Разработка датчика сетки частот генератора сигналов низкой частоты

Разработка датчика сетки частот генератора сигналов низкой частоты

ВВЕДЕНИЕ

Измерением называется физический опыт, в результате которого находят численное значение измеряемой физической величины. Измерения являются важнейшим этапом деятельности работников всех отраслей науки и техники. Измерительная аппаратура является основным оборудованием всех научно-исследовате-льских институтов, лабораторий, неотъемлемой частью оснастки любого технологического процесса. Уровень развития измерительной техники является одним из важнейших показателей научно-технического прогресса.

Измерения выполняются с помощью специальных технических средств, предназначенных для этой цели, которые называются средствами измерений. Наибольшее распространение получили цифровые измерительные приборы (устройства). Их преимущества заключаются в объективности отсчёта и регистрации, широкий диапазон измерения при высокой разрешающей способности, высоком быстродействии за счёт отсутствия механических переходных процессов, свойственных обычным (стрелочным) приборам, но при этом у цифровых приборов есть один недостаток - относительная сложность технологии производства.

Отечественная и зарубежная промышленность выпускает большое количество цифровых измерительных устройств для измерения и преобразования самых разнообразных величин с широким диапазоном технических характеристик.

Цифровые измерительные устройства наиболее полно удовлетворяют основным требованиям, предъявляемым к современной измерительной технике, - автоматизации процесса измерений и увеличению скорости измерений при сохранении необходимой точности.

Цифровым измерительным прибором называют измерительный прибор, автоматически вырабатывающий дискретные сигналы измерительной информации, показания которого представлены в цифровой форме.

Устройство, о котором пойдёт речь, входит в состав прецизионного генератора сигналов низкой частоты, который представляет собой источник синусоидальных электрических колебаний с высокой точностью установки и стабильности частоты и предназначен для регулировки и испытания низкочастотной аппаратуры различного назначения, для встраивания в автоматизированные измерительные системы (АИС). Генератор по своей схеме относится к устройствам с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты, то есть сигналы всех выходных частот являются производными сигнала опорной частоты, стабилизированной кварцем. Для создания сетки выходных частот прибора служит разрабатываемый датчик сетки частот.

В ходе разработки необходимо: на основе анализа технического задания выбрать элементную базу, спроектировать печатную плату детально прорабатываемого блока, обеспечить его связь с остальными блоками внутри корпуса прибора. А также выполнить расчеты надежности, вибропрочности платы, проверочный тепловой расчет и рассчитать себестоимость изготовления датчика сетки частот.

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

В ходе анализа технического задания необходимо рассмотреть все требования технического задания и возможность их реализации.

Датчик сетки частот входит в состав генератора, имеющего в своей конструкции еще несколько блоков и устройств, связь между которыми осуществляется с помощью соединительных плат и разъемов. В частности для связи блока 5 - 7МГц с остальными блоками используются розетки ГВ3.647.009 и вилка ГРПМШ-1-31ШУ2-В. Датчик сетки частот является конструктивно-законченным блоком, не имеющим отдельного корпуса и состоящим из 4-ех функциональных устройств:

блок 5-7МГц;

регистр частоты;

сумматор накапливающий;

формирователь импульсов компенсации.

Прибор обеспечивает свои технические характеристики по истечении времени установления рабочего режима, равного 30мин, за исключением погрешности установки частоты, нестабильности частоты и нестабильности выходного напряжения, которые обеспечиваются после времени установления рабочего режима, равного 2ч.

Прибор допускает непрерывную работу в рабочих условиях в течение времени не менее 16ч при сохранении своих технических характеристик. Время непрерывной работы не включает в себя время установления рабочего режима прибора.

Прибор сохраняет свои технические характеристики при питании его от сети переменного тока напряжением 22022В, частотой 500,5Гц с содержанием гармоник до 5% и при напряжении 22011В, частотой 40040Гц с содержанием гармоник до 5%.

Мощность, потребляемая прибором от сети питания, при номинальном напряжении не превышает 150Вт.

Номинальное значение выходного сопротивления составляет 50 5Ом.

Дополнительная погрешность установки уровня выходного напряжения, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10°С в диапазоне рабочих температур, не превышает 1%.

Нестабильность опорного уровня выходного напряжения после установления рабочего режима не превышает 0,3% за любые 3ч работы при окружающей температуре, поддерживаемой с точностью 1°С.

Частота выходного сигнала прибора устанавливается в диапазоне от 0,001 до 1999999,999Гц с дискретностью 0,001Гц. Установленное значение частоты индицируется на цифровом табло прибора.

Так как производство, указанное в требованиях технического задания, - серийное, то для этого необходимо обеспечить прохождение готового блока 5 - 7МГц всех испытаний на этапе проектирования и тестирования; выбрать элементную базу т.о., чтобы снизить стоимость готового изделия, оптимально оснастить производство для обеспечения заданной надежности.

Условия эксплуатации и характеристики воздействующих факторов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

Показатель надежности блока 5 - 7МГц соответствует средней наработке на отказ при выполнении задачи, То=8000час, что является выполнимым. Подтверждение заданной в техническом задании средней наработки на отказ будет осуществляться расчетным методом.

. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРА

Генератор сигналов низкочастотный прецизионный по своей схеме относится к устройствам с диапазонно-кварцевой стабилизацией частоты, т.е. сигналы всех выходных частот являются производными сигнала опорной частоты, стабилизированной кварцем.

Прибор выполнен по двухканальной схеме: первый канал обеспечивает получение диапазона частот выходного сигнала от 100Гц до 2 МГц, второй канал - от 0,001Гц до 99,999Гц.

Структурная схема генератора представлена на рис.2.1.

Структурная схема прибора содержит опорный (кварцевый) генератор, делитель частоты, датчик сетки частот, делитель частоты на 5, выходное устройство, блок формирования низкочастотного сигнала с выходным усилителем, регистр кода опорного напряжения, ЦАП1, ИОН, регистр кода ослабления, управляемый аттенюатор, формирователь прямоугольного сигнала с уровнями ТТЛ, блоки системы управления и блок питания.

Датчик сетки частот первого канала построен по методу дробно-кратного синтеза с одним кольцом фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и содержит плавный генератор, поглотитель импульса, делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), фильтр нижних частот (ФНЧ), а также регистр частоты, накапливающий сумматор и цифро-аналоговый преобразователь.

Дробный коэффициент деления получается за счёт исключения (поглощения) части импульсов на входе ДПКД с помощью поглотителя импульса, управляемого от накапливающего сумматора. В общем случае последовательность импульсов на входе ДКПД распределена неравномерно, что приводит в спектре выходного сигнала значительного числа дискретных побочных составляющих. Для обеспечения равномерности входной импульсной последовательности ДПКД введена аналоговая компенсация с помощью цифро-аналогового преобразователя ЦАП1 и интегратора.

Код устанавливаемой частоты хранится в регистре частоты и обеспечивает на выходе плавного генератора сетку частот от 25000050 до 34999999,995Гц с шагом перестройки 0,005Гц.

Значение трёх старших десятичных разрядов частоты определяет коэффициент деления ДПКД N , равный 250-350, а значение остальных разрядов поступает в накапливающий сумматор (СН). С приходом тактового импульса от ДКПД накапливающий сумматор суммирует свое содержание с входным числом и вырабатывает новое число, которое преобразуется ЦАП1 в аналоговый сигнал (ток), поступающий на вход суммирующего устройства - интегратора. В момент, когда число в СН превышает его емкость, генерируется импульс переполнения, который поступает на поглотитель импульса, запрещающий прохождение очередного импульса плавного генератора ДПКД. Возникающая на входе ДПКД нерегулярность в выходной импульсной последовательности компенсируется при сложении аналоговых сигналов с выходов импульсно фазовый детектор (ИФД) и ЦАП1 в интеграторе.

