ВЫБОР И ОБСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
1.1 Выбор структурной схемы
1.2 Выбор принципиальной электрической схемы
1.2.1 Выбор элементной базы
1.2.2 Ограничитель
1.2.3 Измеритель частоты биений
1.2.4 Частотный дискриминатор
1.2.5 Полосовой фильтр
1.2.6 Обнаружитель
1.2.7 Схема выдачи сигнала «Разрешение»
1.2.8 Схема выдачи сигнала «Исправность»
1.2.9 Коммутаторы
1.2.10 Интегратор ошибки
ОПИСАНИЕ И РАБОТА УСТРОЙСТВА
2.1 Описание блока ПЗК
2.2 Работа блока ПЗК
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчет двоичных кодов для цифровых компараторов
3.2 Расчет надежности блока
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ, МОНТАЖА
КОНСТРУКЦИЯ БЛОКА
БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
6.1 Краткая характеристика работы
6.2 Безопасность проекта
6.2.1 Микроклимат на рабочем месте
6.2.2 Экспертиза электробезопасности
6.2.3 Экспертиза пожаробезопасности
6.2.4 Экспертиза освещенности
6.3 Эргономичность проекта
6.4 Экологичность проекта
6.4.1 Электромагнитные излучения
6.4.2 Экспертиза вентиляции
6.5 Чрезвычайные ситуации
Список литературы
1 Выбор и обоснование структурной и принципиальной электрических схем
Выбор структурной схемы
Одним из исходных данных к дипломному проекту является цифровая обработка сигнала. Принятый сигнал частоты биений необходимо оцифровать, обнаружить (т.е. опознать), выяснить величину и направление отклонения принятого сигнала от предсказанного и на основании всех этих данных сформировать управляющее напряжение, которое затем выдать на модулятор, для последующей выдачи его на индикатор высоты.
Назначение блоков прилагаемой структурной схемы приведено ниже.
Ограничитель предназначен для оцифровки приходящего аналогового сигнала частоты биений. Он преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы, подходящие для последующей цифровой обработки.
Измеритель частоты биений необходим для реализации дальнейшей цифровой обработки. Он преобразует сигнал частоты биений в цифровой код соответствующий длительности периода сигнала биений.
Полосовой фильтр пропускает сигнал находящийся в заданной полосе частот и позволяет определить не находится ли принятый сигнал за допустимыми пределами измерений.
Обнаружитель усредняет показания сигнала с выхода полосового фильтра и выдает сигнал «Захват», говорящий о том, что принятый сигнал действительно является сигналом данного высотомера отраженным от земной поверхности и несущим информацию о высоте полета объекта.
Схема выдачи сигнала «Разрешение» предназначена для выдачи сигнала принимающего участие в управлении прохождением сигналов с тактового генератора через коммутатор на интегратор ошибки.
Схема выдачи сигнала «Исправность» предназначена для формирования и выдачи сигнала «Исправность» на выходные клеммы блока с целью его дальнейшего использования в других блоках радиовысотомера. Выдаваемый сигнал позволяет судить о состоянии блока и говорит о правдоподобности показаний радиовысотомера.
Частотный дискриминатор оценивает знак отклонения принятого сигнала частоты биений от предыдущего. Выходной сигнал этого блока показывает: увеличилось или уменьшилось частотное рассогласование между излученным и принятым сигналами и указывает направление, в котором следует изменить крутизну модулятора для обеспечения устойчивого слежения.
Коммутатор необходим для управления режимами работы блока ПЗК и управления прохождением сигналов с тактового генератора на интегратор ошибки и выдачей сигналов на выходные клеммы блока.
Интегратор ошибки предназначен для преобразования входных сигналов с тактового генератора и частотного дискриминатора в управляющее напряжение, выдаваемое через выходные клеммы блока на модулятор для обеспечения устойчивого слежения.
Выбор элементной базы
Для реализации принципиальной схемы выбрана серия 564.
ИМС серии 564 – цифровые, маломощные КМОП ИС, содержат в своем составе 60 типов, различных по своему функциональному назначению: арифметические устройства, счетчики – делители, дешифраторы, триггеры, логические схемы, мультиплексоры, сдвигающие регистры и проч.
Характеристики ИС 564 /1/ :
- низкая потребляемая мощность (типовая мощность потребления на частоте 1 МГц 25 мкВт/ЛЭ);
- широкие рабочие диапазоны напряжений питания (3..15 В) и температур;
- высокая помехоустойчивость 30..45 % Ucc ;
- защита по входам;
- температурная стабильность и высокая нагрузочная способность.
Все вышеперечисленные свойства указывают на достаточную приемлемость микросхем данной серии для решения поставленной задачи.
Ограничитель
Принципиальная схема ограничителя приведена в приложении 1 на рисунке П1.1 .
Ограничитель построен на аналоговой ИМС 597СА3, которая удовлетворяет предъявляемым требованиям. Параметры и характеристики данной микросхемы приведены в /2/.
В схеме происходит сравнение входного сигнала с потенциалом корпуса, «нулём». В результате на выходе получается сигнал частоты биений в виде прямоугольных видеоимпульсов.
Измеритель частоты биений
Принципиальная схема измерителя частоты биений приведена в приложении 1 на рисунке П1.2 .
На этой схеме триггер исполняет роль коммутатора, он обеспечивает прохождение сигнала в течение времени, пока Тизм имеет значение «Лог 1».
Счетчик 1 обеспечивает формирование импульса длительностью вдвое большей периода кварцевой частоты в начале каждого периода сигнала частоты биений, а также формирование импульсов необходимых для обеспечения работы других блоков схемы.
