Усилитель мощности и звуковых частот

Назначение и принцип работы усилителя мощности и звуковых частот. Выбор, описание и обоснование метода производства печатной платы. Расчет электромагнитных помех, длины участка при емкостной и взаимоиндуктивной наводках, электромагнитного экрана.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 24.02.2013
Размер файла 1,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство просвещения ПМР

Приднестровский государственный университет

им. Т.Г. Шевченко

Инженерно-технический институт

Технический колледж им. Ю. А. Гагарина

Кафедра АПС

Курсовая работа

по дисциплине:

«Конструирование, производство и эксплуатация средств вычислительной техники»

на тему: «Усилитель мощности и звуковых частот»

Работу выполнил

студент гр. 05В-к А.Н.Деньгин

Работу проверил

старший преподаватель О. И. Вакарь

преподаватель С. В. Конюк

Тирасполь 2008г

Приднестровский Государственный университет им. Т.Г. Шевченко

Кафедра АПС

Задание на курсовой проект

1. Студента: Деньгин А.Н. группы ИТ05вк__________

2. Вариант задания_________________--__________________

3. Тема работы Прибор «Усилитель мощности и звуковых частот»

4. Исходные данные к проекту

a) Место установки изделия____________помещение

b) диапазон рабочих температур________+10 ч + 50°С_____________

c) механические нагрузки_______________нет____________________

d) влажность _______________________80%______________________

Расчетно-пояснительная записка не должна превышать 50 страниц формата А4

5. Перечень графического материала

- схема электрическая принципиальная - формат 11 (А4)

- сборочный чертеж печатной платы - формат 11 (А4)

- деталировка печатной платы - формат 11 (А4)

- спецификация - формат 11 (А4)

- перечень элементов - формат 11 (А4)

Всего 5 листа формата А4

Дата выдачи задания: «__» _____________ 2008_г.

Срок сдачи студентом законченного проекта «23» __декабря__ 2008_г.

Преподаватели:

Ст. преподаватель ________________Вакарь_О.И._________________

Преподаватель ______________Конюк С.В.________________________

Задание принял к исполнению: «_6_» __октября__ 2008_г.

Аннотация

Прибор «Усилитель мощности и звуковых частот»

Курсовая работа по предмету: «Конструирование, производство и эксплуатация средств вычислительной техники».

Руководители курсовой работы:

Ст. преподаватель Вакарь О.И., кафедра ПОВТиАС

Преподаватель Конюк С.В., кафедра АПС

ПГУ им. Т.Г.Шевченко: 2008 - 36с., 3 рис., 3 табл., 5 прил.

Цель работы: закрепление теоретических знаний и освоение практических навыков конструкторской работы.

Выполнены расчеты:

· электромагнитных помех в цепях изделия;

· электромагнитного экрана изделия;

· теплового режима работы аппарата.

Содержание

Введение

1. Назначение и принцип работы устройства

2. Выбор и обоснование метода производства печатной платы

3. Описание метода производства печатной платы изделия

4. Расчет электромагнитных помех

4.1 Расчет емкостной помехи

4.2 Расчет взаимоиндуктивной помехи

4.3 Расчет длины участка при ёмкостной и взаимоиндуктивной наводках

5. Расчет электромагнитного экрана

6. Тепловой расчет

Заключение

Список использованной литературы

Приложения:

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Введение

В данной курсовой работе необходимо спроектировать прибор «Усилитель мощности и звуковых частот» и разработать комплект конструкторской документации на него. Необходимо провести расчет тепловых режимов данной РЭА для обеспечения работы изделия в нормальных условиях, используя только естественную вентиляцию, а также выполнить расчет электромагнитных помех и сделать расчет электромагнитного экрана находящегося вокруг устройства.

Таким образом, нужно доказать правильность выбранной конструкции.

1. Назначение и принцип работы устройства

В данном курсовом проекте объектом конструирования является - Усилитель мощности и звуковых частот. Все усилители мощности звуковой частоты предназначены для решения одной задачи - повысить уровень поступающих на них электрических сигналов до величины, обеспечивающей нормальную работу громкоговорителей.

Принцип действия

Основное усиление по напряжению обеспечивает каскад на быстродействующем ОУ DA1. Предоконечный каскад собран на транзисторах VT1-VT4. Выходной эмиттерный повторитель выполнен на транзисторах VT5, VT6, работающих в режиме В.

