Расчет и описание бортового компьютера автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Содержание

Введение

1. Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1.2 Описание схемы принципиальной бортового компьютера

1.3 Особенности микроконтроллера AT89C51ED2

2. Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

2.1.3 Обоснование выбора транзисторов

2.1.4 Обоснование выбора диодов

2.1.5 Обоснование выбора микросхем

2.1.6 Обоснование выбора кварцевого резонатора

3. Расчетная часть

3.1 Расчет надежности

3.2 Расчет узкого места

3.3 Расчет транзисторного ключа VT7

4. Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы бортового компьютера

4.2 Обоснование разработки печатной платы

4.3 Описание конструкции бортового компьютера

5. Технологическая часть

5.1 Технология изготовления печатных плат

5.2 Наладка и настройка бортового компьютера

6. Организационная часть

6.1 Организация рабочего места радиомонтажника

7. Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости бортового компьютера

8 Охрана труда

8.1 Техника безопасности при работе радиомонтажника

Заключение

Список использованных источников



Введение

В данном дипломном проекте я проанализирую технические параметры бортового компьютера. По схеме электрической принципиальной произведу обоснование выбора элементов по их электрическим параметрам: конденсаторов резисторов, микропроцессора, транзисторов, а также обосную разработку печатной платы и сборочного чертежа и следующие чертежи:

- схему электрическую принципиальную;

- печатную плату;

- сборочный чертеж;

- структурную схему микроконтроллера AT89C51.

В дипломном проекте будут рассказаны следующие расчеты:

- Расчет надежности;

- Расчет электронного ключа VT7;

- Расчет узкого места;

- Расчет себестоимости.

Описанные ниже прибор - бортовой компьютер автомобиля - предназначен для отображения на табло в режиме реального времени параметров движения на маршруте, текущего времени и даты, характеристик и кодов неисправностей электронного блока управления исполнительными механизмами блока. Этот бортовой компьютер - очередной этап развития приборов, представленных в статьях А. Алехина «Диагностический прибор для автомобильного двигателя с контроллером «Bosch»

Бортовой компьютер имеет несколько режимов:

Режим «часы/календарь» на табло отображаются текущее время ЧЧ:ММ:СС, в центре поля дисплея крупным шрифтом, дата в формате ЧЧ-МЕСЯЦ-ГГГГ (ЧЧ-число, МЕСЯЦ-месяц, ГГГГ- год полностью)

Режим «маршрутный компьютер» данный режим накапливает и отображает в табло следующие параметры движения:

- пройденное расстояние от начала маршрута (до 9999.999км, если больше то подсчет параметров автоматически останавливается);

- время нахождения на маршруте (до 99ч 59м 59с, если значение больше, то режим автоматически останавливается);

- текущая скорость движения автомобиля;

- средняя скорость движения автомобиля;

- общий расход топлива на маршруте (в литрах до 9999.999 литров, если значение больше, режим автоматически останавливает его подсчет);

- средний расход топлива на маршруте (в литрах на 100км), при пройденном менее 1км пути, функция на табло не отображается;

- мгновенный расход топлива (литрах в час).

Режим «Просмотр внутренних переменных блока управления» компьютер показывает в реальном времени текущее значение одной из следующих переменных:

- идентификатор программного обеспечения блока управления;

- положение дроссельной заслонки (в процентах);

- температура охлаждающей жидкости (в градусах Цельсия);

- частота вращения коленчатого вала (в минутах степени 1);

- заданная частота вращения на холостом ходе (в минутах степени 1);

- угол опережения зажигания (в угловых градусах);

- скорость автомобиля (в километрах в час);

- положения регулятора холостого хода (в числе шагов);

- заданное положение регулятора холостого хода (в числе шагов);

- напряжение бортовой сети (в вольтах);

- коэффициент коррекции содержания СО (окиси углерода) для двигателя без датчика кислорода;

- соотношение воздух/топливо для двигателя с датчиком кислорода;

- коэффициент коррекции времени спрыска;

- напряжение на датчике кислорода для двигателя с таким датчиком (в вольтах);

- длительность импульса впрыска (в миллисекундах);

- цикловой расход воздуха (в миллиграммах на такт);

- массовый расход воздуха (в килограммах в час);

- часовой расход топлива (в литрах в час);

- путевой расход топлива (в литрах на 100км);

- признак обнаружения детонации (да/нет);

- признак блокировки топливоподачи (да/нет);

- признак холостого хода (да/нет);

- признак продувки адсорбера (да/нет);

- признак работы в зоне регулирования по датчику кислорода (да/нет);

- признак богатой смеси (да/нет);

- признак мощностного обогащения (да/нет).

Режим «просмотр и стирание кодов неисправностей» компьютер считывает коды неисправностей и отображает на дисплее их число.

Режим «управление исполнительными механизмами блока управления» компьютер показывает текущее состояние одного из следующих исполнительных механизмов:

- лампы CheckEngine;

- реле вентилятора системы охлаждения двигателя;

- реле управления бензонасосом (если установлен двигатель);

- катушки зажигания;

- клапана продувки адсорбера (если он есть в комплектации).

Режим «отображения информации» для перехода в такой режим необходимо выключить зажигание, нажать на кнопку «Режим» и включить зажигание, удерживая кнопку нажатой до появления на табло заставки «Информация о приборе». В этом режиме можно смотреть информацию о версии прибора, его авторах и т.д.



1. Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Таблица 1.1.1 - Основные технические параметры бортового компьютера

Напряжение питания бортового компьютера (В)	12
Напряжение питания элементов схемы(В)	Плюс 5
Ток потребления (мА)	500
Толщина печатной платы (мм)	1, 5
Размер печатной платы (мм)	95х60
Размер поля отображения (пикс)	122х32
Давление (мм.рт.ст)	720-780

Цель дипломного проекта: Изучить схему электрическую принципиальную прибора, дать описание принципа действия, сделать расчеты:

- расчет надежности;

- расчет узкого места;

- расчет транзисторного ключа VT7;

- расчет себестоимости.

