Методика розрахунку кварцового резонатору

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Курсова робота з курсу "Елементна База електронних апаратів" є завершальним етапом у вивченні даного курсу. Мета роботи - закріплення знань у галузі сучасної Елементної Бази (ЕБ), спеціальних елементів та пристроїв функціональної електроніки, а також отримання практичних навиків використання, та застосування вказаних елементів та проектування спеціальних типів для електронних апаратів різного призначення з урахуванням технічних, експлуатаційних та економічних характеристик з використанням ЕОМ та оформлення відповідної текстової та графічної документації.

Вхідною інформацією для цієї курсової роботи є принципова електрична схема та її експлуатаційні характеристики.

Дана курсова робота містить ряд загальних та спеціальних розділів, при виконанні яких необхідно поширити та поглибити знання параметрів, функціональних властивостей та експлуатаційних характеристик компонентів сучасної ЕБ, вивчити специфіку проектування сучасних електроелементів та радіоелементів.

Спеціальні розрахунки, які передбачені у роботі, присвячені термокомпенсацїі заданого фрагменту схемотехнічної реалізації ЕА, а також аналізу відхилень та забезпеченню стабільності основних параметрів спроектованих елементів. При виконанні даної курсової роботи усі основні розрахунки здійснюються на ЕОМ.

1. Вибір елементної бази ЕА з урахування заданих вимог

1.1 Вибір ЕБ з урахуванням схемно-функціонального призначення та надійнісно - експлуатаційних характеристик

Вимоги, що ставляться до параметрів, властивостей та характеристик електрорадіоелементів, і, як наслідок, обмеження на їхні типи, визначаються функціональним призначенням схем та ланцюгів, у яких вони використовуються. При виборі елементної бази до певної ЕА також необхідно враховувати умови експлуатації цієї ЕА. Для даного варіанту курсової роботи задані наступні умови експлуатації:

- умови експлуатації - лабораторні;

- відносна вологість - 70 % при 30° С;

- висота над рівнем моря - до 1 км;

- діапазон робочих температур: - 60° С … + 40° С.

Схема, для якої треба здійснити вибір елементної бази являє собою систему дистанційного керування на основі радіотелефону. Принципова схема (разом із живленням) наведена у додатку А. Вибір ЕБ ЕА з урахуванням надійнісно - експлуатаційних показників заснований на схемно-функціональному аналізі та відповідних обмеженнях типів елементів і представляє собою ітераційний процес. На кожному кроці цього процесу проводиться розрахунок наступного основного показника надійності ЕБ ЕА:

(1.1)

де - сумарна інтенсивність відмов вибраного комплексу компонентів ЕБ ЕА;

- відповідно кількість в ЕА: резисторів, конденсаторів, напівпровідникових приладів, маточних виробів, інших елементів схеми (фільтрів, ліній затримки, елементів пам'яті, пристроїв індикації, пристроїв функціональної електроніки, комутуючих пристроїв, джерел живлення, тощо.);

1/год - інтенсивність відказів з'єднання пайкою;

- інтенсивність відказів у номінальному режимі і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми;

- кількість виводів і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми;

- коректуючи коефіцієнти, які враховують умови експлуатації ЕА;

; ; ; ; ;

- поправочні коефіцієнти, що залежать від К_н (коефіцієнта навантаження) та t (температури) відповідно для резисторів, конденсаторів, напівпровідникових приладів, моточних виробів та інших елементів схеми ЕА (таблиці Б.6, …, Б.16 додатка Б).

Ітераційний процес базується на такому. По-перше на величину сумарної інтенсивності відказів впливають значення коефіцієнтів навантаження К_н компонентів ЕБ ЕА, а по-друге можна змінювати, вибираючи інші типи елементів (). На цьому етапі мета курсової роботи полягає у забезпеченні оговореного співвідношення між та величиною часу напрацювання на відмову ЕА, яку задано.

Час напрацювання на відмову складає 25 000 годин.

При коефіцієнті навантаження на елементи = 1 в результаті розрахунків отримали час наробки на відмову приблизно 32 700 годин. Результати програмних розрахунків вибору ЕБ ЕА наведені в таблиці 1.1.1.

