РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
на тему:
"Датчик Шума"
Данный курсовой проект выполнен на основе материала, полученного на предприятии ФГУП «Калугаприбор» г. Калуги.
В данном курсовом проекте при разработке печатного узла учитывались условия его работы.
Условия эксплуатации блока подразумевают постоянное действие вибрации (10 g) и воздействие ударов (перегрузка 15 g, форма импульса прямоугольная, t = 15 мс), давление 760 мм. рт. ст., диапазон температур (-60 - +100)°С, влажность до 80% при температуре 300С.
Данный узел должен обеспечивать высокое быстродействие и при этом иметь как можно меньшие габариты и вес, а его производство обладать максимальной технологичностью с учетом типа производства.
Все эти требования и стали определяющими при выборе конструктивного варианта исполнения субблока, элементной базы, типа крепления ЭРЭ и выбора защитных покрытий, а также при разработке технологического процесса сборки данного субблока.
Чертежи оформлены с использованием графической системы КОМПАС 7.0, расчетно-пояснительная записка оформлена с использованием текстового редактора MicroSoft Word.
ДШ конструктивно выполнен в виде субблока. Структурная схема датчика ДШ представлена на листе 5 графической части.
При построении ДШ использовано известное положение теоремы Ляпунова о том, что закон распределении плотности вероятности суммы независимых случайных величин, имеющих законы распределения отличные от нормального, приближается к нормальному распределению при n стремящемся к бесконечности, где n число слагаемых. Кроме того, если закон распределения каждого из слагаемых симметричен, то закон распределение суммы приближается к нормальному распределению быстрее.
Используемые в ДШ источники шума ИШ генерируют шумовой сигнал (импульсная последовательность пилообразных импульсов) одномерный закон распределения мгновенных значений которого подчиняется закону Реллея.
Сигналы 1 и 3 слагаемых образуются суммированием сигналов двух пар ИШ с разной полярностью импульсных последовательностей на эмиттерных повторителях ЭП с последующим амплитудным ограничением на ограничителях Огр. дли стабилизации уровня сигнала и одновременного расширения спектра в область низких частот.
Для формирования сигналов 2 и 4 слагаемых используются две нелинейные цепи с несимметричными выходами9 в состав каждой из которых, кроме пары ИШ с разной полярностью импульсных последовательностей, входят усилитель-ограничитель а фильтр низкой частоты,
После суммирования сумматором двух предельно-ограниченных сигналов8 число которых обусловлено заданной степенью приближения закона распределения суммы сигналов к нормальному распределению, образованный шумовой сигнал проходит через ФНЧ1.1, формирующей требуемое распределение спектральной плотности сигнала по частоте, и поступает на регулируемый усилитель на выходе которого сигнал имеет постоянную величину независимо, от его ширины спектра.
Управление полосой пропускания ФНЧ1, коэффициентом усиленна УР осуществляется одновременно через коммутатор.
С выхода УР1.1 шумовой сигнал поступает на вход модулятора, при помощи которого возможно осуществление модуляции сигнала низкочастотным случайным сигналом со спектром 0-30 Гц. Формирование низкочастотного сигнала производится путем фильтрации одного из исходных ограниченных сигналов ФНЧ2.
В ДШ применяется резервирование кепи формирования шумового сигнала, состоящей из последовательно соединенные сумматора, ФНЧ и УР. На входы первой цепи поступают сигналы 1 и 2 слагаемого,: а на входы второй 3 и 4 слагаемого. Управление полосой пропускания ФНЧ1 и усилением УР1 осуществляется синхронно через соответствующие КОММУТ.1 и КОММУТ.2.
Источниками шума служат диоды VD1 - VD8.
Рабочий ток 50 мкА через диоды стабилизируется источниками тока на транзисторах микросхем DD1, DD2 с токозадающими резисторами R1 - R6.
Шумовые сигналы от источников шума непосредственно и через разделительные конденсаторы С1, С3, С5 и согласующие резисторы R8 - R15 поступают на входы ЭП, выполненных на транзисторах микросхемы DD3.
Далее сигналы через разделительные конденсаторы С9, С10 попадают на ограничители., выполненные на широкополосных усилителях микросхем DD5, DD6 с корректирующими конденсаторами С11 - С14, С17, С18,
Шумовые сигналы с диодов VD2, VD3, VD6, VD7 через разделительные конденсаторы С2, С4, C7, С8 поступают на выход усилителей-ограничителей собранных на микросхеме DD4.
• Усилители-ограничители содержат три каскада. Первый из них работает в линейном режиме, а второй и третий в режиме ограничения амплитуды, что обеспечивает стабильность выходных уровней.
С выходов усилителей-ограничителей сигналы через разделительные конденсаторы C15, C16 поступают на входы фильтров низкой частоты, выполненных на RC элементах (R26-C24, R27-C25). Ограниченные шумовые сигналы через согласующие резисторы R20, R21, R31, R32 поступают на входы соответствующих сумматоров, выполненных на ЭП микросхем DD5, DD6.
С выхода каждого сумматора сигнал вначале подается на предварительный фильтр НЧ. собранный на элементах R29, 1? 33, С26, С28, и RЗО, R34, С27, С29, L 2, а затем на формирующий ФНЧ1.