Сделать чертежи:

- схема электрическая принципиальная;

- структурная схема микроконтроллера AT89C51ED2;

- сборочный чертеж;

- расчетная плата.

1.2 Описание схемы принципиальной бортового компьютера

бортовой компьютер конденсатор резистор

Принципиальная схема микроконтроллера показана на рисунке 1 Основа прибора - микроконтроллер AT89C51ED2 (DD3) фирмы Atmel. Он представляет собой наиболее мощный вариант контроллера с ядром 8052 и имеет повышенное быстродействие максимальный объём памяти программ и обширный объём информационной памяти на кристалле, дополнительные периферийные узлы и многое другое. Применение этого микроконтроллера позволило использовать наработки предыдущих приборов, также выполненных на микроконтроллерах с таким ядром. Работу микроконтроллера тактирует встроенный генератор с кварцевым резонатором ZQ2. Тактовая частота равна 20МГц. Для перевода микроконтроллера в режим программирования необходимо подать низкий уровень на вход PSEN. Это реализуют подключением перемычки (джампера) Х2.1.

Рисунок 1.2.1 - Схема электрическая принципиальная

Для надежного запуска микроконтроллера после подачи напряжения питания и блокировки его работы при уменьшении этого напряжения ниже рабочего значения служит детектор понижения напряжения DA3, который удерживает на выходе высокий активный уровень при входном значении меньше 4.5В.

Пользователь управляет работой устройства с помощью четырёх кнопок SB1-SB4, подключенных к выходам PO4-PO7 микроконтроллера. При нажатии на кнопку на соответствующем входе порта формируется низкий уровень. Управляющая программа микроконтроллера периодически (с интервалом 100мс) сканирует порты и фиксирует изменения состояния кнопок.

Информация в предыдущих вариантах прибора отображалась на однострочном 16- символьном ЖК индикаторе. В силу малого числа знакомест и фиксированного шрифта она была малообъёмной (большинство сообщений представляли собой сокращения слов и аббревиатуры, не всегда понятные малоподготовленному пользователю). Поэтому в описанном компьютере было принято решение применить графический ЖКИ, практически никак не ограничивающий вида выводимой информации - все определяется программой. Реализовано два шрифта - крупный, с размерами символов 16 на 12 пикселей, и мелкий 8 на 6. Начертание символов обоих шрифтовых файлов. Кроме того, был создан ряд специальных символов (км/час, л/10 и т.п.).

В компьютере применен ЖКИ HG1 МТ12232А фирмы МЭЛТ с размерами поля отображения 122 на 32 пикселя. Информация в ЖКИ записывается по восьмиразрядной шине, подключенной к порту Р2 микроконтроллера. Контрастность изображения регулируют подстроечным резистором R34. Опыт эксплуатации предыдущих вариантов прибора показал, что необходимо предусмотреть возможность регулирования яркости подсветки ЖКИ, причем желательно программно; использование узла с регулировочным переменным резистором усложнит задачу из-за значительного потребляемого подсветкой тока.

В описанном варианте компьютера применено широтноимпульсное управление подсветкой. Питание на нее поступает через триггер Шмита DD1.1 и транзистор VT6, регулирование яркости происходит путём изменения длительности импульсов. Необходимо также учесть, что индикатор рассчитан на направление обзора снизу-справа, а при установке прибора справа от водителя (например на место часов автомобиле ВАЗ-2110) на табло придется смотреть сверху-слева. Поэтому у индикатора надо аккуратно разогнуть крепежные усы, освободить стекло-поляризатор и, повернув его в своей плоскости на 180 градусов, установить на место, после чего собрать индикатор.

Для звуковой индикации нажатий на кнопки, изменений режимов работы компьютера и предупреждения о выходе контролируемого параметра за допустимые пределы предусмотрен звуковой индикатор на элементах DD1.2, VT7, НА1. Пьезоэлектрический звукоизлучатель SMA13S фирмы Sonitron содержит встроенный генератор, работающий на частоте 3000 Гц. Для формирования звукового сигнала достаточно подать на него напряжение питания. Включение выполняет открывающийся транзистор VT7. Ток, потребляемый звукоизлучателем, не превышает 2Ма, поэтому транзистор может быть любым маломощным.

Сигналы от датчиков скорости и расхода топлива, а также сигналов включения зажигания преобразуются в уровни ТТЛ узлами, выполненными на транзисторахVT1, VT2 и VT5 соответственно. Фронты и спады принимаемых сигналов формируют триггеры Шмита DD1.6, DD1.5 и DD1.4. Для отфильтровывания импульсных помех на входах включеныRC-фильтры R6C1, R9C2, R17C8.

В предыдущем варианте прибора узел сопряжения в диагностической линией был выполнен на паре транзисторов. Этот узел вполне работоспособен, но требует подборки резистора нагрузки, стабилитрона, задающего уровень логического нуля, и т.п. В описываемом приборе решено применить согласующий усилитель МС33290D (DA2), который полностью удовлетворяет спецификации ISO9141. Для защиты его входа от превышения напряжения и напряжения обратной полярности служит защитный диод VD6 с напряжением открывания 17 В, импульсные помехи отфильтровывает конденсатор С14. Резистор R32 - нагрузочный для лини К-Line.

Программирование микроконтроллера, конфигурирование бортового компьютера и считывание накопленной маршрутной информации реализуют по последовательности каналу с интерфейсом RS-232C. Уровни сигналов ТТЛ микроконтроллера преобразует к уровням сигналов RS-232C в буфер DD2. Он оснащен встроенным повышающим преобразователем напряжения (для формирования логических уровней RS-232C: +10В - лог 0: минус 10В - лог.1) с внешними конденсаторами С15-С18.

Так микроконтроллер имеет один UART, а в компьютере- два последовательных канала (K-Lineи RS-232C), в каждый момент возможна работа только с одним из них, например, либо только диагностика, либо только считывание маршрутной информации. Выбирают активный канал установкой перемычки Х1.1 в соответствующее положение. Для удобства переключения перемычки выведены на заднюю стенку корпуса компьютера. Когда он установлен в автомобиле, я всегда включаю K-Line, а накопленные маршруты считываю дома (для этого нужен пк) с включенным RS-232C.