Счетчик 2 обеспечивает измерение длительности периода частоты биений путем заполнения положительного полу периода импульсами кварцевой частоты и подсчета количества этих импульсов.
Частотный дискриминатор
Принципиальная схема частотного дискриминатора приведена в приложении 2.
На входы первого кода подается код с измерителя частоты биений, на входы второго кода подается опорный код эквивалентный переходной частоте Fбо. С выхода снимается сигнал, несущий информацию о знаке разности и соответственно о направлении изменения крутизны модулирующего напряжения.
Полосовой фильтр
Принципиальная схема полосового фильтра приведена в приложении 2.
Полосовой фильтр состоит из двух цифровых компараторов, каждый из которых производит сравнение кода частоты биений с опорным кодом верхней и нижней границы полосы соответственно. Сигналы с цифровых компараторов поступают на схему суммирования по модулю 2, сигнал с выхода которой несет информацию о нахождении сигнала относительно полосы пропускания фильтра.
Обнаружитель
Принципиальная схема обнаружителя приведена в приложении 3 на рисунке П3.1 .
Обнаружитель построен на базе реверсивного счетчика, направление счета которого регулируется в зависимости от попадания принятого сигнала в допустимую полосу. После накопления восьми импульсов на выходе появляется сигнал «Захват», а при накоплении импульсов до пятнадцати появляется сигнал переполнения, который, поступая на сумматор по модулю 2, запрещает дальнейшее прохождение тактирующих импульсов на вход обнаружителя.
Коммутаторы
Для обеспечения управления режимами работы в блоке предусмотрены коммутаторы. Коммутатор управления режимом выполнен на микросхеме 564КП1, а коммутатор выдачи сигналов на интегратор ошибки и выход блока на микросхеме 564ЛС2.
Интегратор ошибки
Принципиальная схема интегратора ошибки приведена в приложении 4 на рисунке П4.2 .
Интегратор ошибки состоит из счетчиков и ЦАП. Счетчики формируют цифровой код, который ЦАП преобразует в соответствующее управляющее напряжение. Цифровой код на выходе счетчиков зависит от подаваемой на них частоты Fт и значения сигнала крутизны ± S.
2 Описание и работа устройства
2.1 Описание блока ПЗК
Сигнал биений Fб поступает через ограничитель на первый вход триггера, на второй вход которого поступает измерительный интервал («Тизм»). Временная диаграмма сигналов приведена на рисунке 2.1.1 а,б.
При наличии импульса измерительного интервала в виде уровня «Лог 1» положительный перепад сигнала биений с выхода ограничителя устанавливает уровень «Лог 0» на втором (инверсном) выходе триггера и уровень «Лог 1» на первом выходе триггера.
Со второго выхода триггера сигнал с частотой биений поступает на первый вход счетчика 1, на второй вход которого с разъема приходит сигнал с частотой 1600 кГц .
С приходом отрицательного перепада второго импульса частоты с выхода кварцевого генератора на первом выходе счетчика 1 появляется уровень «Лог 1» , а с приходом четвертого – на втором выходе.
Уровень «Лог 1» со второго выхода счетчика 1, поступая на третий вход триггера и первый вход счетчика 2, приводит к обнулению триггера и счетчика 2. Уровень «Лог 1» со второго выхода триггера поступает на первый вход счетчика 1 и производит установку в нуль выходов счетчика 1. Таким образом на первом выходе счетчика 1 формируются импульсы длительностью, равной удвоенному периоду кварцевой частоты (рисунок 2.1.1 е) в начале каждого периода частоты биений.
С выхода 1 триггера, после его обнуления и обнуления счетчика 2 , сигнал в виде «Лог 0» поступает на третий вход счетчика 2, на второй вход которого через схему 2И-НЕ поступает частота с выхода кварцевого генератора. Счетчик 2 считает количество импульсов частоты кварцевого генератора (1600 кГц) на временном интервале (t2 – t3) (рис.2.1.1 д), т.е. производит дискретную оценку интервала по формуле (2.1.1):
Тб – (3,5 ± 0,5)Ткв (2.1)
где Тб - период частоты биений;
Ткв - период частоты кварцевого генератора.
Импульсы кварцевого генератора проходят на вход схемы 2И-НЕ до тех пор, пока не появится уровень «Лог 1» на выходе схемы сравнения кодов 3 и, следовательно, уровень «Лог 0» на выходе инвертора 2.
Таким образом, при длительности периода больше Тбmax прекращается дальнейшее заполнение счетчика 2. С выходов счетчика 2 (разряды 3…6) параллельный код, соответствующий длительности интервала (t2 – t3) поступает на входы А схем сравнения кодов 1, 2, 3.
Схема сравнения кодов 1 (ССК 1) сравнивает опорный код 1, заданный на выводы В, с кодом периода частоты биений, поступающим на выводы А .
Если период сигнала биений превышает период соответствующий переходной частоте дискриминатора Тб0 , то на выходе ССК 1 появляется уровень «Лог 1» . Этот уровень «Лог 1», при наличии уровня «Лог 1» на выходе реверсивного счетчика, инвертируется инвертором 1 (2И-НЕ).
С выхода инвертора 1 через коммутатор 2 сигнал в виде уровня «Лог 0» выдается на выход «± S» блока. Этот сигнал определяет знак изменения крутизны модулирующего напряжения. Уровень «Лог 1» на выходе «± S» соответствует управлению в направлении уменьшения крутизны модулирующего напряжения, а уровень «Лог 0» - увеличения.
