Реферат: Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

2.1.4 Обоснование выбора диодов

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности схемы

3.2 Расчет узкого места

3.3 Расчет теплового сопротивления корпуса ИС

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы

4.2 Обоснование разработки компоновки печатной платы

5. Технологическая часть

5.1 Изготовление печатной платы

5.2 Особенности конструкции

6. Организационная часть

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации аппаратуры

7 Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости на устройство управлениявентиляторами компьютера через порт LPT

8 Охрана труда

8.1 Техника безопасности при эксплуатации электроннойаппаратуры

9 Литература

10 Приложение


Введение

Развитие электроники после изобретения радио можно разделитьна три этапа: радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники.В первый период (около 30 лет) развивалась радиотелеграфия, и разрабатывалисьнаучные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника иповышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки иисследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотныхколебаний детекторов. В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа(диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотныхколебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.

Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода былиполучены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторыпозволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практическирешило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехникуспособствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой. Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными(с ртутью). Первые вакуумные приемно-усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей игенераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан встране первый научнорадиотехнический институт с широкой программой действий,привлёкший к работам в области радио многих талантливых учёных, молодых энтузиастоврадиотехники. Нижегородская лаборатория стала подлинной кузницей кадроврадиоспециалистов, в ней зародились многие направления радиотехники, вдальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампыРП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторныхламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковыхприборов. Им был создан безламповый приёмник — кристадин. Однако в те годы небыли разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и егоизобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиватьсярадиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получилирадиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация ирадиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям примененияэлектромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумнойтехники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а такжеизобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп болеесовершенных, чем триод.

В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумясетками (тетрод), а в 1930 — 1931 г.г. — пентод (лампа с тремя сетками).Электронные лампы стали изготовлять с катодами косвенного подогрева. Развитиеспециальных методов радиоприёма потребовало создания новых типов многосеточныхламп (смесительных и частотно — преобразовательных в 1934 — 1935 г.г.). Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело кразработке комбинированных ламп. Освоение и использование ультракоротких волнпривело к усовершенствованию известных электронных ламп (появились лампы типа«желудь», металлокерамические триоды и маячковые лампы), а такжеразработке электровакуумных приборов с новым принципом управления электроннымпотоком — многорезонаторных магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны. Этидостижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации,радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которыхиспользуется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствованизобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон (1928-1929 г.г.), тиратрон ( 1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т.д. Развитие способов передачиизображений и измерительной техники сопровождалось разработкой иусовершенствованием различных фотоэлектрических приборов (фотоэлементы,фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки) иэлектронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельнуюинженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность ирадиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчётарадиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретическиеи экспериментальные работы.

И последний период (60-е-70-е годы) составляет эпохуполупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется вовсе отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук,электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией,радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электроннойвычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии,телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т.д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствованиеэлектровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности,надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) исверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок,насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдоготела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристалловполупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад вразвитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднеепоявились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники(особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок кисследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямителипеременных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появилисьплоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейнсоздали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления игенерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевыйточечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически неприменялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервыеизготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотныйтетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новыетехнологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способыизготовления р-п- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевыхтранзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующиесвойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые инеуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды ифототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д.

Развитие исовершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочихчастот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладалиограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерци мощности рассеяния порядка 100 — 200 мВт) и могли выполнять лишьнекоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданытранзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы,способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт,а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 — 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более.Маломощные же транзисторы (до 0,5 — 0,7 Вт) могут работать на частотахсвыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотахпорядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазонарабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имелипервоначально рабочие температуры не выше +55 ÷ 70 °С, а на основекремния — не выше +100 ÷ 120 °С. Созданные позже образцы транзисторов наарсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 °С, и ихрабочие частоты в итоге довились до 1000 МГц. Есть транзисторы накарбиде, работающие при температурах до 350 °С. Транзисторы и полупроводниковыедиоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и витоге полностью вытеснили их из областей электроники.


