Реферат: Модернизация лабораторного стенда для исследования характеристик АМ-ЧМ приемника

Введение

В настоящее времяпрактически все радиотехнические системы, в которых происходит обменинформацией по радиоканалу, такие как наземные (сотовые, транкинговые,пейджинговые) системы связи, вещательные (радиостанции,   звуковоесопровождение телевидения), служебные (полиция, такси, троллейбусы, скораямедицинская помощь, дальние грузоперевозки и др.), радиорелейные, бытовые(радиотелефоны, радиомикрофоны и др.) используют для передачи информациичастотную модуляцию.  Такая популярность частотной кодировки передаваемойинформации обусловлена многими факторами. Основной из них – это более высокаяпомехозащищенность систем, использующих частотную модуляцию и, следовательно,возможность передавать информацию более качественно и очень надежно (длясравнения:  полоса передаваемых частот звукового диапазона при АМ-модуляциисоставляет лишь около 6 кГц, в то время как при использовании ЧМ-модуляции – до15 кГц). В то же время частотной модуляции присущи и недостатки. Так,модулированный по частоте сигнал занимает полосу частот, большую, чем приприменении амплитудной модуляции, поэтому использование частотной модуляции начастотах  ниже 30МГц нерационально.

        Поскольку частотная модуляция(ЧМ) используется весьма широко, то ее изучение имеет для студентов оченьбольшое значение – при хорошем понимании процессов, происходящих в современных приемопередающихустройствах инженер с подобными знаниями останется востребованным.

В частности, встаетвопрос о разработке методик исследования  основных отличительных узлов,характерных для ЧМ-приемника, таких как частотный детектор, ограничительамплитуды, система автоматической подстройки частоты, а также проектирования исборки практических лабораторных макетов, позволяющих студентам проводитьподобные исследования и облегчить им понимание процессов, происходящих приприеме и модуляции ЧМ-сигналов. Имеющиеся на кафедре нашего институталабораторные стенды для проведения исследований и лабораторных работ непозволяют производить такие исследования, так как они рассчитаны лишь наизучение узлов приемника с амплитудной модуляцией. Имеющиеся же макеты работаютна высоких частотах, что затрудняет проведение лабораторных исследованийстудентам, не имеющим еще достаточных навыков при работе с измерительнойаппаратурой. Следовательно, встает вопрос о переделке (модернизации) частиучебных стендов в приемники ЧМ-сигналов, работающих на нестандартных, возможноболее низких частотах… При этом ставится задача свести все переделки кминимуму для уменьшения материальных затрат,  максимально использовать готовыеузлы стенда. Данная задача – разработка методик исследования узловЧМ-приемника, а именно амплитудного ограничителя, частотного детектора, системыавтоматической подстройки частоты, а также разработка и практическоепроведение  модернизации лабораторного макета, и являются основной задачейданной дипломной работы.

1      Краткое описание лабораторного макета

1.1    Функциональнаясхема

/>
Функциональнаясхема лабораторного макета приведена на рисунке 1.1.1. Макет представляет собойприемник супергетеродинного типа с однократным преобразованием частоты. Онпредназначен для приема сигналов в небольшом участке частот средневолновогодиапазона. Номинальное значение промежуточной частоты (fпч)составляет 465 кГц. Особенностью макета является неперестраиваемый преселектор.Он настроен на центральную частоту диапазона рабочих частот приемника. (около1.1 МГц)

Рисунок1.1.1 -  Структурная схема лабораторного макета        

       

Основные функциональныеузлы приемника:

ВЦ – входная цепь;

УРЧ – широкополосныйусилитель радиочастотного сигнала;

ПрЧ – преобразовательчастоты;

Г – перестраиваемыйгетеродин;

ПФ – полосовой фильтрпромежуточной частоты с полосой пропускания около 5-6 кГц;

УПЧ – усилительпромежуточной частоты;

Д – детектор;

УЗЧ – усилитель колебанийзвуковых частот;

ДАРУ – детектор системыавтоматической регулировки усиления;

ФНЧ – фильтр нижних частотсистемы АРУ;

Гр – громкоговоритель;

Rн– эквивалент сопротивления нагрузки.

Большая частьфункциональных узлов приемника реализована на трех интегральных микросхемах.Усилитель радиочастотного сигнала, преобразователь частоты и перестраиваемыйгетеродин собраны на микросхеме К237ХА1. Гетеродин можно перестраивать почастоте при помощи резистора R17 («Частота гетер») путем изменения обратногонапряжения, подводимого к варикапу. Усилитель промежуточной частоты и детекторсобраны на микросхеме К237ХА2. В усилителе колебаний звуковых частотприменяется ИС К174УН7 в типовом включении. Принципиальная схема лабораторногостенда (без блока питания) приведена на Приложении 1. Для проведенияэкспериментов в лабораторном макете предусмотрены  контрольные точки (КТ1-КТ7),к которым можно подключать измерительную аппаратуру через соответствующиекоаксиальные разъемы на верхней панели макета.

        Во избежание нарушениянормальной работы приемника при подключении измерительной аппаратуры некоторыеконтрольные точки выведены через унифицированные контрольные модули (U1-U3 вПриложении 1) с коэффициентом передачи, равным примерно единице. Принципиальнаясхема согласующего модуля приведена на рисунке 1.1.2. Модуль обладает высокимзначением входного сопротивления (около 100 кОм), и не ухудшает избирательныхсвойств колебательных систем входной цепи, гетеродина и преобразователячастоты. Высокое входное сопротивление модуля

/>

 


Рисунок1.1.2 — Принципиальная схема согласующего модуля

обеспечивается транзисторами VT1 и VT2 в соответствующем включении (составной истоково-эмиттерный повторитель).Напряжение на выходах 2 и 3 модуля практически равно напряжению на входе 1.Таким образом, вольтметр, подключенный к выходу 2 модуля, измеряет напряжениена выходе исследуемого узла. При этом емкость вольтметра не вызывает смещениярезонансной частоты контура. В то же время сигнал с выхода 3 модуля  поступаетна вход следующего каскада приемника.

Модуль также может бытьиспользован для подачи сигнала на вход следующего каскада от генератора,подключаемого к выводу 2 модуля.

Макет имеет следующиеорганы регулировки, индикации и коммутации (см. схему в Приложении 1):

—       регулятор частоты гетеродина(потенциометр R17), осуществляющий перестройку гетеродина по частоте;

—       регулятор громкости (R42);

—       выключатель системы АРУ (S1);

-    выключатель напряжения питаниягетеродина и преобразователя частоты (S2). Этот выключатель конструктивносовмещен с потенциометром R17 («Частота гетер.»). Гетеродин выключается приповороте потенциометра против часовой стрелки до упора;

-    переключатель нагрузки (S3) сгромкоговорителя на эквивалент нагрузки (R48);

-    выключатель питающего напряжения (напринципиальной схеме не показан);

-    индикатор включения электропитания(тоже не показан);

-    индикатор настойки приемника (VD2).


1.2 Принципиальная схема

 

Входной сигнал черезгнездо X1 или X2 (Приложение 1) поступает на входной неперестраиваемый контурL1C1, настроенный на середину рабочего диапазона приемника (около 1,1 МГц).Резистор R3 служит для снижения добротности входного  контура, следовательно,для расширения полосы пропускания. Далее сигнал через разделительныйконденсатор C2 поступает на вход унифицированного контрольного модуля U1,служащего для согласования входной цепи с измерительными приборами,подключаемыми к гнездам Х3, Х4. Далее сигнал через разделительный конденсаторС3 подается на вывод 1 микросхемы К237ХА1. Микросхема DA1 выполняет функцииусилителя радиочастоты  и преобразователя частоты. С выхода усилителярадиочастоты (VT1) через конденсатор С6 сигнал подается на вход балансногосмесителя (вывод 11 микросхемы DA1, VT2, VT3). Смеситель нагружен наколебательный контур L2L3C8. Для обеспечения требуемой  полосы пропускания всхеме применяется фильтр  Z1. Гетеродинная часть микросхемы (VT4, VT5, VT6)работает совместно с балансным смесителем. Частота гетеродина задаетсяколебательным контуром L4C11C12  и емкостью варикапа VD1. Частотой гетеродина можноуправлять с помощью резистора R17, изменяющего обратное напряжение на варикапе,а следовательно, его емкость. Частота гетеродина через  унифицированныйконтрольный модуль U3 подается на гнезда Х7, Х8 для последующего наблюдения иконтроля. Сигнал промежуточной частоты с фильтра Z1, имеющего полосупропускания около 6 кГц, поступает на вывод 1 микросхемы DA2 (К237ХА2). Наданной микросхеме выполнен усилитель промежуточной частоты (VT7-VT11), детектор (VT12) и предварительный усилитель звуковой частоты (VT13). Вусилителе предусмотрена система автоматической регулировки усиления,управляющее напряжение с которой снимается с вывода 10 микросхемы DA2 иподается на вывод 13 микросхемы DA1, а также через дифференцирующую цепочкуR53C33 на гнёзда Х11, Х12 для последующего контроля и наблюдения.