Схемы сравнения кодов 2 и 3 (ССК 2 и ССК 3) работают аналогично. На входе В ССК 2 задан опорный код 2, а на входе В ССК 3 – опорный код 3. На выходе ССК 2 появляется уровень «Лог 1», когда период сигнала биений превышает Тбmin, а на выходе ССК 3 появляется уровень «Лог 1», когда период сигнала биений превышает Тбmax. ССК 2, ССК 3, инвертор 2 и мажоритарный элемент 1 обеспечивают селекцию импульсов по длительности и формируют полосу пропускания сигнала биений. В режиме измерения высоты на входе 2 мажоритарного элемента 1 присутствует уровень «Лог 0». При этом на выходе мажоритарного элемента 1 формируется уровень «Лог 1», если частота сигнала биений находится в полосе Fб min < Fб < Fб max , и уровень «Лог 0», если частота сигнала биений находится за указанной полосой.
Сигнал с выхода мажоритарного элемента 1 поступает на вход «± 1» реверсивного счетчика. На вход С реверсивного счетчика через мажоритарный элемент 2 поступает последовательность импульсов Fт с выхода 1 счетчика 1. Когда на вход «± 1» реверсивного счетчика поступает уровень «Лог 1», реверсивный счетчик производит сложение («Лог 0» – вычитание) последовательности импульсов с выхода 1 счетчика 1.
Когда реверсивный счетчик накопит восемь импульсов, на его выходе 1 (выход четвертого разряда) формируется сигнал в виде уровня «Лог 1» («Быстрый захват») рисунок 2.1.2 б.
Последующее накопление импульсов до 15 приводит к появлению на выходе CR реверсивного счетчика сигнала переполнения в виде уровня «Лог 0», который поступая на второй вход мажоритарного элемента 2, запрещает прохождение импульсов Fт с выхода счетчика 1 через мажоритарный элемент 2 на вход С реверсивного счетчика. Если частота сигнала биений находится за пределами полосы Fбmin < Fб < Fбmax с выхода мажоритарного элемента 1 на вход «± 1» реверсивного счетчика поступает уровень «Лог 0», и счетчик производит вычитание последовательности импульсов Fт , подаваемой на вход С реверсивного счетчика. После того, как содержимое счетчика станет меньше семи, на выходе 1 реверсивного счетчика появляется уровень «Лог 0» (снимается сигнал «Быстрый захват»).
Сигнал «Быстрый захват» с выхода 1 реверсивного счетчика поступает на вход «± 1» схемы выдачи сигнала «Разрешение», которая представляет собой 8-разрядный реверсивный счетчик.
8-разрядный реверсивный счетчик начинает сложение последовательности импульсов, поступающих на вход С с выхода мажоритарного элемента 3. Мажоритарный элемент 3 пропускает импульсы тактовой частоты, если на его второй вход поступает уровень «Лог 1» с выхода CR схемы выдачи сигнала «Разрешение».
Когда содержимое 8-разрядного реверсивного счетчика станет больше 127 импульсов, на выходе схемы выдачи сигнала «Разрешение» ( восьмой разряд счетчика ) появляется уровень «Лог 1» (сигнал «Разрешение»). Задержка выдачи сигнала «Разрешение» относительно сигнала «Быстрый захват» равна 128 периодам частоты 2000 Гц (64 мс), см. рис. 2.1.2 в.
При наличии сигнала «Быстрый захват» 8-разрядный реверсивный счетчик заполняется до 255 импульсов, после чего прекращается подача импульсов на его вход С, т.к. на выходе CR схемы выдачи сигнала «Разрешение» появляется сигнал переполнения в виде уровня «Лог 0», который, поступая на второй вход мажоритарного элемента 3, закрывает его для прохождения импульсов со входа.
Как только сигнал «Быстрый захват» исчезает, на входе «± 1» схемы выдачи сигнала «Разрешение» появляется уровень «Лог 0». При этом счетчик начинает вычитание последовательности импульсов, поступающих на вход С. После того, как содержимое счетчика уменьшится до 127 импульсов, на выходе схемы выдачи сигнала «Разрешение» устанавливается уровень «Лог 0», т.е. сигнал «Разрешение» снимается.
Сигналы «Разрешение» и «Быстрый захват» поступают на входы 1 и 2 коммутатора 1. В зависимости от уровней этих сигналов на выход 1 коммутатора 1 пропускается частота поиска 12,5 кГц или тактовая частота Fт , а на выход 2 – импульсы «Тизм» или частота с делителя частоты 2. При уровнях сигналов «Разрешение» и «Быстрый захват» в виде «Лог 0» на выход 1 коммутатора 1 пропускается частота поиска 12,5 кГц, что соответствует режиму поиска сигнала. Если сигнал «Быстрый захват» имеет уровень «Лог 1», а «Разрешение» - «Лог 0» или «Лог 1», на выход 1 коммутатора 1 пропускается частота Fт , что соответствует режиму слежения. При уровне сигнала «Быстрый захват» в виде «Лог 0», а сигнала «Разрешение» - «Лог 1», на выходе 1 коммутатора 1 импульсы не выдаются, что соответствует режиму памяти по кольцу слежения.
При появлении сигнала «Разрешение» (уровень «Лог 1»), импульсы «Тизм» с выхода 2 коммутатора 1 поступают на первый вход схемы выдачи сигнала «Исправность». После прихода на первый вход счетчика схемы выдачи сигнала «Исправность» 64-го импульса «Тизм», на выходе устанавливается уровень «Лог 1», который назван сигналом «Исправность». Если сигнал «Разрешение» исчезает, то счетчик схемы выдачи сигнала «Исправность» по входу 3 обнуляется, а с выхода 2 коммутатора 1 на его вход 1 пропускаются импульсы с делителя частоты 2. После прихода 64-го импульса этой частоты на выходе схемы выдачи сигнала «Исправность» устанавливается уровень «Лог 0». Таким образом, сигнал «Исправность» снимается через 64 периода частоты относительно момента снятия сигнала «Разрешение». Период частоты на входе схемы выбирается из условия создания задержки на снятие сигнала «Исправность» относительно снятия сигнала «Разрешение», равной 1 -2 с, см. рис. 2.1.2 г.