При разработке усилителя особое внимание было уделено предоконечному каскаду. С целью снижения нелинейных искажений был выбран режим АВ с относительно большим током покоя (около 20 мА). Температурная стабильность достигнута включением в коллекторные цепи транзисторов VT3, VT4 резисторов сравнительно большого сопротивления R19, R20. Однако из-за отсутствия в предоконечном каскаде 100 %-ной ООС при изменении его температурного режима возможны колебания тока покоя в пределах 15...25 мА, которые вполне допустимы, поскольку не нарушают эксплуатационную надежность усилителя в целом. Для компенсации возможной нестабильности напряжения база - эмиттер транзисторов VT1, VT2 при изменении температуры в их базовые цепи включены диоды VD3-VD5. Каждое плечо предоконечного каскада охвачено цепью местной ООС глубиной не менее 20 дБ. Напряжение ООС снимается с коллекторных нагрузок транзисторов VT3, VT4 и через делители R11 R14 и R12R15 подается в эмиттерные цепи транзисторов VT1, VT2. Частотная коррекция и устойчивость по цепи ООС обеспечиваются конденсаторами С10, С11. Резисторы R13, R16 и R19, R20 ограничивают максимальные токи предоконечного и оконечного каскадов усилителя при коротком замыкании нагрузки. При любых перегрузках максимальный ток транзисторов VT5, VT6 не превышает 3,5…4 А, причем в этом случае они не перегреваются, поскольку успевают сгореть предохранители FU1 и FU2 и отключить питание усилителя.

Диод VD6, включенный между базами транзисторов VT5, VT6, снижает искажения типа "ступенька". Падающее на нем напряжение (около 0,75 В) сужает интервал напряжений на эмиттерных переходах транзисторов, при которых они закрыты. Тем самым обеспечивается их открывание при меньшей амплитуде сигнала и в то же время надежное закрывание в его отсутствие. При малых сигналах в нагрузку течет ток предоконечного каскада, поступающий через резистор R21. К выходу оконечного каскада подключен фильтр нижних частот L1C14R23, уменьшающий амплитуду резких всплесков сигнала (длительностью около 1 мкс) в момент переключения транзисторов выходного каскада и устраняющий колебательные процессы в выходном каскаде. Заметного влияния на скорость нарастания выходного сигнала фильтр не оказывает.

Снижение коэффициента гармоник достигнуто введением глубокой (не менее 70 дБ) общей ООС, напряжение которой снимается с выхода усилителя и через делитель C3-C5R3R4 подается на инвертирующий вход ОУ DA1. Конденсатор С5 корректирует АЧХ усилителя по цепи ООС.

Жесткая стабилизация постоянного выходного напряжения на уровне не более ±20 мВ достигнута применением в усилителе 100 %-ной ООС по постоянному току. Для снижения этого напряжения до ±1 мВ и менее необходимо сбалансировать ОУ DA1. подключив к соответствующему выводу (в зависимости от знака напряжения) резистор R24 или R25 сопротивлением 200... 820 КОм.

Включенная на входе усилителя цепь R1C1 ограничивает его полосу пропускания частотой 160 кГц. Максимально возможная линеаризация АЧХ УМЗЧ в полосе 10...200 Гц достигнута соответствующим выбором емкости конденсаторов С1, С3, С4.

Усилитель может питаться как от стабилизированного, так и от нестабилизированного источника питания, причем работоспособность его сохраняется при снижении питающих напряжений до ±25 В (разумеется, с соответствующим уменьшением выходной мощности). При использовании стабилизированного источника питания следует учитывать возможность появления на выходе стабилизаторов больших (до 10 В) пульсации с частотой усиливаемого УМЗЧ сигнала при мощности, близкой к номинальной.

Усилитель собран на плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм, соединенной с внешними цепями разъемом МРН32-1. Транзисторы VT3, VT4 снабжены теплоотводами, согнутыми из листового алюминиевого сплава толщиной 1 мм, и установлены на плате. Транзисторы оконечного каскада VT5, VT6 закреплены вне платы на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности 400 см 2 каждый. В усилителе использованы резисторы МЛТ, конденсаторы К73-17 (C1), KM (C2, C8-C11), К53-1 (С3, С4, С6, С7), КД (С5), МБМ (С14) и К73-16В (С12, С13). Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 0,8 в три слоя на корпусе резистора R22 (МТ-1) и содержит 40 витков.

Вместо указанных на схеме можно использовать ОУ К574УД1А, К574УД1В и транзисторы тех же типов, но с индексами Г, Д (VT1, VT2) и В (VT3-VT6).

Усилитель, собранный из исправных деталей, почти не требует налаживания. Как указывалось выше, ток покоя транзисторов VT3, VT4 устанавливают при необходимости подбором резистора R6, а минимальное постоянное напряжение на выходе усилителя - резистора R24 или R25.

2. Выбор и обоснование метода производства печатной платы

В соответствии с ГОСТом (ГОСТ 23751-86) конструирование ПП следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления:

a) химического, для односторонних ПП и гибких печатных кабелей;

b) комбинированного позитивного, для двухсторонних ПП и гибких ПП;

c) электрохимического (полуаддитивного) для двухсторонних ПП;

d) металлизация сквозных отверстий для многослойных ПП.