Продетектированный сигналс вывода 13 микросхемы DA2 поступает на вход усилителя низкой частоты,собранного на микросхеме К174УН7 в типовом включении. Резистор R42 служит длярегулировки уровня выходного сигнала. Переключатель S3 служит для переключениядинамической головки и эквивиалента нагрузки на резисторе R48.

 

1.3 Сравнение гетеродинных приемниковАМ и ЧМ сигналов

       

Структурные схемыприемников АМ и ЧМ сигналов приведены на рисунке 1.3.1, а и б соответственно.Из схем видно, что на функциональном уровне различия не очень существенны: дляобоих систем характерно наличие таких узлов, как: входная цепь, усилительрадиочастоты, смеситель, гетеродин, узкополосный фильтр, усилительпромежуточной частоты, усилитель звуковой частоты, оконечное устройство. Однакосуществуют отличия: в приемнике ЧМ сигналов отсутствует система автоматическойрегулировки усиления (АРУ) и амплитудный детектор, в то же время установленысистема автоподстройки частоты (АПЧ) и частотный детектор.

 На более глубоком уровнесравнения различия состоят и в том,  приемники работают в разных диапазонахчастот (АМ приемник – в области ДВ, СВ, КВ; ЧМ приемник – в УКВ диапазоне) иимеют различные промежуточные частоты ( как правило, 465 кГц для приемников АМ и10,7 МГц – для приемников ЧМ). Такая разница в промежуточных частотахобусловлена тем, что ЧМ сигнал имеет гораздо большую занимаемую полосу – до 250кГц, а АМ-сигнал – около 6 кГц. Также требования, предъявляемые к усилителюзвуковых частот при АМ приеме гораздо ниже (усилитель должен иметь полосувоспроизводимых частот 0,3-6,4 кГц), чем при ЧМ-приеме (полоса 50-10000 Гц).Таким образом, полноценная переделка (с получением всех характеристик,существующих существующим стандартам) приемника АМ сигналов в приемник ЧМсигналов не имеет смысла, т.к. придется не модернизировать, а зановоизготовлять все блоки, за исключением блока питания и выходного устройства.Однако в данном случае нам не требуется получить приемник ЧМ сигналов, которыйсоответствовал бы существующим требованиям, а необходим соответствовал бысуществующим требованиям, а необходим  лабораторный стенд,   который  бы

/>
Рисунок1.3.1, а — Структурная схема супергетеродинного приемника АМ сигналов

 

/>
Рисунок1.3.1, б — Структурная схема супергетеродинного приемника ЧМ сигналов

 

облегчил студентам пониманиепринципов работы и устройства отдельных узлов приемника ЧМ, а именно:амплитудного ограничителя на диодах; амплитудного ограничителя на транзисторах;частотного детектора; системы автоматической подстройки частоты. Рассмотримвозможность модернизации имеющегося лабораторного макета для получениявозможности решать данные задачи. Для исследования амплитудного ограничителя надиодах и полупроводниковых транзисторах, а также частотного детекторанеобходимы соответствующие узлы. Так как они отсутствуют принципиально  вприемнике АМ сигналов, то их придется рассчитать и смонтировать отдельно. Этобудет сделано далее в соответствующей главе. Подключить их входные и выходныеточки можно через продублированные разъемы на стенде. После монтажавышеперечисленных узлов для получения системы автоматической подстройки частотымы уже будем иметь практически все необходимые узлы. Ввиду того, что в лабораторноммакете присутствует перестраиваемый  по частоте гетеродин, наша задача ещебольше упрощается. Так как гетеродин перестраивается по частоте подаваемым наварикап VD1 (см. рисунок 1.1.2) напряжением, то будет достаточно получитьтребуемую зависимость выходного напряжения частотного детектора от частоты иподать этот управляющий сигнал  на варикап. Дополнительно потребуется расширитьполосу пропускания усилителя промежуточной частоты, для того, чтобы статическаяхарактеристика определялась только характеристикой   частотного детектора. Этоможно сделать, исключив из схемы узкополосный фильтр Z1.



2 Разработка принципиальной схемы


2.1 Расчет амплитудного ограничителя

 

Принципиальная схематранзисторного ограничителя амплитуды приведена на рисунке 2.1.1. Методикарасчета взята из [3].

Для уменьшения пороговогонапряжения и увеличения коэффициента ограничения транзистор работает припониженном коллекторном напряжении порядка 2-3 В за счет использованиярезистора Rф.

Выбираем транзисторКТ339А. Его справочные данные, необходимые для расчетов, следующие:

обратный ток коллектора, мкА                                   2

статический коэффициент передачи токаОЭ             50

граничная частота передачи тока всхеме с ОЭ, Мгц   550  

емкость коллекторного перехода, пФ                         0,65

модуль прямой проводимости на частоте465 кГц, мСм       0,033

        Входная и выходнаяхарактеристики приведены на рисунке 2.1.2.

Зададимся напряжениемпитания Eко=6 В и сопротивлением Rф фильтра 1 кОм.Согласно равенству

arctg α1=1/Rф

arctg α1=1/1000, чемусоответствует линия 1 на рисунке 2.1.2.

По выходнойхарактеристике, приведенной на рисунке 2.1.2, выбираем рабочую точку А, длякоторой Iка=2,2 мА и

/>

 

Рисунок2.1.1 – Принципиальная схема амплитудного ограничителя

/> 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок2.1.2 – Характеристики транзистора КТ339А

/>Iба=50 мкА. Коэффициент включенияопределяется по формуле:

pк≤(0,75…0,85)√Rфgэ1

где   gэ1 – эквивалентнаяпроводимость коллекторного контура.

gэ1 =δэg/δ

где   δэ –эквивалентное затухание контура;

        δ – собственноезатухание контура (принимается равным 0,01);

        g – собственная резонанснаяактивная проводимость колебательного контура.

Эквивалентное затуханиеконтура определяется по формуле:

δэ=2 δ(1+g21/g)

где   g21 – выходнаяпроводимость транзистора, определяется по справочнику (g21=7*10-6См).

        Собственная резонанснаяактивная проводимость колебательного контура g рассчитывается как

g=δωoCэ

где   ωo –резонансная частота (принимается 465 кГц);

        Cэ – эквивалентнаяемкость входного контура (принимается равной 20 пФ).

g=0,01*465000*6,28*20*10-12=0,58*10-6См

δэ=2*0,01(1+7/0,56)=0,27

gэ1=0,27/0,01*0,58*10-6=15,6*10-6См

/>pк=0,8*√103*15,6*10-6=0,1

Емкость конденсаторафильтра вычисляется по формуле:

Сф≥(10…20)/(foRф)=15/465000/1000=32*10-9=32нФ

Выбираем из стандартногоряда номиналов конденсатор емкостью 33 нФ.

/> <td/> />
Сопротивление в цепи базынаходится по формуле:

Нагрузочная характеристикадля переменного тока проходит через точку А (рисунок 2.1.2) и имеет уголнаклона, равный

arctg α2=gэ1/p2к

arctg α2=15,6*10-6/0,01=0,0156

Этому углу соответствуетлиния 2 на рисунке 2.1.2. Для точки Б получаем Iкмакс=16 мА, Iбмакс=0,35мА.Максимальная амплитуда входного сигнала, с которой начинается ограничение,равна:

Uмвх.л=0,5(Uбб-Uбв)=0,5(0,9-0,4)=0,25В.

Rб=(6-0,8)/((16-2,2)*10-3)*25=10кОм

Амплитуда напряжения наколлекторном контуре определяется по формуле:

Umвых.л=ркY21Uмax.вх /gэ1

Umвых.л=0,1*0,033*0,25/15,6*10-6=5,3В

Когда амплитуда входногосигнала превышает Uмax.вх, транзистор работает с отсечкой обоихполупериодов, и выходной сигнал соответствует уравнению

Umвых.н=Umвых.лН(Umвх.н/Umвх.л)

где   Umвых.н – амплитуданапряжения на выходе ограничителя, В при входной амплитуде Umвх.н,В;

        Umвых.л –максимальная амплитуда напряжения на входе, В, при работе в линейном участке;

        Н(Umвх.н/Umвх.л)– коэффициент, определяемый по рисунку 2.1.3. Он представляет собой частьамплитудной характеристики ограничителя, работающего в нелинейном режиме.

        Пороговое напряжениеограничителя, при котором он еще работает в линейном режиме, определяется поформуле:

Uпор=1,5Umвх.л=1,5*0,25=0,375В

        При отношении Umвх.н/Umвх.лравном двум, находим по рисунку 2.1.3 величину Н. Н=1,25. Следовательно,напряжение на выходе ограничителя составит

Umвых.н=Umвых.л Н(Umвх.н/Umвх.л)=5,3*1,25=6,62В

        Проведя ряд аналогичныхвычислений для разных значений входного напряжения, заносим результаты в таблицу 2.1.1.

Таблица 2.1.1

Uвх, В

0,25 0,35 0,5 0.75 1 Н 1 1,15 1,25 1,26 1,27

Uвых, В

5,3 6,1 6,6 6,68 6,73

По этим данным строимграфик зависимости Uвых=f(Uвх). График этой функцииприведен на рисунке 2.1.4. Окончательная принципиальная схема с указаниемноминалов деталей приведена в Приложении 2.