Интегратор ошибки представляет собой восьми разрядный счетчик, производящий подсчет поступающих на его вход С импульсов тактовой частоты. На выходе счетчика получается цифровой код соответствующий крутизне наклона пилы управляющего напряжения. На вход «±1» счетчиков поступает сигнал отклонения крутизны модулирующего напряжения «± S».
Сигнал с интегратора ошибки поступает на преобразователь код-напряжение (ПКН). Управляющее напряжение на выходе ПКН определяется по формуле (2.1.2):
Uупр = - Uо • Кпкн, (2.1.2)
где Uупр – управляющее напряжение, В;
Uo – опорное напряжение, В;
Кпкн – коэффициент передачи ПКН.
Управляющее напряжение соответствующее нулевому коду и минимальной высоте определяется по формуле (2.1.3).
Uупр = - 60 / Нмин , В (2.1.3)
где Нмин – высота, соответствующая минимальному коду (Нмин = 10 м ).
Управляющее напряжение определяет крутизну (наклон) пилообразного напряжения на выходе аналогового интегратора.
Работа блока ПЗК
Работа блока при включении питания или отсутствии отраженного сигнала происходит следующим образом. Допустим, что при включении или отсутствии отраженного сигнала реверсивный счетчик и счетчики схемы выдачи сигнала «Разрешение» обнулены. Уровень «Лог 0» с выхода реверсивного счетчика поступает на вход 1 коммутатора 1.
Уровень «Лог 0», поступающий на вход 1 коммутатора 1, запрещает прохождение на выход 1 коммутатора 1 импульсов, поступающих на вход 3 с выхода счетчика 1, при этом на выходе 1 коммутатора 1 будут действовать импульсы с частотой 12,5 кГц, поступающие на вход 5 коммутатора 1 с входа блока. С выхода 1 коммутатора 1 импульсы частотой 12,5 кГц поступают на коммутатор 2 и на выходной контакт блока. Эта частота используется в качестве тактовой в режиме поиска сигнала, причем, поиск производится от меньших высот к большим.
При обнаружении сигнала на выходе реверсивного счетчика устанавливается уровень «Лог 1», который поступает на вход 1 коммутатора 1 и вход инвертора 1. Уровень «Лог 1» на входе 1 коммутатора 1 разрешает прохождение на выход 1 коммутатора 1 импульсов с выхода счетчика 1, поступающих на вход 3 коммутатора 1 и запрещает прохождение импульсов с частотой 12,5 кГц, поступающих на вход 5 коммутатора 1.
Таким образом, на выход 1 коммутатора 1 проходят импульсы с выхода счетчика 1 и затем, через коммутатор 2, пропускаются на выходной контакт блока.
На тактовые входы счетчиков 3 и 4 с коммутатора 2 поступают импульсы «Fт», а на знаковые - «±S». счетчики производят подсчет импульсов тактовой частоты и на их выходе образуется код. Код с выходов счетчиков поступает на входы ПКН, на выходе которого появляется напряжение управления соответствующее пришедшему коду. Управляющее напряжение с выхода ПКН выдается через выходные контакты блока на усилитель, для регулировки усиления, и модулятор.
В режиме установки высоты внешними сигналами, сигнал «Уст Н» в виде уровня «Лог 1» через преобразователь уровня подаётся на вход инвертора 3 и вход коммутатора 2, на второй вход которого подаётся сигнал с выхода инвертора 3. Это приводит к тому, что коммутатор 2 не пропускает сигналы «± S», «Fт» и «Разрешение» формируемые в блоке. На выходные контакты блока выдаются преобразованные по уровню сигналы «Уст ± S», «Уст Fт», а вместо сигнала разрешение выдается уровень «Лог 1». Изменением уровня сигнала «Уст ± S» и частоты сигнала «Уст Fт» в режиме «Уст Н» обеспечивается режим имитации выдачи выходной информации в диапазоне измеряемых высот.
РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Расчет надежности блока
Важной характеристикой любого устройства является его надежность. Надежность устройства принято оценивать по среднему времени исправной работы. Среднее время исправной работы вычисляется по формуле (3.2.1) :
Т = 1 / Λс (3.2.1)
где Т – среднее время исправной работы;
Λс – интенсивность отказов всей системы.
Интенсивность отказов всей системы зависит от интенсивности отказов каждого её элемента и вычисляется по формуле (3.2.2) :
Λс = ∑ λi (3.2.2)
где λi – интенсивность отказов i-го элемента.
Интенсивность отказов каждого из элементов системы приведена в таблице 3.2 .