Делитель частоты на 5 обеспечивает понижение частоты выходного сигнала плавного генератора в 5 раз так, что на гетеродинном входе смесителя диапазон частот входного сигнала оказывается равным 5000010 - 6999999,999ГЦ. Частота сигнального напряжения - 5МГц, поэтому диапазон частот выходного сигнала смесителя равен 10 - 1999999,999Гц.

Максимальный уровень выходного сигнала задается выходным усилителем, который вместе со смесителем охвачен системой автоматической регулировки уровня (АРУ), обеспечивающей стабилизацию и регулировку уровня выходного напряжения. Система стабилизации уровня включает в себя ФНЧ, усилитель, преобразователь переменного напряжения в постоянное, суммирующее устройство, регулируемый усилитель и полосовой фильтр. Система регулировки и стабилизации уровня обеспечивает «мелкую» сетку значений уровня выходного напряжения в пределах 6дБ с минимальной дискретностью 0,04 - 0,05%. Управляющим напряжением при этом является опорное напряжение с выхода ЦАП2. Код значения опорного напряжения хранится в регистре кода. Встроенный аттенюатор ослабляет выходное напряжение от 0 до 8000 раз с шагом 1:2, 1:4, 1:10, 1:100.

Таким образом, уровень выходного напряжения прибора на нагрузке 50Ом регулируется в пределах от 0,2 до 2500мВ с дискретностью, определяемой поддиапазоном выходного напряжения.

Блок формирования низкочастотного сигнала построен по методу прямого цифрового синтеза с постоянным числом ступеней аппроксимации (1000) на период и выбором значений синуса из памяти. При этом в качестве источника кода фазы используется счетчик импульсов, управляющий постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Выходные коды ПЗУ с помощью ЦАП3 преобразуются в аналоговое напряжение, которое после фильтрации ФНЧ поступает на выходной усилитель, обеспечивающий максимальный уровень выходного сигнала 2500мВ на нагрузке 50Ом. Источником входных импульсов счетчика являются тактовые импульсы, поступающие с выхода компаратора и поделенные на 10с помощью делителя частоты. При этом в регистр частоты записывается такое значение f , что частота тактовых импульсов оказывается в 10000 раз большей, чем частота, установленная на табло генератора.

Источником питания ЦАП3 является опорное напряжение Uоп, вырабатываемое ЦАП2.

Система управления (СУ) прибором обеспечивает:

набор и индикацию параметров выходного сигнала (f и U) как при ручном управлении от клавиатуры, так и при работе прибора в составе АИС;

преобразование вводимой информации в вид, необходимый для управления узлами прибора и ее запоминание;

запись, хранение и вызов программ работы прибора;

проверку корректности набора;

осуществление связи с КОП;

тестовую диагностику схем системы управления;

функциональную диагностику прибора.

Система управления содержит устройство сопряжения с каналом общего пользования (КОП), клавиатуру, табло и устройство управления.

Устройство управления содержит микропрограммный автомат с ПЗУ на интегральных микросхемах (ИМС) серии 556, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и операционную часть на «жесткой» логике.

При внутреннем управлении частота и уровень выходного напряжения устанавливаются с помощью клавиатуры. Кроме того предусмотрена возможность запоминания 9 программ по частоте и уровню напряжения.

При работе от КОП в составе АИС значения частоты и уровня выходного напряжения программируются внешним устройством. Установленные параметры индицируются на табло, как при внутреннем, так и дистанционном управлении.

Напряжения питания в приборе обеспечиваются блоком питания.

3. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ БЛОКА 5 - 7МГц

Перестраиваемый генератор (ПГ) собран на транзисторе VT4. Элементами контура генератора являются первичная обмотка трансформатора Т2, варикапы VD6 - VD13 и конденсатор С24. Потенциометр R17 позволяет регулировать амплитуду колебаний в пределах (50-200)мВ.

С вторичной обмотки трансформатора Т2 сигнал подается на буферный каскад на транзисторе VT1, построенный по схеме с общей базой с трансформаторной нагрузкой Т1. С выхода буферного каскада сигнал подается на формирователь импульсов (VT2, VT5, VT6, VT8, VT9 и D1), который преобразует сигнал ПГ в импульсы стандартных ТТЛ-уровней.

Сигнал с формирователя импульсов поступает на делитель частоты на 5 (D2, D7), устройство синхронизации (D3.2, D16) и ДПКД.

С выхода делителя частоты сигнал через ФНЧ поступает на усилитель VT10, собранный по схеме с общим эмиттером с трансформаторной нагрузкой Т3. ФНЧ (катушка индуктивности L2, конденсаторы С37, С38, С39, С41) отфильтровывает высшие гармоники сигнала. С вторичной обмотки трансформатора Т3 сигнал передается в блок выходной.

Частота сигнала ПГ делится сначала на 2 триггером D14.1 затем на 5 вычитающим счетчиком с предварительной установкой состояния (микросхемы D4, D5, D8, D9.1, D9.2, D10, D12.1). Далее частота делится на 2 десятичными счетчиками с предварительной установкой состояния (микросхемы D17, D19). Путем предварительной установки состояния соответствующего счетчика коэффициент ДПКД Nц можно изменять от 200 до 398 с дискретностью 2, 10 или 100. На выходе микросхемы D15.4 формируется импульс конца счета, по которому производятся предварительная установка счетчиков (D17, D19) для обеспечения нужного коэффициента деления в следующем цикле счета, переключается Rs-триггер (D15.1, D15.2).

Триггер (D15.1, D15.2) разрешает срабатывание триггера (D12.2), который вырабатывает Имп.старт.2. По этому импульсу производится начальная установка триггеров (D8, D20) устройства формирования тактовых и стартовых импульсов.

Триггер D20.2 формирует Имп. старт.1, соответствующий началу цикла счета ДПКД, а триггера (D18, D20.1) образуют делитель частоты на 5, формирующий тактовые импульсы ТИ1 с частотой f/ 10. По Имп. старт.1 обновляется содержимое триггера хранения младшего разряда кода целой части коэффициента деления ДПКД (микросхема D3.1), импульсы ТИ1 поступают на устройство синхронизации импульсов разряда и компенсации.

Кроме того, импульсы ТИ1, Имп. старт.1 и Имп. старт.2 поступают на формирователь импульсов компенсации.

Устройство вырезания импульса обеспечивает вырезание одного импульса входной последовательности за каждое срабатывание. Срабатывает это устройство либо в каждом цикле счета при нечетном коэффициенте деления ДПКД, либо один раз за несколько циклов при дробном коэффициенте деления. Командой срабатывания устройства вырезания является либо импульс конца счета (при нечетном Nц), либо импульс вырезания (при дробном N). Собственно вырезание осуществляется изменением коэффициента деления счетчика на триггерах D14 с двух на три на время прохождения входного импульса. Линейка триггеров (D11, D13) привязывает момент изменения коэффициента деления к нужной фазе входного сигнала. При срабатывании триггера D14.2 устройство вырезания импульса возвращается в исходное состояние. С учетом устройства вырезания импульса коэффициент деления ДПКД N= 200 - 399 (в приборе использован диапазон изменения N= 250 - 349).