/>


Рисунок2.1.3 – График для нахождения коэффициента Н

 

 

Uвых, В

 

7 6 5 4 3 2 1

Uвх, В

0    0,1        0,2     0,3       0,4      0,5        0,6      0,7       0,8      0,9      1

 

Рисунок2.1.4 – Зависимость Uвых=f(Uвх)


2.2 Расчет частотногодетектора

        В качестве частотногодетектора выбираем частотный детектор с фазовым детектированием, как простой внастройке и не критичный к параметрам применяемых элементов. принципиальнаясхема частотного детектора приведена на рисунке 2.2.1. Рассчитаем все элементыданной схемы. Методика расчета взята из [14].

        Зададим следующиехарактеристики для расчета:

-    номинальная рабочая частота детектораfo=465 кГц;

-    максимальная девиация частоты Δfмакс=50кГц;

-    верхняя частота модуляции Fмакс=10кГц;

Параметры транзистора КТ339Авыходного каскада УПЧ (амплитудного ограничителя, рассчитанного выше):

-    выходное сопротивление R’вых=1,8Rвых=1,8*1,1=2кОм;

-    />
емкость коллекторного переходаСк=10 пФ;

Рисунок2.2.1 – Принципиальная схема частотного детектора

-    ток коллектора Iк=2,2 мА(см. расчет амплитудного ограничителя);

Входные параметры усилителя постоянноготока:

-    входное сопротивление Rвх=1МОм;

-    входная емкость Свх=1000пФ.

1) Задаемся оптимальной величинойобобщенного коэффициента связи контуров β=1.

2)     Определяем максимальнуювеличину обобщенной расстройки:

αмакс=0,5 β=0,5

/>

/> <td/> />
3)     Эквивалентнаядобротность контуров определяется по формуле:

       

Qэ=4,65*105*0,5/(2*5*104)=2,32

4)     Величинаконструктивного коэффициента связи равна:

kсв=β/Qэ=1/2,32=0,1

5)     Выбираем диоды КД522, ихкрутизна Sд=5мА/В и емкость Сд=1,0 пФ.

6)     Принимаем сопротивлениянагрузки R2=R3=10 кОм, емкость монтажа См=5 пФи собственная добротность контуров Qк=150.

7)     Величины емкостейнагрузки диодов (в пикофарадах) равны;

C3=C4=(4…5)*105/(FмаксR2)

где   Fмакс – максимальнаячастота модуляции в килогерцах;

        R1 – сопротивлениенагрузки в килоомах.

C3=C4=4,5*105/(10*10)=4500пФ

Выбираем стандартное значение 4,7 нФ,условие

C3=C4≥Сд*10-См=10-5=5пФ при этом соблюдается.

/>8)     Определяем угол отсечки токов диодов по формуле:

                                    

                                      

9)     Коэффициент передачидетекторов по напряжению вычисляется по формуле:

Кд=cosθ=cos 0,57=0,84

10)    Определяем собственное ирезонансное эквивалентные сопротивления контуров:

Rк=2пfoL1Qк=2*3,14*465000*0,12*10-3*150=52,6кОм

Rэ=2пfoL1Qэ=2*3,14*465000*0,12*10-3*2,32=813Ом

11)    />Коэффициент включения контура в коллекторную цепьтранзистора:

mвх=1,55, принимаем mвх=1.

/>12)    Находим значение функции φ(αмакс,β):

       

13) Определяем максимальноенапряжение на выходе дискриминатора:

Uвыхд=0,33IкRэm2вкКд φ(αмакс,β)

Uвыхд =0,33*2,2*0,813*1*0,84*0,169=83,8 мВ

14)    Емкость С1 находим поформуле:

С1=(3…5)*104/(foRэ)=80 нФ

Выбираем стандартныйконденсатор 100 нФ.

15)    Индуктивность L3 дросселя определяется как

L3=(10…20)L1=10*0,12=1,2 мГн

16)    Находим емкость резонансногоконтура:

Ск=2,53*104/(f2o L1)– m2вкCвых — Cм=1960пФ

        Выбираем стандартное значение2200 пФ.

Для увеличения крутизны выходногонапряжения применяется усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентомусиления от 2 до 12, собранный на операционном усилителе К548УН1Б. Полнаяпринципиальная схема частотного детектора приведена в Приложении 3.

2.3 Расчет системыавтоподстройки частоты

 

Для расчета системыавтоматической подстройки частоты непрерывного типа  используется методика, приведенная в [12].

Исходными данными длярасчета системы являются:

-    номинальное значение частотыпринимаемого сигнала fос=4500 кГц;

-    изменение частоты сигнала fс по каким-либо причинам на величину Δfс=fc-foc=100 кГц;

-    допустимая остаточная ошибка системыАПЧ Δfо=5 Гц;

-    статическая характеристика регуляторачастоты (приведена на рисунке 4.2.1)

-    крутизна статической характеристикирегулятора частоты Sрч=30 кГц/В;

-    граничные значения изменения частотыгетеродина fг1, fг2,управляющего напряжения Uупр1 и Uупр2,определяющие диапазон перестройки частоты гетеродина 2Δfг=Δfг1+Δfг2

и диапазон изменения управляющегонапряжения

ΔUупр=ΔUупр1 +ΔUупр2

Δfг1=110 кГц, Δfг2=70 кГц; 2Δfг=180 кГц

ΔUупр1=3,5В; ΔUупр2=2,4 В; ΔUупр=5,9 В

-    номинальное значение частотыгетеродина fог и напряжение (опорное напряжение) Uор на регуляторе частоты, fог = 4400 кГц при  Uор=2 В.

Чтобы обеспечить заданнуюв техническом задании остаточную ошибку Δfо=5кГцпри начальной расстройке Δfнач=40 кГц, коэффициент подстраивающегодействия системы АПЧ должен равняться:

К= Δfнач/Δfо=30/5=6

    Для выбранногогетеродина известна крутизна регулятора частоты  (определяется экспериментальноиз графика рис.4.2.2)

Sрч=30 кГц/В

Наосновании рассчитанного коэффициента подстройки К определяется требуемоезначение крутизны частотного детектора системы АПЧ:

Sчд=(К-1)/ Sрч=(6-1)/30=0,17В/кГц

Экспериментальноеопределение крутизны Sчд=0,2 В/кГц было проведено в пункте4.2. Как видно, эта величина превышает необходимую, поэтому в систеие АПЧ можноприменить данный частотный детектор.

Определимосновные параметры системы АПЧ.

1)  />Полоса схватывания ПАЧ определяется по формуле:

Псх=0,8√ 4IкSрчКдdэminfчд/Ск

 

/>Псх =0,8*√4*2,2*0,2*0,84*0,01*465000/2200*10-12=56кГц

Частоты,соответствующие экстремумам статической характеристики частотного детектора:

f1,2=fчд(1±0,5dэmin)=465*(1±0,5*0,27)=257 кГц и 400 кГц

        Полоса удержания определяетсяпо формуле:

Пу=0,46*Ск*П3сх/(Iк*Sрч*Кд)

Пу=0,46*10-12*(56000)3/(2,2*0,2*0,84)=218570кГц

2.4 Указания к проведениюмодернизации

        Для подключения системы АПЧ клабораторному стенду необходимо провести следующие изменения в принципиальнойсхеме стенда (см. Приложения 1-4):

1.   Собрать расчитанные в п.п.2.1-2.3схемы;

2.   Подключить питание к от стенда;

3.   Параллельно варикапной матрицеКВС111А (VD1) подключить варикап КВ104Г дляувеличения крутизны регулировки частоты гетеродина;

4.   Аноды варикапов подключаются к общемупроводу (см. Приложение 4) через параллельно соединенные резистор номиналом100кОм и конденсатор емкостью 0.033 мкФ для подключения к ним сигналауправления от частотного детектора;

5.   Отключить полосовой фильтр Z1, вместо него подключить конденсаторемкостью 1000 пФ для увеличения полосы пропускания усилителя промежуточнойчастоты.

3 Разработка методик проведениялабораторных работ


3.1 Разработка методики исследованияамплитудного ограничителя и частотного  детектора

       

Рекомендуемаяметодика проведения исследования амплитудного ограничителя при проведениилабораторной работы следующая.

1)Расчетная часть – предполагает проведение студентами теоретического расчетаамплитудного ограничителя. Студенту необходимо рассчитать и построитьамплитудную характеристику амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами иамплитудную характеристику транзисторного ограничителя. Методические указания красчетам изложены ниже.

Характеристикиамплитудного ограничителя с шунтирующими диодами рассчитывается в следующемпорядке:

— задаваясь рядом значений косинуса угла отсечки токов шунтирующих диодов cosθ = 1; 0,96; 0,92; 0,88; 0,84; 0,8и, зная напряжение запирания диодов Uз, определить соответствующиеамплитуды выходного напряжения ограничителя

Uвых.огр.=Uз / cosθ

/> — рассчитать для выбранныхуглов отсечки cos θвходное сопротивление двух шунтирующих диодов 0,5R’,пользуясь формулой:

/>                                R’=

иприведенными в таблице 3.1.1 значениями

ЗдесьSд – крутизнахарактеристики прямого тока диода.