Таблица 3.2
| Наименование элемента | Λо 1/млн ч | N, шт | Кэкспл | Кслож | Λi 1/млн ч | N×Λi |
| Резистор С2-33 | 5 | 0,007 | 0,035 | |||
| Конденсатор К50-29 | 1 | 0,13 | 0,13 | |||
| Пайка | 304 | 0,01 | 3,04 | |||
| Микросхемы | ||||||
| 564ЛА7 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,49 | 0,063 | 0,063 |
| 564ТМ2 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,079 |
| 564ИЕ10 | 0,017 | 3 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,237 |
| 564ИЕ11 | 0,017 | 5 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,395 |
| 564ЛП2 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,49 | 0,063 | 0,063 |
| 564ИП2 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,079 |
| 564КП1 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,079 |
| 564ЛП13 | 0,017 | 1 | 2,5 | 1,87 | 0,079 | 0,079 |
| 564ЛС2 | 0,18 | 1 | 2,5 | 1,49 | 0,063 | 0,063 |
| 572ПА1А | 0,023 | 1 | 2,5 | 2,8 | 0,161 | 0,161 |
| 597СА3 | 0,086 | 1 | 2,5 | 2 | 0,43 | 0,43 |
Таким образом, интенсивность отказов системы Λс = 23,775 1/млн ч
Соответственно среднее время безотказной работы Т = 42060 ч
4 Краткое описание особенностей технологического процесса сборки, монтажа
Процесс сборки проектируемого изделия имеет ряд особенностей, связанных с пайкой и монтажом конструкций на интегральных микросхемах и, в частности, на ИМС серии 564. Некоторые из них будут рассмотрены ниже.
При пайке выводов планарных микросхем припоем марки ПОС-61 температура жала паяльника должна находиться в пределах от 250 до 280 °С. Время пайки не должно превышать 1..5 секунд.
Пайка должна производиться паяльником с потребляемой мощностью от 20 до 60 Вт.
Для микросхем серии 564 пайку выводов начинают с выводов питания.
При ручной пайке необходимо обеспечить достаточный теплоотвод. В качестве теплоотвода допускается использовать пинцет, пассатижи или другой теплопроводящий инструмент используемый при пайке, для удержания деталей.
Телоотвод рекомендуется снимать не ранее чем через 5 секунд по окончании пайки вывода.
Пайку соседнего вывода рекомендуется начинать не ранее чем через 3..5 секунд после пайки предыдущего /3/.
Также при проведении сборки рекомендуется использовать заземляющий браслет во избежание повреждения элементов разрядом статического электричества.
Рекомендации по монтажу и эксплуатации микросхем серий 564 и 572 приведены в бК0.347.064 и бК0.347.182 соответственно. Также рекомендуется при монтаже использовать ОСТ В 11 0398-87.
При проведении работ по сборке и монтажу электрорадиоэлементов дополнительно необходимо соблюдать требования соответствующих документов регламентирующих нормы электоро- и пожаробезопасности в помещениях данного класса опасности.
Конструкция блока
Блок ПЗК выполнен в виде односторонней печатной платы, которая помещается в корпусе радиовысотомера и соединяется с другими блоками РВ шлейфом припаиваемым к выходным контактам. Выходные контакты блока выполнены в виде лепестков в соответствии с ГУ7.750.162.
Размеры печатной платы выбраны исходя из условий геометрического согласования с другими блоками и обеспечения минимально возможного веса.
Материалом для изготовления печатной платы служит фольгированный стеклотекстолит СФ2-50-1,5 .
Рисунок печатной платы получают путем травления.
Для размещения элементов и крепежа блока в печатной плате выполняют отверстия. Отверстия, предназначенные, для монтажа элементов в целях улучшения контакта металлизируют. Отверстия для крепежа не металлизируют и выполняют под винты с резьбой М4.
Паяный контакт при соединении с другими блоками предпринят во избежание случайной потери электрического контакта, возможной при применении разъема.
Пайка производится припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76.
Цифры выходных контактов платы маркировать краской МКЭ черная УХЛ Ч ОСТ4 ГО.054205, шрифтом 3-Пр3 ГОСТ 26.008-85.
Настройку блока необходимо производить автономно до установки блока в прибор. После окончательной настройки поверхность платы с печатными проводниками покрывают лаком.
Остальные технические требования по ОСТ4 ГО.070.015.
Безопасность проекта
При выполнении каждого вида работ существуют факторы влияющие как на организм человека, так и на окружающую среду. Эти факторы будут рассмотрены в данном разделе.
Экспертиза освещенности
Освещение служит одним из важнейших факторов, влияющих на производительность труда. Требования к рациональной освещенности производственных помещений сводятся к следующему:
- правильный выбор источников света и систем освещения;
- создание необходимого уровня освещенности рабочих поверхностей;
- ограничение слепящего действия света, устранение бликов;
- обеспечение равномерного освещения.
При выполнении дипломного проекта производилось довольно большое количество работ по разработке, блока, поэтому рабочее место должно быть обеспечено нормальным искусственным или естественным освещением.
Исходя из /11/, номинальная освещенность на рабочих поверхностях для данных видов работ должна быть не менее 300 лк.
Работы, связанные с разработкой принципиальной схемы блока, проводились в помещении, размеры которого 8 ´ 6 ´ 3 м. Помещение освещают двенадцать люминесцентных ламп дневного света. Применение люминесцентных ламп дневного света позволяет обеспечить равномерность освещения рабочего места, а также исключает наличие слепящего действия света. Это помещение, кроме того, имеет естественное освещение, которое организованно в виде трех оконных проемов, каждое из которых имеет размеры 2,6´ 2 м. Окна расположены с юго-западной стороны помещений, и поэтому большую часть рабочего времени естественное (без искусственного ) освещение обеспечивает освещенность не менее 350 лк. Для устранения ослепления ярким солнечным светом, а также наличия солнечных бликов на экранах приборов визуального отображения информации (монитор компьютера, экран осциллографа и проч.) применялись солнцезащитные шторы.
Выводы по освещенности рабочих мест: работы, связанные с разработкой модуля сопряжения проводились в двух разных помещениях. Освещенность на рабочих местах составляет не менее 400 лк для одного помещения, и не менее 350 лк для другого, что не ниже номинальной освещенности в 300 лк, установленной в /11/.