Таблиця 1.1.1. Розрахунки вибору ЕБ ЕА

Найменування	N(кіл)	m(вив)	КН	Т, 0С	б	Л, 1/год	л*б, 1/год	лУ, 1/год
Резистори								3,05E-05
С2-22-0,5-100к ± 10 %	2	4	1	40	1,29	8,70E-08	2,24E-07	ТН, год.
С2-22-0,5-300к ± 10 %	1	2			1,29	8,70E-08	1,12E-07	3,27E+04
С2-22-0,5-300 ± 10 %	1	2			1,29	8,70E-08	1,12E-07
С2-22-0,5-10к ± 10 %	2	4			1,29	8,70E-08	2,24E-07
С2-22-0,5-15к ± 10 %	11	22			1,29	8,70E-08	1,23E-06
С2-22-0,5-1,5к ± 10 %	11	22			1,29	8,70E-08	1,23E-06
С2-22-0,5-510 ± 10 %	1	2			1,29	8,70E-08	1,12E-07
Конденсатори
КМ-6-0,1 мкФ ± 10 %	7	14	1	40	1,45	2,00E-08	2,03E-07
КМ-6-2200 пФ ± 10 %	1	2			1,45	2,00E-08	2,90E-08
КМ-6-0,15 мкФ ± 10 %	1	2			1,45	2,00E-08	2,90E-08
К50-35-2200 мкФ ± 20 %, 40 В	1	2			1,21	3,50E-08	4,24E-08
К50-35-50 мкФ ± 20%, 16В	1	2			1,21	3,50E-08	4,24E-08
К50-35-10 мкФ ±20 %, 16В	1	2			1,21	3,50E-08	4,24E-08
Транзистори
КТ3102Г	11	33	1	40	1,12	5,00E-07	6,16E-06
Діоди
КД521	11	22	1	40	1,2	2,00E-07	2,64E-06
КЦ405А	1	4			1,2	2,00E-07	2,40E-07
АЛ307	12	24			1,25	1,20E-07	1,80E-06
КС162А	1	2			1,2	2,00E-07	2,40E-07
Мікросхеми
КР1008ВЖ18	1	18	1	40	1	2,14E-07	2,14E-07
КР1533НА3	1	20			1	2,14E-07	2,14E-07
КР142ЕН8А	1	3			1	2,40E-08	2,40E-08
КР142ЕН5А	1	3			1	2,40E-08	2,40E-08
КР1533ЛЕ1	3	42			1	2,14E-07	6,42E-07
КР1533ТН2	4	56			1	2,14E-07	8,56E-07
КР1533ТН2	1	8			1	2,14E-07	2,14E-07
Кварцовий резонатор
ВQ1-3,58 МГц	1	2	1	40	1	6,11E-06	6,11E-06
Запобіжник
F1-0,25 А	1	2	1	40	1	5,00E-07	5,00E-07
Реле
К1 - К10	10	20	1	40	1	2,50E-07	2,50E-06		л6, 1/год	1,E-08
Трансформатор									К1	1,00
Т1	1	4	1	40	3	2,50E-08	7,50E-08		К2	1,00
Перемикачі кнопочні									К3	1,0
К1/1 - К10/1	10	30	1	40	1	7,00E-08	7,00E-07		К4	1,00
Всього елементів:	112
Всього контактів:	375

1.2 Вибір ЕБ з урахуванням конструктивно-технологічних та економічних показників

Конструктивно-технологічні показники складаються з конструктивних параметрів ЕБ ЕА (- сумарна маса та об'єм комплексу) і технологічних параметрів (i = 1,…5).

Сумарна маса ЕБ ЕА визначається формулою

(1.2)

де - маса і-го елемента відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми.

г

Сумарний об'єм знаходиться за наступною формулою

(1.3)

де - об'єм і-го елемента відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного виробу, іншого елемента схеми.

= 36 736,25 мм³

Технологічні показники визначаються наступним чином. Коефіцієнт застосування компонентів ЕБ ЕА () має вигляд:

(1.4)

де - сумарна кількість типорозмірів оригінальних компонентів ЕБ ЕА для усіх п'яти типів ( резисторів, конденсаторів і т.д.);

- сумарна кількість типорозмірів компонентів ЕБ ЕА для усіх п'яти типів компонентів.

К₁ = 1-11/22 = 0,5

Коефіцієнт повторення компонентів ЕБ ЕА () визначається за формулою:

(1.5)

де - загальна кількість компонентів комплексу ЕБ ЕА.