Для формирования отметок времени, используемых при подсчете временных интервалов маршрута, а также для хранения параметров текущего маршрута и различных рабочих переменных при выключении питания компьютера, применена микросхема DS1302Z (DD4), представляющая собой часы реального времени с энергозависимой памятью. Частота генератора часов стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Для сохранения содержимого памяти и хода часов этой микросхемы при выключении компьютера используется резервный источник питания G1.

Наиболее простой и дешевый (и в следствии этого наиболее распространенный) способ получения стабилизированного напряжения из большого нестабилизированного - применение линейного стабилизатора, гасящего излишек напряжения на регулирующем элементе (обычно транзисторе) Вследствие этого в стабилизаторе выделяется известное количество тепла, требующее применения специальных мер по его отведению. Для малогабаритного устройства, потребляющего ток 200Ма, от бортовой сети автомобиля напряжением 14 В необходимо рассеивать (14-5) В х 0.2 А = 1, 8 Вт.

Дать решение этой проблемы в описываемом бортовом компьютере был применен метод импульсного преобразования напряжения со стабилизацией выходного напряжения автоматическим регулированием ширины или частоты следования импульсов управления коммутирующим элементом, обеспечивающим протекание импульсного тока через дроссель. Такой стабилизатор сложнее и дороже линейного, КПД источника питания (до 90%) и в несколько раз снизить рассеиваемую мощность. Недостаток импульсного преобразования - относительно высокий уровень импульсных помех, но компьютер к ним малочувствителен.

В компьютере применен не сложный и потому дешевый и доступный микроконтроллер MC34063AD (DA1), включенный по схеме понижения выходного напряжения (1 к 2). Максимальное время открытого состояния внутреннего коммутатора задаёт конденсатор С5. Номинальный ток дросселя должен быть не менее 400Ма, а индуктивность - 56….58 мкГн.

Диод VD4 должен иметь малое прямое напряжение (Диод шотки). За сглаживание пульсаций выходного напряжения отвечают конденсаторы С9 и С10. Их желательно выбрать с малым ЭПС, например танталовые. Значение выходного напряжения задает резистивный делитель цепи ОС R14R15. Для получения выходного напряжения 5 В необходимо, как можно точнее выдержать соотношение номиналов R14/R15 =3. Для защиты компьютера от превышения напряжения при выходе из строя преобразователя служит защитный диод VD5, рассчитанный на напряжение открывания 6В.

Описываемый вариант компьютера может работать при выключенном зажигании, для чего питание на него поступает от бортовой сети автомобиля через транзистор VT3, который имеет возможность оставаться открытым и обеспечивать питание прибора после выключения зажигания. При выключении зажигания транзистор открывается и питание поступает к преобразователю. Управляющая программа обеспечивает низкий уровень на выходе Р16 контроллера DD3, удерживающий транзистор VT3открытым после выключения зажигания. Для выключения компьютера при выключенном зажигании программа изменяет низкий уровень на этом выходе контроллера на высокий и закрывает транзистор VT3.

Программа постоянно следит за тем, включено ли зажигание по цепи через транзистор VT5. При выключении зажигания запускается програмный таймер, отсчитывающий время до выключения компьютера. Как только таймер закончит счет, транзистор VT3 закроется и выключит питание. Использование здесь полевого транзистора минимизирует энергопотери-в следствии низкого сопротивления открытого канала падения напряжения на нем превышает 100Мв.

Для защиты прибора от случайного включения в неправильной полярности служит диод VD1 с максимальным прямым током не менее 500Ма, а от бросков напряжения в бортовой сети - защитный диод VD2. Напряжение его открывания должно находиться в пределах от 16 до 20В. Самовосстанавливающийся предохранитель F1 с током срабатывания 300Ма защищает прибор и проводку автомобиля от возможных перегрузок по потребляемому току.

1.3 Особенности микроконтроллера AT89C51ED2

Микроконтроллер -- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами.

Обычный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. Если говорить понятнее - это однокристальный компьютер, который может выполнять относительно простые задачи.

Основное отличие от микропроцессора является интегрированные в микросхему устройства ввода-вывода, таймеры и другие периферийные устройства.

Микроконтроллер AT89C51 (рисунок 1.3.1) - это низкопотребляющий, быстродействующий 8-ми битный CMOS микроконтроллер с 4 КбайтамиFlash. При производстве микроконтроллеров были использованы Хай-Тэк технологии фирмы Atmel. В частности, микроконтроллер изготовлен согласно промышленной рекомендации MCS-51, которая распространяется и на цоколевку.

Однокристальную Flash память можно программировать как изнутри, так и извне используя программатор.

Основные характеристики микроконтроллера AT89C51:

- совместимость с MCS-51тм;

- 4 Кбайт встроенной перепрограммируемой Flash памяти;

- 1000 Циклов Запись/Удаление;

- трехуровневая программная защита памяти;

- 128 x 8-Bit встроенного ОЗУ;

- 32 программируемых портa ввода\вывода;

- два 16 битных счетчика\таймера;

- шесть источников прерываний;

- программируемый последовательный порт;

- низкое потребление в режиме ожидания и энергосберегающий режим «PowerDown».



Рисунок 1.3.1 - Структурная схема микроконтроллера

VSS -Напряжение питания.

GND - Общий провод.

Порт 0. 8-битный открытый двунаправленный порт Вв./Выв. На каждый выход этого порта можно нагрузить восемь входов TTL.

При записи лог.1 в порт 0, контакты порта могут быть использованы как высокоимпедансные входы. Помимо этого, Порт 0 может быть сконфигурирован как мультиплексируемый младший адрес либо шина данных, во время обращений ко внешней программе или памяти данных. В этом режиме Порт 0 использует внутреннее напряжение.

