Разработка конструкции и технологии производства активного блока обработки сигнала для сабвуферного канала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

"Гомельский государственный профессионально-

технический колледж электротехники"

Разработка конструкции и технологии производства активного блока обработки сигнала для сабвуферного канала

"Основы конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств"

Гомель 2013

Содержание

Введение

1. Конструкторская часть

1.1 Формирование развернутого технического задания (ТЗ) на проектирование устройства (блока)

1.2 Описание и анализ схемы электрической принципиальной Э3, составление схемы структурной блока Э1 с указанием функциональных связей

1.3 Разработка конструкции изделия

1.3.1 Описание конструкции изделия

1.3.2 Выбор материалов конструкции и покрытий изделия

2. Расчетная часть

2.1 Расчет печатного плана

2.2 Расчет теплового режима

2.3 Расчет механических воздействий

3. Технологическая часть

3.1 Разработка маршрутной карты на изготовление изделия

4. Охрана труда и окружающей среды

4.1 Охрана труда

4.2 Охрана окружающей среды

Литература

электрический тепловой механический маршрутный

Введение

Курсовой проект является завершающим этапом изучения дисциплины "Основы конструирования и технология производства радиоэлектронных средств" и имеет цель систематизации, закрепления и расширения теоретических и практических знаний в области конструирования и технологии производства радиоэлектронных средств (РЭС). Развития конструкторских, технологических и расчетных навыков, самостоятельной работы при решении разрабатываемых проблем и вопросов; углубление навыков работы с литературой.

При выполнении курсового проекта учащимся необходимо проанализировать и обосновать основные элементы и узлы проектируемого радиоэлектронного устройства (РЭУ),разработать конструкцию и технологию производства РЭУ, обосновать принятые расчётные и технические решения.

Выполнение курсового проекта несет практическую и познавательную ценность и является одним из этапов совершенствования имеющихся знаний по специальности.

1. Конструкторская часть

1.1 Техническое задание

1.Активный блок обработки сигнала для сабвуферного канала.

2.Устройство предназначено для формирования сигнала, подаваемого на оконечный усилитель мощности сабвуфера. Благодаря двум балансным входным блокам источник сигнала может быть любой - от стереофонического линейного выхода до мощного выхода автомагнитолы.

Устройство содержит сумматор с единичным коэффициентом передачи (левый + правый),дискретно - перестраиваемый фильтр инфранизких частот (SUBSONIC) ,перестраиваемый фильтр низких частот (ФНЧ) , регулятор фазы и уровня выходного сигнала.

3.Прибор собран в корпусе без блока питания.

4.Технические параметры:

Напряжение питания Uп, В от 3 до30 (однополярное)

Ток потребления, млА 50

Входное напряжение (размах), В от 0 до 30

Выходное напряжение (размах), В от 0 до 30 (регулируется)

Число входов 2 (левый, правый)

Коэффициент передачи смесителя, дБ - 0 (левый + правый)

ФНЧ фильтр (3-го порядка)

Усиление в полосе пропускания, дБ - 0

Затухание вне полосы пропускания, дБ/Окт 18

Частоты среза (3 дискретных значения), Гц 20, 25, 30

ФНЧ фильтр (2-го порядка)

Усиление в полосе пропускания, дБ 0

Затухание вне полосы пропускания, дБ/Окт 12

Частота среза, Гц от 30 до 250 (регулируется)

Коэффициент усиления предварительного усилителя, дБ от -20 до +20 (регулируется)

Пределы изменения фазы, град. От 0 до 360

5.Требования к конструкции: устанавливаются требования к внешнему виду изделия, лёгок в использовании.

1.2 Описание и анализ схемы электрической принципиальной Э3, составление схемы структурной блока Э1 с указанием функциональных связей

Активный блок обработки сигнала для сабвуферного канала выполнен на девяти операционных усилителях DA1.1-DA1.4, DA2.1-DA2.4, и DA3.1.На ОУ DA3.2 собран генератор прямоугольных импульсов, осуществляющий индикацию режима работы устройства при помощи светодиода HL1 (частота мигания порядка 5 Гц). На резистивном делителе R33, R34 и конденсаторе C17 выполнена искусственная средняя точка.

На ОУ DA1.1-DA1.4 выполнена два балансных входных блока. Сумматор выполнен на ОУ DA2.1. Подобное построение позволяет использовать практически любой источник (линейный выход, выход УМ) для снятия полезного сигнала. На ОУ DA2.3 выполнен фильтр инфранизких частот (ФИНЧ,3-го порядка, Баттерворта), позволяющий максимально эффективно использовать мощности усилителя и звукоизлучающей головки. Предусмотрен выбор необходимой частоты среза ФИНЧ, а именно 20, 25 и 30 Гц. На ОУ DA2.4 выполнен фильтр НЧ (2-го порядка, Баттерворта) с регулируемой частотой среза в пределах от 30 до 250 Гц.