Проанализировав схему электрическую принципиальную, мы можем сделать вывод, что для производства печатной платы данной конструкции, целесообразней всего использовать химический метод. Это объясняется тем, что количество деталей в схеме среднее, печатная плата имеет, не большие размеры, и она будет односторонней. Условия эксплуатации устройства нормальные, т.е. данная РЭА не будет эксплуатироваться в экстремальных условиях под воздействием различных факторов, разрушительно влияющих на ее надежное функционирование. Считается что, применение данной РЭА будет осуществляться при обычных температурных режимах.

Химические методы при относительно простом техническом процессе обеспечивают высокую электропроводность, равномерную толщину проводников и высокую прочность сцепления проводников с основанием (2 МПа). Время химического воздействия на плату в процессе изготовления составляет примерно 25 мин. Основным недостатком химических методов является низкая прочность в местах установки выводов ЭРЭ, так как отверстия не металлизируются. Печатную плату можно изготовить из фольгированного материала СФ-1-35 - стеклотекстолита. Фольгированный гетинакс уступает стеклотекстолиту как по физико-механическим, так и по электрическим свойствам.

3. Описание метода производства печатной платы изделия

Химический метод или метод травления фольгированного диэлектрика.

На медную фольгу, приклеенную к диэлектрику, наносят позитивный рисунок схемы проводников. Последующим травлением удаляется металл с незащищенных участков и на диэлектрике получается требуемая электрическая схема. Наиболее распространенными способами этого метода является сеточно-химический (фотопечать и трафаретная печать) и фотохимический способ.

Основными этапами получения проводников является:

a) подготовка поверхности;

b) нанесение слоя фоторезиста;

c) экспонирование;

d) проявление схемы;

e) травление фольги;

f) удаление фоторезиста;

Схема химического технического процесса представлена на рисунке 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Схема химического технического процесса

Поверхности фольги подготовляется вращающимися капроновыми или латунными щетками. В результате получаем шероховатую поверхность 2,5-1,25 микрона. Также проводят химическую очистку в щелочных растворах с промывкой в дистиллированной воде.

На поверхность фольги осуществляют нанесение слоя фоторезиста и производят его сушку в течение 15-20 мин при t 65С. Следующий этап - экспонирование.

Экспонирование является процесс облучения фоточувствительного материала светом (воздействие дозированного излучения регламентированного спектрального диапазона на светочувствительный слой). Применяется при использовании света от рентгеновского до инфракрасного диапазона. Также экспонирование можно называть засвечиванием или облучением. При экспонировании изменяются химико-физические свойства материала.

С помощью фотошаблона с негативным изображением схемы в вакуумной светокопировальной ванне для засвечивания, осуществляется экспонирование.

Проявление схемы состоит в вымывании растворимых участков фоторезиста, находящихся под темными местами негатива. Для негативных фоторезистов проявителем являются спиртовые смеси. Время проявления 2-3 мин. Полученный защитный слой можно подвергать химическому дублению в растворе ангидрида и тепловому дублению в термостате при t 60С в течение 40-60 мин.

Травление - это процесс удаления слоя металла для получения нужного рисунка схемы. Этот процесс включает в себя предварительную очистку, собственно травление, очистку после травления и удаление фоторезиста.

Механическая обработка платы заключается в фрезеровании или штамповании по контуру и получении отверстий. Для удаления грязи и пыли плату обдувают сжатым воздухом.Основные этапы получения проводников фотохимическим методом представлены на рисунке 2.

Химические методы при относительно простом техническом процессе обеспечивают равномерную толщину проводников, высокую прочность сцепления проводников с основанием (2 мП) и их высокую электропроводность. Время химического воздействия на плату в процессе изготовления составляет примерно 25 мин.

Недостатком химического метода является низкая прочность в местах установки выводов, так как отверстие не металлизируется.

Основные этапы получения проводников фотохимическим методом представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Основные этапы получения проводников фотохимическим методом

Теперь очень коротко расскажем о том, как собирался опытный образец устройства. Для его производства использовалась так называемая «лазерно-утюжная технология», в настоящее время получившая распространение среди радиолюбителей. Раньше платы изготавливались из гетинакса с наклеенным на него слоем медной фольги. Гетинакс представляет собой спрессованную бумагу, пропитанную эпоксидной смолой. Сейчас платы делают из текстолита. Текстолит - это аналог гетинакса, только вместо бумаги использована стеклоткань. В результате плата легче поддается обработке, и стала менее хрупкой.

Далее производится травление платы в растворе хлорного железа. Первый раз раствор готовится следующим образом: всыпается хлорид железа, мелкими порциями, в горячую воду. Для создания раствора, травления в нем платы и ее хранения не подходит металлическая посуда. Рекомендуется использовать либо стеклянную, либо пластмассовую посуду.