Эргономичность проекта
Конструкция рабочего места и взаимное расположение всех его элементов (сиденье, органы управления, средства отображения информации) соответствуют антропометрическим, физиологическим и психологическим требованиям, а также характеру работы /12/.
Данная конструкция рабочего места обеспечивает выполнение трудовых операций в пределах зоны деятельности моторного поля. Зоны досягаемости моторного поля в вертикальных и горизонтальных плоскостях для средних размеров тела человека приведены на рис.6.3.1. Выполнение трудовых операций “часто” и “очень часто” обеспечивается в пределах зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля, приведенных на рис.6.3.2 (зоны 1, 2).
Рисунок 6.3.1 - Зоны досягаемости моторного поля тела человека
Т.к. работа с персональным компьютером соответствует /12/ согласно которому, высота рабочей поверхности для людей с ростом 1800 мм. должна составлять 800 мм. Данные для Ш-ей группы работ (монтаж более крупных деталей, конторская работа, станочные работы, не требующие высокой точности) по /13/ приведены в табл. 6.3.
Рисунок 6.3.2 - Зоны досягаемости и оптимальной зоны моторного поля
Таблица 6.3.1
| Параметр | Значение, мм |
| Высота рабочей поверхности | 800 |
| Высота пространства для ног | 675 |
| Высота сидения | 460 |
Расположение средств отображения информации, в данном случае это дисплей ЭВМ соответствуют /14/.
Дисплей расположен в вертикальной плоскости под углом ±15° от сагиттальной плоскости (рис.6.3.3 и 6.3.4). Уровень шума согласно /14/ на рабочих местах с использованием устройств для исследований, разработок, конструирования, программирования и врачебной деятельности должен составлять до 50 dB.
Для снижения нагрузки на глаза, дисплей, используемый при лабораторной работе, установлен с точки зрения эргономики наиболее оптимальным образом: верхний край дисплея находится на уровне глаз, а расстояние до экрана около 40 см, что укладывается в рамки от 28 до 60 см. Мерцание экрана происходит с частотой fмер=100 Гц, что соответствует условию fмер>70 Гц.
Помещения в котором проводятся лабораторные работы соответствуют /15/ и /16/. /15/ требует чтобы: “в помещениях, при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные величины температуры воздуха 22-24°С, его относительной влажности 40-60% и скорости движения воздуха не более 0.1м/с. Инструкция по эксплуатации персональных компьютеров предусматривает также очень жесткие требования к температуре окружающей среды. Для того, чтобы выдержать микроклиматические требования в лаборатории установлены два кондиционера БК-1500. Данные кондиционеры осуществляет автоматическое поддержание заданной степени охлаждения или нагрева, осушение, вентиляцию и очистку воздуха от пыли. Производительность обработки воздуха у кондиционера 1500 м3/ч, что позволяет поддерживать оптимальный микроклимат в лаборатории объемом 144 м3. Предельное значение рабочей температуры наружного воздуха при работе в режиме охлаждения +52°С, что позволяет использовать его в данном климатическом поясе. Нижняя температура в режиме нагрева составляет +2°С, т.е. в холодный период года необходимо производить отопление помещения, что и осуществляется при помощи системы центрального отопления.
Рисунок 6.3.3 - Расположение линий взгляда относительно дисплея
Согласно /16/ на одного учащегося, находящегося в лаборатории должна приходится площадь помещения не менее 4.5 м2. Площадь лаборатории 6м.x8м. составляет 48 м2 рассчитана на 10 рабочих мест, получается, что на каждого присутствующего приходится 4.8 м2, что соответствует /16/.
В лаборатории имеются инструкции по технике безопасности и пожарной безопасности, а также медицинская аптечка для оказания первой медицинской помощи.
Рисунок 6.3.4 - Взгляд под разными углами в горизонтальной плоскости
Освещение в лаборатории, согласно санитарному паспорту, составляет: в горизонтальной плоскости 365 люкс, в вертикальной плоскости 590 люкс, что соответствует СНиП 11-4-79 /11/ (300 люкс и 500 люкс соответственно), но при работе с дисплеем желательно иметь освещенность 2/3 от номинальной, т.е. 200 люкс и 330 люкс соответственно (с целью снижения нагрузки на глаза), для этого на оконных проемах имеются светозатеняющие шторы, с помощью которых можно отрегулировать освещение до оптимального уровня.
В ходе проектирования большую часть работ необходимо было произвести на компьютерном терминале, поэтому эргономические параметры видеодисплейных терминалов имели немаловажное значение, требования к ним будут рассмотрены ниже.
В соответствии с /17/ визуальные эргономические параметры видеодисплея являются важными параметрами безопасности при работе с ними и их неправильный выбор приводит к ухудшению здоровья пользователей.
Конструкция видеодисплея, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации.
Конструкция видеодисплея должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн видеодисплея должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона. Корпус видеодисплея и персонального компьютера должен иметь матовую поверхность одного цвета и не иметь блестящих поверхностей, способных создавать блики. На лицевой стороне корпуса видеодисплея не рекомендуется располагать органы управления, маркировку, какие-либо вспомогательные надписи и обозначения. При необходимости расположения органов управления на лицевой панели они должны закрываться крышкой или быть утоплены в корпусе.
Для обеспечения надежного считывания информации при соответствующей степени комфортности ее восприятия должны быть определены оптимальные и допустимые диапазоны визуальных эргономических параметров. Визуальные эргономические параметры видеодисплея и пределы их изменения, в которых должны быть установлены оптимальные и допустимые диапазоны значений, приведены в таблице 6.3.2.