Устройство синхронизации трехступенчатое. Каждая последующая ступень тактируется импульсами более высокой частоты, чем предыдущая. Соотношение между частотами импульсов выбраны так, чтобы, несмотря на разбросы и вариации времен задержек импульсов в микросхемах срабатывание каждого из триггеров устройства происходило всегда по одному и тому же импульсу из последовательности, поступающей на тактовый вход. Таким образом, фазовый сдвиг между импульсами НГ и выходными импульсами устройства синхронизации определяется параметрами триггера D16.2. Период повторения выходных импульсов устройства синхронизации задается поступающим из формирователя импульсов компенсации импульсом разряда, с частотой, равной частоте сравнения кольца ФАПЧ (100Гц). Сигнал с выхода микросхемы D16.2 через дифференцирующую цепочку С43, Е1, R50 и усилитель на транзисторе V11 поступает на фазовый дискриминатор.

Устройство синхронизации импульса разряда и импульсов компенсации осуществляет привязку длительностей и временного положения этих импульсов к соответствующим импульсам последовательности ТИ1.

Так как длительность импульсов компенсации может принимать одно из десяти фиксированных значений, на диаграмме условно показаны все десять возможных положений фронта импульса.

Фазовый дискриминатор состоит из RS-триггера (D24) и усилителя (VT15-VT18). RS-триггер собран на 2D-триггерах, причем один из них D24.1 является рабочим, другой D24.2 - вспомогательным, служит для обеспечения работы схемы поиска. В установившемся режиме на выходе триггера D24.2 низкий логический уровень. В случае f< f , который реализуется, например, при включении прибора, так как в этот момент конденсатор С5 разряжен, управляющее напряжение на варикапах ПГ равно нулю и частота НГ минимальна.

На прямых выходах триггеров D24.1 и D24.2 низкие логические уровни.

Аналогично установление рабочего режима происходит и при других начальных условиях.

Коммутатор токов заряда конденсатора включает в себя диоды VD21, VD22, VD23, VD24 и транзистор VT20. В отсутствии импульсов заряда и разряда диоды VD21и VD23 открыты, VD22 и VD24 закрыты, вход интегратора отсоединен от стабилизаторов токов заряда и разряда Синт. На конденсаторе Синт при этом напряжение не меняется. Диод VD22 открывается импульсом заряда (VD21 при этом закрывается). Диод VD24 открывается импульсом разряда (VD23 при этом закрывается). Транзистор VT20 открыт во время действия импульса разряда.

Формирователь импульса разряда собран на транзисторах VT12, VT13, VT14 и служит для преобразования стандартных ТТЛ-уровней импульса разряда в уровни, необходимые для управления диодами и транзистором коммутатора токов заряда-разряда конденсатора Синт.

Стабилизатор тока заряда Синт построен на микросхеме D25.1, транзисторе VT19, стабилитроне VD19. Ток в стабилизатор тока заряда втекает либо через транзистор VT17 и диод VD21 (при отсутствии импульсов заряда и разряда), либо через устройство компенсации помехи дробности и транзистор VT20 (при наличии импульса разряда).

Стабилизатор тока разряда Синт построен на микросхеме D26, транзисторах VT28, VT32. Ток разряда протекает через транзистор VT31 устройства привязки уровня и далее либо через диод VD23 и транзистор VT13 (при отсутствии импульса разряда), либо через диод VD24 и конденсатор С68 (при наличии импульса разряда).

Устройство привязки уровня (D27, VT31, VT33) стабилизирует напряжение 5В на истоке VT31, не изменяя ток через этот транзистор.

В состав устройства компенсации входят транзисторные ключи (VT21 в первом компенсируемом разряде, VT24 во втором разряде и VT27 в третьем разряде), стабилизаторы токов (стабилизатор тока заряда Синт служит стабилизатором первого разряда, V25.2 - стабилизатор тока второго и третьего разрядов). При отсутствии импульсов компенсации транзисторные ключи открыты, а диоды VD25, VD26 и VD27 закрыты. При появлении импульса компенсации в каком-либо из трех первых компенсируемых разрядов соответствующий транзисторный ключ закрывается, диод открывается, на одном из резисторов R92, R108 либо R111 создается разность потенциалов. Так как напряжение на истоке транзистора VT31 поддерживается равным 5В, эта же разность потенциалов оказывается приложенной к резисторам R97, R103, R105 и R113. При этом от тока разряда Синт через перечисленные резисторы ответвляется ток, определяемый током соответствующего стабилизатора и соотношением резисторов R92 и R97, R108 и R103, R105, R111 и R113. Компенсация в четвертом и пятом разрядах производится за счет ответвления тока через резисторы R136 и R140 соответственно. Подстройка токов компенсации осуществляется резисторами R89 в первом разряде, R105 во втором, R137 в четвертом.

Интегратор представляет собой операционный усилитель, состоящий из входного дифференциального усилителя (VT22, VT23, VT25, VT26), разностного каскада VT29 с динамической нагрузкой VT30, предоконечного каскада (VT34, VT35) и оконечного каскада (VT36, VT37), охваченный отрицательной обратной связью через конденсатор Синт (С66). Резистор R115 компенсирует начальный разбаланс интегратора.

Устройство выборки-запоминания представляет собой включенные последовательно электронные ключи VT41 (с запоминающим конденсатором C73) и VT43 (с запоминающим конденсатором C74), каскады управления электронными ключами (VT38, VT39, VT40, VT42, VT44, VT45), повторитель напряжения D29, развязывающий конденсатор C76 с нагрузкой и масштабный усилитель-инвертор D28. Переменным резистором R165 компенсируется на выходе ключей помеха от сигнала управления.

Сигнал управления подается на ПГ через ФНЧ (конденсаторы C4, C5, резисторы R6, R7, R8,. R10, диоды VD1, VD2, VD4).

. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И ЕЁ ОБСНОВАНИЕ

Важной частью при разработке электронных устройств является выбор элементной базы, т.к. от правильности выбора элементов и компонентов на прямую зависит гарантированное выполнение этим устройством своих функций, обусловленных в техническом задании, а также стоимость самого устройства.

При выборе элементной базы для разрабатываемого устройства необходимо учитывать следующие требования:

обеспечение достаточного быстродействия электронной схемы;

обеспечение необходимого уровня микроминиатюризации электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в соответствии с ограничением стоимости и технической обоснованностью их применения. При этом габариты разрабатываемой печатной платы могут варьироваться в широких пределах;

обеспечение минимальной потребляемой мощности ЭРЭ;

обеспечение работы платы в условиях, указанных в техническом задании;

обеспечение наименьшей себестоимости изготовления печатной платы;

обеспечение простоты ремонта.