Необходимо постоянно помешивать раствор при добавлении порошка хлорного железа. Для первого раза 3-4 столовые ложки хлорного железа на литр воды должно хватить.

Даем раствору отстояться и остыть (на дне посудины осядет ржавчина, которая присутствует в хлорном железе), после чего аккуратно сцеживаем раствор, желательно профильтровать раствор через вату или марлю. Раствор, собственно, для травления готов. После травления раствор можно использовать еще много раз. Главное перед каждым новым травление добавлять хлорид железа, чтобы раствор имел зеленый цвет.

Для изготовления печатной платы ее «разводят» в каком-либо редакторе для печатных плат (например, P-CAD), затем печатают на принтере ее изображение и по размерам вырезают заготовку из фольгированного текстолита. Рисунок будущей печатной платы, накладывается на заготовку и сверху проглаживается горячим утюгом - тонер плавится и прилипает к меди. Потом вместе с распечаткой заготовка вымачивается в воде, мокрая бумага легко отстает от платы, и мы получаем готовый полуфабрикат для травления. Таким способом можно сделать не только однослойную плату, но и двухслойную печатную плату.

После вытравливания незащищенных участков меди, плата вынимается, промывается чистой холодной водой и с её поверхности удаляется тонер. Плата готова. Отверстия, необходимые для распайки радиоэлементов и микросхем сверлятся перед травлением, чтобы избежать “сколов” меди.

Для изготовления переходных отверстий можно использовать проволоку или откусанные ножки от радиоэлементов. Кусок нужной длины вставляется в отверстие и распаивается.

Работая с хлорным железом необходимо помнить, что оно хорошо въедается в руки и плохо смывается мылом. При добавлении хлорида железа в горячую воду возможна бурная реакция с выделением пузырей, брызг и паров, которые крайне не рекомендуется вдыхать.

4. Расчет электромагнитных помех

Для того чтобы определить общую длину участка двух параллельных проводников, при которой еще не возникает емкостная и взаимоиндуктивная наводки, нужно на чертеже деталировки печатной платы выбрать участок длиной 1см и более, на котором находится пара параллельных печатных проводников, имеющие общий участок l, на котором они располагаются параллельно друг другу на расстоянии d .

Ниже приведены характеристики выбранного участка:

l = 0,025 м - общая длина параллельных проводников;

d = 0,02 - расстояние между выбранными проводниками;

a = 3 * 10-5 м - толщина проводников;

b = 1,5 * 10-3 м - ширина проводников;

Проведем расчет емкостной и взаимоиндуктивной помех.

4.1 Расчет емкостной помехи

Чтобы определить какую методику применить для вычисления помехи или их совместного действия нужно определить тип электрического соединения. Все электрические соединения можно условно разделить на электрически длинные и электрически короткие. Электрическую длину линии определяют из соотношения задержки сигнала в линии tл и длительностью фронта импульса ф.

Если tл>0,1ф, то линия считается электрически длинной, если tл<0,1ф, то линия считается электрически короткой.

Время фронта ф =T/4, где период сигнала Т обратен частоте сигнала V, отсюда Т=1/20000=0,00005 с => ф = 0,0000125 с =>0,1ф =0,00000125 c.

Время распространения сигнала по данной линии можно определить по формуле:

; (1)

= 5 10-11 с.

Отсюда видно, что tл < 0,1ф. Следовательно, данный фрагмент проводника печатной платы является электрически короткой линией связи.

Тогда = 0,025 /3*108=8*10-11.

Из соотношения (), можно определить, что фрагмент проводника данной печатной платы является электрически короткой линией связи.

Определим степень влияния паразитной ёмкостной связи. Паразитную емкость между двумя проводниками, расположенных с одной стороны, или с разных сторон печатной платы, можно определить по формуле

, (2)

где - длина общего участка (см);

С0-удельная ёмкость линии, зависящая от ширины проводников и их взаимного расположения, пФ/см;

Е - это диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между проводниками.

Известно, что часть линий электрического поля проходит через воздух, а часть через печатную плату, поэтому в формулу нужно подставлять среднее арифметическое значение диэлектрической проницаемости воздуха и стеклотекстолита.

Рисунок 3 - График зависимости эквивалентной емкости Со от параметров проводников

Найдём d/b:

d/b =0,0025/1,510-3=1,65

Из рисунка 4 видно, что это значение соответствует значению удельной ёмкости С0=0,13 пФ.

(3)

Найдём реактивное сопротивление по формуле:

(4)

Получив значение реактивного сопротивления можно сделать вывод, что паразитная ёмкость не вносит значительных искажений в наш сигнал. Но чтобы окончательно удостовериться в том, что емкостная связь не влияет на работу схемы, воспользуемся формулой для определения предельной длины общего участка короткой линии связи:

, (5)

где Кп - коэффициент помехоустойчивости.