Таблица3.1.1

cos θ 1 0,96 0,92 0,88 0,84 0,8 ∞ 314 78,5 43,7 27,3 20 /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> <td/> /> />
— по заданным dэ1, Сэ1и fo рассчитать сопротивлениепервого контура Rэ1,затем рассчитать значения R’э,d’э, и β1 для всехвыбранных значений cos θ поформулам:

где   dэ1 –эквивалентное затухание первого контура с учетом влияния шунтирующих диодов;

 dэ2 –эквивалентное затухание второго контура.

-    понайденным Uвых.огр., R’э,β и заданной крутизне транзистора VT1рассчитать ряд значений амплитуд входного напряжения, соответствующих выбраннымcos θ и,следовательно,  Uвых.огр.,пользуясь соотношением

/>
Uвх= Uвых.огр.(1+β21)/(SR’э1)

гдеS – крутизна характеристики коллекторноготока транзистора.

-    построитьамплитудную характеристику ограничителя

Uвых.огр.=f(Uвх)

/> <td/> />
        Характеристикиамплитудного ограничителя на транзисторах рассчитывается по формуле:

Рекомендуетсяследующая последовательность расчетов:

— при аппроксимации характеристики транзистора вида рисунка 3.1.3  Iк=Ψ(Uвх) найтикрутизну ее наклонного участка S инапряжение отсечки Uo;

— задаваясь рядом значений угла отсечки (cosθ = 1; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2; 0,1) найтисоответствующие им значения амплитуды входного напряжения Uвх= Uо/cosθ, Uо=|U1|=U2 нарисунке 3.1.3;

/> — для выбранных cos θ (и, следовательно, Uвх)по формуле (1) рассчитать значения Uвых.огр., предварительно вычислив резонансноесопротивление первого контура Rэ1=1/ωоСэ1dэ1, и, используя значения функции                   , приведенные в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2

/>cos θ

1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,1 1 0,9 0,72 0,485 0,25 0,13

/> — для всех Uвх,при которых cos θ<0,1, можно считать амплитуду первой гармоники тока коллектора приблизительнопостоянной и равной            

/> — при всех Uвх ≤Uо, то есть вотсутствие ограничения, рассчитываемое устройство имеет резонансный коэффициентусиления, равный:

Характеристикичастотного детектора рассчитываются с помощью обобщенных кривых Ψ(α,β), рисунок 3.1.4

— на обобщенной характеристике, соответствующей заданному β, выбрать 5-6точек и найти их абсциссы и ординаты;

/> — найденные абсциссывыбранных точек выразить в значениях расстроек

— выходные напряжения частотного детектора, соответствующие выбранным точкамобобщенной характеристики, рассчитывают, подставляя найденные значения ординатфункции Ψ(α, β), в формулу

Uвых=±I1RэKдΨ(α, β)

где  Kд – заданный в п.   коэффициент передачи  диодных амплитудных детекторов;

        Rэ –резонансное сопротивление колебательных контуров частотного детектора,рассчитываемое на основании исходных данных;

        I1 –амплитуда первой гармоники тока коллектора транзистора VT1.

/>        При расчете I1надо полагать, что амплитуда входного напряжения частотного детектора во многораз больше порога ограничения и поэтому I1=                (см. характеристику на рисунке 3.1.3)

        2)Экспериментальная часть – производится следующим образом.

Перед началом работы собрать схему,представленную на рисунке 3.1.1. Включить питание генератора сигналов,вольтметров, осциллографа и лабораторной установки.

/> <td/> />
Пробниквольтметра переменного напряжения В1 подключить к гнезду Х1 лабораторногомакета. Пробник вольтметра В2 подключить к гнезду Х2.

Рисунок 3.1.1 — Схема дляисследования амплитудного ограничителя

 

Подвестисигнал от генератора сигналов ГС к гнезду Х1 макета, установив входноенапряжение Uвхпри отсутствии модуляции равным 20-30 мВ. Установить частоту ГС равнойрезонансной частоте контура ограничителя fo. Плавноизменяя входное напряжение от ГС от 20 мВ до 3 В, снять 7-10 значенийнапряжения на выходе ограничителя. Результаты занести в таблицу 3.1.3

Таблица3.1.3

Uвх ограничителя, мВ

Uвых ограничителя, мВ

Для снятия характеристикчастотного детектора необходимо собрать схему, представленную на рисунке 3.1.2.Соединить гнезда Х2 и Х3, к гнезду Х4 подсоединить вольтметр переменного токаВ2.

/>Вначале определяютрасстройку Δf междуцентральной частотой частотного детектора f0=f01=f02 – частотойвходного сигнала, при прохождении которой выходное напряжение ЧД изменяет знак,обращаясь в нуль – и

 

Рисунок 3.1.2 -   Схема для исследования частотногодетектора.

/>

Рисунок 3.1.3 />Рисунок 3.1.4

частотойf, на которой выходное напряжение частотногодетектора достигает максимума Δf=|f — f0|.Устанавливают амплитуду входного сигнала от ГС около 500 мВ.

Затемснимают характеристику ЧД, задавая равные приращения частоты в пределах от 0 до±2 Δfотак, чтобы каждую ветвь характеристики ЧД можно было построить по 6-7 точкам.Полученные результаты заносятся в таблицу 3.1.4

Таблица3.1.4

fчд, кГц

Uвых.чд, мВ

Экспериментальнуюи расчетную характеристики исследуемых узлов строят на одном графике.

Содержание отчета

Отчетпо работе должен содержать цель работы, схему лабораторной установки, расчетхарактеристик амплитудного ограничителя и частотного детектора, таблицырасчетных и экспериментальных данных, графики расчетных и экспериментальныхзависимостей, результаты сопоставления расчетных полученных в ходе экспериментахарактеристик с указанием возможных причин расхождения эксперимента срасчетными данными.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работыамплитудного ограничителя с шунтирующими диодами.

2.От чего зависит порог ограничения амплитудного ограничителя  с шунтирующимидиодами?

3.Почему рабочая часть характеристики амплитудного ограничителя с шунтирующимидиодами не может быть горизонтальной и от чего зависит ее наклон?

4.Объясните принцип действия транзисторного амплитудного ограничителя.

5. От чего зависит порог ограничения транзисторного амплитудного ограничителя?

6.Объясните принцип действия балансного частотного детектора со связаннымиконтурами.

        7.Как и почему изменяется форма характеристики частотного детектора при изменениикоэффициента связи между контурами?   

        8.От чего зависит крутизна характеристики частотного детектора?

        9.От чего зависит протяженность рабочего участка характеристики частотногодетектора?

        10.Чем определяется эквивалентное затухание каждого из контуров?

        11.Нарисовать форму напряжений на входе ЧД, на входе первого АМ детектора, навходе второго АМ детектора при изменении частоты подводимого колебания.

Исходные данные для расчетов:

-    резонанснаячастота контуров ограничителя и детектора 465 кГц;

-    эквивалентнаяемкость контуров Сэ=220 пФ;

-    эквивалентныезатухания контуров dэ=0,05;

-    крутизнахарактеристики транзистора VT1 врабочей точке на рабочей частоте S=15мА/В;

-    коэффициентпередачи по напряжению каждого из диодных детекторов Кд=0,8.

Остальныеданные, необходимые для расчетов, приведены в литературе.

Факторсвязи β в интервале 1,0…2,5 задается преподавателем.


3.2Разработка методики  исследования системы автоматической подстройки частоты

 

        Для исследования системыавтоматической подстройки частоты (АПЧ) с помощью модернизированноголабораторного стенда рекомендуется следующая методика. Она представлена в видеметодических указаний к проведению лабораторных работ.

        Целью данной работы являетсяопределение основных характеристик системы автоподстройки частоты следящеготипа; коэффициента автоподстройки, полосы схватывания, статическойхарактеристики управления частотой гетеродина и остаточной расстройки,  полосыудержания.

        Структурная схема системы АПЧприведена на рисунке 3.2.1.

/>


       

Рисунок 3.2.1 – Структурнаясхема системы АПЧ

        Рабочеезадание на лабораторную работу:

1. Снять статическиехарактеристики управителя-частотного детектора;

2.  Снять резонансную характеристикупреобразователя без АПЧ и с АПЧ, определить полосу удержания и полосусхватывания.

К п.1. Соединить гнезда   КТ5 с Х1,Х2 с Х3, тумблер «АПЧ» поставить в положение «вкл».

        К гнезду КТ4 присоединитьгенератор сигналов и частотометр, установить частоту немодулированного входногосигнала около 400 кГц  амплитудой  10-15 мВ.

        К гнезду Х4 подключитьмилливольтметр постоянного напряжения.

        Включить питание всехприборов.

        Плавно меняя частотугенератора, снять характеристики Uвыхчд=ξ(fпч) и fгет=φ(Uвыхчд). Результаты занести в таблицу3.2.1. При измерении частоты гетеродина частотометр подключается к гнезду КТ4.Значения fпчо=fпч=465кГц при Uвыхчд=Uо;fгето=fгетпри Uд=Uo где Uo – постоянное напряжение на варикапе, измеряемое нагнезде Х4 при положении «выкл» тумблера «АПЧ».