Таблица 6.3.2 - Визуальные эргономические параметры видеодисплейных терминалов и пределы их изменения
| Наименование параметра | Пределы значений параметров | |
| не менее | не более | |
| Яркость знака (яркость фона), кд/м измеренная в темноте | 35 | 120 |
| Внешняя освещенность экрана, лк | 100 | 250 |
При работе с видеодисплеями необходимо обеспечивать значения визуальных параметров в пределах оптимального диапазона, для профессиональных пользователей разрешается кратковременная работа при предельно допустимых значениях визуальных параметров.
Конструкция видеодисплея должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.
В целях защиты от электромагнитных и электростатических полей допускается применение приэкранных фильтров, специальных экранов и других средств индивидуальной защиты, прошедших испытания в аккредитованных лабораториях и имеющих соответствующий гигиенический сертификат.
Выводы по безопасности работы на ПК с использованием видеодисплея: в процессе выполнения работ на ПК соблюдались гигиенические требования при работе с видеодисплеями в соответствии с /17/. Визуальные эргономические параметры при выполнении работ лежат в пределах, установленных указанными правилами и нормами.
Экологичность проекта
Наиболее объективным критерием, используемым при экологической экспертизе производства, является ущерб, наносимый народному хозяйству загрязнением окружающей среды.
Электромагнитные излучения
Основным источником ЭМИ при разработке блока является видеодисплей ПК. Допустимые дозы излучений строго регламентируются в соответствии с /17/.
Конструкция видеодисплея должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 5 см от экрана и корпуса видеодисплея при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать в пересчете на эквивалентную дозу 0,1 мбэр/час (100 мкР/час).
Допустимые значения параметров неионизирутощих электромагнитных излучений приведены в таблице 6.4.1.
Таблица 6.4.1
| Наименование параметров | Допустимые значения |
| Напряженность электромагнитного поля на расстоянии 50 см около видеодисплея, не более: в диапазоне частот (5..2000) Гц в диапазоне частот (2..400) кГц | 25 В/м 2.5 В/м |
| Плотность магнитного потока, не более в диапазоне частот (5..2000) Гц в диапазоне частот (2..400) кГц | 250 нТл 25 нТл |
| Поверхностный электростатический потенциал, не более | 500 В |
Выводы по мощности ЭМИ на рабочем месте: мощность ЭМИ на рабочем месте определяется мощностью ЭМИ видеодисплея и лежит в пределах, установленных нормами /17/.
Экспертиза вентиляции
При выполнении монтажных работ в результате процесса пайки в воздух рабочей зоны выделяются вредные пары, содержащие свинец, относящийся к обще токсичным веществам /18/. Характеристикой загрязнения воздуха рабочей зоны является предельно допустимая концентрация (ПДК) /15/: для свинца ПДК=0.01мг/м , класс опасности-1, относительный коэффициент опасности - 1.7. Для того, чтобы содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не превышало ПДК, рабочее место оборудовано местной вентиляцией /19/, отводящей вредные пары от рабочего места.
Кроме этого необходимо обеспечить достаточный воздухообмен в помещении. Для ориентировочных расчетов, когда неизвестно точное количество выделяющихся веществ, расчет необходимого количества воздуха принимают по кратности воздухообмена ( формула 6.4.2 ) /15/.
L = Kp • V (6.4.2)
где Кр - кратность воздухообмена (для помещений небольшого объема Кр=10);
V - объем помещения ( V=144 м ³ ).
Для используемой лаборатории необходимый воздухообмен 1440 м³ в час. Лаборатория оборудована двумя кондиционерами БК-1500, каждый из которых обладает мощностью 1500 м³/ час, что обеспечивает выполнение санитарно-гигиенических требований.
Выводы по обеспечению необходимой вентиляции в лабораторном помещении: в лаборатории обеспечена достаточная кратность воздухообмена, которая удовлетворяет требованиям /12/.
Чрезвычайные ситуации
Воздействие ионизирующих излучений и сильных электромагнитных излучений на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Возможный характер их повреждений.
Для оценки возможных нарушений работоспособности электро радиокомпонентов и аппаратуры при воздействии ионизирующих излучений (ИИ) необходимо располагать информацией о возможных видах радиационных эффектов, их зависимости от временного масштаба процесса, разновидности и энергии ионизирующего излучения. Под радиационным эффектом понимают явление, состоящее в изменении значений параметров, характеристик и свойств объекта в результате воздействия ИИ /20/.
В настоящее время принято выделять следующие радиационные эффекты: эффекты смещения, переноса заряда и ионизирующие эффекты.
Эффекты смещения представляют собой перемещение атомов из нормального положения в кристаллической решетке материала. Эти перемещения сопровождаются возникновением структурных дефектов кристаллической решетки, к простейшим из которых относятся наличие свободных положений в решетке и дополнительных атомов между ее узлами. В электронных устройствах эффекты смещения влияют в основном на работу полупроводниковых приборов.
Говоря об эффектах смещения, следует различать долговременные и кратковременные эффекты смещения.
Долговременные эффекты смещения проявляются в необратимом по истечении некоторого времени после облучения изменении различных параметров полупроводниковых приборов, зависящем от интегрального потока частиц и дозы гамма-излучения, их энергетического спектра и температурных условий облучения. При прочих равных условиях более жесткий спектр излучения и пониженные температуры облучаемого материала приводят к росту числа структурных дефектов.
При облучении гамма-нейтронным излучением ядерного взрыва (ЯВ) воздействие гамма-излучения в процессе образования структурных дефектов чрезвычайно мало в сравнении с воздействием нейтронов. Поэтому его влиянием на процесс образования структурных дефектов и соответствующим им необратимым изменениям параметров материалов и изделий можно пренебречь.