1 Общая часть

 

1.1 Анализтехнического задания

Напряжение питания (В)………..............................................…..…12

Число подключаемыхвентиляторов ……………………………….3

Напряжения подаваемые навентиляторы (В) ………………min 5

………………………………………………………………….max 11,7

Частота вращениявентиляторов (Гц) ……………………….min 10

 …………………………………………………………………..max 20

Период цикла изменениячастоты (с) ………………………………3

1.2 Описание схемыэлектрической принципиальной

 

Управлять вентиляторамиможно лишь при условии, что материнская плата компьютера оснащена необходимымидля этого электронными регуляторами, а так бывает далеко не всегда. Есливстроенных регуляторов нет, поможет блок. По командам формируемым программно налиниях порта LPT компьютера, он обеспечиваетразельное шестнадцатиступенное регулирование частоты вращения трёхвентиляторов, изменяя подаваемое на них напряжение от 5…5,5в до 11,7…11,8в, чтосоответствует изменению чачтоты вращения от 40 до 100% максимальной.

К розетке LPT системного блока компьютераподключают вилку Х1. Счетверенный транзисторный оптрон U1 предназначен для гальванической развязки цепей порта LPT и цепей управления вентиляторами.Ток через излучающие диоды оптронов ограничен резисторами R1-R4. Три канала управления вентиляторами, подключаемыми квилкам Х2, Х4 и Х5, построены по одинаковым схемам, однако в одном из них(управляющим вентилятором №1) предусмотрен узел защиты на микросхеме DD1, назначение и работа которого будутрассмотрены позже. Вилку Х3 соединяют с имеющейся в каждом компьютерестандартной кабельной розеткой, предназначенной для питания дисководов.

Работуего каналов рассмотрим на примере первого, построенного на счетчике DD2.1, диодах VD3-VD6 и транзисторахVT1, VT4. Цикл начинается по окончании общего для всех каналовимпульса начальной установки, формируемого программно на линии DATA1 порта LPT и поступающего на входы R их счетчиков через оптрон U1.2. Через некоторое время с линии DATA2 через оптрон U1.1 на вход CN счетчика начинаютпоступать счетные импульсы, с каждым из которых изменяется состояние выходовсчетчика. Резисторы R11-R14 и диоды VD3-VD6 образуютпреобразователь кода в напряжение, пропорциональное числу импульсов,поступивших на вход счетчика в данном цикле. Оно поступает на вентилятор черезусилитель на транзисторах VT1 и VT4. Поскольку циклы регулированияповторяются с периодом приблизительно 3 с, напряжение на вентиляторе большуючасть времени остается неизменным, пульсации сглаживает конденсатор С4.

Нанулевой ступени регулирования (счетных импульсов нет) вентилятор вращается сминимальной частотой, которую устанавливают подстроечным резистором R37. Максимальную частоту вращения(пришло 16 импульсов) регулируют подстроечным резистором R24.

Узелзащиты на микросхеме DD1представляет собой два реле времени: первое — на элементах R9, C1, VD1, DD1.2, DD1.4, второе – на R10, C2, VD2, DD1.3,DD1.5, DD1.6. Пока на вход элемента DD1.1 регулярно поступают импульсы установки счетчиков висходное состояние, конденсаторы С1 и С2 периодически подзаряжаются, уровнинапряжения на выходах элементов DD1.4и DD1.6 и в точке соединения диодов VD15, VD17 – низкие. Диод VD16 закрыт, узел защиты не влияет на работу канала управлениявентилятором.

Еслиуправляющая программа не запущена, остановлена или в ее работе произошел сбой,вентилятор №1 (как правило он охлаждает процессор) должен вращаться сдостаточной для эффективного охлаждения скоростью. В подобной ситуации импульсыначальной установки отсутствуют, и в зависимости от уровня сигнала на линии DATA1 на выходе элемента DD1.1 установлен постоянный высокий илинизкий уровень. Приблизительно через 8 с после прекращения импульсов один изконденсаторов С1, С2 разрядится и на выходе подключенной к нему цепочкилогических инверторов будет установлен высокий уровень. Через диод VD15 или VD17 он поступил на делитель напряжения из резисторов R36, R43, R44. Сподвижного контакта переменного резистора R43 через R35 иоткрывшийся диод VD16 напряжениепоступит на базу транзистора VT1,что приведет к увеличению частоты вращения вентилятора №1. С возобновлениемимпульсов начальной установки конденсаторы С1 и С2 зарядятся и нормальнаяработа канала управления восстановится.

Вентиляторы№2 и №3 обычно охлаждают менее ответственные узлы компьютера, поэтому их защитаот прекращения компьютерного управления не предусмотрена.

Платаустановлена в стандартную заглушку пятидюймового отсека системного блокакомпьютера. Она закреплена гайкой, навинченной на резьбовую втулку переменногорезистора R43. Вилки установлены на достаточнодлинных для подключения к вентиляторам и розетке питания жгутах из проводовчерного (-, общий) и желтого (+,+12В) цветов.

