Описание схемы электрической принципиальной

1.2.         Описание схемы электрической принципиальной

Схема самого простого варианта пульта управления показана на рис. 1.1. Это — генератор импульсов на транзи­сторах разной структуры, нагрузкой которого служит излучающий диод ИК-диапазона. Генератор питают от трех-четырех гальванических эле­ментов, команду подают кратковре­менным нажатием на кнопку SB1.

Рис.1.1. Схема электрическая принципиальная ПДУ.

Схема выключателя показана на рис.1.2. Приемник ИК импульсов собран по схеме, подобной применяемой в блоках управления телевизоров "Ру­бин" и "Темп". На транзисторах VT1-VT4 собран усилитель импульсов, в ко­торые преобразует принятое ИК-излу­чение фотодиод VD1, чувствительный к ИК лу­чам. Далее принятый сигнал проходит через активный фильтр с двойным Т-мостом, собранный на транзисторе VT5. Фильтр устраняет помехи от осве­тительных ламп, излучение которых за­хватывает ИК-область спектра и промодулировано удвоенной частотой сети переменного тока. Возможное иногда самовозбуждение этого фильтра устраняют заменой транзистора другим, с меньшим значением h_21э.

Отфильтрованный сигнал, пройдя через усилитель-ограничитель на транзисторе VT6 и элементе DD1.1, поступает на накопитель (диод VD4 и цепь R19C12). Параметры элементов накопителя выбраны таким образом, что конденсатор С12 успевает заря­диться до уровня срабатывания эле­мента DD1.2 только за три—шесть принятых импульсов. Это предотвра­щает срабатывание выключателя от одиночных световых импульсов: фото­графических ламп-вспышек, грозовых разрядов. Разрядка конденсатора С12 занимает 1...2 с.

Узел на логических элементах DD1.2, DD1.3, DD1.6, благодаря обрат­ной связи через конденсатор С13, формирует импульсы с крутыми пере­падами уровня, поступающие на счет­ный вход триггера DD2. С каждым из них триггер изменяет состояние. При лог. 1 на выводе 1 триггера открыты транзисторы VT9, VT10 и тринистор VS1. Цепь лампы EL1 замкнута, освещение включено. Свечение двуцветно­го светодиода HL1 - зеленое. В про­тивном случае (лог. 1 на выводе 2 триггepa) освещение выключено, свечение светодиода HL1 - красное. В это же состояние приводит триггер импульс, формируемый цепью C19R24. Таким образом, устраняют самопроизвольное включение освещения после перебоя в подаче электроэнергии.

Встроенный ИК передатчик, со­бранный на элементах DD1.4, DD1.5 генератор импульсов частотой 30...35 Гц позволяет пользоваться выключателем, не имея в руках пульта ДУ. Излучающий диод ВИ установлен рядом с фотодиодом VD1, но отделен от него светонепроницаемой перего­родкой. Излучение диода ВИ направлено в ту сторону, откуда фотодиод его принимает. Выключатель должен сра­батывать от ИК импульсов встроенно­го передатчика, отраженных от ладо­ни, поднесенной на расстояние 5...20 см. Необходимую для этого мощность излучаемых импульсов ус­танавливают, изменяя номинал резис­тора R20.

2.     Расчетная часть

2.1. Расчет надежности

Расчет надежности производят на этапе разработки объекта для определения времени наработки на отказ устройства. В результате расчета должны быть определены количествен­ные характеристики надежности объектов. Расчет производится по известным данным об интенсивности отказов элементов, состав­ляющих рассматриваемый объект; в частности, надежность ка­кой-либо сборочной единицы ЭВМ определяется значениями ин­тенсивности отказов ЭРЭ и элементов конструкции, составляющих сборочную единицу.

В настоящее время имеются обширные справочные данные по интенсивности отказов ЭРЭ. Эти данные приводятся для нормаль­ных температурных условий и для определенного электрического режима ЭРЭ.

Для определения среднего времени наработки на отказ произведём расчет надёжности на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентировочные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры внутри блока.

Для различных элементов при расчетах надёжности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеяния, для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов прямой ток.

Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1,5-2 раза выше напряжения источника питания.

Допустимую мощность рассеяния резисторов следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать на половину меньше.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надежности считается допустимые значения напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя напряжения источника питания.

Для транзисторов номинальный параметр Р_к берется и справочников.

Для диодов контролируемый параметр - величина прямого тока (из справочников).

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность возрастает. Она также возрастает, если элемент эксплуатируется в более жестких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надежность аппаратуры имеет температура.

В таблицу 1 заносим данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносится наименование элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а даётся только его ёмкость. В этом случае следует по ёмкости и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

В колонку 4 заносится температура окружающей среды.

Далее следует заполнить колонку 6, пользуясь теми рекомендациями, которые были приведены выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Наименование элемента.	Контролируемые параметры	k нагрузки
		Импульсный режим	Статический режим
Транзисторы		0,5	0,2
Диоды		0,5	0,2
Конденсаторы		0,7	0,5
Резисторы		0,6	0,5
Трансформаторы		0,9	0,7
Соединители		0,8	0,5
Микросхемы		¾	¾

Зная k_н определяем фактическое значение параметра и заполняем колонки 5 и 8.

Если k_н в таблицу для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать k_н=0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (a), которое показывает как влияние на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (a) по таблице 2.2.

Таблица 2.2.

T°C	Значение a при k равном
	0,1	0,3	0,5	0,8	1
Кремниевые 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 ¾ ¾
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 10,00

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 2.3. (интенсивность отказов l_о для температуры +20°С).