а- толщина дорожки,

d - ширина дорожки,

b - расстояние между ними.

Коэффициент помехоустойчивости определяется по формуле:

, (6)

Кп=0,1

.

Тогда :

.

Очевидно, что при общей длине участка короткой линии связи = 2 cм, емкостные помехи не возникают.

4.2 Расчет взаимоиндуктивной помехи

Рассмотрим индуктивную связь между параллельными дорожками.

Паразитную взаимоиндукцию можно определить по формуле:

, (7)

L1 и L2 - индуктивности рассматриваемых проводников. Индуктивность проводника можно определить по формуле:

, (8)

d = 2,5 - расстояние между осями проводников, мм;

r = 20 10-6 радиус сечения проводников, м;

для меди составляет 1,3

Находим =2,9 мкГн.

L1 = L2 = 2,9 мГн.

Определим величину паразитной взаимоиндукции мкГн.

Для того, чтобы определить степень влияния паразитной взаимоиндукции, необходимо найти .

= + 0,1=1,1. (9)

Для обеспечения устойчивой работы схемы сравнения, необходимо чтобы выполнялось условие

, (10)

,=>==1,1510-3220=1,2 мГн. (11)

Очевидно, что 6,55 мкГн < 1,2 мГн и паразитная взаимоиндукция не влияет на функционирование схемы сравнения и всего устройства в целом.

4.3 Расчет длины участка при емкостной и взаимоиндуктивной наводках

При емкостной и взаимоиндуктивной наводках ёмкостная наводка изменяет потенциал всей линии связи, а индуктивная создаёт разность потенциалов между входом и выходом линии. Прямой способ нахождения суммарной помехи сложен. Достаточно хорошо приближенное решение может быть найдено путём нахождения lc и lm (допустимой длины общего участка связи) для каждой составляющей помехи. Полагая, что амплитуда помехи пропорциональна длине провода, можно определить допустимую длину общего участка двух сигнальных цепей связи по формуле:

, (12)

печатный плата усилитель мощность

где - длина при которой ещё не сказывается взаимоиндуктивная помеха;

- длина при которой ещё не сказывается емкостная помеха.

Найдем общую допустимую длину проводников по (19):

Т.к. 1,5*10-2 < 1,69*10-2 то, на данном участке ПП емкостные и взаимоиндуктивные помехи не оказывают особого влияния на функционирование элементов.

5. Расчет электромагнитного экрана

Электромагнитные экраны предназначаются для локализации в некотором объёме пространства полей, создаваемых излучателями электромагнитной энергии с целью ослабления или исключения воздействия излучателей на чувствительные элементы РЭА и аппаратуры в целом. В зависимости от назначения различают экраны с внутренним возбуждением электромагнитного поля, в которые обычно помещается источник помех, и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещаются чувствительные к этим полям устройства. В первом случае экран предназначен для локализации поля в некотором объёме, во втором - для защиты от воздействия внешнего поля. Для оценки функциональных качеств экрана могут быть использованы различные характеристики. Наиболее обобщенной является эффективность экранирования. Под этим понимают отношение действующих значений напряженности электрического поля Е1 (магнитного поля Н1) в данной точке при отсутствии экрана и напряженности электрического поля Е2 (магнитного поля Н2) в той же точке при наличии экрана

(13)

Здесь эффективность выражается в относительных единицах (разах). На практике её обычно представляют в логарифмических единицах - децибелах (дБ)

. (14)

Кроме этого существует коэффициент экранирования , который изменяется от 1 до 0, показывая максимальный эффект экранирования.

При необходимости оценить общую эффективность экранирования исходя из допустимой величины ЭДС помехи, наводимой в цепях РЭА, пользуются эквивалентной действующей высотой устройства:

, (15)

где Uн - действующее значение ЭДС помехи, наводимой на элементы, расположенные внутри экрана, В;

Е1 - действующее значение напряженности внешнего поля, В/м.

Учитывая, что ЭДС помехи пропорциональна напряженности поля внутри экрана, находим:

. (16)

Второй характеристикой качества экрана является мера его воздействия на параметры экранируемых элементов, определяемая количественно коэффициентами реакции экрана. Относительные изменения параметров экранируемых элементов можно учесть с помощью коэффициентов:

, (17)

где - значение i-го параметра j-го экранируемого элемента при наличии экрана;

- значение первичного i-го параметра j-го элемента при отсутствии экрана. Каждый из коэффициентов является коэффициентом реакции экрана на i-й параметр j-го элемента.