К₂ = 1-22/112 = 0,8

Коефіцієнт повторення мікросхем і мікрозбірок у ЕБ ЕА () має вигляд:

(1.6)

де - кількість типорозмірів корпусів мікросхем і мікрозбірок в ЕБ ЕА; - загальна кількість мікросхем і мікрозбірок в ЕБ ЕА.

К₃ = 1-7/12 = 0,42

Коефіцієнт установочних розмірів компонентів ЕБ ЕА () представляється виразом:

(1.7)

де - кількість видів установочних розмірів компонентів ЕБ ЕА.

К₄ = 1-20/112 = 0,82

Коефіцієнт автоматизації і механізації підготовки компонентів ЕБ ЕА до монтажу () можна описати наступним чином:

(1.8)

де - кількість компонентів ЕБ ЕА, підготовка котрих до монтажу здійснюється механічним та автоматизованим методом.

К₅ = 102/112 = 0,91

Економічний показник представляє собою сумарну вартість усіх компонентів ЕБ ЕА ():

(1.9)

де - вартість і-го відповідно: резистора, конденсатора, напівпровідникового приладу, моточного елемента, іншого елемента схеми, грн..

Результати програмного розрахунку цього етапу вибору ЕБ наведені у таблиці 1.2.1.

Таблиця 1.2.1. Розрахунки об'єму, маси та вартості ЕА

ЕРЕ	N, шт.	V, мм3	М, гр.	C, грн	V*N	M*N	C*N
Резистори
МЛТ-0,5	29	5,65	0,2	0,3	163,85	5,8	8,7
Конденсатори
КМ-6-0,1 мкФ ± 10 %	7	30	0,05	0,5	210	0,35	3,5
КМ-6-2200 пФ ± 10 %	1	700	2	1,5	700	2	1,5
КМ-6-0,15 мкФ ± 10 %	1	50	0,07	0,7	50	0,07	0,7
К50-35-2200 мкФ ± 20 %, 40 В	1	150	1,5	1	150	1,5	1
К50-35-50 мкФ ± 20%, 16В	1	500	0,8	1	500	0,8	1
К50-35-10 мкФ ±20 %, 16В	1	500	0,8	1	500	0,8	1
Транзистори
КТ3102Г	11	200	0,2	2,2	2200	2,2	24,2
Діоди
КД521	11	50	0,15	1	550	1,65	11
КЦ405А	1	200	0,6	4	200	0,6	4
АЛ307	12	0,2	0,3	2	2,4	3,6	24
КС162А	1	160	0,2	1,7	160	0,2	1,7
Мікросхеми
КР1008ВЖ18	1	700	1	3	700	1	3
КР1533НА3	1	1000	1,2	3,5	1000	1,2	3,5
КР142ЕН8А	1	500	1	4	500	1	4
КР142ЕН5А	1	500	1	4	500	1	4
КР1533ЛЕ1	3	300	0,7	3	900	2,1	9
КР1533ТН2	5	300	0,7	3	1500	3,5	15
Кварцовий резонатор
ВQ1-3,58 МГц	1	400	0,2	8	400	0,2	8
Запобіжник
F1-0,25 А	1	100	0,1	1	100	0,1	1
Реле
К1 - К10	10	2000	3	3	20000	30	30
Трансформатор
Т1	1	750	200	13	750	200	13
Перемикачі кнопочні
К1/1 - К10/1	10	500	0,5	1	5000	5	10
					УV, мм3	УM, гр.	УC, грн.
					36736,25	264,67	182,8

2. Проектування спеціального електрорадіоелемента (ЕРЕ)

2.1 Методика проектування спеціального ЕРЕ

Кварцова сировина, яка використовується промисловістю для виготовлення п'єзокварцових пластин резонаторів по сортності, ділиться на кілька груп.

1. Сорт "Екстра". До цього сорту відносяться кристали, їхні уламки або галька з монообластю, тобто бездефектною ділянкою кристала кварцу, від 30% і вище при вазі не менш 1000 г. Сорт "Екстра" прирівнюється до оптичного кварцу.

2. Сорт унікальний "А" -- кристали, їхні уламки або галька вагою понад 500 г, з монообластю від 15% і вище або 50% і вище при вазі не менш 300 г.

3. Сорт унікальний "Б" -- кристали, їхні уламки або галька вагою 150 г і вище, з монообластю від 15% і вище або 10% при вазі 1000 г і більше.

4. 1-й сорт -- кристали, їхні уламки або галька вагою від 100 г і більше, з монообластю 10% і вище.