В процессе разработки блока 5 - 7МГц для реализации электронно-логиче-ской схемы были выбраны микросхемы, а также конденсаторы, резисторы, трансформаторы, диоды, варикапы, стабилитроны и транзисторы отечественного производства различных серий:

-элементы контура генератора Тр28, 2В124А6, 2В124А, КТ4-25б-250В-2/10пФ-МПО-В

формирователь импульсов 530ЛА3, 2Т316Б, 2Т368А, 2Т316Б

устройство синхронизации 530ТМ2, 530ТВ10

формирователь низких частот КМ-5а-М1500-2200пФ5%, КМ-5а-Н90-0,1мкФ

вычитающий счетчик с предварительной установкой состояния 133ЛЕ1, 530ЛА3, 530ТВ9, 133ЛН1

десятичный счетчик с предварительной установкой состояния 533ИЕ6

фазовый дискриминатор 100ТМ131, 2Т363Б

коммутатор токов заряда Синт СВЧ3А539А

формирователь импульса разряда 2Т326Б

стабилизатор тока заряда Синт 2П307Г, 2С156В, 1НТ251

стабилизатор тока разряда Синт 144УД6А, 2Т312В, 2П103Б

устройство привязки уровня 2П103Д, 2Т326Б, 159НТ1В

операционный усилитель 2П307Г,2Т633А, 2Т313А, 2Т326Б, КМ-5а-М47-150 пФ5%

устройство выборки-запоминания 2П307Г, 2Т633А, 2Т326Б, КМ-5а-М47-330пФ5%, КМ-5а-М47-470пФ5%, 140УД6А, 544УД1А, КМ-5аН90-0,1мкФ, СП3-19а-0,5Вт 15кОм10%

формирователь низких частот КМ-5а-М47-100пФ5%, К10-17-2а-Н90-0,47мкФ-В, С3-23-0,125-510Ом5%-Б-Д, С2-23-0,125-8,2кОм5%-Б-Д, С2-23-0,125-200Ом5%-Б-Д, С2-23-0,125-6,8Ом  5%-Б-Д, 2Д522Б

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Многослойные печатные платы представляют собой сложные изделия, для изготовления которых, в зависимости от технологии, требуются более сотни различных материалов, а также применение сложного комплекса прецизионного оборудования, оснастка и длительный способ изготовления.

Разрабатываемая многослойная печатная плата должна выполнять следующие свойства печатного монтажа:

возможность массового механизированного производства;

точную повторяемость рисунка схемы от платы к плате;

относительную простоту выполнения монтажных соединений компонентов схемы и возможность их замены;

возможность механизации сборочно-монтажных и регулировочных операций при изготовлении аппаратуры;

дальнейшее сокращение веса и габаритов аппаратуры и т. д.

К отличительным особенностям многослойной печатной платы следует отнести:

более высокую удельную плотность рисунка печатных проводников и выводных точек (контактных площадок);

более высокую стабильность всех параметров печатной схемы при изменении внешних условий за счет размещения всех проводников внутри одного материала.

Многослойная печатная плата - это сложное изделие, которое обуславливает ряд новых требований к материалам, технологическим процессам, технологическому оборудованию, производственным помещениям, организации производства и подготовке специальных кадров.

Многослойный печатный монтаж нашел применение для коммутации разнообразных компонентов: стандартных дискретных элементов, различных модульных блоков и функционально законченных плоских схем в запаянных корпусах или залитых компаундом, интегральных схем в цилиндрических или плоских корпусах.

Одна многослойная печатная плата может объединить большое число сложных компонентов радиоэлектронной системы, обеспечивая значительную экономию места и веса, и, в то же время, эффективно уменьшая количество внешних выводов по сравнению с тем, сколько бы их потребовалось в случае применения традиционных принципов монтажа.

Важная особенность многослойного печатного монтажа в разрешении многих проблем, связанных с взаимными помехами. Осуществляется она введением в конструкцию плат экранирующих слоев. Многослойные печатные платы позволяют совмещать цепи постоянного и переменного токов в одной конструкции платы, при этом экранированием исключается их взаимное влияние.

Как и любое новое направление в технике, в поисках простейшего решения, многослойный печатный монтаж в начале своего развития получил много различных конструктивно-технологических направлений.

В отечественной промышленности существует два конструктивно-техноло-гических направления в технологии изготовления МПП:

. Изготовление МПП с применением химико-гальванических процессов для получения межслойных соединений в плате в процессе ее изготовления;

. Изготовление МПП без межслойных соединений и получение их последующей пайкой или сваркой.

Изготовление МПП с применением химико-гальванических процессов имеет три разновидности:

. металлизация сквозных отверстий;

. попарное прессование;

. послойное наращивание.

Изготовление МПП без межслойных соединений в плате имеет две разновидности:

. открытые контактные площадки;

. выступающие выводы.

Анализ требования техники и технологии производства МПП в отечественной промышленности и опыта зарубежных фирм показывает, что метод металлизации сквозных отверстий наиболее перспективный.

Метод изготовления МПП металлизацией сквозных отверстий заключается в склеивании (прессовании) одновременно всех печатных слоев платы с помощью стеклоткани, пропитанной лаком (смолой). Межслойные соединения выполняются в виде металлизированных отверстий, соединяющих наружные и внутренние слои платы. Рисунок схемы внутренних слоев МПП выполняется на заготовках из одностороннего или двухстороннего фольгированного диэлектрика фотохимическим методом.

Рисунок наружных слоев выполняется комбинированным позитивным методом после прессования МПП.

В склеенной МПП после нанесения рисунка схемы на наружные слои (до операции травления) сверлят сквозные отверстия. Эти отверстия располагаются в узлах координатной сетки, по которой выполнен рисунок схемы. Точность выполнения отверстий по координатам должна быть обеспечена в пределах ±0.05мм. Это необходимо для обеспечения совмещения отверстий с контактными площадками на каждом слое. Диаметр отверстий должен быть не менее 1/3 толщины платы, только в этом случае могут быть гарантированы условия для качественной металлизации.

Операция металлизации отверстий - одна из основных в процессе изготовления МПП данным методом. От качества металлизации существенно зависит качество самой платы. Через металлизацию в отверстиях электрически соединяются все слои МПП. Для того чтобы соединение слоев было надежней, перед металлизацией выполняют операцию подтравливания диэлектрика. Для этой цели используют 80%-ный раствор НSO, а затем НF.

В результате подтравливания диэлектрика площадь контакта на внутренних слоях увеличивается, что и гарантирует более надежное соединение слоев.

Однако на операции гальванической металлизации стремятся использовать электролиты с повышенной рассеивающей способностью. Для металлизации МПП в последнее время разработан электролит следующего состава:

CuSO5HO - 200г/л; HSO - 100г/л; (NH)SO- 40г/л;

(NH)CHO - 20г/л.

Электролит приведенного состава позволяет получать осадок хорошего качества при плотности тока до 3А/дм и t= 18 - 22°С. При температуре 40 - 50°С допустимая плотность тока до 5А/дм² .

После осаждения меди схему защищают слоем гальванического серебра или ПОС-61. Затем удаляют защитный слой фоторезиста и производят операцию травления наружных слоев МПП.

Изготовленные платы проходят операцию механической обработки по контуру и маркировку.

6. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКА СЕТКИ ЧАСТОТ

Расположение плат в генераторе представлено на рис. 6.1.

Конструктивно датчик сетки частот выполнен на четырёх печатных платах.

В состав датчика сетки частот входят блок 5 - 7Мгц (поз. 22), регистр частоты (поз. 12), сумматор накапливающий (поз. 13) и формирователь импульсов компенсации (поз. 14).

Все платы съёмные, межплатные соединения осуществляются с помощью разъёмов. Передача высокочастотных сигналов производится с помощью высокочастотных кабелей.

Рис. 6.1 Расположение печатных плат генератора, где 1 - табло, 2 - блок управления I; 3 - устройство сопряжения I; 4 - блок управления II; 5 - блок управления III; 6 - блок контроля; 7 - устройство соединительное I; 8 - блок памяти; 9 - блок вывода; 10 - блок ввода напряжения; 11 - блок 0,001 - 100Гц; 12 - регистр частоты; 13 - сумматор накапливающий; 14 - формирователь импульсов компенсации; 15 - блок питания; 16 - опорный генератор; 17 - устройство соединительное II; 18 - стабилизатор СН-1; 19 - стабилизатор СН-2; 20 - устройство сопряжения с КОП; 21 - блок опорных частот; 22 - блок 5 - 7МГц;23 - блок выходной; 24 - клавиатура.

7. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ДАТЧИКА СЕТКИ ЧАСТОТ

Датчик сетки частот (ДСЧ) включает в себя блок 5 - 7МГц, регистр частоты, сумматор накапливающий и формирователь импульсов компенсации. Упрощённая структурная схема датчика представлена на рис. 7.1

ДСЧ предназначен для создания сетки выходных частот прибора с дискретностью 0,001Гц при работе в диапазоне 100 - 1999999,999Гц, а также сетки тактовых частот для блока 0,001 - 100Гц с дискретностью 10Гц при работе в диапазоне 0,001 - 100Гц.

Технические характеристики ДСЧ:

диапазон частот выходного сигнала 5000010 - 6999999,999Гц

дискретность перестройки частоты 0,001Гц

полоса захвата перестраиваемого генератора (ПГ) в кольце ФАПЧ не менее 22,5 - 40МГц

величина входного синусоидального сигнала опорной частоты 5МГЦ - 500мВ

величина уровня напряжения выходного сигнала 200 - 250мВ при нагрузке 50Ом

уровень побочных составляющих на выходе не более минус 70дБ относительно основного сигнала.

ДСЧ представляет собой кольцо ФАПЧ с делителем частоты с дробным переменным коэффициентом деления (ДДПКД) в цепи обратной связи. Частота ПГ в таком кольце определяется по формуле:

,

где  - частота сравнения;

N - коэффициент деления ДДПКД, причем

,

где - целая часть коэффициента деления;

- дробная часть.

Частота сравнения =0,1МГц, коэффициент деления N= 250,0005 - 349,99999995

Кольцо ФАПЧ состоит из ПГ, работающего в диапазоне 25,00005 - 34,999999995МГц, делителя частоты на 5, устройства вырезания импульса, ДПКД с коэффициентом деления = 250 - 349, накапливающего сумматора, регистра частоты емкостью 11 десятичных разрядов, фазового дискриминатора, интегратора с устройством компенсации помех дробности, устройства выборки-запоминания, устройства формирования импульсов компенсации и ФНЧ.

ДПКД, устройство вырезания импульса и накапливающий сумматор образуют делитель частоты с дробным коэффициентом деления (ДДПКД).

Дробное значение коэффициента деления N получается вырезанием импульсов из импульсной последовательности, поступающей на вход ДПКД. Устройство вырезания импульса срабатывает по сигналу переполнения накапливающего сумматора. На вход накапливающего сумматора подается значение  в двоично-десятичном коде с регистра частоты. Частота тактирования  0,1МГц.

Фазовый дискриминатор, интегратор и устройство выборки-запоминания образуют ИФД. ИФД содержит пятиразрядное устройство компенсации помех дробности, управляемое импульсами, поступающими с устройства формирования импульсов компенсации. Длительность импульсов компенсации на каждом периоде работы ИФД (10мкс) определяется числом, накопленным к этому периоду в накапливающем сумматоре.

ПГ, делитель частоты на 5, устройство вырезания импульса, ДПКД, ФД, интегратор, ФНЧ и устройство выборки-запоминания размещены в блоке 5 - 7МГц, накапливающий сумматор - в плате сумматора накапливающего, регистр частоты - в плате регистра частоты, устройство формирования импульсов компенсации - в плате формирователя импульсов компенсации. В этой же плате размещено устройство контроля работы кольца ФАПЧ.

Сигнал с ПГ через формирователь импульсов подается на делитель частоты на 5, устройство синхронизации и ДПКД, состоящий из делителя на 2 или на З с устройством вырезания импульса, делителя частоты на 5 с предварительной установкой состояния счетчика и делителя частоты с коэффициентом деления, изменяющимся от 25 до 34. Устройство вырезания импульса, обеспечивающее пропуск делителем частоты на 2 одного импульса из входной импульсной последовательности, срабатывает по сигналам, поступающим из сумматора накапливающего. Таким образом, обеспечиваются нечетные значения  и дробные значения N. Выходной импульс ДПКД подается на фазовый дискриминатор через устройство синхронизации, обеспечивающее независимость вносимого ДПКД фазового сдвига от установленного коэффициента деления. Устройство формирования тактовых и стартовых импульсов вырабатывает ряд последовательностей импульсов, управляющих работой ДПКД, регистра частоты и сумматора накапливающего.

На второй вход фазового дискриминатора поступает сигнал частотой 100кГц с блока опорных частот. Выходной импульс фазового дискриминатора (импульс разряда ), длительность которого равна времени задержки опорного импульса относительно импульса ДПКД, поступает на коммутатор токов заряда-разряда Синт. Во время действия этого импульса  конденсатор Синт заряжается через коммутатор и стабилизатор тока заряда Синт. Величина тока заряда  определяется стабилизатором тока.

Разряд конденсатора Синт осуществляется через коммутатор, устройство привязки уровня и стабилизатор тока разряда Синт. Время разряда Синт  определяется импульсом разряда, поступающим на коммутатор с выхода формирователя импульсов разряда Синт.

Импульс выборки, поступающий на вход устройства выборки-запоминания с формирователя импульсов выборки, разрешает передачу напряжения с выхода интегратора в устройство выборки-запоминания, выходное напряжение которого является управляющим напряжением ПГ.

Между устройством выборки-запоминания и ПГ включен ФНЧ, формирующий необходимую характеристику кольца ФАПЧ.

Управляющее напряжение поступает на устройство контроля, срабатывающее при выходе управляющего напряжения за заданные пределы. Пятиразрядное устройство компенсации помех дробности корректирует величину тока разряда  конденсатора, интегратора, т.е. скорость разряда Синт и соответственно уровень, до которого разряжается Синт на каждом периоде работы ИФД. Величина тока разряда Синт  определяется формулой

где  - ток стабилизатора тока разряда Синт;

 - ток n-го компенсирующего разряда.

Время включения каждого компенсирующего разряда на каждом периоде работы ИФД определяется длительностью соответствующего импульса компенсации, поступающего на вход компенсирующего разряда с формирователя импульсов компенсации через устройство синхронизации импульса разряда и импульсов компенсации.

Кодовое число, соответствующее установленному значению частоты, записывается по сигналам разрешения записи f в регистры хранения кода f . Сигналы трех старших разрядов управляют работой ДПКД, сигналы восьми младших разрядов через мультиплексоры поступают в накапливающий сумматор. В накапливающем сумматоре осуществляется последовательная обработка десятичных разрядов кода f. При обработке старшего разряда сигнал переполнения накапливающего сумматора (импульс вырезания) подается на устройство вырезания импульса.

Формирователь импульсов компенсации вырабатывает импульсы, длительность которых определяется текущим значением фазы сигнала ДПКД, накопленным в накапливающем сумматоре. Для тактирования работы регистра частоты и сумматора накапливающего служит устройство управления, расположенное на плате формирователя импульсов компенсации.

8. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРА

датчик сетка генератор

Генератор сигналов низкочастотный представляет собой переносной прибор настольного типа, выполненный в корпусе типа «Надел-75А» с размерами 48813555мм.

Конструктивно прибор разделен на три части:

клавиатура, табло и блок управления

платы генератора

блок питания, включающий опорный генератор, блок опорных частот и устройство сопряжения с КОП.