Порт 1 - двунаправленный порт ввода/вывода на 8 битов со внутренним напряжением питания. Выходной буфер Порта 1 может быть нагружен на четыре входа/выхода TTL. При записи лог.1 в порт 1, контакты порта могут быть использованы как входы.

Порт 2 - двунаправленный порт ввода/вывода на 8 битов со внутренним напряжением питания. Выходной буфер Порта 2 может быть нагружен на четыре входа/выхода TTL. При записи лог.1 в порт 2, контакты порта могут быть использованы как входы.

Порт 2 также принимает старшие биты адреса и некоторые управляют сигналам во время программирования Flash и во время проверки.

Порт 3

Порт 3 - 8-битный двунаправленный порт Вв./Выв.

Выходы Порта 3 могут быть нагружены на четыре входа TTL.

При записи лог.1 в порт 3, контакты порта могут быть использованы как входы.

RSТ - вход сброса (Reset). Чтобы сбросить устройство, необходимо подать сигнал лог.1 на время двух машинных тактов. В это время генератор сбросит устройство.

AddressLatchEnable(ALE) - разрешение блокировки адреса. Защелкивает импульсом младший байт адреса на время доступа ко внешней памяти.

PSEN

ProgramStoreENable(PSEN) - строб чтения для внешней памяти программ.

Когда AT89C51 выполняет программный код из внешней памяти, активизируется каждый второй машинный цикл, за исключением тех случаев, когда два сигнала проскакивают во время каждого доступа к внешней памяти данных.

ExternalAccessenable - разрешение внешнего доступа.

XTAL1 - Инвертированный вход усилителя генератора и вход на внутренние часы.

XTAL2 - Инвертированный выход усилителя генератора.



2. Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=U·I, P=U2/R, P=I2Xr, выведение из закона Ома.

Полученная величина увеличивается в двое. Исходя из полеченных значений выбирают резисторы эталонный мощностей: 0, 125, 0, 25, 0, 5, 1, 2, 5, 10Вт и т.д.

Таблица 2.1.1.1 - Технические параметры резистора МЛТ

Тип	In (Ма)	Umax (B)	R (Ом)	Т (?C)
МЛТ-0.125	0, 5	100	8, 2...5, 1·10	Минус60 Плюс 70

Я выбрал резисторы МЛТ, потому что они обладают лучшими и более выгодными параметрами, а также имеют не высокую стоимость.

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

Для решения задачи - нахождения типа и стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале найти минимальное напряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное значение.

Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается тремя требованиями:

А) Конденсатор не должен перегреваться;

Б) Перенапряжение на нем не допустимо;

В) Он должен быть защищен от прохождения обратных токов, если это полярный оксидный конденсатор.

Для того чтобы конденсатор не перегревался следует рассчитать выделяемую на нем реактивную мощность. Она не должна превышать номинальную мощность конденсатора. Чтобы защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нем не должно превышать номинальное. Это условие формулируется в стандартах как сумма постоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряжения не должна быть больше стандартного напряжения.

Таблица 2.1.2.1 - Технические параметры резисторов

Тип	Uном (В)	C (мкФ)	Т(?C)
К10-17в	50	От 560 ПФ до 1 мкФ	от минус 60 до плюс 85
К50-35	16	47	от минус 40 до плюс 105
К50-35	50	22	от минус 40 до плюс 105

Керамические конденсаторы К10-17В и К50-35 имеют подходящее рабочее напряжение, они небольшого размера, дешевы и поэтому больше подходят для нашей схемы.

2.1.3 Обоснование выбора транзисторов

Транзистор выбирается по максимальному значению тока коллектора I_kmax, допустимой мощности рассеяния и максимально допустимым напряжением коллектор-эмиттер, которое должно быть выше напряжения источника питания. При выборе руководствуются также следующим: максимальный ток коллектора, выбирается с запасом ?1, 5-2 раза. Не следует выбирать транзисторы со слишком большим запасом по допустимому току



Таблица 2.1.3.1 - Технические параметры биполярного транзистора

Тип	Структура	Pmax (Вт)	Ik (А)	Uкбо макс (В)	Uкэо макс (В)
BC847	npn	0, 33	0, 1	50	45

Таблица 2.1.3.2 - Технические параметры полевого транзистора

Тип	Структура	Ic	Вид	Uкбо макс (В)	Uкэо макс (В)
IRLM5203	p-канальный с изолированным затвором	300мА	Полевой	60	55

По техническим характеристикам и цене транзисторы BC847 и IRLM5203 полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям к разрабатываемому устройству. Заменять транзистор его аналогом следует с учетом его конкретной схемы применения и режима работы.

2.1.4 Обоснование выбора диодов

Здесь качество диода зависит от прямого и обратного напряжения и чем выше эти параметры, тем лучше элемент, поэтому согласно таблице, данные диоды более всего подходит для данной схемы.

Таблица 2.1.4.1 - Технические параметры диодов

Тип	Iп(А)	Uо (В)	Uп (В)	P (Вт)	Т (?C)
1N5822	3	40	0, 525	-	Минус 125
SMBJ15A	24	15	-	600	Минус 55 Плюс 150
10MQ040	1, 5	40	0, 62	-	Минус 40 Плюс 150
Я выбрал диоды 1N5822, SMBJ15A и 10MQ040, потому что они обладают лучшими и более выгодными параметрами, а также имеют не высокую стоимость.