На ОУ DA2.2 выполнен усилитель с переменным коэффициентом усиления в диапазоне дБ с функцией фазоинвертора. Коэффициент усиления -20 дБ достигается при среднем положении движка переменного резистора.. При повороте движка резистора влево (фаза=0 град.) или вправо (фаза=180 град.) происходит изменение коэффициента усиления до +20 дБ.

На ОУ DA3.1 выполнен регулируемый фазовращатель, изменяющий фазу полезного сигнала в пределах от 0 до 180 градусов, что позволяет обеспечить "стыковку" звучания сабвуфера с остальными звукоизлучающими головками.

На контакты Х9 ( + напряжения питания), Х10 ( - напряжения питания) подается напряжение питания.

При использовании маломощного источника (линейный выход и т.д.)с дифференциальными выходами, входной сигнал на блок обработки подается относительно контактов Х1, Х5 (левый) и Х3, Х7 (правый). При использовании мощного источника выход УМ и т.д.) с дифференциальными выходами входной сигнал на блок обработки подается относительно контактов Х2, Х6 (левый) и Х4, Х8 (правый).

При использовании маломощного источника (линейный выход и т.д.) с обычными потенциальными выходами, входной сигнал но блок обработки подается относительно контактов Х1, Х5 (левый) и Х3, Х7 (правый), причем Х5 и Х7 необходимо соединить с землей источника питания. При использовании мощного источника (выход УМ и т.д.) с обычными потенциальными выходами входной сигнал на блок обработки подается относительно контактов Х2, Х6 (левый) и Х4, Х8 (правый), причем Х5 иХ7 необходимо соединить с землей источника питания.

С контактов Х11, Х12 снимается отфильтрованный входной сигнал для сабвуферного усилительного тракта.

Установкой перемычки в ХР1 выбирается необходимая частота среза ФИНЧ. Переменным резистором R19 регулируется частота среза ФНЧ.

Потенциометром R16 регулируется уровень выходного сигнала и его фаза (дискретно, 0 или 180 градусов), а потенциометром R27 - фаза в диапазоне от 0 до 180 или от 180 до360 градусов. Подобное построение фазовращателя позволяет изменять фазу в пределах от 0 до360 градусов.

1.3 Разработка конструкции изделия

1.3.1 Описание конструкции изделия

Конструктивно все узлы выполнены на печатной плате из одностороннего фольгированного текстолита. Изделие имеет пластмассовый корпус. Внешний вид прибора показан на сборочном чертеже, в графической части курсового проекта.

На передней панели установлены регуляторы R19 регулируется частота среза ФНЧ (фильтра

низких частот), R16 регулируется уровень выходного сигнала и его фаза (дискретно, 0 или 180 градусов), R27 регулируется фаза в диапазоне 0 до 180 или 180 до360 градусов.

На задней панели прибора расположен разъем SX1 для блока питания 12 Вольт.

1.3.2 Выбор материалов конструкции и покрытий изделия

Для уменьшения массы изделия выбирают материал с малым удельным весом - пластмассу.

Литой корпус с отдельно устанавливающей крышкой, которая крепится к нему 6 защелками. Пластмассовый корпус не требует дополнительной изоляции, что является его преимуществом по сравнению с корпусами, изготовленными из метала.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет печатного плана

Ориентировочный выбор площади платы :

где S_эл- площадь элементов, установленных на плате;

К_з- коэффициент заполнения равный 0,5…0,7.

По полученному значению S_пл подобрать подходящий типоразмер платы из ряда унифицированных (ГОСТ 2 3752-79).

Исходными данными для расчета являются:

1. Допустимое рабочее напряжение U (3В).

2. Максимально возможный ток через печатный проводник I_max (50мА).

3. Материал печатной платы - стеклотекстолит фольгированный СФ-2.

4. Метод изготовления печатной платы: - комбинированный.

5. Метод получения рисунка: офсетная печать.

6. Резистивное покрытие печатных проводников припой ПОС 61.

Толщину изоляционного основания выбирают, исходя из требований к механической жестокости готовой печатной платы и ее размеров. Материалы с большой толщиной фольги позволяют пропускать по проводникам большие токи при той же ширине проводника.

Расчет электрических параметров печатных плат

Для печатных проводников, расположенных на наружных слоях, допускается плотность тока до 20 А/мм², а для расположенных на внутренних слоях МПП - до 15 А/мм².