Табло содержит цифровые индикаторы и светодиоды, а клавиатура только кнопки, разделенные на четыре группы.

Табло и клавиатура соединяются с блоком управления при помощи «плавающих» разъемов. Блок управления с помощью разъема такого же типа подключается к первой соединительной плате прибора, которая несет на себе 11 плат печатного монтажа генератора. Все 11 плат являются функционально законченными узлами и расположены вертикально, перпендикулярно передней панели. Платы крепятся с помощью направляющих, установленных на двух стенках, которые являются несущей конструкцией прибора.

Электрические связи между платами осуществляются посредством разъемов.

Плата формирователя импульсов компенсации непосредственно соединяется с платой печатного монтажа размером 270240мм (блок 5 - 7МГц), относящейся к датчику сетки частот и расположенной горизонтально. Непосредственно к первой соединительной плате подключается плата выходного устройства, расположенная параллельно плате блока 5 - 7МГц и отделенная от нее экранирующей перегородкой.

Блок питания съемный. Электрическая связь блока питания с прибором обеспечивается врубными разъемами.

При этом силовой трансформатор и опорный генератор устанавливаются на двух боковых кронштейнах, задняя стенка несет на себе регулирующие транзисторы с радиаторами, разъем КОП, разъем выхода, разъем сигнала внешней опорной частоты, разъем выхода сигнала прямоугольной формы, тумблеры адреса прибора и т.п., а соединительная плата - четыре платы печатного монтажа. Две платы относятся к стабилизаторам блока питания, одна является устройством сопряжения с КОП, а другая - блоком опорных частот. Размер плат 27090мм, расположены они вертикально, параллельно задней стенке. Электрические связи между платами осуществляются с помощью разъемов.

Несущими элементами корпуса являются два боковых кронштейна, соединенные винтами с передней панелью и задней стенкой. На переднюю панель накладывается шильдик, который удерживается сверху и снизу профильными планками. Корпус закрыт с четырех сторон обшивочными стенками.

. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Задачей оценки теплового режима является определение температуры нагретой зоны при максимальной температуре окружающей среды и сравнение с допустимой по ТУ на наименее теплостойком элементе.

Исходными данными для расчета являются следующие величины:

Р - суммарная мощность действующих в аппарате источников тепла: 150 Вт;

L1, L2. h - габаритные размеры аппарата: 488х570х134мм;

 - степень черноты корпуса аппарата: 0,9;

t - максимальная рабочая температура окружающей среды: 50°С;

Н - атмосферное давление: 450мм. рт. ст.

Кз - коэффициент заполнения аппарата 0,5

Тепловой режим блока рассчитывается в следующем порядке [9].

Найдем температуру корпуса аппарата. Площадь нагруженной поверхности корпуса S равна:

S = 2(LL+h(L+L)) = 2(0,488-0,570 +0,134(0,488 +0,570)) = 0,84 м²

Удельный тепловой поток Р к с нагруженной поверхности корпуса равен:

P===178,5 Вт/м

Так как давление среды Н = 450мм. рт. ст, то при определении перегрева необходимо воспользоваться графиками стр. 210 [10]:

К = 1,09 - 0,45 • 10• tс = 1,09 - 0,45 • 10 • 50 = 0,865

(V= 18; К= 1; K = 1; К= 1,05).

Перегрев корпуса аппарата определим по формуле:

=KVKKK= 16,35 °С

Температура корпуса равна:

t = +T= 16,35 + 50 = 66,35 °С

Найдём температуру нагретой зоны.

Для этого определяем условную поверхность нагретой зоны по формуле:

S= 2(+2Kh)= = 0,69 м²

Рассчитаем удельную мощность нагретой зоны по формуле:

S=Вт/м

Так как давление внешней среды Н равно 450 мм. рт. ст., и h равное 0,134м меньше 0,25м, то при определении поверхностного перегрева воспользуемся графиками на стр. 216 [10]. По ним находим значения следующих коэффициентов:

1. Кн=1,1

2. К= 1,16-0,4*10 t = 0,89;

. К=0,95;

. К=1,04

. K=0,98;

. K= 0,95;

. K = 0,95.

Коэффициент V в зависимости от удельной мощности нагретой зоны определим по графику [9] стр. 155, рис.4.4. Тогда:

V= V(1..7)=18*1,1*0,89*0,95*1,04*0,98*0,95*0,95= 15,4.

Далее определим среднеобъёмный перегрев воздуха в блоке:

V = 0,5(V+V) = 0,5(18 + 16,35) = 17,18 °С.

Тогда температура воздуха в нагретой зоне равна:

T= V+T= 17,18+50 = 67,18 °С

Наименее теплостойкий элемент работает при предельной температуре равной 67°С, которая превышает температуру воздуха в нагретой зоне аппарата, следовательно, перегрев равный 17,18°С является допустимым. Следовательно, тепловой расчет можно считать выполненным.

. РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ

Под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки.

Надежность - комплексное понятие, с помощью которого оценивают такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность, восстанавливаемость и др. [11]

Одним из основных показателей надежности является интенсивность отказов  - вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени после данного момента при условии, что отказ (случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия) до этого не возник.

Под расчетом надежности будем понимать определение количественных характеристик надежности прибора: таких как вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и средняя наработка до первого отказа. Учет эксплуатационных условий осуществляется с помощью поправочных коэффициентов.

Суммарная интенсивность отказов устройства рассчитывается по формуле:

=                  (11.1)

где  - интенсивность отказов i-го элемента, 1/ч;

N- количество элементов i-го типа;

m- количество групп однотипных элементов.

Среднее время между соседними отказами (наработка на отказ) равно:

В таблицу 11.1. сведены данные для расчета надежности разработанной платы блока 5 - 7МГц.

Таблица 11.1

В таблицу 11.2. сведены данные для расчета надежности датчика сетки частот.

Таблица 11.2

Для работы в условиях, отличных от лабораторных, введем поправочные коэффициенты:

k= 1,46; k= 1,13; k = 1 (считаем, что: фон радиации -естественный, влажность составляет 60-70%, Т =20-40°С ), k=1,45. При пересчете времени безотказной работы блока:

=47, 8 •1,461,1311,45= 1,1410час.

Средняя наработка на отказ равна:

Т=1/8753 час

Вероятность безотказной работы в установившемся режиме, когда =const:

P(t)=e =e

График зависимости вероятности безотказной работы от времени для разрабатываемого датчика сетки частот представлен на рис. 2.

Рис.2. Зависимость вероятности безотказной работы от времени

11. РАСЧЕТ ВИБРОПРОЧНОСТИ

Расчет производится по методике изложенной в [12] стр. 35. Частота собственных колебаний прямоугольной, равномерно нагруженной платы для всех случаев закрепления ее краев приближенно рассчитывается по формуле:

f=K*Kc*h*10*                (12.1)

где: а - длина платы, [см];

h- толщина платы, [см];

с - коэффициент, зависящий от способа закрепления платы;

величина Км рассчитывается по формуле:

K=                           (12.2)

где: Е - модуль упругости материала пластины 3,02*кг/смІ;

р - плотность материала пластины 2,05*кг/см;

Еc - модуль упругости стали 2,2*Па;

рс- плотность стали 7,8*кг/мі.

Величина Кмасс рассчитывается по формуле:

K= (12.3)

где: Q- масса элементов, равномерно размещенных на пластине;

Q- масса пластины.