5. 2-й сорт - кристали, їхні уламки або галька вагою понад 100 г, з монообластю 5%.

6. 3-й сорт (маломірка). До цього сорту відносяться кристали кварцу, що мають хоча б одну природну грань і вагою від 30 до 100 г, а також що не мають природних граней вагою від 60 до 100 г, з монообластю 5% і вище.

Технологічний процес виготовлення кварцового резонатору можна розбити на такі процеси:

- орієнтація кристалу кварцу;

- розпилювання кварцу;

- шліфування та полірування кристалів кварцу;

- травлення кварцових пластин ;

- металізація кварцових пластин;

- настройка та зборка кварцових пластин.

Для розпилювання кристала кварцу на потрібні зрізи необхідно знати розташування кристалографічних осей. Знайти ці осі в кристалах, що зберегли ідеальну форму, неважко. Однак використовувані у виробництві кристали в більшості випадків зберігають тільки кілька виражених природних граней (що полегшує їхнє орієнтування) або не мають їх зовсім. У цих випадках знаходження кристалографічних осей кристала кварцу вимагає застосування спеціальних приладів і методів. Один з таких методів є попереднє орієнтування кристалів кварцу по фігурах астеризму.

Явище астеризму в кристалах кварцу полягає в тому, що при спостереженні відбитого,від кристала променя світла або при перегляданні через кристал крапкового джерела світла виявляються різні світлові фігури, форма яких залежить від орієнтування кристала щодо світлового променя. По цим світ- ловим фігурам приблизно, з точністю 2-3°, визначаються кристалографічні осі кристала кварцу X, Y, Z, а по них необхідні кварцові зрізи.

Попереднє орієнтування кристалів кварцу в сучасному кварцовому виробництві зведені до досить простих операцій і мають невелику питому вагу в загальному технологічному процесі.

Шліфування й полірування круглих плоских кварцових пластин

зрізів і

Стопку кварцових пластин, по 100-150 штук, шліфують на планшайбі вручну шліфпорошком № 8, одержуючи 8-грану, а потім 16-грану форму.

До стопки кварцових пластин приклеюють наклеєну муфту й закріплюють її на торці шпинделя верстата для ручного шліфування. Стопку пластин округляють за допомогою латунного обтискача у вигляді хомутика шліфпорошком № 3, залишаючи припуск 0.5 мм до заданого діаметра. Абразивну суспензію наносять кистю на стопку заготівель і обтискачем, що охоплює, водять уздовж обертової на шпинделі верстата стопки, рівномірно розподіляючи абразивну суспензію по всій шліфувальній поверхні. Виміри роблять мікрометром. Подальше округлення із припуском 0.2 мм до заданого діаметра роблять мікропорошком М28. Остаточне шліфування до заданого діаметра виконують мікропорошками М14 ,і М7 із припуском 0.1 мм. Після кожного переходу стопку кварцових пластин ретельно промивають від абразивних порошків.

Для округлення іноді вживають спеціальні верстати, де стопка заготівель затискається й обробляється за принципом обробки деталей на токарському верстаті. Ці верстати не одержали поширення, тому що продуктивність їх невелика, а якість округлення низька.

Після розклеювання стопки пластин на них наносять із двох сторін фаски. На круглі пластини фаски наносять у сферичному шліфувальнику з радіусом сфери . Шліфування фаски роблять мікропорошком М-10. Для цього притискають пластину до поверхні обертового сферичного шліфувальника. Шліфувальник періодично змазують абразивною суспензією. У такий спосіб наносять фаску потрібного радіуса й ширини.

Після ретельного промивання кварцові пластини готові для подальшої обробки.

Фаски мають велике значення для якості роботи п'єзоелементів. Складність виготовлення високоякісного п'єзоелемента в основному полягає у виконанні фаски. Фаски потрібні для поглинання відбитих хвиль, що виникають під час роботи п'єзоелемента. Під час коливання п'єзоелемента від його центра поширюються кругові хвилі, які, дійшовши до фаски, поглинаються.

У випадку невірно виконаної фаски частина хвиль не поглинається, а відбивається, і ці відбиті хвилі, зустрічаючись із хвилями, що йдуть до фаски, і створюють складну інтерференцію хвиль, у результаті чого коливання загасають і п'єзоелемент втрачає активність. Зміною фаски усувається цей дефект роботи п'єзоелемента.

При неправильному виконанні фасок збільшується також температурний коефіцієнт частоти як наслідок виникнення паразитних коливань.