Дляуправления вентиляторами разработана программа FanControl, но чтобы она смогла работать вавтоматическом режиме, на компьютере нужно предварительно установить изапустить программу SpeedFan.


2Исследовательская часть

 

2.1Обоснование выбора элементов схемы

 

2.1.1Обоснование выбора резисторов

Всерезисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда вособо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величинысопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивлениязависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбираярезисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резистореотдельно по формуле P=UxI, P=U2/R, P=I2XR, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличиваетсявдвое. Исходя из полученных значений, выбирают резисторы эталонных мощностей:0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5,10 Вт и т.д.

Выбранныемной резисторы: МЛТ-0,125, СП3-38б, СП3-4аМ.

2.1.2Обоснование выбора конденсаторов

Привыборе конденсаторов для радиоэлектронных устройств, приходиться решать одну изпротивоположных по своему характеру задач. Прямая задача — по известномустандартному напряжению конденсатора найти максимально допустимые значенияпеременной и постоянной составляющих рабочего напряжения. Обратная задачазаключается нахождения типа и стандартного напряжения конденсаторов по рабочемурежиму.

Подноминальным напряжением понимается наибольшее напряжение между обкладкамконденсатора, при котором он способен работать с заданной надёжностью вустановленном диапазоне рабочих температур. Номинальное напряжение, оговоренноестандартами, называется стандартным напряжением — оно маркируется наконденсаторах, выпускаемых согласно действующих стандартов. Под рабочимнапряжением подразумевается значения постоянного и переменного напряжения,которые действуют на конденсаторе при его работе.

Прямаязадача нахождения рабочего напряжения по стандартному решается с помощьюусловий, оговоренных в действующих стандартах. Однако эти условия справедливылишь для тех случаев, когда переменная составляющая (пульсация) напряжения наконденсаторе меняется по закону гармонического колебания.

Длярешения обратной задачи — нахождения типа и стандартного напряженияконденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале найти минимальноенапряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное значение.

Величинарабочего напряжения конденсатора ограничивается тремя требованиями:

а)конденсатор не должен перегреваться;

б)перенапряжение на нём недопустимо;

в) ондолжен быть защищен от прохождения обратных токов, если это
полярный оксидный конденсатор.

Для тогочтобы конденсатор не перегревался, следует рассчитать выделяемую на нёмреактивную мощность. Она не должна превышать номинальную мощность конденсатора.

Чтобызащитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нём не должнопревышать номинальное. Это условие формулируется в стандартах как суммапостоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряженияне должна быть больше стандартного напряжения.

Полярныеоксидные конденсаторы, помимо перегрева и перенапряжения, должны быть защищеныот прохождения разрушающих обратных токов. Чтобы оксидная плёнка быланепроводящей, потенциал оксидированного метала (анода) должен всегда превышатьпотенциал второго электрода (катода). С этой целью в стандартах оговаривается,что амплитуда переменной составляющей напряжения не должна превышать постояннуюсоставляющую.

Конденсаторыподходящие для разрабатываемого мной устройства:

К53-14;К50-35.

2.1.3Обоснование выбора микросхем

Основу устройствасоставляют интегральные микросхемы серии 561 (КМОП), построенные на полевыхтранзисторах. Она отличается малым потреблением электроэнергии, в отличии отдругих серий. Перечислим параметры некоторых из них.

К561ЛН2

Микросхема представляетсобой шесть логических элементов НЕ с буферным выходом. ИС не имеет защитныхдиодов, подключенных анодами к шине питания, что позволяет подавать на входмикросхемы напряжение, превышающее напряжение питания. Поэтому она может бытьиспользована для согласования выходных уровней КМОП с входами ТТЛ-схем.Содержит 19 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 4306.14-А.

Электрические параметры

Напряжение питания ............................3...15 В

Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи:

при Uп=10В.........................................<2,9 В

при Uп=5В..........................................<0,95В

Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи:

при Uп=10В.........................................<7,2 В

при Uп=5В...........................................<3,6В

Ток потребления:

при Uп=15В.........................................<2 мкА

при Uп=18В........................................<20 мкА

Входной ток низкого (высокого) уровня

при Uп=18 В.......................................<0,3мкА

Выходной ток низкого уровня:

при Uп=10В........................................>8 мА

при Uп=5В..........................................>2,6мА

Выходной ток высокого уровня.............> 1,25 мА

Ток утечки закрытого ключа при Uп=15 В.......>1 мкА

Время задержкираспространения при включении:

при Uп=10 В.........................................<50нс

при Uп=5В...........................................<110 нс

Время задержкираспространения при выключении:

при Uп=10 В..........................................<90нс

при Uп=5В............................................<120 нс

Входная емкость при Uп=10 В..................<30 пФ

К561ИЕ10

Микросхема представляетсобой два четырехразрядных счетчика. Содержит 354 интегральных элемента. Корпустипа 238.16-1, 2103.16-с, масса не более 1,5 г и 4307.16-А.