        По результатам экспериментовпостроить графики зависимостей Δfгет=ξ(Uвыхчд),Uвыхчд =φ(Δ fпч).

По графикам определить статическуюкрутизну управителя

Sу= Δfгет/ ΔUвыхчд,и различителя Sд= ΔUвыхчд/ Δfпч

для линейных участков снятыххарактеристик.

         Коэффициент автоподстройки Капчвычисляется по формуле

        Капч=1+ Sу Sд

        Таблица 3.2.1

fпч, кГц

Uвыхчд, В

fгет, кГц

Δ fпч, кГц

Δ Uвыхчд, В

К п.2. Тумблер «АПЧ»выключить. Установить на генераторе сигналов частоту в районе 4,5 Мгц,амплитуду сигнала на выходе 1-1,5 мВ, подать ее на гнездо КТ2, подключитьвольтметр переменного тока к гнезду КТ5. Установить регулятор «Частотагетеродина» в среднее положение.

        Плавно меняя частотугенератора или вращением ручки «Частота гетеродина» настроиться в резонанс помаксимуму показаний вольтметра. Снять значение напряжения на вольтметре U1.

        Плавно перестраиваягенератор, снять резонансную характеристику преобразователя  Uвых=F(fc), начиная с уровня U1/10 и заканчивая таким же уровнем. Результаты занести в таблицу3.2.2.

        Тумблер «АПЧ» поставить вположение «ВКЛ». Снять резонансную характеристику с включенной системойавтоподстройки частоты. Результаты занести в таблицу 3.2.3. С АПЧхарактеристика снимается дважды:

а – при увеличении частоты;

б – при уменьшении частоты.

Таблица 3.2.2  — Характеристики безАПЧ

fc, кГц

Uвых, В

Таблица 3.2.3 – Характеристики с АПЧ

fc, кГц

Uвых, В

а

Uвых, В

б

        Построить все отснятыерезонансные кривые на одном графике, откладывая по оси ординат отношениенапряжения при расстройках к максимальному (резонансному) значению напряженияна выходе, а по оси абсцисс абсолютные значения частоты входного сигнала.Пользуясь этими кривыми, построить характеристику АПЧ: зависимость отклоненияпромежуточной частоты относительно номинального значения остаточной расстройкиот отклонения частоты входного сигнала относительно частоты точной настройки.Для этого из точки произвольного значения частоты восстановить перпендикуляр допересечения с резонансной характеристикой, снятой с АПЧ, и определитьотносительную величину входного сигнала, соответствующую данной частоте илиданной начальной расстройке: Δfн=fс1-fс0

где   fс1 –произвольное значение частоты;

        fс0 – частотасигнала, соответствующая точной настройке.

        Абсцисса точки пересеченияпрямой, проведенной через эту точку параллельно оси абсцисс и резонанснойхарактеристикой, снятой без АПЧ, будет определять остаточную расстройку поформуле:

Δfс=fс2-fс1

где   fс2– частота сигнала, определенная в результате последнего построения. Пользуясьпостроенной характеристикой АПЧ, определить коэффициент автоподстройки, полосусхватывания и полосу удержания.

Содержание отчета

        Отчет должен содержать цельработы, схему исследуемого макета, результаты экспериментов, краткие выводы попроделанной работе.

Контрольные вопросы

1.    Какова методика снятия статическойхарактеристики управления варикап-гетеродин?

2.    Какой вид имеет вольт-фараднаяхарактеристика варикапа?

3.    Какова методика снятия статическойхарактеристики различителя – частотного детектора?

4.    Какова методика снятия резонанснойхарактеристики усилителя при работающей АПЧ?

5.    Как изменится резонанснаяхарактеристика усилителя при работающей АПЧ по сравнению с резонанснойхарактеристикой усилителя без АПЧ?

6.    Какова методика экспериментальногоопределения полосы схватывания и полосы удержания?

7.    Как объяснить кажущееся ухудшениеизбирательности усилителя промежуточной частоты при действии АПЧ?

8.    Как изменится характеристика АПЧ,если изменить полярность напряжения, подаваемого от частотного детектора наварикап?

9.    Что понимается под полосойсхватывания и полосой удержания АПЧ?

10.  Как влияет форма характеристикичастотного детектора на величину полосы схватывания и удержания?

11.  Чему равен коэффициент автоподстройкичастоты?

12.  От чего зависит остаточная расстройкаи как определить ее величину по характеристикам частотного детектора иуправления при заданной начальной расстройке?

4Экспериментальные результаты

4.1 Экспериментальныеданные, полученные при исследовании амплитудного ограничителя и частотногодетектора

При проведении исследованийамплитудного ограничителя использовалась методика, разработанная в пункте 3.1данного дипломного проекта. Полученные данные приведены в таблице 4.1.1. Графикзависимости Uвых=f(Uвх) приведен на рисунке 4.1.1.

Таблица4.1.1

Uвх, мВ

8 30 80 275 350 600 750 900

Uвых, мВ

2.5 8 30 1900 6500 7000 7200 6900

 

Uвых, В

 

8

 

7

 

6

 

5

 

4

 

3

 

2

 

1

 

Uвх, В

 

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

0    0,1        0,2     0,3       0,4      0,5        0,6      0,7       0,8      0,9      1

Рисунок4.2.1 – График зависимости Uвых=f(Uвх)

Приисследовании частотного детектора полученные результаты заносились в таблицу4.1.2. График зависимости Uвых.чд=F(fвх) приведенна рисунке 4.1.2.

Таблица4.1.2

fчд, кГц

410 420 430 440 450 460 470 480 490

Uвых.чд, В

0,92 2,0 3,3 4,0 4,5 4,4 4,0 3,4 2,5

Uвых,

В

 

5,5

 

5,0

 

4,5

 

4,0

 

3,5

 

3,0

 

2,5

 

2,0

 

1,5

 

1,0

 

0,5

 

fвх, кГц

400   410     420     430      440      450      460      470      480      490     

Рисунок4.2.2 – График зависимости Uвых=F(fвх)


4.2Экспериментальные данные, полученные при исследовании системы АПЧ

 

Исследования системы автоматическойподстройки частоты проводились по методике, приведенной в разделе 3.2 данногопроекта. Полученные данные представлены в таблицах 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3. Графикизависимостей Δfгет=ξ(Uвыхчд),Uвыхчд =φ(Δ fпч) приведены на рисунках 4.2.1 и 4.2.2соответственно. Определенная по графикам статическая крутизна управителя

Sу=Δfгет/ ΔUвыхчд=60/2=30 кГц/В

иразличителя

Sд=ΔUвыхчд/ Δfпч=2/10=0,2 В/кГц

Коэффициентавтоподстройки Капч

Капч=1+Sу Sд = 1+30*0,2=7

        Таблица4.2.1

fпч, кГц

445 455 465 475 480

Uвыхчд, В

6,5 5 3 1 0,6

fгет, кГц

4300 4360 4410 4470 4480

Δ fпч, кГц

-20 -10 10 15

Δ fгет, кГц

110 60 -60 -70

Таблица4.2.2  — Характеристики без АПЧ

fc, кГц

4711 4820 4884 4950 5003 5066 5266

Uвых, В

0,15 0,5 1,1 1,5 1 0,5 0,15

Таблица4.2.3 – Характеристики с АПЧ

fc, кГц

4720 4860 4900 4950 5000 5080 5450

Uвых, В

а 0,15 0,5 1 1,5 1 0,5 0,15

Uвых, В

б


5Безопасность  жизнедеятельности


5.1Создание оптимальных условий труда на участке травления печатных плат

 

        Привнедрении модернизированного лабораторного макета в серийное производство,одним из этапов изготовления макета будет травление печатных плат дляпоследующей сборки электронной части лабораторного макета. Рассмотрим условиятруда и возможные вредные факторы, которые могут возникнуть при работе научастке по травлению печатных плат.

1. Освещение– недостаточное освещение вызывает уменьшение производительности труда,усиливает утомляемость, увеличивает количество ошибочных действий, могущихпривести к браку или  несчастному случаю, также может развиться близорукость.Для недопущения возникновения этих факторов на участке по травлению печатныхплат применяется комбинированная система – естественное и искусственное освещение.

2.Микроклимат – отклонения отдельных параметров микроклимата от рекомендованныхзначений снижают работоспособность, ухудшают самочувствие, и могут привести к профессиональным заболеваниям. Так, при низкой температуре воздуха происходит охлаждение организма, что способствует возникновению простудных заболеваний.При высокой температуре возникает перегрев организма, что ведет к повышенномупотоотделению и снижению работоспособности. Работник теряет внимание, что можетстать причиной несчастного случая. Повышенная влажность воздуха затрудняетиспарение влаги с поверхности кожи и легких, что ведет к нарушениютерморегуляции организма, и к ухудшению состояния человека и снижениюработоспособности. При пониженной относительной влажности у человека появляетсяощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Скоростьдвижения воздуха также имеет немаловажное значение, при температуре до 35-36оС оказывает на человека освежающее действие, а при температуре более 40о С – неблагоприятное. По характеру выполняемая на участке работаотносится к легкой физической категории 1б (производится сидя, стоя или связанас ходьбой  и сопровождается некоторым физическим напряжением). В помещении гдепроизводятся работы такой категории, установлены следующие нормированныезначения микроклиматических условий:[1]

-    температуравоздуха в холодный период года  23-25оС;

-    относительнаявлажность 40-60%;

-    температуравоздуха в теплый период года  22-24оС;

-    скоростьдвижения воздуха не более 0,2 м/с.