2.1.5 Обоснование выбора микросхем

Таблица 2.1.5.1 - Характеристика микросхемы MC34063AD

Рабочая температура	От 0°C до плюс 70°C
Напряжение входное	3 В -40 В
Частота переключения	100 Гц ~ 100 кГц
Ток выходной	1, 5 А
Число выходов	1
Напряжение выходное	1, 55В - 40 В
Тип	Микроконтроллер

Таблица 2.1.5.2 - Характеристика микросхемы MAX810LEUR

Напряжение питания	1, 2 В -5, 5 В
Рабочая температура	Минус 40 °C плюс 105 °C
Пороговое напряжение	2.5 В, 3 В, 3.3 В, 5 В
Порог понижения напряжения	4, 56 В
Время задержки сброса	240 мс
Количество входов	1
Тип	Детектор понижения напряжения

Таблица 2.1.5.3 - Характеристики микросхемы SN74ALS14D

Тип	Триггер Шмитта
Время задержки	44 нс
Напряжение питания	4, 5 В -5, 5 В
Рабочая температура	Минус 10 плюс 70
Количество входных линий	1
Количество выходных линий	1

Таблица 2.1.5.4 - Характеристики микросхемы AT89C51ED2

Серия	89С
Тип	Микроконтроллер
Процессор	8051
Размер ядра	8 бит
Скорость	60 МГц
Число вводов/выводов	34
Размер памяти	64 КБ
Напряжение источника	2, 7 В - 5, 5 В
Рабочая температура	Минус 40 плюс 85

Таблица 2.1.5.5 - Характеристики микросхемы DS1302Z

Тип	Часы реального времени
Напряжение	2 В- 5, 5 В
Рабочая температура	Минус 40 плюс 85
Вес	540 мг
Формат представления времени	HH-MM-SS
Формат данных	YY-MM-DD

Таблица 2.1.5.6 - Характеристика микросхемы MT12232A

Тип	ЖКИ
Количество точек в строке	122
Количество строк	32
Тип кристаллов	stn
Контроллер	встроен
Тип контроллера	Кб145вг4

2.1.6 Обоснование выбора кварцевого резонатора

Кварцевые резонаторы предназначены для использования в аналогово-цифровых цепях для стабилизации и выделения электрических колебаний определённой частоты или полосы частот.

Принцип работы: в широкой полосе частот сопротивление прибора имеет ёмкостной характер и только на некоторых (рабочих) частотах имеет широко выраженный резонанс (уменьшение сопротивления).

Кварцевый резонатор имеет лучшие характеристики, чем другие приборы для стабилизации частоты (колебательные контуры, пьезокерамические резонаторы): такие как стабильность по частоте (уход частоты) и температуре (изменение частоты резонанса в зависимости от температуры окружающей среды).

Избирательный, ярко выраженный резонансный характер сопротивления этих компонентов определяет основные области применения кварцевых резонаторов - высокостабильные генераторы тактовых сигналов и опорных частот, цепи частотной селекции, синтезаторы частоты и т.д

Таблица 2.1.6 Технические параметры кварцевых резонаторов

Тип корпуса	Резонаторная частота (кГц)	Длина корпуса L (мм)	C (Пф)	Т (?C)
Рк206	32, 700-32, 800	5, 5	12, 5	Минус20 Плюс70
Рк169	20 000	5, 5	12, 5	Минус20 Плюс70

Резонаторы Рк206 и Рк169 отлично подходят, как и по частоте, так и по цене.



3. Расчетная часть

3.1 Расчет надежности

Расчет надежности проводится на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентировочные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры внутри блока. Для большинства маломощных полупроводниковых устройств не превышает 40 градусов. Для различных элементов при расчетах надежности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимое напряжение, для диодов- прямой ток.

Коэффициент нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать 1.5-2 раза выше напряжения источника питания. Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1 - Коэффициент нагрузки

Наименование элемента	Контролируемые параметры	kнагрузки
		Импульсный режим	Статистический режим
Транзисторы	РКПОДkН=	0, 5	0, 2
Диоды	IПРМАХkН =	0, 5	0, 2
Конденсаторы	UОБКЛ.kН =	0, 7	0, 5
Резисторы	PТРАСkН =	0, 6	0, 5
Соединители	IКОНТАКТАkН =	0, 8	0, 5
Микросхемы		-	-



Допустимая мощность рассеяния резисторов можно определить по принятым обозначениям на схеме.

Таблица 3.1.2 - Номинальная мощность резисторов

Номинальная мощность (Вт)	0, 05	0, 125	0, 25	0, 5	1	2	5	10
Обозначение на схеме

Допустимую мощность рассеяния следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать в половину меньше согласно таблице 3.1.1.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надежности считается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя и напряжения источника питания. UH, для конденсатора следует брать в два раза (или в полтора) больше напряжение источника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторы выпускают на допустимое напряжение (в вольтах) 1; … 350.

Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения на обкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования почти не применяются.

Фактическое значение (Uф) для конденсаторов расчет надежности следует брать в половину меньше выбранного.

Для транзисторов номинальный параметр Pk допустимое следует брать из справочников.

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

Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендаций 3.1.1.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается. Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в жестких условия: при повышенной температуре, влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающих в отапливаемом помещении, наибольшее влияние на надежность прибора влияет температура.

Определяя интенсивность отказов при t? = 20?C приведены в таблице 3.1.3

Интенсивность отказов обозначается л0. Измеряется л0в (1/час).

Таблица 3.1.3 - Интенсивность отказов

Наименование элемента	л0·10-6·1/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
Дроссели	0, 34
Конденсаторы Бумажные Керамические Слюдяные Стеклянные Пленочные Электролитические (алюминиевые) Электролитические (титановые) Воздушные переменные	0, 05 0, 15 0, 075 0, 06 0, 05 0, 5 0, 035 0, 034
Резисторы Композиционные Пленочные 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, 157
Трансформаторы Силовые Звуковой частоты Высокочастотные Автотрансформаторные	0, 25 0, 02 0, 045 0, 06
Антенны Микрофоны Громкоговорители Оптические датчики	0, 36 20 4 4, 7
Переключатели, тумблеры, кнопки Соединители Гнезда	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 жесткие	1, 1 9, 6
Электродвигатели Асинхронные Асинхронные вентиляторные	0, 359 2, 25

Порядок расчета:

В таблицу 3.1.9 заносятся данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносится название элемента тип конденсатора, а даётся только его ёмкость. В этом случае следует выбирать по ёмкости подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

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

Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, ионии могут работать в достаточно широком диапазоне температур.

В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 40?C.

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

Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 3.1.1.

Коэффициенты нагрузок

Для транзисторов: k_Н =P_Ф/Р_КДОП=P_Ф/P_Н (3.1.1.)