Поскольку, основной характеристикой экрана является его эффективность, методика инженерного расчета должна исходить из зависимостей этой характеристики от длины волны , модуля волнового сопротивления диэлектрика Z относительно длины волны, материала экрана, от параметров, которые определяют геометрические размеры экрана и качество конструкции. Получить такие зависимости только теоретически очень сложно. Поэтому обычно прибегают к обработке экспериментальных данных и построению на этой основе формул для расчета эффективности экранирования в широком диапазоне частот. Наиболее удобным как для построения самой расчетной формулы, так и для её использования является выражение эффективности экранирования произведением ряда сомножителей, каждый из которых определяет влияние одного из факторов или одной группы близких факторов. В результате получим выражение:

, (18)

где - глубина проникновения, м;

- удельное сопротивление материала экрана, Омм;

- волновое сопротивление электрического (магнитного) поля;

- эквивалентный радиус экрана, м;

a - расстояние между центрами отверстий и щелей в экране, возникших из-за несовершенства его конструкции и технологии изготовления, м;

m - наибольший размер отверстия (щели) в экране, м;

d - толщина материала экрана, м.

Очевидно, что m > 0, a и m - случайные величины. Анализ показал, что среднее значение сомножителя для обычного техпроцесса и высокого качества монтажа близко к 0,024. Поэтому выражение (18) можно представить в виде:

. (19)

Эта формула является наиболее общей и полностью характеризует процесс электромагнитного экранирования реальных экранов.

Основным фактором экранирования в реальных конструкциях РЭА является отражение электромагнитной волны от поверхности экрана из-за различия его поверхностного сопротивления и волнового сопротивления поля, определяемого как

Формула (7) применима для широкого диапазона длин волн, пока . При m множитель резко уменьшается и эффективность экранирования становится незначительной. Этот множитель определяет эффективность экрана, обусловленную его геометричностью.

Для дальнейших расчетов необходимо выбрать тип экрана и материал, из которого в дальнейшем будет изготовлен экран.

Выберем для данного устройства экран, представляющий собой перфорированный пластмассовый корпус из листового винипласта толщиной 2 мм. Экран одновременно является корпусом устройства. В этом случае, имеем расчет для перфорированных материалов, тогда выражение (19) примет вид:

(20)

За толщину экрана принимаем толщину нанесенного слоя экрана, т.е. толщину листового винипласта d = 1 мм.

Зададим геометрические размеры и параметры экрана:

b = 0,05 - длина экрана, м;

l = 0,03 - ширина экрана, м;

h = 0,035 - высота экрана, м;

d = 0,002 - толщина материала экрана, м.

Листовому винипласту присущи следующие параметры:

= 710-4 - глубина проникновения ;

= 2107 - удельное сопротивление материала экрана, Ом*м ;

ZE(H) = 0,028 - волновое сопротивление электро-магнитного поля;

- эквивалентный радиус экрана;

D = 0,035 - размер щели экрана, м.;

a = 0,08 - расстояние между центрами отверстий, м;

= 6106 - длина волны электромагнитного поля, м;

При данных геометрических параметрах экрана найдем эффективности экранирования по формуле (8):

Данная величина показывает, что эффективность экранирования деталей данного устройства от внешней среды не очень большая и, следовательно, внешние помехи, которые могут отрицательно повлиять на функционирование устройства, могут оказывать на него небольшое воздействие. Если РЭА будет эксплуатироваться в непосредственной близости от источника больших помех, то необходимо будет взять другой материал для изготовления корпуса.

Вывод: Согласно выше приведённым расчётам, заключаем, что разработанный мною рисунок печатной платы выполнен в соответствии с требованиями электромагнитной устойчивости.

6. Тепловой расчет

Воздушное охлаждение является одним из основных способов обеспечения теплового режима современной РЭА. Простота конструкции, надежность, удобство в эксплуатации и ремонте - основные преимущества систем воздушного охлаждения. Если РЭА имеет герметичный корпус, то теплоотвод осуществляется либо благодаря только естественной конвекции, либо за счет принудительной вентиляции, создаваемой встроенным внутри корпуса вентилятором. Если корпус РЭА негерметичный, то теплоотвод, кроме естественной конвекции может осуществляться за счет естественной или принудительной вентиляции.

Во всех перечисленных способах охлаждения, определенная часть тепловой энергии рассеивается также и излучением. Спроектирую корпус для данной РЭА с расположенными внутри него деталями на горизонтальном шасси. Размеры печатной платы L1=0,055м; L2=0,03м; 0,02 м от дна корпуса до печатной платы, 0,001 м толщина печатной платы, 0,01 м - высота самой большой детали РЭА и 0,02 м запас до крышки корпуса, размеры корпуса примем:

Для охлаждения данной РЭА выбираю перфорированный корпус с прямоугольными отверстиями в корпусе. Размер отверстий 7х25 мм, число отверстий входных (выходных) 6 штук. Подсчитаю площадь данных отверстий, т.к. отверстия одинаковые, то площадь входных отверстий равна площади выходных отверстий:

.