Для печатных плат, используемых в бытовой аппаратуре, допускается плотность тока до 30 А/мм².

Расчет минимальной ширины проводника:

где- толщина печатных проводников;

Н_ф - толщина фольги (табл. 1);

Н_пм - толщина предварительно осажденной меди (0,001…0,005 мм);

Н_г - толщина поращенной гальванической меди (0,001…0,005 мм);

I_доп - допустимое значение плотности тока. Для печатных плат, используемых в бытовой аппаратуре, допускается плотность тока до 30 А/мм².

Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом печатными проводниками зависит от минимального зазора между ними 1 мм.

Сопротивления печатных проводников можно рассчитать по формуле:

Ом

мм - длинна проводника;

При комбинированном способе удельное сопротивление проводника определяется как участками из фольги, так и участками, полученными химическим способом, и р=0,0175 (Ом*мм²)/м.

Между двумя параллельно расположенными проводниками могут появиться гальванические связи за счет утечек по изоляции, а также емкостные. Емкость между печатными проводниками можно вычислить по формуле:

С=k/е=0,056/4=0,014пФ

К=0,056 - согласно графика

где С - емкость, пФ;

k - коэффициент, зависящий от ширины проводников и их взаимного расположения (значения k для часто встречающихся в практике случаев приведены на рис. 13.4);

е- диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между проводниками.

При расположении проводников, которому соответствуют графики 1 и 2 на рис. 13.4, линии электрического поля проходят частично через воздух, а частично через изоляционную плату. Поэтому в формулу (13.1) следует подставлять среднеарифметическое значение диэлектрической проницаемости воздуха и изоляционной платы, которое можно определить по формуле

е= (1 + е_д) / 2=(1+7)/2=4

где е_д - диэлектрическая проницаемость изоляционной платы, на которой расположены печатные проводники.

Между двумя расположенными параллельно проводниками кроме емкостной существует индуктивная взаимосвязь. Для расположения проводников, показанного на рис. 13.7, а, взаимоиндукцию можно определить по формуле



Где М - взаимоиндукции, нГн; l - длина проводника, см; D - расстояние между проводниками, см.

Падение напряжения на печатном проводнике

,

гдес - удельное сопротивление печатного проводника:

§ для проводников, изготовленных химическим способом с = 0,0175 Ом*мм²/м;

§ при комбинированном способе с = 0,02 Ом*мм²/м;

l - длина проводника, мм;

B_min - минимальная ширина проводника - 0,056 мм.

Особенности конструкции печатных плат и элементовпечатного монтажа

Печатные платы в зависимости от минимальной ширины печатных проводников и минимального зазора между ними делят на три класса. К классу 1 относят платы с пониженной плотностью монтажа, у которых ширина проводников и зазор между ними должны быть не менее 0,5 мм. Класс 2 образуют платы с повышенной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников и зазоры не менее 0,25 мм. Платы с шириной проводников и зазорами до 0,15 мм (класс 3) имеют высокую плотность монтажа. Платы этого класса следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях.

Плотность монтажа по классу 2 следует применять только на платах с размерами до 240 Х 240 мм, по классу 3 - с размерами до 170 х 170 мм.

Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25 мм.

Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента.. При диаметре вывода до 0,8 мм диаметр неметаллизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм - на 0,3 мм больше.

Диаметр металлизированного отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы. Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее половины толщины платы.

Контактные площадки отверстий (см. рис. 13.3) рекомендуется делать в виде кольца. Диаметр контактной площадки можно определить по формуле

Где d - диаметр отверстия; b - необходимая минимальная радиальная толщина контактной площадки; с - коэффициент, учитывающий влияние разброса межцентрового расстояния, смещение Ольги в разных слоях и ряд других факторов.

Для плат класса 1 величину b берут равной 0,3 мм; для плат класса 2 - 0,15 мм.

Для плат класса 1 допуск на межцентровое расстояние берут ± 0,2 мм и с = 0,6 ч 0,7 мм

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий Д:

· при диаметре выводе электрорадиоэлемента до 0,8 мм диаметр неметаллизированного отверстия Д делают на 0,2 мм больше диаметра вывода;

· при диаметре вывода более 0,8 мм - на 0,3 мм больше;

· диаметр металлизированных отверстий:



гдеН_п - толщина платы;

Y - отношение диаметра отверстия к толщине платы:

0,5 мм - для плат класса точности 1,2;

0,33 мм - для плат класса точности 3,4-0,33.