Для диодов: k_Н =I_Ф/I_ПРСР=I_Ф/I_H(3.1.2.)

Для конденсаторов: k_Н = U_Ф/U_{H =} U_Ф/(U_u·n)·2 (3.1.3.)

Для резисторов: k_Н =P_Ф/Р_Н (3.1.4.)

Знак k_Н определяет фактическое значение параметра и заполняем колонки 5 и 8.

Если k_Н в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать k_Н=0.5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (а), который показывает как влияет на интенсивность отказов окружающий элемент температуры в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (а) по таблице 3.1.5.

Для германиевых полупроводниковых диодов, а брать таким, как у кремниевых. Если в таблице нет таких элементов, которые есть конкретной схеме следует спросить у преподавателя, как быть.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 3.1.3. (Интенсивность отказов для температуры плюс 20?C).

Колонка 11 л₁ = a· л0

Колонка 12 л_с = л₁·n, где n-количество элементов.

Таблица 3.1.5 - Коэффициент нагрузки

t?C	Значение а 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 - -
Керамические конденсаторы
20 40 70	0, 15 0, 30 0, 30	0, 30 0, 30 0, 30	0, 35 0, 50 0, 70	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, 75	0, 85 1, 0 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, 00
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, 9 6, 0	1 1, 5 10, 0



Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае л₁ в колонке 11.

Л ₁ = л₀ ·а · а₁ · а₂ · а₃

где а- коэффициент влияния температуры;

а₁- коэффициент влияния механических воздействий;

а₂-коэффициент влияния влажности;

а₃-коэффициент влияния атмосферного давления.

Значения а₁, а₂ и а₃ определяются по следующим таблицам.

Таблица 3.1.6 - Коэффициенты влияния механических воздействий

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

Таблица 3.1.7 - Коэффициент влияния влажности

Температура ?C	Влажность %	Поправочный коэффициент а2
20-40	6-70	1, 0
20-25	90-98	2, 0
30-40	90-98	2, 5

Таблица 3.1.8 - Коэффициент влияния атмосферного давления

Давление кПа	Поправочный коэффициент а3	Давление кПа	Поправочный коэффициент
0, 1-1, 3	1, 45	32, 0-42, 0	1, 2
1, 3-2, 4	1, 40	42, 0-50, 0	1, 16
2, 4-4, 4	1, 36	50, 0-65, 0	1, 14
4, 4-12, 0	1, 35	65, 0-80, 0	1, 1
12, 0-24, 0	1, 3	80, 0-100, 0	1, 0
24, 0-32, 0	1, 25	-	-

Когда колонка 12 заполнена, можно рассчитать среднее время наработки на отказ Т_ср.

Для этого суммируют все значения колонки 12, получая ? л_с.

Тогда Т_ср = 1/?л_с(час).

Следует помнить, что ? л _с - число, умноженное на 10^-6, т.е. при делении 10^-6 перейдёт в числитель. Например? л _с=7.066·10^-6, тогда

? л _с=7.066·10^-6 час - интенсивность отказа

Т_ср = 1/7.066·10^-6=10⁶/7.066=14.1·10³ час.

Порядок выполнения расчета

1. Заполняем таблицу 3.1.4 колонки с 1 по 18;

2. а находим по таблице 3, а так же 5, 6, 7(если надо);

3. л₀ находим из таблицы 3;

4. л1=а· л₀или л1= л₀ ·а · а₁ · а₂ ·а₃;

5. л _с=л1·n;

6. Находим сумму л_с;

7. Вычисляем Т_ср.

? л _с=5, 80·10^-6час

Т_ср= 1/5, 80·10^-6=10⁶/5, 80=11, 6·10³ час

Если надежность ниже средней следует:

- применить более современные и улучшенные элементы (это, как правило, повысит цену изделия);

- уменьшить нагрузки (Это может увеличить габариты схемы);

- применить резервирование.

Следует помнить, что расчет надежности на этапе проектирования повысит ориентировочный характер.

Таблица 3.1.9 - Данные для расчета

Наименование	Тип	Кол-во n	Температура среды, ?C	Фактическое значение параметра надежности	Номинальное значение параметра надежности	Конструктивная характеристика	k	а	л0·10-6	л1=а·л0·10-6	лс=л1·n
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Резистор	МЛТ-0, 125	38	40	Рф=0, 0625Мвт	Рн=0, 125 мВт	Пленочные	0, 5	0, 8	0, 03	0, 024	0, 912
Транзистор	BC847 IRLM5203	6 1	40 40	Рф=100мВт Рф=100мВт	Рн=200мВт Рн=200мВт	Кремневые Кремневые	0, 5 0, 5	0, 3 0, 3	0, 5 0, 5	0, 15 0, 1	0, 9 0, 15
Диод	1N5822 SMBJ15A 10MQ040	2 3 1	40 40 40	Рф=1, 5А Рф=12А Рф=0, 75А	Рн=3А Рн=24А Рн=1, 5А	Кремневые Кремневые Кремневые	0, 5 0, 5 0, 5	0, 3 0, 3 0, 3	0, 2 0, 2 0, 2	0, 06 0, 06 0, 06	0, 12 0, 18 0, 06
Резонатор	Рк169 Рк206	1 1	40 40	Рн=6, 25Пф Рн=6, 25Пф	Pн=12, 5Пф Pн=12, 5Пф	Кварцевые Кварцевые	- -	- -	4, 7 4, 7	4, 7 4, 7	4, 7 4, 7
Предохранитель	FMSMD030	1	40	Рф=1, 5А	Рн=3А	Плавкий	-	-	0, 5	0, 5	0, 5
Разъёмы	PLD-2x3 PLD-2x2 PLD 8	1 1 1	40 40 40	- - -	- - -	Медь Медь Медь	- - -	- - -	0, 01 0, 01 0, 01	0, 01 0, 01 0, 01	0, 01 0, 01 0, 01
Кнопки	П2К	4	40	-	-	Медь	-	-	0, 28	0, 28	1, 12
Катушка индукт.	EC-24	1	40	-	-	-	-	-	0, 02	0, 02	0, 02
Излучатель звук.	A13S	1	40	-	-	-	-	-	4	4	4
Микросхема	MC34063AD MC33290D MAX810LEU SN74ALS14 HIN202CBN AT89C51 DS1302Z MT12232A	1 1 1 6 1 1 1 1	40 40 40 40 40 40 40 40	- - - - - - - -	- - - - - - - -	Кремний Кремний Кремний Кремний Кремний Кремний Кремний Кремний	- - - - - - - -	- - - - - - - -	0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013	0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013	0, 013 0, 013 0, 013 0, 078 0, 013 0, 013 0, 013 0, 013
Пайка	-	339	-	-	-	-	-	-	0, 03	0, 03	10, 17