Представлю корпус и шасси с деталями в виде нагретой зоны и корпуса с отверстиями:

Вычисление искомых tз (температуры нагретой зоны) и tк (температуры корпуса) свожу к вычислению двух выражений:

(21)

где - перегрев нагретой зоны,

- перегрев корпуса РЭА.

Неизвестные Fзс и Fкс находим из следующей системы уравнений:

(22)

Решение системы сводится к вычислению множества неизвестных величин:

Площадь лучеиспускания:

,

где hз - это произвольная высота нагретой зоны, которая определяется как:

,

где h - высота корпуса;

Kзап - коэффициент заполнения объема аппарата, который находится из следующего соотношения:

,

где Vд - это суммарный объем всех деталей на печатной плате;

Vап - объем аппарата, который определяется по приведенной ниже формулы:

.

Определяю объем всех деталей и шасси данной РЭА(объемы приведены в Таблице1 ).

Таблица 1 - «Расчётные объёмы элементов»

Элемент

Параметры

Количество

Резисторы МЛТ-0,25

1,92*10-8

16

Конденсаторы

2,45*10-7

8

Светодиоды

3,4*10-7

3

Катушки

8,44*10-7

1

Микросхема TPS7633DBVR

6,44*10-6

1

Микросхема MQ303A

12.84*10-6

1

Микросхема TPS62050DGSG4

9.55*10-6

1

Микросхема ATMEGA8L-8AU

5.82*10-6

1

Определяю коэффициент заполнения объема аппарата Кзап из соотношения:

.

Найдем приведенную высоту нагретой зоны hз:

.

Вычислю площадь лучеиспускающих поверхностей нагретой зоны Sзл:

.

Определяю суммарную площадь деталей аппарата (расчетные площади деталей на плате РЭА в Таблице2).

Таблица 2 - «Расчётные площади элементов»

Элемент

Параметры

Количество

Резисторы МЛТ-0,25

4*10-5

16

Конденсаторы

3,4*10-4

8

Светодиоды

4,11*10-4

3

Катушки

8,56*10-4

1

Микросхема TPS7633DBVR

5,86*10-3

1

Микросхема MQ303A

6,55*10-3

1

Микросхема TPS62050DGSG4

7,7*10-3

1

Микросхема ATMEGA8L-8AU

3,26*10-3

1

В системе уравнений (21) присутствует величина W - тепловая проводимость между внутренним воздухом в аппарате и наружным воздухом за аппаратом. W определяется выражением:

, (23)

где Ср - удельная теплопроводность воздуха (среды), в диапазоне температуры между -20С до +60С;

Ср - практически не зависит от температуры и равна ;

Gр- массовый расход охлаждающего воздуха через аппарат при сухом воздухе и нормальном давлении, определяется как:

,

где h - среднее расстояние между входными и выходными отверстиями в корпусе;

R - определяется из следующего соотношения:

,

где Sк - площадь поверхности корпуса, равная;

,

- площадь поперечного сечения аппарата без деталей и шасси, т.е. воздуха между деталями и корпусом определяется выражением:

.

Определяю величину R, подставляя найденные величины:

Подставлю в выражение (22) вместо С - 103 и вместо Gp = , и вычисляю полученное выражение:

.

Все неизвестные величины из системы (21) получены. Подставляю их, и получаю:

,

.

Исходя из решения системы, нахожу перегрев нагретой зоны и нагрев корпуса РЭА, положив значение мощности P= 7 Ватт:

,

.

Вычисляю температуру нагретой зоны, и средне поверхностную температуру корпуса

Предельно допустимые температуры элементов, используемых в данной РЭА, приведены в Таблице3.

Таблица 3 - «Предельно допустимые температуры элементов»

Элемент

Температура

Резисторы МЛТ-0,25

50єC

Конденсаторы

48єC

Фотодиоды

53єC

Катушки

36єC

Микросхема TPS7633DBVR

52єC

Микросхема MQ303A

44 єC

Микросхема TPS62050DGSG4

56 єC

Микросхема ATMEGA8L-8AU

62 єC

Вывод: исходя из допустимых температур элементов и температуры нагретой зоны можно сказать, что данная РЭА работает в нормальном тепловом режиме, это достигается за счет естественной вентиляции, которая обеспечивает отвод нагретого воздуха от рабочих элементов РЭА через перфорацию в корпусе.

Заключение

Итогом курсового проектирования является комплект конструкторской документации на прибор

«Усилитель мощности и звуковых частот».

Курсовой проект содержит расчеты:

- Теплового режима работы аппарата, в котором температура корпуса 21,368[град]. Эти параметры соответствуют классу данного устройства и детали, используемые в нем, работают в допустимых температурных режимах.

- Электромагнитных помех в цепях изделия, индуктивная и емкостная составляющая, которых, не вносит значительного влияния в функционирование устройства.