Мощность потерь:

(мВт),

гдеf - рабочая частота, Гц;

U - рабочее напряжение, В.

С - емкость между проводниками печатной платы, ПФ;

tg - диэлектрические потери для материала печатной платы.

2.2 Расчет теплового режима

Порядок расчета теплового режима блока в герметичном корпусе и его элементов.

Данные для расчета:

1. Мощность, рассеиваемая в блоке Вт,

2. Мощность, рассеиваемая элементами Вт плата,

3. Горизонтальный размер корпуса блока L₁=0,120м, L₂=0,070м;

4. Вертикальный размер корпуса блока L₃=0,040м;

5. Площадь поверхности элементов S_эл=8,97м²;

6. Температура окружающей среды Т_с=293 К (+20⁰С); давление окружающей среды 0,1 МПа;

1) Рассчитываем коэффициент заполнения прибора



где V_i- объем элементов РЭА;

n - число элементов в РЭА;

V - объем занимаемый в РЭА;

2) Рассчитываем поверхность корпуса блока

3) Рассчитываем условную поверхность нагретой зоны

Где К_з - коэффициент заполнения прибора.

4) Определяем удельную мощность корпуса блока

где Р- мощность, рассеиваемая в блоке (Вт)

S_к - поверхность корпуса блока (м²)

5) Определяем удельную мощность нагретой зоны

Где Р - мощность рассеиваемая в блоке (Вт)

S_з - поверхность корпуса блока (м²)

6) Находим коэффициент перегрева корпуса v₁ в зависимости от удельной мощности корпуса блока по графику №1

v₁ =15 К

7) Находим коэффициент перегрева нагретой зоны v₂ в зависимости от удельной мощности нагретой зоны по графику №2

V₂=60 К

8) Находим К_н1 коэффициент, зависящий от величины атмосферы

К_н1 =1,4

9) Находим К_н2 коэффициент, зависящий от давления внутри блока

К_н2 =1

10) Определяем перегрев корпуса блока

11) Рассчитываем перегрев нагретой зоны

12) Определяем средний перегрев воздуха в блоке

13) Определяем удельную мощность элементов

Где Р_эл - мощность, рассеваемая элементом (узлом), температуру которую нужно определить.

S_эл площадь поверхности элемента

14) рассчитываем перегрев поверхности элементов

Где а=0,75; в=0,25 (коэффициенты экспериментально).

15) Рассчитываем перегрев окружающей среды

16) Определяем температуру корпуса блока

Где Т_с -температура окружающей блок среды.

17) Определяем температуру нагретой зоны

18) Находим температуру поверхности элементов

19) Находим среднюю температуру воздуха в блоке

20) Находим температуру окружающих элементы среды

2.3Расчет механических воздействий

Целью расчета является определение действующих на элементы изделия перегрузок при вибрации и ударах, а также максимальных перемещениях. При необходимости производится выбор и расчет системы амортизации.

Расчет на действие удара

Рассчитывают ударное воздействие удара при падении прибора. Действующая при ударе перегрузка определяется по формуле:

,

где - скорость прибора в момент соударения;

Н - высота падение прибора;

- скорость отскока;

K_в - коэффициент восстановления скорости, выбирается из табл. 1

Таблица 1 Значения коэффициента восстановления скорости в зависимости от материала соударяющихся тел

Материал соударения тел	КВ
Пластмасса - бетон	0,63

2.4 Расчет надежности

Надежность рассчитывается следующим образом:

1) по принципиальной схеме системы управления (устройства) определяют тип применяемых элементов (резисторы, конденсаторы, реле, двигатели, транзисторы, диоды и т.д.), а также виды соединений (пайки, штепсельные разъемы и т.п.);

2) определяют количество элементов каждого типа и количество соединений;

3) по справочникам устанавливают интенсивность отказов элементов и соединений (как правило, в справочниках указаны максимальные и минимальные значения интенсивностей отказов);

4) учитывают влияние электрических нагрузок и окружающей среды;

5) определяют вероятность P(t) и среднее время Т_ср безотказной работы.

По принципиальной схеме определяем типы применяемых элементов (r - число типов элементов) и количество элементов каждого типа (N_i). Исходные данные и результаты расчета целесообразно оформить в виде табл.2

Таблица 2 - Расчет надежности изделия

Наименование элемента	Номин. значение Р, Вт	Кол. №	010-6	i10-6
Резисторы	Рн = 0,125 Вт	35	0,04	1,4
Конденсаторы	Uн = 16 В	8	0,05	0,4
Пайка		202	0,05	10,1
Микросхема		3	0,1	0,3
				12,2

Для производственных помещений k = 2,5.