Определяем среднее время наработки на отказ:

, где (3.1.5)

Т_ср - среднее время наработки на отказ

_с - суммарное значение двенадцатой колонки

_с= 17, 561• 10^-6

Тср.=10⁶/ 17, 561=56945 (час)

Данный расчет показал, что среднее время наработки на отказ прибора равно 56945 часа.

3.2 Расчет узкого места

При прохождении проводника в узком месте между двумя отверстиями нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними.

Класс плотности печатных плат.

1 класс (ммхмм)240х240

1 и 2 класс плотности, (ммхмм)от 170х170 до 240х240

3 класс плотности, (ммхмм)менее 170х170

Исходные данные

Номинальный диаметр металлизированного отверстия, d₀ (мм) 1, 3

Толщина фольги, h_ф (мм) 0, 5

Изменение контактной площадки, ?_м(мм) 0, 3

Класс плотности 3

Количество проводников, n 4



Таблица 3.2.1 - Значения параметров платы в соответствии с классом

Параметры и их условные обозначения	Размеры элементов проходящего Рисунка для класса плотности (мм)
	1 класс	2 класс	3 класс
Ширина проводника Т	0, 5	0, 25	0, 15
Расстояние между проводниками, контактными площадками, металлизированными отверстиями, S.	0, 5	0, 25	0, 25
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, Bm	0, 05	0, 035	0, 025
Отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы	0, 4	0, 33	0, 33
Коэффициент С1	0, 65	0, 3	0, 3
Коэффициент С2	0, 77	0, 35	0, 35
Погрешность ?м	0, 05	0, 03	0, 03
Погрешность ?э	0, 06	0, 05	0, 03

1.Расчитываем минимальный диаметр контактной площадки

D_kmin=2B_m+d₀+1, 5h+2?_ф+C₁, (3.2.1)

Где В_m - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;

d₀ - номинальный диаметр металлизированного отверстия;

h_ф- толщина фольги;

?_л - изменение длины печатной платы при нестабильности линейных размеров;

С₁ - поправочный коэффициент.

?_л=(?_мL)/(100L), (3.2.2)

Где ?_л - изменение длины печатной платы при нестабильности линейных размеров;

?_м- изменение контактной площадки при нестабильности линейных размеров;

L - размер большей длины печатной платы.

?_л=(0, 3мм·95мм)/(100·60мм)?0, 005 мм

D_kmin=2·0, 025мм+1, 3мм+1, 5·0, 5+2·0, 005мм+0, 3=2, 41мм

2. Рассчитаем максимальный диаметр контактной площадки

D_kmax=2B_m+d₀+1, 5h_ф+2?_л+С_2, (3.2.3)

Где В_m - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;

d₀ - номинальный диаметр металлизированного отверстия;

h_ф- толщина фольги;

?_л - изменение длины печатной платы при нестабильности линейных размеров;

С₂ - поправочный коэффициент.

D_kmax=2·0, 025мм+1, 5мм+1, 5мм·0, 5мм+2·0, 005мм+0, 35мм=2, 66мм

Минимальное расстояние для прокладки 4 проводников между двумя контактными площадками должно обеспечиваться при максимальном диаметре контактной площадки и максимальной ширине проводника с учетом погрешности ?_m.

3. Рассчитаем максимальную толщину проводника

T_max=T+?_m+2?_э, (3.2.4)

Где T_max- максимальная ширина проводника;

Т - ширина проводника (таблица 3.2.1);

?_m- погрешность.

?_э-вспомогательный коэффициент.

T_max=1мм+0, 03мм+2·0, 03мм=1, 09мм

4. Рассчитаем минимальное расстояние для прокладки 4 проводников

L_min=0, 5(D_kmin+D_kmax)+2?_m(T_max+?_m)n+S(n+1)<kh(3.2.5)

Где L_min- минимальное расстояние между контактными площадками

k - число клеток на координатной сетке

h -шаг координатной сетки

?_m - вспомогательный коэффициент.

Lmin=0, 5(2, 41мм+2, 66мм)+2·0, 03мм+(1, 09+0, 03)·4+0, 25·(4+1)=8, 71мм

8, 71мм<14, 25мм.

При расчете узкого места платы первого класса по номинальным параметрам необходимое между центрами отверстий составило 8, 71мм. А на плате оно составляет 14, 25мм, что удовлетворяет условию указанному в формуле 3.2.5

3.3 Расчет электронного ключа VT7

Сопротивление запертого (выключенного) транзистора составляет сотки килоом; сопротивление отпертого (выключенного) транзистора мало, в режиме насыщения оно может составлять несколько ом. Такое сочетание сопротивлений характеризует транзистор, как элемент с хорошими ключевыми свойствами; сопротивление идеального ключа в разомкнутом состоянии было бы равно бесконечности, а в замкнутом состоянии - нулю.

Электронные ключи являются составной частью импульсных генераторов (мультивибраторов, триггеров и др.).

Транзисторные ключи выполняются насыщенными и не насыщенными. Насыщенные ключи в отпертом (включенном) состоянии отличаются большой стабильностью.