3. Выделениявредных веществ – при работе на участке травления печатных плат выделяетсябольшое количество вредных веществ. Травление происходит в растворе солянойкислоты,. температура раствора составляет 60-70оС. При этомвыделяются хлорид меди CuCl2,водород H2,возможно выделение хлора Cl2. Водородпри смешивании с атмосферным кислородом образует взрывоопасную смесь. Хлоротносится ко второму классу опасности (высокоопасные вещества), егонормированная предельно допустимая концентрация  в воздухе рабочей зонысоставляет 1 мг/м3 [1]. Он может вызвать тяжелые отравления сосмертельным исходом. Для защиты от воздействия на человека вредных веществнеобходимо применение не только общей, но и местной вентиляции.

Для эффективного отвода загрязненного воздуха отучастка по травлению печатных плат применим двубортовые отсосы, расположенныеоколо каждой из четырех ванн для травления печатных плат. Ванны имеютодинаковые размеры 500Х200 мм. Схема двубортового отсоса приведена на рисунке5.1.1. Количество воздуха L (м3/час), удаляемого однимдвубортовым отсосом, определяется по формуле:[8]

L=1400(0,53Bl2/(B+l2)+H)1/3Bl2k1k2kΔT,

где  B – расчетная ширина ванны, м;

   l2 –длина ванны, м;

   H –расстояние от зеркала электролита до оси щели, м (по конструктивнымсоображениям принимаем 100 мм);

   k1  — коэффициент учета конструкции отсоса, принимаемый равным 1 для двубортовогоотсоса;<sub/>

k2 – коэффициент учетатоксичности выделяющихся вредных веществ, принимается равным 1,25;

/>

  Рисунок 5.1.1 - Схема двустороннего бортового отсоса:

1– корпус ванны; 2 – кожух бортового отсоса: 3 – вытяжной воздуховод; 4 –сборник для улавливания раствора; 5 – конус в сборнике; 6 – удале-ниеконденсата: 7 – заслонка.

kΔT — коэффициент учетатемпературы электролита, при разности  температур электролита и окружающеговоздуха в 50о С принимается равным 1.79.

Окончательно,имеем:

L=1400*(0,53*0,5*0,2/(0,5+0,2)+0,1)1/3*0,5*0,2*1,79*1,25*1=175 м3/ч

Общееколичество удаляемого воздуха, м3/ч, равно

Lобщ=L*n

где  n – количество двубортовых отсосов.

Lобщ=175*8=1400 м3/ч

Вкачестве вентилятора, удаляющего такой объем воздуха, можно применитьвентилятор марки К315Lфирмы «VENTRADE» (адрес в глобальной сетиИНТЕРНЕТ: www.aha.ru/~ventrade), имеющий следующие техничес-киехарактеристики:

Потребляемаямощность, Вт                                      319

Поток,м3/ч                                                               1660

Частотавращения, об/мин                                         2645

Звуковоедавление, dB(А)                                          46

Вес,кг                                                                      5

        Меры безопасности при работес ваннами для травления печатных плат и травильными растворами:

-    вентиляция в цехе включается доначала работ, а выключается только после их окончания;

-    категорически запрещается работа снеисправной вентиляцией, так как в этом случае выделяемый хлор может вызватьотравление людей, а водород создает с атмосферным кислородом взрывоопаснуюсмесь;

-    все работы производятся в резиновыхперчатках и стеклянных очках во избежание попадания травильного раствора накожу и в глаза;

-    в случае попадания раствора в глазаили на кожу, поврежденные участки тела необходимо промыть водой в течение 15-20минут и обратиться к врачу;

-    емкости с травильным растворомхранятся в плотно закупоренных емкостях в местах, исключающих их возможноеповреждение;

-    все работники обязаны знать  техникубезопасности и  меры оказания первой помощи пострадавшим при отравлениях хлороми другими химическими веществами, а также при поражении электрическим током.

5.2 Защита окружающей среды отвыбросов вредных веществ

       

        Как уже сказано выше, приработе участка выделяются вредные вещества: водород, хлорид меди, пары солянойкислоты. Также возможно выделение хлора. Соляная кислота и хлор относятся кклассу высокоопасных химических веществ. Они оказывают раздражающее воздействиена слизистые оболочки, поверхность кожи и органы дыхания. В  сточных водахприсутствуют хлорид меди, соляная кислота. Попадание этих веществ в водоемыизменяет уровень кислотности рН, что влечет за собой изменение биологическогоравновесия и может привести к гибели живых организмов. Поэтому прямой сброссточных вод в канализацию недопустим.

        Для очистки сточных водучастка по травлению печатных плат от солей меди и соляной кислоты применимионообменный метод очистки. Этот метод позволяет обеспечить высокуюэффективность очистки, а также получать выделенные из сточной воды металлы ввиде относительно чистых концентрированных солей.

        Для ионообменной очисткисточных вод используют синтетические ионообменные смолы. На рисунке 5.2.1   представлена схема ионообменной очистки сточных вод ванн травления от соединениймеди. Сточные воды поступают в приемный резервуар 1, откуда насосом 2 подаютсяв фильтр 3 для очистки от механических примесей. Очищенная от механическихпримесей сточная вода поступает в последовательно расположенные анионитовыефильтры 4 и 5, заполненные ионообменной смолой в ОН-форме. Очищенная такимобразом сточная вода вновь подается в ванну омеднения 12. Вспомогательныйкатионитовый фильтр 6 предназначен для дополнительной обработки сточной воды впусковой период. В бак 7 поступают выделенные соединения меди. Бак 8предназначен для сбора отработанного раствора. Емкости 13 – со щелочью и 14 – скислотой предназначены для промывки фильтров. Промывной раствор нейтрализуетсяв баке 11, куда через дозатор 9 одновременно подается необходимое для нейтрализацииколичество извести из бака 10. Данная схема позволяет задерживать до 95% солей металлов, образующихся при работе участка по производству печатных плат.

/>

 

Рисунок 5.2.1   Схемаионообменной очистки сточных вод ванн травления

 

5.3 Меры электробезопасности

        Помещение  производственного участка потравлению печатных плат химическим методом – относится к особо опасномупомещению, так как в нем:

1. Присутствуетактивная химическая среда (хлорное железо, соляная кислота), которая способнавызвать разрушение изоляции и уменьшение ее сопротивления.

2. Возможноприкосновение человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания( батареям центрального отопления и др.), технологическим аппаратам, механизмамс одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, находящегосяпод напряжением;

3. Имеетсябетонный пол, который при определенных условиях может стать электропроводящим(повышенная влажность и др.);

По характеру окружающей средыпомещение относится к классу помещений с активной химической средой.

        По степени доступности участок относится кпроизводственным помещениям (оборудование доступно для обслуживающего персоналанеэлектротехнических специальностей, не имеющих достаточного представления обезопасности при работе с электрооборудованием).

        Впомещении данного класса используется четырехпроводная электросеть сглухо-заземленной нейтралью и с нулевым защитным проводником, т.к. невозможнообеспечить хорошую изоляцию проводов вследствие наличия агрессивной химическойсреды. Сеть электропитания – трехфазная, 380/220 В.

        Поражениеэлектрическим током может произойти при коротком замыкании проводки наметаллический корпус аппаратуры, при неумелом обращении сэлектрообо-рудованием, при случайном касании токоведущих частей. Для защитыперсонала от поражения электрическим током применяются зануление,обеспечивающее быстрое отключение аппарата при замыкании токоведущих частей наметаллический корпус, устройства защитного отключения, автоматическиотключающие электроустановку при потенциальной возможности соприкосновениячеловека с токоведущими частями, а также защитное заземление.

        Рассчитаемсопротивление защитного заземления.

Расчетведется по формулам, приведенным в [1]. Заземляющее устройство  используетестественные заземлители (части металлических конструкций, находящиеся вземле), измеренное сопротивление растеканию которых Re=25Ом.

        Требуемоесопротивление защитного заземляющего устройства для этого случая (согласноГОСТ121.038-81 ) должно быть не более 4 Ом. Следовательно, дополнительно кестественному   заземлителю монтируется искусственный из вертикальных стальныхстержней длиной L=2.5 м, диаметром 15 мм,верхние концы которых соединяются стальной полосой сечением 20х4 мм2,уложенной в грунт (суглинок) с удельным сопротивлением ρ=120Ом*м и на глубине t=0,5 м.

        Контурныйзаземлитель размещается по периметру здания предприятия связи, длина которого Lг=70м.