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платы удовлетворяло условию:

f 1908 (12.4)

где: J - вибрационные перегрузки в единицах g;

Y - безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний воздействующих ускорений. При ускорениях 5 - 15g значения Y приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1.

Подставляя исходные данные в формулы 12.1 - 12.4, получим:

Поправочный коэффициент Км (материал платы - стеклотекстолит) = 0,56

Вес элементов на плате Q = 300г

Вес платы Q = 150г

Стороны платы: а = 270мм, Ь = 240мм

Толщина платы h = 2мм

Полученный К = 0,58

Вариант закрепления печатной платы: все защемленные стороны, коэффициент

с = 86

Собственная частота f = 59,7Гц.

Собственные колебания воздействующих ускорений f = 0,025Гц

Условие f= 59,7Гц > f= 7,5Гц выполняется, следовательно, вибропрочность платы обеспечена.

12. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Целью выполнения экономической части является выбор аналога проектируемого устройства, а так же определение выгод, которые получит потребитель разрабатываемого устройства и расчёт себестоимости устройства.

Аналог объекта разработки - это объект, имеющий аналогичное функциональное назначение и являющееся лучшим по своим технико-эксплуатационным характеристикам на данный момент.

В качестве аналога разработки мог бы выступить генератор низкочастотный прецизионный Г3-110, но так как в его конструкцию не входит блок датчика сетки частот, что является принципиально новой разработкой, то брать его в качестве аналога разработки нецелесообразно.

Товарный тип устройства устанавливается путём анализа рыночной цели его создания, при этом выделяют следующие типы:

a)       Разработки, выполняемые с коммерческой целью, то есть предназначенные для их реализации на рынке;

b)      Разработки, выполняемые с некоммерческой целью, то есть не предназначенные для прямой или косвенной реализации на рынке.

Согласно классификации все объекты разработок делятся на пять товарных типов:

)        Разработки, выполняемые с коммерческой целью, предназначенные для прямой или косвенной реализации, имеющие рыночный аналог;

)        Разработки, выполняемые с коммерческой целью, предназначенные для прямой реализации, не имеющие рыночного аналога;

)        Разработки, выполняемые с коммерческой целью, предназначенные для косвенной реализации, имеющие рыночный аналог;

)        Разработки, выполняемые с коммерческой целью, предназначенные для косвенной реализации, не имеющие рыночного аналога.

)        Разработки, выполняемые с некоммерческой целью.

Отнесение объекта разработки к определённому товарному типу служит основанием для определения состава расчётов в экономической части. Последнее реализуется с использованием табл. 12.1.

Таблица 12.1

Обозначения:      + расчёт может быть выполнен, расчёт выполнен быть не может.

Поскольку проект не имеет аналога на рынке и предназначен для прямой коммерческой реализации, то он относится ко второму типу товаров.

Далее приведён расчёт себестоимости изготовления датчика сетки частот, на примере расчёта себестоимости изготовления платы блока 5 - 7МГц.

В состав себестоимости продукции включаются статьи затрат такие как:

1)      Затраты на сырьё и материалы.

2)      Затраты на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты.

)        Затраты на технологическое топливо и электроэнергию.

)        Основная заработная плата рабочих.

)        Дополнительная заработная плата рабочих.

)        Отчисления в социальные внебюджетные фонды.

)        Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

)        Общецеховые расходы.

)        Цеховая себестоимость изделия.

10)     Общепроизводственные расходы.

11)     Производственная себестоимость изделия.

)        Внепроизводственные расходы.

)        Полная себестоимость изделия.

Статья 1. Затраты на сырье и материалы. Стоимость материалов (С) оценивается по действующим рыночным ценам с учетом величины транспортно-заготовительных расходов по формуле:

С=-

где: n- число позиций применяемых материалов;

H- норма расхода материала, кг;

Ц - цена материала, руб./кг;

Н - норма реализуемых отходов, кг;

U - цена отходов, руб./кг;

K - величина транспортно-заготовительных расходов;

К=1.04.

Результаты расчетов сведены в таблицу 12.2

Таблица 12.2

Статья 2. Затраты на покупные изделия и полуфабрикаты. Стоимость покупных изделий, полуфабрикатов (С) оценивается по действующим рыночным ценам с учетом величины транспортно-заготовительных расходов по формуле:

C=

где: m- номенклатура применяемых покупных изделий и полуфабрикатов;

N- количество покупных изделий полуфабрикатов j-го вида;

Ц - цена покупных изделий полуфабрикатов j-го вида в руб.;

К - величина транспортно-заготовительных расходов, (К= 1,04).

Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты сведен в таблицу 12.3

Таблица 12.3

Статья З. Затраты на технологическое топливо и энергию. Определяется как 10% от суммы затрат ст.1 и 2:

С=0,1*(2534,27 + 129,43)=266,37 руб.

Статья 4. Основная заработная плата рабочих. Основная заработная плата рабочих (С) определяется по формуле:

С=

где: k-количество категорий разработчиков;

П - количество разработчиков данной категории;

З -среднечасовая заработная плата k-й категории;

Р - продолжительность работы, выполняемой работником определенной категории, час.

Затраты на основную заработную плату производственных рабочих сведены в таблицу 12.4

Таблица 12.4

Контроль деталей, промежуточных сборок и приемосдаточные испытания оплачиваются через накладные расходы.

Статья 5. Дополнительная заработная плата рабочих равна 20% от стоимости Ст.4:

С=0,2*1448=289,6 руб.

Статья 6. Отчисления в социальные внебюджетные фонды составляют 35,6% от суммы затрат по Ст.4+Ст.5, согласно таблице 12.4.

Таблица 12.5

Расшифровка отчислений во внебюджетные фонды

С=0,356*(1448+289,6)=618,59 руб.

Статья 7. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования определим как 50% от суммы Ст.4 и Ст.5:

С=0,5*(289,6+1448)=868,8 руб.

Статья 8. Общецеховые расходы определяются как 30% от суммы Ст.4, 5 и 7:

С=0,3*(868,8+289,6+1448)=781,92 руб.

Статья 9. Цеховая себестоимость изделия рассчитаем суммированием Ст. 1 -8:

С=129,43+2534,27+266,37+1448+289,6+618,59+868,8+781,92=6936,98 руб

Статья 10. Общепроизводственные расходы находятся, исходя из 20% от Ст.9:

С=0,2*6936,98=1387,4 руб

Статья 11. Производственная себестоимость изделия - это сумма расходов по Ст.9 и 10:

С=1387,4+6936,98=8324,38 руб

Статья 12. Внепроизводственные расходы определим как 10% отСт.11:

С=0,1*8324,38=832,44руб

Статья 13. Полная себестоимость изделия рассчитывается как сумма по статьям 11 и 12:

С=8324,38+832,44=9156,82 руб.

Результаты расчетов приведем в таблицу 12.5

Таблица 12.6

Так как расчёт себестоимости производился для одной платы, а в разрабатываемом устройстве их четыре, то полная себестоимость датчика сетки частот равна:

Собщ = Сполн*4 = 9156,82*4 = 36627,27 руб

Полная себестоимость датчика сетки частот равна 36 630 руб.

Далее определяется нормативная цена для объекта разработки, которая рассчитывается по формуле:

 руб

где  - полная себестоимость изделия;

 - учётная ставка центрального банка РФ на момент проведения расчётов, равная 25%;- поправка на предпринимательский риск, r = (3…10)%.

Нормативная цена составляет 47 619 руб.