Электрическиепараметры

Напряжениепитания...............................................3...15 В

Выходное напряжениенизкого уровня при Uп=5В;

Uп=10В...................................................................<0,01В

Выходное напряжениевысокого уровня:

при Uп=5В.............................................................>4,99В

при Uп=10 В...........................................................>9,99В

Максимальное выходноенапряжение низкого уровня:

при Uп=5В..............................................................<0,8В

при Uп=10В.............................................................<1 В

Минимальное выходноенапряжение высокого

уровня:

при Uп=5В...............................................................>4,2В

при Uп=10В..............................................................>9 В

Ток потребления:

при Uп=5В...............................................................<50мкА

при Uп=10В.............................................................<100 мкА

Входной ток низкогоуровня при Un — 10 В............<0,2 мкА

Входной ток высокогоуровня при (7п = 10 В...........<0,2 мкА

Выходной ток низкогоуровня:

при Uп=5В.................................................................>0,2мА

при Uп=10В...............................................................>0,5 мА

Выходной ток высокогоуровня при Uп=5В;

при Un = 10В...............................................................>0,2 мА

Время задержкираспространения при включении

(выключении):

при Uп=5В.................................................................<1500нc

при Uп=10 В...............................................................<500нc

Предельно допустимыережимы эксплуатации

Напряжениепитания.......................................................3...15 В

Напряжение навходах….......................................-0,2...( Uп+0,2) В

Максимальный ток на один(любой) вывод…………..40 мА

Максимальная потребляемаямощность……………..150 мВт

Температура окружающейсреды……………………-45...+85 °С

Выбранные микросхемыподходят для разрабатываемого мной устройства по всем характеристикам.

 

2.1.4 Обоснование выборадиодов

Всхеме используется диод КД 521ВВыберем наиболее подходящий диод из нижеприведённого списка.


Таблица 2.1.4

Тип диода Допустимый прямой ток Максимальный обратный ток КД522А 0,1А 5мкА КД521В 0,01А 1мкА КД805А 0,2А 5мкА

Нашим требованиям удовлетворяютвсе диоды, но выбираем наиболее дешёвый малогабаритный диод типа КД 521В.

2.1.5 Обоснованиевыбора транзисторов

Произведём выбор наиболееподходящего полупроводникового прибора из ниже приведённого списка.

Таблица 2.1.5.1

Тип транзистора Iк max Pk max UКБО мах ß КТ3102А 100мА 250мВт 5В 100-250 КТ307А 20мА 15мВт 10В 20-100 КТ306В 30мА 150мВт 15В 20

Выбираем транзистор снаибольшим коэффициентом усиления типа КТ3102А.

Таблица 2.1.5.2

Тип транзистора

Статическ.

Коэффициент

Постоянная рассеивающая

мощность

Постоянное напряжение эмиттер-база

Постоянное напряжение

кол.-эммит.

КТ837Ф 50…150 30Вт 45В 40В КТ837Р 20…80 30Вт 60В 55В КТ837А 10…40 30Вт 80В 70В

Выбираем транзистор снаибольшим статическим коэффициентом типа КТ837Ф.


3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности

Расчет надежностипроводится на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентирные данные. Вкачестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значениетемпературы в нутри блока. Для большинства маломощных полупроводниковыхустройств она не превышает 400С.

Для различных элементовпри расчетах надежности служат различные параметры. Для резисторов итранзисторов это допустимая мощность рассеивания, для конденсаторов допустимоенапряжение, для диодов — прямой ток.