        Прирасстоянии между заземлителями а=5м необходимое количество вертикальныхэлектродов составит

n= Lг/a=70/5=14штук

        Требуемоесопротивление искусственного зазаемляющего устройства:

Rи.тр= ReRз/(Re-Rз)=25*4/(25-4)=4,76Ом

        Сопротивлениерастеканию вертикальных (Rв) игоризонтальных (Rг)электродов определяется по формулам:

Rв=(ρ/2пL)*(ln(2L/d)+1/2ln((4t+L)/(4t-L)))=

=120/2/2.5/3.1415*(ln(2*2.5/0,015)+0.5*ln((4*1.75+2.5)/

/(4*1.75-2.5)))=42Ом;

Rг=ρ/(2пLг)ln2Lг2/bto=120/(2*3,1415*70)ln2*70*70/(0,004*0,5)=

=4.2Ом.

где  ρ – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом*м:

        Lг –длина горизонтального заземлителя;

        b –ширина полосы, м;

        to – глубиназаложения полосы горизонтального заземлителя, м;

        t — глубиназаложения вертикального заземлителя;

        d –диаметр вертикального заземлителя, м.

Коэффициентыиспользования электродов ηз = 0.66 и  ηс = 0.36[1, рисунок 12.7б и 12.8б].

        Сопротивлениерастеканию группового искусственного заземлителя определяется по формуле [1]:

Rи= Rг Rв/( Rгηс+ Rвηз n)=42*4.2/(0.36*42+4.2*0.66*14)=3.27Ом. Это сопротивление меньше заданного (4.76 Ом), что значительно повышаетбезопасность.

        Общеесопротивление заземляющего устройства:

Rз.д=ReRи/(Re+Rи)=25*3.27/(25+3.27)=2.9Ом, что меньше требуемого по ГОСТ 121.030-81.

5.4 Меры противопожарной безопасности

        Помещение, где производится травлениепечатных плат, относится к взрывоопасному, так как выделяемый при травленииводород с атмосферным кислородом образует взрывоопасную смесь. Однако это можетпроизойти лишь при отключении вентиляции, т.е. при авариях. Следовательно,помещение относится к классу В-Iа. Постепени пожарной опасности данное производство согласно СНиП 11-90-81 можетбыть отнесено  к  категории  Д,  так  как характеризуется наличием тольконесгораемых веществ и материалов в холодном состоянии.

        Причинами пожара вцехе могут стать короткое замыкание в цепях питания электрооборудования;значительные перегрузки проводки; плохие контакты в местах соединенияпроводников, приводящие к увеличению переходного сопротивления, на которомвыделяется большое количество тепла; небрежное обращение с огнем;  удары молниии др.

Так как на производственномучастке имеется большое количество электрооборудования, а также кислота,использование воды для тушения пожара опасно. Поэтому предполагаетсяиспользовать установку газового объемного пожаротушения, В качествеогнегасительного вещества используется комбинированный углекислотно-хладоновыйсостав (85% двуокиси углерода, 15%  хладона 111В2).

Рассчитаем необходимую массуогнегасительного вещества. Производственный участок – помещение размером 5х10метров, высота потолков – 3 м.

1. Требуемая массакомбинированного углекислотно-хладонового состава md,кг, для объемного пожаротушения определяется по формуле [15]

md=k6qnV,

где   k6 – коэффициенткомпенсации неучитываемых потерь углекислотно-хладонового состава, принимаетсяравным 1.2;

qn– нормативная массовая огнетушащая концентрация углекислотно-хладоновогосостава, принимается 0.27 кг/м3 при времени заполнения помещения,равным 30 сек;

        V– объем защищаемого помещения, м3.

md=1.2*0.27*10*5*3=48.6 кг

2. Количество ξ1баллонов определяется из расчета вместимости в 40-литровый баллон 25 кг углекислотно-хладоновогосостава

ξ1=md/25=48.6/25=2 полных баллона

3. Внутренний диаметрмагистрального трубопровода di, мм,определяется по формуле

/>di=d1 √ξ2

где   d1 – диаметр сифоннойтрубки баллона, мм (30 мм)

ξ2– число одновременно разряжаемых баллонов.

/>di=30*√2=42.4=43мм

4. Эквивалентная длинамагистрального трубопровода l2, м,определяется по формуле:

l2=k7 l

где   k7 – коэффициентувеличения длины трубопровода для компенсации неучитываемых местных потерь(принимается равным 1.1):

        l – длина трубопровода попроекту, м (принимается равной 30 м).

l2=1.1*30=33м

        5. Площадь сечения выходного отверстия оросителяАз, мм2, определяется по формуле

Аз=S/ξ1

где   S – площадь сечения магистральноготрубопровода, мм2;

        ξ1 – число оросителей (8).

        Аз=3.1415*2*33/8=26 мм2

        6. Расход углекислотно-хладонового состава Q, кг/с, в зависимости от эквивалентной длины и диаметратрубопровода определяется по черт.3 [15]

Q=5,6 кг/с

7. Расчетное время подачиуглекислотно-хладонового состава t, мин, определяетсяпо формуле:

t=md/60Q

где   md – расчетнаямасса углекислотно-хладонового состава, кг;

        Q – расходуглекислотно-хладонового состава, кг/с.

t=48,6/5,6=8,7мин

        8. Масса основного запаса углекислотно-хладоновогосостава, m, кг, определяется по формуле:

m= 1,1md(1+k8/k6)

где   k8 –коэффициент, учитывающий остаток углекислотно-хладонового состава  в баллонах итрубопроводах, равен 0.2;

m= 1,1*48,6*(1+0.2/1.2)=62,4 кг

Насадки расположены напотолке в два ряда по четыре штуки в ряду на расстоянии 1.5 м от стен и 2м другот друга. Они соединены последовательно магистральной трубой диаметром 33 мм,баллоны с газом расположены в соседнем помещении.

Определим технические иорганизационные мероприятия на участке по травлению печатных плат. Ктехническим мероприятиям относятся противопожарные меры,  применяемые пристроительстве цеха. В частности, при строительстве цеха необходимо соблюстиследующее:

— территорию цеха  необходимо постоянно содержать вчистоте, горючий мусор должен систематически удаляться на специально отведенныеучастки и по мере накопления вывозиться;

-   всетоковедущие части, распределительные  устройства, рубильники и другие пусковыеаппараты  монтируются на негорючих основаниях (мрамор, текстолит, гетинакс,асбест, и т.п.);

-   измерениесопротивления изоляции  электросети проводится не реже двух раз в год.Неисправные участки обесточиваются и заменяются новыми;

-   всяэлектрическая аппаратура, установленная в цехе, выполняется взрывозащищенной;

-   дляосветительной проводки в цехе  применяются только провода в кислотноупорнойоболочке;

-   дляустранения возможности проникновения паров и газов из цеха в соседние помещениявыводы проводов сквозь стены  делаются с применением фарфоровых трубок, отверстиякоторых закрываются кислотноупорной замазкой;

-   отоплениеаккумуляторного помещения делается централизованным (водяным или паровым) ввиде целых сварных труб без фланцев и вентилей;

-   надверях цеха выполняется крупная надпись «Огнеопасно, с огнем не входить!»;

-   курениев помещении строго воспрещается;

-   наслучай возникновения пожара необходимо предусмотреть возможность эвакуациилюдей. Эвакуационные пути должны обеспечивать эвакуацию всех людей, находящихсяв помещении цеха в течение необходимого времени. Число эвакуационных путей неменее двух;

-   дверина путях эвакуации навешиваются так, чтобы открывались по направлению выхода изздания;

-   устройствораздвижных и подъездных дверей на путях эвакуации не допускается;

-   минимальнаяширина дверей на путях эвакуации не менее 0,8м;

-   высотаперехода на путях эвакуации  не менее 2 м;

-   устройствовинтовых лестниц и забежных ступеней на путях эвакуации не допускается;

-   схемаэвакуации людей  тщательно разрабатывается и вывешивается на видных местах;

-   весьтрудовой коллектив проходит обучение мерам противопожарной безопасности.


6 Технико-экономическое обоснование дипломногопроектирования


В данном дипломномпроекте разрабатывается оптимальный способ  модернизации лабораторного стенда,имеющегося на кафедре «Радиотехника». Данный проект представляет определеннуюценность для Алматинского Института Энергетики и Связи, поэтому имеет смыслрассчитать рыночную стоимость и себестоимость производимой модернизации.

6.1 Трудозатраты

 

Представим организациювыполнения научно-исследовательской работы в виде таблицы 6.1. В этой таблицепредставлены наименования этапов разработки, трудоемкость и исполнителиразработки.

 

6.2 Трудоемкость

 

 Определяем окладыруководителю, консультанту и инженеру. Считая, что в месяце 24 рабочих дня,определяем дневной заработок, а также трудоемкость. Месячный оклад руководителясоставляет 12000 тенге, консультанта — 6000 тенге, инженера — 6000 тенге.

Результаты расчетаприведены в таблице 6.2.