Техническо-экономические показатели разработки представлены в таблице 12.7

Таблица 12.7

13. ОХРАНА ТРУДА

Так как датчик сетки частот входит в состав генератора низкой частоты и не эксплуатируется отдельно от него, поэтому условия эксплуатации ДСЧ идентичны условиям эксплуатации самого генератора, которые приведены в таблице 13.1.

Таблица 13.1

При оценке уровня качества конструкции РЭА с учетом показателей безопасности необходимо исходить из стандартизированных требований безопасности, определяемых системой государственных стандартов по безопасности труда (ССБТ ГОСТ 12.0.002-74, ГОСТ 12.2.007.14-75), правилами и нормами техники безопасности, производственной санитарии, международными регламентами и нормами [14].

Согласно ГОСТ 12.0.003-74 опасные и вредные производственные факторы подразделяются на следующие:

физические;

химические;

биологические;

психофизиологические.

В процессе производства РЭА необходимо учитывать следующие физические опасные и вредные производственные факторы:

повышенный уровень шума на рабочем месте;

повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

повышенный уровень статического электричества;

повышенный уровень электромагнитных излучений;

повышенная напряженность электрического поля;

повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

повышенная запыленность и загазованность рабочей зоны;

недостаточная освещенность рабочей зоны;

прямая и отраженная блесткость.

К химическим факторам относятся:

общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные;

факторы, действующие через дыхательные пути, пищеварительную систему, кожный покров.

К биологическим факторам относятся:

микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы и т. п.);

макроорганизмы (растения, животные).

К психофизиологическим факторам относятся перегрузки:

физические (статические, динамические, гиподинамия);

нервно-психические (умственное перенапряжение, монотонность труда, эмоциональные перегрузки).

В подгруппу психофизиологических показателей входят показатели соответствия конструкции силовым и скоростным возможностям человека, зрительным возможностям (размер знаков, форма, яркость, контраст, цвет, пространственное положение), слуховым возможностям, а также возможностям восприятия и переработки информации, возможностям легкого и быстрого формирования навыков управления.

Общие требования безопасности, предъявляемые к производственному оборудованию, изложены согласно ГОСТ 12.2.003-74.

Применяемые в конструкции материалы не должны быть опасными и вредными. Не допускается использовать новые материалы, не прошедшие гигиеническую проверку и проверку на пожаробезопасность в установленном порядке.

Составные части конструкции должны быть выполнены с таким расчетом, чтобы исключалась возможность их случайного повреждения, вызывающего опасность.

Элементы конструкции не должны иметь острых углов, кромок и поверхностей с неровностями, представляющих источник опасности, если их наличие не определяется функциональным назначением.

Системы управления оборудованием должны быть выполнены так, чтобы не могло возникнуть опасности в результате совместного действия функциональных систем. Конструкцией должны быть предусмотрены сигнализация при нарушении нормального режима работы, а в необходимых случаях - средства автоматического останова и отключения от источника энергии.

Конструкцией оборудования должна быть предусмотрена защита от поражения электрическим током, соответствующая следующим требованиям:

токоведущие части должны быть надежно изолированы или ограждены, либо находится в труднодоступных местах;

металлические части оборудования, которые могут вследствие повреждения изоляции оказаться под электрическим напряжением опасной величины должны быть заземлены или должны быть применены другие меры защиты.

Конструкция оборудования должна исключать накопление зарядов статического электричества в опасных количествах, либо должно быть снабжено устройствами для снятия остаточных электрических зарядов.

Органы управления оборудованием должны:

иметь форму, размеры и поверхность, безопасные и удобные для работы;

- располагаться в рабочей зоне так, чтобы расстояние между ними, а также по отношению к другим элементам конструкции, не затрудняло выполнение операций;

размещаться с учетом требуемых для их перемещения усилий и направлений; компоновка органов управления должна учитывать последовательность и частоту их использования, а так же значимость их функций;

- приводиться в действие усилиями, не превышающими установленных стандартами СЭВ норм с учетом частоты пользования.

Форма, размеры, характер поверхности и указания по размещению органов управления, расстояниям между ними, а также по отношению к другим элементам конструкции и допустимым усилиям должны соответствовать нормам, установленным в отраслях для соответствующих групп оборудования.

Нормальная и безопасная работа оператора во многом зависит от того, в какой мере условия его работы соответствуют оптимальным. При этом под условиями работы подразумевают комплекс физических, химических, биологических и психофизических факторов, установленных стандартами по безопасности труда (ССБТ) [15].

Хорошее освещение необходимо для выполнения большинства задач, поставленных перед оператором. Чтобы правильно спланировать рациональную систему освещения, необходимо учитывать яркость источников света, их расположение на столе и в помещении, яркостный контраст между устройством и фоном, блесткость поверхности, качество и цвет лампочек. Для малой и средней контрастности поверхности устройства при темном фоне наименьший уровень освещенности должен быть 150 лк. Для большой контрастности при светлом или темном фоне наименьший уровень освещенности 100 лк.

Наиболее благоприятный диапазон температур от +17°С до +24 °С.

Движение воздуха позволяет увеличить рабочий диапазон температур. Так, при скорости движения воздуха 0.1, 0.5, 0.9 м/с верхняя допустимая граница рабочего диапазона сдвигается соответственно до +22, 24, 26 °С при интенсивном расходе энергии человеком порядка 1000 Дж/ч.

Различие сочетания температуры и влажности сдвигают допустимые температурные диапазоны (зоны комфорта). Как правило, значение относительной влажности в помещении не должно быть выше 70% и ниже 30%.

Применение вентиляции в помещении еще более улучшает условия деятельности человека. Атмосферное давление должно быть в пределах 80-106 кПа.

Возникновение пожаров в зданиях и сооружениях, особенности распространения огня в них зависят от того, из каких материалов ( конструкций ) они выполнены, каковы размеры зданий и их расположение.

В зависимости от категории производства выбирается степень огнестойкости зданий, наличие противопожарных преград и других приспособлений, а так же пути эвакуации.

К первичным средствам тушения пожаров, предназначенных для локализации небольших загораний, относятся пожарные стволы, внутренние пожарные водопроводы, огнетушители, сухой песок, асбестовые одеяла.

Для тушения пожаров на начальной стадии их возникновения широко применяются огнетушители, которые разделяются на следующие группы:

пенные;

газовые;

порошковые.

Пенные огнетушители применяются для тушения горящих жидкостей, различных материалов, конструктивных элементов и оборудования, кроме электрооборудования, находящегося под напряжением.

Газовые огнетушители применяют для тушения жидких и твердых веществ, а также электроустановок, находящихся под напряжением.

Порошковые огнетушители применяются для тушения земельно-щелочных металлов. Тушение пожара в основном зависит от действий людей, его обнаруживших из чего следует, что все работники должны проходить инструктаж по технике пожаротушения. Для обнаружения начальной стадии возгорания в помещениях устанавливают системы автоматической пожарной сигнализации и установки стационарного пожаротушения, что сводит к минимуму распространение огня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения дипломного проекта был разработан датчик сетки частот генератора сигналов низкой частоты, удовлетворяющий всем требованиям технического задания. В ходе выполнения проекта были сделаны следующие расчеты:

расчет теплового режима разрабатываемого блока;

расчет надежности разрабатываемого блока;

проверочный расчет платы блока 5-7 МГц на вибропрочность.

Также была рассчитана себестоимость блока датчика сетки частот и его нормативная цена

В разделе охрана труда приведены вредные факторы и меры их предостерегающие.