Коэффициенты нагрузок дляэлементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величиненапряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжениерекомендуется брать в 1,5 -2 раза выше напряжения источника питания.Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Наименование элемента Контрольные параметры

k нагрузки

импульсный режим статический режим Транзисторы

Ркдопkн = Рф / Ркдоп

0,5 0,2 Диоды

Iпрмахkн = Iф / Iпрт

0,5 0,2 Конденсаторы

Uобклkн = Uф / Uобкл

0,7 0,5 Резисторы

Pтрасkн = Рф / Рдоп

0,6 0,5 Трансформаторы

Iнkн = Iф / Iндоп

0,9 0,7 Соединители

Iконтактаkн = Iф / Iкдоп

0,8 0,5 Микросхемы

Iмах вх / Iмах вых

- -

Допустимую мощность рассеяния следует брать в качественоминального параметра. Фактическое значение параметра надо брать в половинуменьше согласно таблице 3.1.1.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надёжностисчитается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схемэтот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя из напряженияисточника питания Uн, дляконденсатора следует брать в два раза (или в полтора) больше напряженияисточника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторывыпускают на допустимое напряжение (в вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10;16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.

Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения наобкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования практически неприменяются.

Фактическое значение (Uф) для конденсаторов расчёте надежности следует брать вполовину меньше выбранного.

Для транзисторов номинальный параметр Ркдопустимое

следует брать из справочников.

Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока IПР . Брать в справочниках.

Фактическое значение параметров этих элементов следует братьисходя из рекомендации таблицы 3.1.1.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказовувеличивается. Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в болеежёстких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах лвибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях,наибольшее влияние на надёжность аппаратуры имеет температура.

Определяя интенсивность отказов при t° — 20°С приведены в таблице3.1.2.

Интенсивность отказовобозначается λo. Измеряется λo в (1/час ).

Таблица 3.1.2

Наименование элемента

λo*10-6 1/час

 

/>

 

/> Микросхемы средней степени интеграции 0,013

 

/> Большие интегральные схемы 0,01

 

/> Транзисторы германиевые: Маломощные 0,7

 

/> Средней мощности 0,6

 

/> мощностью более 200мВт 1,91

 

/> Кремниевые транзисторы: Мощностью до 150мВт 0,84

 

/> Мощностью до 1Вт 0,5

 

/> Мощностью до 4Вт 0,74

 

/> Низкочастотные транзисторы: Малой мощности 0,2

 

/> Средней мощности 0,5

 

/> Транзисторы полевые 0,1

 

/> Конденсаторы: Бумажные 0,05

 

/> Керамические 0,15

 

/> Слюдяные 0,075

 

/> Стеклянные 0,06

 

/> Пленочные 0,05

 

/> Электролитические (алюминиевые) 0,5

 

/> Электролитические (танталовые) 0,035

 

/> Воздушные переменные 0,034

 

/> Резисторы: Композиционные 0,043

 

/> Плёночные 0,03

 

/> Угольные 0,047

 

/> Проволочные 0,087

 

/> Диоды: Кремниевые 0,2

 

/> Выпрямительные 0,1

 

/> Универсальные 0,05

 

/> Импульсные 0,1

 

/>

 

Стабилитроны кремниевые 0,157 />

 

Трансформаторы Силовые 0,25 />

 

Звуковой частоты 0,02 />

 

Высокочастотные 0,045 />

 

Автотрансформаторные 0,06 />

 

Дроссели: 0,34 />

 

Катушки индуктивности 0,02 />

 

Реле 0,08 />

 

Антенны 0,36 />

 

Микрофоны 20 />

 

Громкоговорители 4 />

 

Оптические датчики 4,7 />

 

Переключатели, тумблеры, кнопки 0,07n />

 

Соединители 0,06n />

 

Гнезда 0,01n />

 

Пайка навесного монтажа 0,01 />

 

Пайка печатного монтажа 0,03 />

 

Пайка объемного монтажа 0,02 />

 

Предохранители 0,5 />

 

Волновые гибкие 1,1 />

 

Волновые жесткие 9,6 />

 

Электродвигатели: Асинхронные 0,359 />

 

/>

 

Асинхронные вентиляторы 2,25 /> /> /> /> /> />

 

Порядок расчета.

В таблицу заносятсяданные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется поколонкам. В 1 колонку заносятся наименования элемента, его тип определяется посхеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только егоёмкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий типконденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

Однотипные элементызаписываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.

Микросхемы внезависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку.Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов,и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. (Большиеинтегральные схемы не применяются в курсовых и дипломных проектах).

В колонку 4 заноситсятемпература окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибораили устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеетмощных транзисторов, температуру можно брать 400С.

Далее следует заполнитьколонку 6. пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.

Студенту, как правило, неизвестны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясьрекомендациями таблицы 3.1.1.

Коэффициенты нагрузок.

Для транзисторов:

kн = Pф /Pкдоп = Pф / Pн

kн=12,5/25=0,5

Для диодов:

kн = Iф/Iпрср= Iф/Iн

kн = 0,5/1=0,5

Для резисторов:

kн = Pф /Pн

kн =0,06/0,125=0,5

Для конденсаторов:

kн = Pф /Pн

kн =8/16=0,5

Если kнв таблице для элемента не указано, тоследует ставить прочерк или брать kн — 0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяетсякоэффициент влияния (а), которое показывает, как влияет на интенсивностьотказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки.Находят (а) по таблице 3.1.3 .

При k = 0,5 и t=400Сзначение, а будет =

Для полупроводниковыхприборов 0,3

Для керамическихконденсаторов 0,5

Для бумажныхконденсаторов 0,8

Для электролитическихконденсаторов 0,9

Дляметаллодиэлектрических или

металооксидных резисторов0,8

Для силовыхтрансформаторов 0,6

Таблица 3.1.3

t°C

Значение а при к равном

0,1 0,3 0,5 0,8 1 Кремневые полупроводниковые приборы

20

40

70

0,02

0,05

0,15

0,05

0,15

0,35

0,15

0,30

0,75

0,5

1

1

1

---

---

Керамические конденсаторы

20

40

70

0,15

0,30

0,30

0,30

0,30

0,50

0,35

0,50

0,75

0,65

1,00

1,5

1

1,4

2,2

Бумажные конденсаторы

20

40

70

0,35

0,50

0,7

0,55

0,60

1,0

0,70

0,80

1,4

0,85

1,00

1,8

1,0

1,2

2,3

Электролитические конденсаторы

20

40

70

0,55

0,65

1,45

0,65

0,80

1,75

0,75

0,90

2,0

0,90

1,1

2,5

1,0

1,2

2,3

Металлодиэлектрические или металлооксидные резисторы

20

40

70

0,40

0,45

0,50

0,50

0,60

0,75

0,65

0,80

1,00

0,85

1,1

1,5

1,00

1,35

2

Силовые трансформаторы

20

40

70

0,40

0,42

1,5

0,43

0,50

2

0,45

0,60

3,1

0,55

0,90

6,0

1

1,5

10,0

/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Для германиевых полупроводниковых диодов а братьтаким, как у кремниевых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть аконкретном схеме, следует спросить у преподавателя, как быть.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 3.1.2.

Колонка 11λi= а *λ0. Если изделие испытывает воздействиеударных нагрузок или реагирует, на влажность, атмосферное давление, следуетучесть это влияние. В этом случае λiв колонке 11: λi= λо*a*a1*a2*a3

где а — коэффициент влияния температуры;

a1 — коэффициент влияния механическихвоздействий;

а2 — коэффициент влияния влажности;

a3 — коэффициент влияния атмосферногодавления.

Значения a1,a2и a3определяются по нижеследующимтаблицам.

Коэффициент влияния механических воздействий.

Таблица 3.1.4

Условия эксплуатации аппаратуры Вибрация Ударные нагрузки Суммарное воздействие Лабораторные 1,0 1,0 1,0 Стационарные 1,04 1,03 1,07 Корабельные 1,3 1,05 1,37 Автофургонные 1,35 1,08 1,46 Железнодорожные 1,4 1,1 1,54 Самолётные 1,4 1,13 1,65

Коэффициент влияниявлажности

Таблица 3.1.5

Температура, °C

Влажность, %

Поправочный коэффициент, a1

20-40 6-70 1,0 20-25 90-98 2,0 30-40 90-98 2,5

Коэффициент влиянияатмосферного давления

Таблица 3.1.6

Давление, кПа

Поправочный коэффициент, a1

Давление, кПа

Поправочный коэффициент, a1

0,1-1,3 1,45 32,0-42,0 1,2 1,3-2,4 1,40 42,0-50,0 1,16 2,4-4,4 1,36 50,0-65,0 1,14 4,4-12,0 1,35 65,0-80,0 1,1 12,0-24,0 1,3 80,0-100,0 1,0 24,0-32,0 1,25

Когда колонка 12 заполнена, можно рассчитать среднее времянаработки на отказ Тср,

Для этого суммируют все значения колонки 12, получая ∑ λc.

Тогда Тср=1/∑λc(час)

Следует помнить, что ∑λc — число, умноженное на 10ֿ6, т.е. при делении 10ֿ6 перейдет в числитель.

λc= 9,49*10-6

Тср = 1/9,49*10-6

Тср = 106/9,49=105374,08часов.

еще рефераты
Еще работы по информатике, программированию