Таблица 6.1

№ Наименование этапов Исполнители Трудоемкость чел*дн 1 Постановка задачи руководитель 1 2 Обзор научно-технической литературы инженер 5 3 Подбор теоретических сведений инженер 5 4 Разработка принципиальной схемы инженер 3 5 Сборка схемы и ее настройка инженер 22 6 Консультации по специальной части руководитель 5 7 Консультации по БЖД консультант 2 8 Консультация по экономике консультант 2 9 Проведение нормоконтроля консультант 2 10 Сдача работы руководитель 1 всего 83

 

6.3 Смета затрат

Фондоплаты труда (ФОТ) определяется суммой основной заработной платы (ОЗП) идополнительной заработной платы

Таблица6.2.                             

№ Исполнители Дневной заработок, тенге Участие, дни Заработная плата, тенге 1 Руководитель 500 7 3500 2 Инженер 250 35 8750 3 Консультант по экономике 250 2 500 4 Консультант по БЖД 250 2 500 5 Консультант по нормоконтролю 250 2 500 Итого 83 13750

(ДЗП);ДЗП составляет 30% от основной заработной платы (ОЗП) [2]:

ДЗП=0,3*ОЗП

ДЗП=0,3*13750=4125тенге

ФОТ=ОЗП+ДЗП

ФОТ=13750+4125=17878тенге

 Отчисленияв фонд социального страхования (ФСС) определяется в размере 30% от фонда оплатытруда:

ФСС=0.3*ФОТ

ФСС=0.3*17878=5362.5тенге

 Отчисленияв фонд занятости составляют 2% от ФОТ

ЗФЗ=0.02*ФОТ

ЗФЗ=0.02*17878=357.56тенге

Затраты наэлектроэнергию определяются по формуле

СЭ=W*T*S*КИМ,

где   W — мощность всех приборов, Вт;

Т — фонд времениработы прибора, час;

S — стоимость киловатт-часа электроэнергии, S=6.0тенге/час;

КИМ — коэффициентиспользования мощности, КИМ=0.9.

Результаты расчетазатрат на электроэнергию сведены в таблицу 6.3.

Таблица6.3                    Затраты на электроэнергию.

Оборудование Потребляемая мощность, кВт Фонд времени, час Расход электроэнергии, кВт/час Затраты на электроэнергию, тенге Электропаяльник 0.025 50 1.25 7.5 Осциллограф 0.07 50 3.5 21 Генератор сигналов 0.05 50 2.5 15 Частотометр 0.05 50 2.5 15 Итого 58.5

СЭ=58.5*0.9=52.65тенге.

6.4 Расчет стоимостиспециального оборудования и его амортизации

 

 Впроцессе модернизации лабораторного макета были использованы:

— электропаяльниктипа ЭПСН-25;

— осциллографОСЦ-51;

— генератор сигналоввысокочастотный ГС-106;.

— частотометр Ч-42.

На проведениеэкспериментальных работ выделено 20 дней или 0.055 года. Результаты работысведены в таблицу 6.4. Норма амортизации составляет 8%  [2]

Таблица6.4.           Амортизационные отчисления               

Наименование оборудования Цена за единицу, тенге Время использов., года Норма аморт., % Год. сумма аморт. тенге Аморт. отчисления, тенге Электропаяльник 250 0.055 8 20 1.1 Осциллограф 9000 0.055 8 720 39.6 Генератор сигналов 4200 0.055 8 336 18.48 Частотометр 6500 0.055 8 520 28.6 Итого 87.8

Время дипломногопроектирования 3 месяца, что составляет 0.25 лет. Затраты на специальноеоборудование в соответствии с [1] составляют:

Зсп.об.=(Агод*Тисп)/Тгод,

где  Зсп.об. — затраты на специальное оборудование, тенге;

Агод — амортизационные отчисления, тенге;

Тисп — время использования по теме, год;

Тгод — длительность работы над дипломом, лет.

Зсп.об=(87.8*0.055)/0.25=19 тенге.

 Общаясумма всех затрат:

Зобщ=ФОТ+Зсп.об+СЭ+ЗФЗ

Зобщ=17878+19+53+357=18307тенге.

Накладныерасходы составляют 75% от затрат:

Зн=Зобщ*0.75;

Зн=18307*0.75=13730тенге.

Полнаясебестоимость:

S=Зобщ+Зн=13730+17878=31608тенге.

Полученныерезультаты расчета основных технико-экономических показателей разработки сводимв таблицу 6.5.

6.5 Расчет ценыреализации разработки

 

Определим лимитнуюцену разработки по формуле:

Цл=S+П

где П — прибыльпредприятия:

П=0.4*S.

Цл=S+0.4*S=1.4*31608=44251.2тенге.

Цена реализацииразработки модернизации:

Цр=Цл+НДС,

где  НДС — налог на добавленную стоимость, НДС составляет 20% от лимитной ценыразработки.

Цр=Цл+0.2*Цл=1.2*44251.2=53101тенге.

Из учета рыночныхотношений разумно перевести  цену в доллары США и в последующем реализоватьпродукт по цене в зависимости от рыночного курса государственной валюты.

На момент проведенияработ по модернизации курс тенге по отношению к доллару США составлял 116.8тенге за один американский доллар. Следовательно цена разработки будетсоставлять $455.

Таблица6.5.                    Себестоимость затрат

№ Статьи затрат Сумма, тенге 1 Основная заработная плата 13750 2 Дополнительная заработная плата 4125 3 Фонд оплаты труда 17878 4 Отчисления в фонд социального страхования 5362.5 5 Амортизационные отчисления 87.8 6 Затраты на электроэнергию 52.6 7 Отчисления в фонд занятости 357.56 8 Накладные расходы 13730

Всего затрат

31608

Лимитная цена

44251.2

Цена разработки

53101

Заключение

 

В результате проделаннойработы была проведена реальная модернизация лабораторного стенда «Исследованиеприемника АМ сигналов» в приемник ЧМ сигналов. Были рассчитаны, изготовлены инастроены составные узлы приемника ЧМ колебаний – амплитудный ограничитель, частотный детектор, система автоподстройки частоты; также разработаны методикиисследования вышеупомянутых узлов. Причем теперь лабораторный макет можетиспользоваться как для исследования узлов АМ-приемника, так и для исследованияприемника ЧМ-сигналов.  Это позволит включить в учебную программудополнительные лабораторные работы, которые позволят студенту лучше понятьпроцессы,  происходящие при приеме сигналов с ЧМ-модуляцией, а следовательно,поднять уровень его квалификации и увеличить рыночную цену его труда, что тоже имеетнемаловажное значение.

 Произведен расчет стоимостиразработки модернизации стенда, проведен ряд экспериментов на модернизированнойустановке, полученные данные достаточно хорошо согласуются с расчетными, чтопозволяет говорить о  правильной выборке методик расчета и хорошем проведениисборки и настройки макета.


Список использованной литературы


1. БаклашовН.И.,  Китаева Н.Ж., Терехов Б.Д… Охрана труда на предприятиях связи и охранаокружающей среды. – М.: Радио и связь, 1989.

2. БарамысоваГ.А. Методические указания к экономической части дипломного проекта дляспециальности 23.05 всех форм обучения. — Алма-Ата: АЭИ, 1990 г./

3.  Бобров Н.В. Расчет радиоприемников. –М.: Радио и связь, 1981.

4.  Богданович Б.М., Ваксер Э.Б. Краткийрадиотехнический справочник. – Минск, 1968.

5.  Бродский М.А. Аудио ивидеомагнитофоны. – Минск. Вышейшая школа, 1995.

6.  Воронина А.А., Шибенко Н.Ф. Охранатруда в энергосистемах.  – М.: Энергия, 1973.

7.  Долин П.А. Основы техникибезопасности в электроустановках. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

8. Методическиеуказания по конструированию местных воздухоприемников, встроенных воборудование для пайки и лужения. – Л.: ВНИИОТ. 1980.

9.  Охрана окружающей среды. Под ред.Белова С.В. – М.: Высшая школа, 1983.

10.    Охрана труда вэлектроустановках. Под ред. Князевского. – М.: Энргия, 1977.

11.    Полупроводниковыеприборы: транзисторы. Справочник. Под ред. Горюнова Н.Н. -  М.:Энергоатомиздат, 1985.

12.    Проектированиерадиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. – М. Советское радио, 1976.

13.    Радиоприемныеустройства. Под ред. Жуковского А.П. – М.: Высшая школа, 1989.

14.    Радиоприемныеустройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. Под ред.Валитова Р.А., Куликовского А.А. – М.: Советское радио, 1988.

15.    СниП2.04.09-84.-М.:1985.

16.    Современныелинейные интегральные микросхемы и их применение. Под ред. Гальперина. – М.:Энергия, 1980.

17.    Шило В.Л.Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Советскоерадио, 1979.

18.    Щербаков В.И.,Грезов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник. – Киев.:Технiка, 1983.

/> <td/> />
Приложение 4

К проведениюмодернизации

Приложение 2

Амплитудныйограничитель. Блок питания.Схемы электрическиепринципиальные.

/>


Рисунок П.1.1 — Амплитудный ограничитель. Схема электрическая принципиальная.

/>


Рисунок П.1.2 — Блокпитания. Схема электрическая принципиальная.

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике