительный усилитель имеет каскады непосредственного усиления сигнала. Для получения более высокой мощности нужно предусмотреть сложение сигналов.

Современный усилитель должен включать в себя автоматизированные системы управления и контроля, которые обеспечивают защиту схемы усилителя от перенапряжения, перегрева и разбаланса. Управление работой усилителя может осуществляться с помощью сигналов от блока управления и контроля, обслуживающего весь радиопередающий комплекс либо сам усилитель.

Для предохранения элементов усилителя от перегрева в конструкции блока следует предусмотреть использование радиаторов, системы воздушного охлаждения, либо современные системы охлаждения, например, тепловые трубы.

Темой курсового проекта является разработка предварительного усилителя мощности, работающего в коротковолновом диапазоне и имеющего минимальную выходную мощность 40 Вт. В задание на курсовой проект входят технические характеристики предварительного усилителя мощности, а также условия эксплуатации, при которых необходимо обеспечить бесперебойную работу усилителя.

 

Исходные данные и их анализ

Проектируемый блок составная часть системы высшего уровня

 

Проектируемый блок входит в состав блока усилителя мощности коротковолнового, автоматизированного, дистанционно управляемого радиопередающего устройства мощностью 1 кВт. Диапазон частот 1,5…29,999 МГц, с дискретной сеткой частот 10 Гц, номинальная выходная мощность 1000±200 Вт, на эквивалентной нагрузке 75 Ом, питание осуществляется от трехфазного тока: ( ) В, масса 265 кг, габаритные размеры 371´90,5´161.

 

1.2 Развернутое техническое задание

 

Темой данного курсового проекта является предварительный усилитель мощности коротковолнового передатчика мощностью 40 Вт. Он предназначен для линейного широкополосного усиления высокочастотного сигнала возбудителя до уровня мощностью порядка 40 Вт.

Технические данные объекта должны соответствовать следующим значениям:

— диапазон частот – 1,5 — 30 МГц;

— входное сопротивление – 75 Ом;

— КСВ на входе усилителя – не более 1,1;

— номинальное сопротивление нагрузки – не менее 40 Вт;

— номинальное напряжение входного сигнала – (3±0,3) В;

— КПД при номинальной входной мощности в режиме несущей – 30%;

— коэффициент нелинейных комбинационных искажений при выходной мощности в пике огибающей (45±5) Вт – не более –33дБ;

уровень внеполосных гармонических составляющих – не более –20 дБ.

Предварительный усилитель мощности должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к аппаратуре, устанавливаемой на подвижных и стационарных объектах и работающих в непрерывном режиме в условиях эксплуатации соответствующих группе 1.6 по ГОСТ20.39.304 – 76 климатического исполнения УХЛ с изменением требований по синусоидальной вибрации, предельному атмосферному давлению, пониженной температуры среды до требований технических условий на передатчики. Ввиду отсутствия акустически чувствительных элементов, требования по воздействию акустического шума не предъявляются. Работоспособность при пониженном атмосферном давлении гарантируется применением элементной базы и конструкцией.