- Электромагнитного экрана изделия. Эффективность экранирования деталей данного устройства от внешней среды достаточно велика и, следовательно, внешние помехи, которые могут отрицательно повлиять на функционирование устройства, не оказывают на него сильного воздействия.

Список использованной литературы

«Общие требования и указания по оформлению текстовых документов курсовых, дипломных работ и проектов». Учебное пособие. В.И. Пульбере, Ф.Ю. Бурменко и др. - Тирасполь *РИО ПГУ* 2002 - 80 с

.О.И. Вакарь, А. Ю. Долгов "Методические указания к курсовому проектированию" (по курсу «Конструкторско-технологические основы проектирования ЭВМ»), Тирасполь *РИО ПГУ* 2001.

И.П. Жеребцов " Основы электроники ". Энергоатомиздат, 1985.

Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги Справочник. Перельман Б.Л.,Шевелев В.И. "НТЦ Микротех", 1998г.,376 с. - ISBN-5-85823-006-7

«Справочник по полупроводниковым приборам» - М. Энергия, 1976 г.

Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 7./А. В. Нефедов. - М.:ИП РадиоСофт, 1999г. - 640с.:ил.

Приложения

Приложение А

Приложение Б

Обозначение

Диаметр отверстия

Диаметр контактной площадки

Количество отверстий

Р

0,9

3,5

150

2,5

-

6

Печатную плату изготовить химическим способом

Плата должна соответствовать ГОСТ 23752-79

Шаг координатной сетки 3 мм

Ширина проводника 2мм. Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой не менее 1 мм

Плату после сборки покрыть эмалью ЭП-572 ТУ 6-10-1539-78

Приложение В

* Размеры для справок

Установку элементов проводить по ОСТ 4.010.030-81

Паять припоем ПОС-61 ГОСТ 21931 -76

Маркировка элементов условная, соответствует ГОСТ 25971 -83

Маркировать эмалью ЭП-572 черной ТУ-610-1539-76; шрифт 2,5-ПР-3 по ГОСТ 26.008-85

Остальные ТТ по ОСТ 4ГО.070.015

6. Покрыть лаком ЭП-730 бесцветный ГОСТ 20874-75

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Изучение предназначения усилителя звуковых частот, усилителя низких частот или усилителя мощности звуковой частоты - прибора для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 6 до 20000 Гц).

    реферат [4,6 M], добавлен 27.10.2010

  • Создание в нагрузке заданной величины мощности при минимальных энергетических потерях и нелинейных искажениях. Расчет режимов и параметров схемы усилителя мощности звуковых частот звуковоспроизводящего тракта. Максимальное значение тока в нагрузке.

    курсовая работа [508,4 K], добавлен 27.02.2012

  • Принципиальная схема бестрансформаторного усилителя мощности звуковых частот - УМЗЧ. Расчеты: выходного каскада УМЗЧ, предоконечного каскада УМЗЧ, каскада предварительного усилителя, цепи отрицательной обратной связи, разделительных конденсаторов.

    курсовая работа [333,7 K], добавлен 11.02.2008

  • Разработка печатной платы коммутатора нагрузки на оптоэлектронном реле. Выбор метода изготовления печатной платы. Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы, температуры в центре нагретой зоны печатной платы и ее расчет на вибропрочность.

    курсовая работа [880,5 K], добавлен 31.05.2023

  • Усилитель звуковых частот. Расчёт оконечного каскада. Выбор транзисторов по допустимой мощности рассеяния на коллекторе и максимальной амплитуде коллекторного тока. Выбор входного транзистора, расчет входных элементов. Расчет мощности элементов схемы.

    курсовая работа [618,3 K], добавлен 12.03.2016

  • Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот.

    контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015

  • Общее представление о транзисторах. Обзор научной технической базы по бестрансформаторному усилителю мощности звуковых частот. Методика расчёта бестрансформаторного усилителя мощности. Особенности электрической принципиальной схемы спроектированного УМЗЧ.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.05.2010

  • Разработка структурной схемы свип-генератора. Схема генератора качающейся частоты. Основные характеристики и параметры усилителей. Нелинейные искажения усилителя. Входное и выходное напряжения. Расчёт коэффициента усиления по мощности усилителя.

    курсовая работа [456,4 K], добавлен 28.12.2014

  • Принцип работы усилителя мощности. Компоновка печатной платы. Расчет точности печатного монтажа и устойчивости конструкции на воздействие ударов. Разработка технологии изготовления усилителя мощности. Анализ технической прогрессивности новой конструкции.

    дипломная работа [987,6 K], добавлен 02.05.2016

  • Моделирование усилителя мощности звуковых частот (УМЗЧ) с целью проверки соответствия его характеристик техническим требованиям, предъявляемым к данному типу устройств. Изучение основных проектных процедур схемотехнического этапа проектирования.

    курсовая работа [254,1 K], добавлен 07.07.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.