В фильтрах НЧ1.1 и НЧ1.2 предусмотрено изменение полосы пропускания путем выборочного подключения к общей шине конденсаторов СЗЗ-С35 (СЗО и R35 подключены постоянно) и C36-C38 (С31 и R36 подключены постоянно). Подключение конденсаторов осуществляется через коммутаторы (входы АЭ-А2 микросхем DD7 и DD8).
Сформированный сигнал с выхода каждого ФНЧ1 поступает на соответствующий инвертирующий усилитель с дискретно регулируемым коэффициентом усиления (микросхемы DD9, DD10). Регулировка коэффициента усиления производится путем изменения коэффициента передачи цепи обратной связи на элементах R37-R44, R48, R49. Подключение резисторов R37-R44 к обшей шине осуществляется через коммутаторы (входы ВО-ВЗ микросхем DD7 и DD8), на управляющие входы которых подаются логические *1* и «О*.
С выхода усилителя DD10.1 через разделительные конденсаторы С39, С42 и согласующий резистор R51 сигнал подается на первый вход модулятора, выполненного на микросхеме DD11. Элементы R54, R55, R64, C52 осуществляют начальное смещение на первом входе модулятора, а элементы R50, R52, R53, C43 нa втором входе модулятора. Для установки заданной глубины модуляции предназначен потенциометр R58 с согласующим резистором R56. Резисторы R57, R59-коллекторные нагрузки выходных транзисторов модулятора.
На второй вход модулятора через конденсатор С44 поступает низкочастотный случайный сигнал с выхода второго фильтра НЧ, выполненного на операционном усилителе (ОУ) DD9 с элементами R28, R45-R47, С21, С32.
Модулированный сигнал снимается с резистора R59 и подается на вход согласующего инвертирующего усилителя на микросхеме DD10.2 через конденсаторы С49 и С50
Далее усиленный сигнал поступает через резистор R7O поступает на выход субблока.
Одновременно с выходов ОУ микросхем DD9 и DD10.1 сформированные сигналы через разделительные конденсаторы С45-С48 поступают на вход инвертирующего сумматора выполненного на ОУ DD13, с выхода которого через согласующий резистор R68 усиленный сигнал поступает на выход субблока, контакт А28.
Параллельно инвертирующим входам ОУ Д13, Д10.2 включены ключи на транзисторах микросхемы DD12 с резисторами R69, R71. При подаче на управляющие входы ключей (базы транзисторов) напряжения (12-15) В ключи открываются и подключают входы ОУ к общей шине, что исключает прохождение входного сигнала ОУ на выход субблока. Режим работы субблока без модуляции обеспечивается при включенном ключе DD12.1 и выключенном ключе DD12.2, а режим с модуляцией - при включенном ключе DD12.2 и выключенном ключе DD12.1.
Элементы R22, R23, V9, VIО и R76, R77, Vll, V12 выполняют функции стабилизаторов напряжения для микросхем DD5-DD8; элементы С54-С61, R72-R75-функции фильтров цепей питания - 15 В; элементы R78, С62-функции фильтра цепи питания микросхемы DD4.
Данный проект выполнен в соответствие с современными требованиями, обеспечением точностных и временных характеристик. Исходя из этого считаю целесообразным выполнить поверхностный монтаж всех элементов, для чего используются не только отечественные но и импортные компоненты.
Преимущества SMD технологии:
· Cнижение массы и габаритов готового изделия.
· Снижение стоимости радиоэлементов.
· Устранение непосредственного контакта персонала с компонентами.
· Использование компонентов прямо из заводской упаковки.
· Возможность полной автоматизации монтажа.
· Возможность исключения операции отмывки.
· Использование современной элементной базы.
Высокая точность и повторяемость установки компонентов.
Конструкция системы ориентирована на обеспечение наилучшего быстродействия, высокой надежности и относительно небольшую стоимость. Практически все элементы схемы, кроме конденсаторов импортные. Конденсаторы и резисторы - малогабаритные в корпусах 0603,0805,1206 для поверхностного (SMD) монтажа.
Рассмотрим конденсаторы типа К53-56А фирмы ОАО НИИ «Гириконд» <#"1.files/image001.gif">
Исходные данные:
Размеры ПП: а×b×h = 165×120×1,5 мм;
Материал ПП - стеклотекстолит (γ = 2,05×104 Н/м3);
Для стеклотекстолита:
Е = 3,02×1010 Па,
μ = 0,22,
ρ = 2050 кг/м3.
Диапазон частот вибрации 10 - 40 Гц.
Решение:
Масса ПП mn =а×b×h×ρ=0,165×0,120×0,0015×2050 = 61 г.,
Масса элементов mэ = Σ ni mi =(резисторы) + (микросхемы) + +(конденсаторы)= (78*4,5) + (13×1,5) + (62×2,8) = 174 г.
тогда
2. Так как ПП шарнирно оперта по трем сторонам, то
3. Находим цилиндрическую жесткость ПП:
4. Определяем собственную частоту колебаний ПП:
fc = 107 Гц
5. Находим амплитуду колебаний (прогиб) ПП на частоте fc из диапазона частот воздействующих на плату, максимально близкой к fс при заданном коэффициенте перегрузки n:
6. Определяем коэффициент динамичности в диапазоне частот вибрации, близких к fc:
где e - показатель затухания колебаний (для стеклотекстолита при напряжениях, близких к допустимым, принимаем e=0,06).
7. Динамический прогиб ПП при ее возбуждении с частотой f:
Страницы: 1, 2, 3, 4