Відшліфовані й прояснені пластини наклеюють на план проясненою стороною й потім шліфують, полірують або просвітлюють другу сторону. І в цьому випадку полірування роблять на смоляному полірувальнику поліритом. Полірувальну смолу наносять на розігріту планшайбу. Плоскопаралельність по діаметру плану повинна бути не гірше +0.005 мм (5 мкм).

Плоскопаралельність плану перевіряють оптиметром. Після охолодження планшайби протягом 30 хв. сухим льодом або в холодильнику кварцові пластини відклеюють. Залежно від призначення п'єзокварцових резонаторів і вимог до них, кварцові пластини піддаються подальшій обробці -- поліруванню -- на оптичному контакті. Для цього залишають припуск до заданої товщини 0.005 мм (5 мкм).

Травлення кварцових пластин

Кварцові пластини зрізів або , що надійшли на травлення, заміряють по частоті, використовуючи порівнювач частоти й набір еталонних п'єзокварцових резонаторів. Кварцову пластину збуджують між електродами по частоті й порівнюють із еталонним п'єзокварцовим резонатором.

Після виміру частоти пластини розкладають на групи, які мають однакову різницю між власною частотою пластини й частотою еталона. Пластини однієї групи закладають у прорізі спеціальних касет і опускають у ванночку із плавиковою кислотою (при цьому пластини повинні бути повністю покриті кислотою), де вони піддаються травленню до досягнення потрібної частоти.

Кварцові пластини, які під час виміру частоти виявляються не активними, варто підточити на склі абразивним мікропорошком по грані, що йде по довжині пластини. Ванночку з касетами розміщають у витяжній шафі. Час травлення для кожного типу пластин установлюється практично й залежить від навколишньої температури й концентрації кислоти. Підігнаний до необхідної частоти пластини дворазово промивають у воді у двох ванночках або в проточній воді й сушать теплим повітрям або рушником.

Металізація кварцових пластин

Металізація кварцових пластин, тобто нанесення шару металу, утворюючого електроди кварцових пластин, робиться різними способами. В п'єзокварцовому виробництві застосовуються три основних способи металізації кварцових пластин:

- вакуумна металізація, або метод сублімації срібла або золота у вакуумі;

- хімічна металізація, або електролітичний метод нанесення електродів зі срібла;

- хімічне нікелірування, або нанесення нікелевих електродів на поверхню кварцових пластин.

Настройка та збірка кварцових пластин

Частота коливань п'єзоелементів після металізації відрізняється від заданого номінального значення, і потрібно додаткове настроювання (припасування їхньої частоти). Припасування частоти виконується у два етапи - попередня й остаточна (еталоніровка).

Попереднє настроювання п'єзокварцових резонаторів виробляється зміною товщини електродів п'єзоелементів, а також зміною їхніх контурних розмірів.

Попереднє припасування п'єзоелементів звичайно виконується в технологічному кварцетримачі, після чого п'єзоелементи остаточно монтуються у кварцетримач. Далі треба остаточне припасування (еталоніровка). Металевий кварцетримач герметизується, тобто запаюється, а на скляну основу вакуумного кварцетримача надівається скляний ковпачок зі штенгелем - відростком для відкачки повітря, і тримач заварюється. Після відкачки повітря штенгель відпаюється.

Після остаточної підгонки частоти кварцева пластина монтується в кварцетримач та виконується опайка ковпачків - герметизація кварцетримачів - паяльником або струмом високої частоти на спеціальній установці.

Опайка струмами високої частоти має ряд переваг, тому що вона проводиться без флюсу, що при опайці паяльником просочується усередину кварцетримача.

Одночасно з опайкою кварцетримача запаюється технологічний отвір у основі ковпачка, що залишається для часткового виходу повітря, що перебуває усередині ковпачка. При опайці струмами високої частоти технологічний отвір не запаюється, і резонатори сушаться протягом двох годин у вакуумній шафі. Після сушіння технологічний отвір запаюється. До запаювання технологічного отвору перевіряється частота п'єзокварцового резонатора.

Для перевірки герметичності п'єзокварцові резонатори опускаються в гарячу воду з температурою 80--96° С на 5 сек. При цьому не повинно бути виділень пухирців повітря.