Однако в некоторых случаях, например при воздействии гамма-нейтронного излучения на униполярные транзисторы металл-диелектрик-полупроводник (МДП-структуры), стекла, органические диэлектрики дозовые эффекты от гамма-излучения необходимо учитывать, так как число структурных дефектов при воздействии гамма-излучения сравнимо или существенно превышает число дефектов, создаваемых нейтронами.
Кратковременные эффекты смещения проявляются в обратимых изменениях параметров объектов и характерны для импульсного облучения. Смещенные под действием облучения нейтронами атомы в начальный момент времени являются термодинамически неустойчивыми образованиями, большинство из них имеют весьма малую энергию активации, определяющую скорость их рекомбинации. Вследствие этого значительная доля созданных дефектов структуры за очень малые промежутки времени «отжигается» , т.е. частично восстанавливает исходные свойства материала. Однако наряду с процессами рекомбинации идут процессы связанные с перегруппировкой структурных повреждений, взаимодействием их с атомами примеси и дефектами структуры.
При длительности облучения, значительно превышающей характерные времена таких процессов, приходится иметь дело с необратимыми повреждениями или медленными и слабо выраженными процессами восстановления параметров.
Эффекты переноса заряда обусловлены передачей кинетической энергии полей ионизирующего излучения вторичным частицам и проявляются в виде неустановившихся токов. При движении вторичных заряженных частиц создаются электрические и магнитные поля, а также протекают неустановившиеся токи, зависящие от мощности дозы облучения.
Эти эффекты могут привести к появлению ложных сигналов и сбоев в аппаратуре, а так же к выходу из строя отдельных узлов.
Ионизационными называются эффекты, вызванные носителями заряда с низким уровнем энергии. Они отличаются от эффектов переноса заряда, которые определяются как смещение зарядов высокоэнергетичными частицами. Число электронно-дырочных пар определяется только количеством энергии, выделяемой на ионизацию.
Ионизационные эффекты проявляются в виде переходных эффектов (эффектов свободных носителей), промежуточных релаксационных эффектов, долговременных эффектов захваченных носителей и химических эффектов.
Переходные эффекты связаны с образованием свободных носителей. В полупроводниках концентрация свободных носителей может быть оценена в предположении, что расход энергии на образование одной электронно-дырочной пары равен трех-пятикратному значению потенциала ионизации.
Промежуточные релаксационные эффекты связаны с тем, что в диэлектриках и изоляторах захваченные на ловушки носители могут снова высвободиться за счет тепловых эффектов.
Ионизационные эффекты при воздействии излучения вызывают образование в аппаратуре избыточных зарядов, появление которых в диэлектриках и изоляторах понижает их изолирующие свойства, а в полупроводниках – к образованию избыточных ионизационных токов. В результате возникают обратимые изменения параметров аппаратуры, находящейся во включенном состоянии, что может приводить к временной потере ее работоспособности, ложным срабатываниям и сбоям /21/.
В заключение нужно добавить, что по критерию бесперебойной работы повышение стойкости аппаратуры к импульсному гамма-излучению только выбором радиационно стойких комплектующих изделий ограничено, как правило, мощностью дозы порядка 107 .. 108 Р/c /22/, а при применении интегральных микросхем, изготовленных по технологии КМОП, 1010 .. 1012 P/c.
Выводы по безопасности и экологичности проекта: на основании ранее сделанных выводов можно утверждать, что при соблюдении техники безопасности и правил эксплуатации блока ПЗК, настоящее изделие является безопасным при изготовлении и эксплуатации.
Библиографический список
1. СН 245–71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.
2. ГОСТ 12.1.038–82. ССБТ. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и токов.
3. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.
4. ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ. Защитное заземление. Зануление.
5. ОНТП 24–86. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
6. ГОСТ 12.4.009–85. ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Общие требования.
7. ГОСТ 12.1.033–81. ССБТ. Пожарная безопасность объектов с электрическими сетями.
8. СНиП II–4.79. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение.
9. ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.
10. ГОСТ 22.269-76. Система “человек-машина”. Рабочее место оператора. Временное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования.
11. ГОСТ 27.818-88. Машины вычислительные и системы обработки данных. Допустимые уровни шума на рабочих местах и методы его определения.
12. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования.
13. ГОСТ 12.4.113-82 ССБТ. Работы учебные лабораторные. Общие требования безопасности.
14. СанПиН 2.2.2.542–96. Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы.
15. ГОСТ 12.0.003-74. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы.
16. СН 952-75. Санитарные правила организации процесса пайки мелких деталей сплавами, содержащими свинец.
17. ГОСТ 18298–79. Стойкость аппаратуры, комплектующих элементов и материалов радиационная. Термины и определения.
18. Мырова Л.О., Чипиженко А.З. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры связи. – М.: Радио и связь, 1983. – 216 с., ил.
19. Вавилов В.С., Ухин Н.А. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. – М.: Атомиздат, 1969. – 311 с.
ВЫБОР И ОБСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
1.1 Выбор структурной схемы
1.2 Выбор принципиальной электрической схемы
1.2.1 Выбор элементной базы
1.2.2 Ограничитель
1.2.3 Измеритель частоты биений
1.2.4 Частотный дискриминатор
1.2.5 Полосовой фильтр
1.2.6 Обнаружитель
1.2.7 Схема выдачи сигнала «Разрешение»
1.2.8 Схема выдачи сигнала «Исправность»
1.2.9 Коммутаторы
1.2.10 Интегратор ошибки
Дата: 2019-07-30, просмотров: 190.