Дано:

U_{m вых} =5 В

t_вкл= t_выкл ? 1мкс

U⁽⁺⁾_твв= U^(-)_твв= 1 В

t⁽⁺⁾_n= t^(-)_n = 30 мкс

R_г=R₃₇=1 кОм

R_б=R₃₇=10 кОм

1.Определяем напряжение источника питания коллекторной цепи:

Е_к = (1, 1ч1, 4)U _{m вых}(3.3.1)

E_k =(1, 1ч1, 4)5=5, 5ч7 В

Примем Е_к = 10В

2. Выберем источник в базовой цепи с напряжением E_б=2В.

3. Выберем транзистор, параметры которого должны отвечать следующим требованиям:

3.1 Максимально допустимое напряжение на коллекторе

U_{кэ доп} ? Е_к =10 В

3.2 Максимально допустимое напряжение между коллектором и базой не должно быть меньше напряжения коллекторно-базовом переходе при воздействии на базу положительного запирающего импульса

U_{кэ доп} ? U_{m вх} -(- Е_к)= U⁽⁺⁾_вх+ Е_к;(3.3.2)

U_{кэ доп} ?1+10 = 11В;

3.3 Граничная частота

, (3.3.3)

Где t_ф- длительность формируемого при отпертом транзисторе фронта импульса, t_ф составляет t_вкл(t_выкл)

Примем t_ф= 0, 8 мкс. Тогда

Возьмем транзистор ВС847, у которого

U_{кэ доп}=45 В; U_{кб доп} = 50 В; ѓ_a=1МГц.

В=420ч400; I_{k 0 max}= 25 В; I_{k доп}= 100 мА

С_k= 30 пФ; C_з = 60 пФ;

4. Определим сопротивление R_k

R_k? (3.3.4)

R_k?

Выберем по ГОСТу R_k=1 кОм.

5. Определим сопротивление резистора R_б

R_б ?; (3.3.5)

R_б ?

Выбираем по ГОСТу R_б=10 кОм. (смотреть таблицу 3.3.1)

6. Определяем сопротивление резистора R с таким расчетом, чтобы обеспечить неглубокое насыщение триода (степень насыщения s?2).

При неглубоком насыщении увеличивается время рассасывания не основных носителей; на границе насыщения режим становится нестабильным.

Установившийся ток базы к I_б должен в s раз превосходить ток базы I_бн на границе насыщения. Пренебрегая входным сопротивлением триода в режиме насыщения, имеем:

I_б=(3.3.6)

I_бн=.(3.3.7)

Отсюда после несложных преобразований

R= ; (3.3.8)

R=

Выберем по ГОСТу R=470 Ом (смотреть таблицу 2)

При этом установившийся ток базы в режиме насыщения

I_б=

Ток на границе насыщения

I_бн=

Таблица 3.3.1 - Номинальные значения резисторов

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

7. Емкость конденсатора С выбирается таким расчетом, чтобы время его заряда t₃?3_Тс превышало время включения (выключения) триода. При этом условии во время переключения ток базы не будет ограничиваться резистором R.

T₁?3ф_c>t_вкл; ф_c=C(R_r||R); откуда

С(3.3.9)

С другой стороны, напряжение на конденсаторе должно успевать устанавливаться, пока транзистор заперт:

t_уст.<t⁽⁺⁾_н t_уст.?3 ф_уст ?[R||(R_б+R_r)](3.3.10)

C<(3.3.11)

С<

Выбираем по ГОСТу С=9100Пф.

Предыдущий расчет позволил лишь оценить параметры элементов схемы; связь их с заданными длительностями включения и выключения транзистора слишком сложна для относительно точного определения. Поэтому теперь следует проверить, удовлетворяет ли схема с такими элементами техническим условиям.

8.Определим амплитуда отпирающего скачка тока в базе:

I^, _{б, вкл}?(3.3.12)

Где U^(-)_c - напряжение, которое устанавливается на конденсаторе С (Резисторе R), в то время, как транзистор заперт

U^(-)_c= (3.3.13)

U^(-)_c=

I^, _{б, вкл}?.

9.Определим амплитуду запирающего скачка тока в базе:

I^, _{б, вкл}?;(3.3.14)

Где U⁽⁺⁾_c - напряжение на конденсаторе (резисторе R) установилось в то время, когда триод был отперт

U⁽⁺⁾_c = (3.3.15)

U⁽⁺⁾_c?

I^, _{б, вкл}? =1, 6 Ма

10. По формуле определяем время запаздывания, в течении которого триод выход из насыщения:

t₃ ?2, 3, (3.3.16)

(3.3.17)

Будем считать в=25.

Тогда:

11. По формуле определяем длительность фронта запирания, во время формирования которого триод работает в активном режиме:



(3.3.18)

12. Время подготовки (задержки) t_n отпирания транзистора, обусловлено в основном разрядом емкости С, эмиттерного перехода с напряжением U_зап, которым был заперт транзистор, до напряжения отпирания U_отп=0.

Принимая во внимание, что емкость С во время t_n представляет собой короткозамкнутый участок цепи, имеем:

(3.3.19)

(3.3.20)

13. По формуле определяем длительность фронта отпирания триодов работающего в активном режиме

(3.3.21)

14. Время включения транзистора

(3.3.22)

что меньше заданного.

15. Время выключения транзистора

что меньше заданного, которое задано в дано.



4. Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы бортового компьютера

В автомобиле бортовой компьютер обычно устанавливают на место часов, поэтому для него был использован пластиковый корпус от часов АКЧ-5. Детали компьютера размещены на трех печатных платах, скрепленных между собой и платой индикатора четырьмя винтами МЗ длиной 30 мм и двумя длиной 10 мм в виде этажерки (Рисунок 4.1.1). Две основные платы 1 и 2, на которых распаяно большинство элементов, обращены одна к другой экранирующими сторонами. Плата 3 привинчена к плате индикатора.

Рисунок 4.1.1 - Монтаж плат

Чертеж платы 1 показан на рисунке. 4.3.2, платы 2 - на рисунке 4.3.3, а платы 3, на которой установлены только четыре кнопки и четыре резистора, -- на рис. 3. Форма плат 1 и 2 соответствует конфигурации внутреннего пространства использованного корпуса.