П'єзокварцові резонатори в пластмасових кварцетримачах герметизуються в місцях з'єднання пластмасового ковпачка й підстави, які обмазуються епоксидною шпаклівкою. Ширина підмазки 4-8 мм. Для затвердіння обмазки п'єзокварцові резонатори поміщуються в термостат і витримуються в ньому протягом двох годин при температурі +90° С.

Герметизація скляних кварцетримачей виробляється їх зваркою.

Креслення кварцової пластини, кварцетримача та складальне креслення кварцового резонатору приведені у Додатку В.

2.2 Методика розрахунку кварцового резонатору

Розрахунок круглих плоских п'єзоелементів

зрізів і

Діаметр п'єзоелементів вибирається з урахуванням вимог по активності й моночастотності. Чим більше діаметр п'єзоелементу, тим більше його активність. При невдало обраних розмірах п'єзоелементів виникають небажані зв'язки контурних коливань із коливаннями по товщині, що впливає на моночастотність п'єзоелементів. При відношенні діаметра до товщини, меншому 50-100, можна зневажити зв'язком контурних коливань і коливаннями по товщині, що впливають на моночастотність. Якщо відношення менше 50-100, то для придушення виникаючих зв'язаних коливань великого значення набуває фаска, нанесена на ребра пластини. Розміри цієї фаски визначаються експериментально.

Діаметр п'єзоелементів обчислюється по формулах:

(2.1)

де d₁ і d₂ - розрахункові значення діаметра пьезоелементу; п₁ і п_{2 -}цілі числа.

Значення п₁ і п₂ вибираються так, щоб величини d₁ і d₂ збігалися, тобто d₁ рівнялося d₂ , або було близьким за значенням, остаточно прийняте значення діаметра п'єзоелементу:

(2.2)

де і - відхилення обраного значення діаметра елемента від розрахункових значень:

(2.3)

Частотний коефіцієнт п'єзоелементу перебуває по формулі:

(2.4)

де - частотний коефіцієнт п'єзоелементу нескінченно більших його розмірах (тобто зневажаємо контурними коливаннями), що береться рівним ; - частота.

Товщина п'єзоелементу визначається по формулі:

(2.5)

Далі обчислюється радіус сфери на фасках:

. (2.6)

Таким же береться радіус фасочниці. По формулі:

(2.7)

Перебуває відношення діаметра п'єзоелементу до його радіуса.

Тут перевіряється, чи витримано відношення рівним 50-100.

Якщо відомо необхідну індуктивність п'єзоелементу то діаметр його електродів визначається по формулі:

(2.8)

для зрізу і по формулі:

(2.9)

для зрізу ,

де - діаметр електрода, мм;

- індуктивність, Гн;

- частота п'єзоелементу, Гц.

Якщо не задано, то діаметр електрода й форма відводу визначаються залежно від необхідної активності п'єзоелементу. Для орієнтування рекомендується застосовувати діаметр п'єзоелементу, рівним 11 мм для частот нижче 8000 кГц і 13 мм для частот 8000 кГц і вище. Розрахунок п'єзоелементів зрізу виробляється по тим ж формулам.

Діаметр п'єзоелементу розраховується по формулах:

(2.10)

Частотний коефіцієнт п'єзоелементу зрізу приймається рівним 2250 для частот до 5000 кГц і 2560 для частот вище 5000 кГц. Розрахунок ведеться так само, як для п'єзоелементів зрізу .

Розраховані дані для частоти :

- діаметр п'єзоелементу: ;

- частотний коефіцієнт п'єзоелементу: ;

- товщина п'єзоелементу: ;

- радіус сфери на фасках: ;

- радіус фасочниці: ;

- індуктивність п'єзоелементу: .

Програму розрахунків зображено у Додатку Б.

3. Спеціальні розрахунки з вибору ЕБ і проектування заданого ЕРЕ

3.1 Термокомпенсація заданого фрагмента схеми ЕА

В процесі вибору ЕБ для ЕА часто виникає потреба у забезпеченні температурної стабільності окремих ланцюгів схеми, які є визначальними у формуванні якісних показників функціонування електронного апарату у заданому діапазоні температур із зберіганням відповідних характеристик і параметрів. Тому у даній роботі здійснюється термокомпенсація певного фрагмента схеми ЕА, заданого керівником роботи, з метою забезпечення більш стабільного функціонування ЕА. Для даного варіанту курсової роботи такий ланцюг має наступний вигляд (рис. 3.1):

Рис 3.1 Фрагмент схеми для термокомпенсації

Запишемо номінали елементів фрагменту схеми, для якого необхідно визначити умови термокомпенсації:

С = 0,1 мкФ

L = 1 мГн

Запишемо функцію, яка буде описувати повний опір заданого ланцюга:

(3.1)

Продиференціюємо отримане рівняння по C і L:

;

.