Наименование	Тип	Кол-во	Температура окруж. среды	Фактическое значение параметра	Номинальное значение параметра	Конструктивная характеристика	Κ	α	λ0·10-6 1/час	λi= α· λ0·10-6	λс= λi·n·10-6
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Транзистор	КТ315Б	1	40ºС	РФ=100мВт	РН=300мВт	Кремниев	0,3	0,2	0,5	0,1	0,1
	КТ361Б	1		РФ=100мВт	РН=300мВт		0,3	0,2	0,5	0,1	0,1
	КТ3102А	8		РФ=100мВт	РН=300мВт		0,3	0,2	0,5	0,1	0,8
	КТ3107И	1		РФ=100мВт	РН=300мВт		0,3	0,2	0,5	0,1	0,1
	МП37А	1		РФ=100мВт	РН=300мВт	Герман.	0,3	0,2	0,5	0,1	0,1
Резистор	МЛТ 0,125	33		РФ=80мВт	РН=125мВт	Метал-оксидные	0,5	0,8	0,043	0,034	1,12
Конденсатор	КМ-5Б	13		UФ=9В	UН=50В	Керамич.	0,1	0,3	0,15	0,06	0,78
	К50-35	8		UФ=9В	UН=25В	Электрол.	0,3	0,5	0,5	0,25	2,0
Диод	КД522А	3		IПФ=10мA	IПТ=30мA	Кремниев	0,5	0,3	0,05	0,015	0,045
	АЛ147А	2		¾	¾		0,5	0,3	0,1	0,03	0,06
	КД213А	4		IПФ=0,5A	IПТ=3A		0,2	0,1	0,1	0,01	0,04
	КД105Б	4		IПФ=0,2A	IПТ=1A		0,2	0,1	0,1	0,01	0,04
	АЛС331А	1		¾	¾		0,5	0,5	0,1	0,05	0,05
	КУ202Н	1		IПФ=0,5A	IПТ=2A		0,4	0,3	0,1	0,03	0,03
	ФД263	1		¾	¾		0,5	0,5	0,1	0,05	0,05
Трансформатор	ТС-20	1		¾	¾	¾	0,5	0,5	4,2	2,1	2,1
Микросхема	¾	3		¾	¾	¾	0,5	0,5	0,013	0,006	0,018
Пайка	¾	¾		¾	¾	¾	¾	¾	0,03	0,015	0,3

Таблица 2.3.

Наименование элемента	lо·10-61/час
Микросхемы средней степени интеграции Большие интегральные схемы	0,013 0,01
Транзисторы германиевые: Маломощные Средней мощности Мощностью более 200мВт	0,7 0,6 1,91
Кремниевые транзисторы: Мощностью до 150мВт Мощностью до 1Вт Мощностью до 4Вт	0,84 0,5 0,74
Высокочастотные транзисторы: Малой мощности Средней мощности	0,2 0,5
Транзисторы полевые	0,1
Конденсаторы Бумажные Керамические Слюдяные Стеклянные Пленочные Электролитические(алюминиевые) Электролитические(танталовые) Воздушные переменные	0,05 0,15 0,075 0,06 0,05 0,5 0,035 0,034
Резисторы: Композиционные Плёночные Угольные Проволочные	0,043 0,03 0,047 0,087
Диоды: Кремниевые Выпрямительные Универсальные Импульсные	0,2 0,1 0,05 0,1
Стабилитроны Германиевые	0,0157
Трансформаторы: Силовые Звуковой частоты Высокочастотные Автотрансформаторные	0,25 0,02 0,045 0,06
Дроссели: Катушки индуктивности Реле	0,34 0,02 0,08
Антенны Микрофоны Громкоговорители Оптические датчики	0,36 20 4 4,7
Переключатели, тумблеры, кнопки Соединители Гнёзда	0,07n 0.06n 0.01n
Пайка навесного монтажа Пайка печатного монтажа Пайка объёмного монтажа	0,01 0,03 0,02
Предохранители	0,5
Волноводы гибкие Волноводы жёсткие	1,1 9,6
Электродвигатели Асинхронные Асинхронные вентиляторы	0,359 2,25

Определим произведение коэффициентов влияний:

l_i = a х l_о, (2.1)

где:

l_i - произведение коэффициентов влияний;

a - коэффициент влияния температуры;

l_о - интенсивность отказов.

l_i =0,50,2=0,1

В двенадцатой колонке определяем:

l_с = l_i х n, (2.2)

где:

l_i - произведение коэффициентов влияний;

n - количество элементов.

l_с=0,11=0,1

Определим среднее время наработки на отказ:

, (2.3)

где:

Т_ср – среднее время наработки на отказ

Sl_с – суммарное значение двенадцатой колонки

Sl_с = 7,83

Т_ср = 1/7,8310^-6 = 1,310⁵ часов

3.     Конструкторская часть

3.1 Обоснование выбора элементов схемы

3.1.1 Обоснование выбора транзисторов

В ключевом режиме работает транзистор VT2 ПДУ. Произведём выбор наиболее подходящего полупроводникового прибора из ниже приведённого списка.

Таблица 3.1

Тип транзистора	Обратный ток коллектора	Номинальный прямой ток коллектора
КТ315Б	1мкА	0,3А
КТ101А	1мкА	0,1А
КТ312А	1мкА	0,2А

Выбираем транзистор с наибольшим допустимым прямым током типа КТ315Б.

Цепи усиления принятого приёмником сигнала построены на биполярных транзисторах.

Таблица 3.2

Тип транзистора	Статический коэффициент усиления	Номинальный прямой ток стока
КТ315Б	150-200	0,3А
КТ3102А	350	0,3А
КТ312А	150	0,2А

Выбираем транзисторы с наибольшим статическим коэффициентом усиления типа КТ3102А.