Интенсивность отказов с учетом категорий помещений:

ч^-1;

Среднее время безотказной работы:

ч;

Вероятность безотказной работы рассчитывается по следующим формулам:

;

где t - необходимое время эксплуатации устройства.

3. Техническая часть

3.1 Разработка маршрутной карты на изготовление изделия

Проектирование технологического процесса сборки и монтажа радиоэлектронной аппаратуры делят на следующие этапы:

а) Изучение прибора и технологическая доработка его конструкции и схемы;

б) Сборка и монтаж эталонного образца шасси прибора;

в) Расчленение процесса сборки и монтажа на операции;

г) Разработка эскизно-операционных технологических карт сборки и монтажа.

Нумерацию строк выполнять арабскими цифрами от 01. Состав и назначение служебных символов в формах МК применительно к формату А4 дается в буквах русского алфавита от "А" до "Я":

А - наименование операции;

Б - наименование оборудования;

К - комплектовочная;

М - материалы;

Т - технологическая оснастка;

О - операционный текст;

Р - режим техпроцесса;

4. Охрана труда и окружающей среды

4.1 Охрана труда

На рабочем месте радиомеханика необходимо иметь следующие средства индивидуальной защиты; инструмент с изолированными ручками, ковер диэлектрический резиновый, нарукавники, защитную маску или очки, диэлектрические перчатки.

Во всех случаях работы с включенным прибором или другой аппаратурой, когда имеется опасность прикосновения к токоведущим частям, необходимо пользоваться инструментом с изолированными ручками. Работать следует одной рукой. Специалист должен быть в одежде с длинными рукавами или в нарукавниках.

В процессе выполнения профилактических работ или при проведении ремонта необходимо обеспечить требуемые изоляционные зазоры, качество укладки монтажа и паек, исключающие возникновения коранирования, пробоев или искрений.

Ремонтировать и проверять прибор под напряжением разрешается только в тех случаях, когда выполнение работы в отключенном от сети приборе невозможна (регулировка, измерение режимов, нахождение ложных контактов и т.д.).

При замене предохранителей и деталей необходимо отключать прибор от сети питания. Перед заменой деталей необходимо при помощи специального разрядника снять остаточный заряд с конденсаторов фильтра источника питания. Запрещается ремонтировать включенный в сеть прибор, если он находится в сыром помещении, в этих случаях следует отправлять прибор в стационарную ремонтную организацию.

Запрещается ремонтировать прибор вблизи заземленных конструкций, если они не имеют специального изолирующего ограждения.

Лицам, не ремонтирующим прибор, находится в близи прибора при ремонте запрещается.

4.2 Охрана окружающей среды

Очистка загрязненного воздуха и отходящих газов, выделяемых при пайке и травлении печатных плат в атмосферу, от содержащихся в них вредных, жидких и газообразных примесей является основным способом охраны воздушного бассейна от загрязнений.

Задача промышленной очистки заключается в извлечении или нейтрализации вредных веществ из газовых выбросов.

В травильных и гальванических цехах химические и электрические процессы, образуются жидкие отходы, являющимися сильными ядами, способными в определенных условиях уничтожать всякую жизнь в водоемах.

Наиболее часто встречающимися загрязнениями такого рода являются неорганические кислоты и их соли и щелочи.

Для очистки сточных вод в настоящее время применяется специальные фильтры, а для очистки воздуха в помещении применяются спец. вытяжки.

Заключение

При работе над данным прибором была поставлена задача создания максимально простой конструкции, несложной в исполнении, учитывающей ошибки и недочеты, допущенные при конструкции аналогичных устройств.

В письменной работе рассматривается принципиальная электрическая схема прибора.

Кроме того, описана безопасность труда, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке прибора.

Благодаря курсовому проектированию, я закрепил практические и теоретические знания по выполнению расчетов перегрева печатных плат, механических воздействий и надежности прибора на практике.

Литература

1. ГОСТ 2.101-68 ЕСКД. Виды изделий.

2. ГОСТ 2.102-68 ЕСКД. Виды и комплектность КД.

3. ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

4. ГОСТ 3.101-81 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

5. ГОСТ 3.1001-81 … ГОСТ 3.1120-83 ЕСТД.

6. Ненашева А.П. Конструирование радиоэлектронных средств - М., 1990.

7. Фрумник Г.Д. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры - М. 1985.

8. Ярочкина Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы: монтаж и регулировка - М., 2002.

9. Шамгин Ю.В., Алиефиренко В.М. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры и приборов - Мн., 1998.

10. Роткон Л.П., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА - М., 1976.

Размещено на Allbest.ru