Після цього запишемо умову термокомпенсації:

(3.3)

На основі рівняння (3.3) запишемо рівняння наступного вигляду:

(3.4)

де , - температурні коефіцієнти котушки та конденсатору;

,

,

Задаємося частотами: f₁ = 16Гц; f₂ = 15Гц.

Складемо систему лінійних однорідних рівнянь:

Після спрощення система рівнянь має вигляд:

Задамося температурним коефіцієнтом ємності:

Розрахувавши систему отримали:

Отже, умова термокомпенсації буде забезпечена при підібраних температурних коефіцієнтах. Знаючи температурний коефіцієнт котушки індуктивності вибираємо котушку із броньовим сердечником з карбонального заліза СБ-9а.

3.2 Розрахунок допусків основного параметра заданого ЕРЕ з урахуванням впливу вологості, температури та старіння

Розрахунок допусків проводять для спеціального елементу - кварцового резонатору. Рівнянням похибки заданого параметру ЕА у абсолютних відхиленнях з урахуванням впливу вологості, температури та старіння є:

(3.1)

де - відхилення і-го чинника під впливом вологості; - температурний коефіцієнт і-го чинника; - коефіцієнт старіння і-го чинника; ,- прирощення по температурі та терміну старіння.

Нехай для заданого вихідного параметру N визначений функціональний зв'язок виду:

де (і=1,n) - параметр і-го елементу.

Вказаний зв'язок може бути визначений у вигляді аналітичного виразу, тоді рівняння похибки для вихідного параметру:

(3.2)

де - коефіцієнт впливу, який має вигляд:

(3.3)

Для спеціального елемента розраховуються температурні допуски відповідно до наступних положень: за довідниковою літературою визначають температурні коефіцієнти , для усіх параметрів (і=1,n), у заданому діапазоні температур. Вважаючи розподіл похибки температурного коефіцієнта нормальним, знаходять та , де, - відповідно математичне сподівання та половина поля допуску.

Тоді:



де г-коефіцієнт гарантійної надійності (г =0,857).

Температурний допуск та вихідний параметр визначаються :

(3.6)

де -заданий інтервал температур.

Параметр кварцового резонатору - це частота :

(3.7)

де - розмір кварцу;

- постійна пружність;

р - густина кварцу;

- рівняння похибки.

З довідника визначають температурні коефіцієнти та коефіцієнти на старіння:

Знайдемо математичне очікування ,,:

Знайдемо половини поля допуску ,,:

Знайдемо математичне очікування вихідного параметра:

Знайдемо ,,:

Допуск по температурі:

;

Допуск на старіння:

;

Допуск на вологість:

Загальний допуск розраховуємо за формулою:



де - середина половини поля допуску,

Тоді :

Звідси

Тоді загальний допуск:

Висновки

електрорадіоелемент кварцевий резонатор радіотелефон

В даній курсовій роботі було вибрано елементну базу системи дистанційного управління на основі радіотелефону з урахуванням заданих вимог. Спроектовано спеціальний ЕРЕ - кварцовий резонатор на частоту 3,58 МГц. Було проведено спеціальні розрахунки з вибору елементної бази електронних апаратів і проектування заданого ЕРЕ, які включали у себе термокомпенсацію заданого фрагменту схеми та розрахунок виробничих та експлуатаційних допусків основного параметра кварцового резонатору.

Список використаної літератури

1) Глюкман Л.И. "Производство пьезоэлектрических кварцевых резонаторов" М.-Л.:Энергия, 1976. - 80с. В. М. Ніколаєнко, Г. Ю. Щербакова, О. В.Задерейко „Методичні вказівки до курсового проектування з курсу „Елементна база електронних апаратів" для студентів спеціальностей 7.091001 та 7.091003". "Полупроводниковые приборы: транзисторы"/ Под ред. Горюнова М.М. -М.: Энергоатомиздат 1983. - 903с.

2) Рычина Т. А. "Электрорадиоэлементы" - М: Сов. радио, 1976. - 336с.

3) Терещук Р.М. "Справочник радиолюбителя. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства" - К: Наукова думка, 1989. - 799с.

Размещено на Allbest.ru