Разработка блока управления фотоприёмником для волоконно-оптических систем передачи информации

R_г = R2 || R4 || R1 = 1кОм.

При R_г = 1кОм шумы R_г и тока базы транзистора соизмеримы, если

I_б = 20мкА

При приравнивании

,

получим

, при R_Г = 1кОм,

I_б = 20мкА.

Находим и наносим на схему (рис. 4.2) значение напряжения на всех узлах схемы относительно общего (заземленного) полюса источника питания. При этом следует учесть, что величина нагрузочных резисторов II - го и III - го каскадов (R7 и R15) должны быть не более 75Ом. Иначе ухудшатся частотные свойства усилителя. Исходя из этого, при коллекторных токах 5мА, на этих резисторах будет падение напряжения около 0,5 В.

Коэффициент передачи цепи обратной связи по постоянному току вычисляется по следующей формуле

, где

R_вх(VT4) - входное сопротивление каскада с ОК.

R_вх = h₁₁+R_э(1+h₂₁).

Так как R_вх » R1 и им можно пренебречь, тогда

.

Напряжение на базе VT1

U_б0,1 = U_к2 · В

U_б0,1 = 11,5 · 0,37 = 4,2В, где

U_б0,1 = U_бэ,1 + U_бэ,3 + U_э,3.

При использовании в усилителе кремниевых транзисторов, значение напряжения база - эмиттер можно принять равным (0,6?0,7) В.

Выбираем: U_бэ,1 = 0,6 В, U_бэ1,3 = 0,7 В. Тогда U_э,3 = 4,2-1,3 = 2,9 В.

Напряжение на эмиттере первого транзистора находим следующим образом

U_э,1 = ?_б0,1 - ?_бэ,1,

U_э,1 = 4,2-0,6 = 3,6В.

Для широкополосного усилителя выбираем U_э,2 = 4В

Следовательно

U_э3 = U_к,2 = U_кэ,2 - U_э,3,

U_кэ,3 = 11,5 - 4 - 2,9 = 4,6 В.

Напряжение на базе второго транзистора

U_б0,2 = U_к,3 + U_бэ,2 = (U_э,3 + U_кэ,3) + U_бэ,2,

U_б0,2 = (2,9 + 4,6) + 0,7 = 8,2 В.

Так как каскады II и III однотипны то постоянные напряжения транзисторов T4 и T5 соответствуют постоянным напряжениям транзисторов T2, T3 ИМС.

Зная все напряжения в схеме и токи каскадов сопротивление резисторов схемы

.

По номиналу принимаем R9 = R16 = 510 Ом

.

Для достаточной стабильности режима транзисторов Т2, Т4, Т5 ток, протекающий через делитель напряжения в цепи базы I_д берем равным 1мА.

Сопротивление делителя в цепи базы VT1 должны с одной стороны удовлетворять условию R_г = R2 || R4 || R1 = 1кОм, а с другой стороны, обеспечивать необходимое напряжение смещения (4,2 В).

Величина R2, исходя из смещения на T3 и тока коллектора, VT1 выбрана 1,8 кОм, следовательно

(R1||R4 = x)

x · 1,8 = x + 1,8;

0,8x = 1,8;

x = 2,25.

Решив систему уравнений, найдем необходимые величины резисторов R1 и R4

Выберем: R1 = 3,6 кОм и R4 = 6,2 кОм.

Сопротивления резисторов делителя напряжения в цепи базы Т2, Т6 рассчитываются по следующим формулам

.

Эти резисторы выберем равными 7,5 кОм,

.

Примем номиналы этих резисторов равными 3,9 кОм.

Для расчета базового делителя транзистора Т5 используется аналогичная методика. Ток делителя выберем равным 1 мА, что соответствует номиналам резисторов

Ближайшими к этим будут номиналы: 8,2 кОм и 3,6 кОм, соответствующие резисторам R11 и R12.

Местную ОС в цепи эмиттера Т3 создает цепочка R10; C5, а также R17; C7 в III - ем каскаде ФПУ.

Необходимое значение ОС: F = 1 + S · R_эос.

Коэффициент усиления усилителя без ОС (К) должен быть достаточным для обеспечения заданного значения К, при требуемой величине F

По номиналу R_ЭОС(R10) = 22 Ом, тогда требуется глубина местной обратной связи равной

F = 1 + 0,2 · 2,2 = 5,5.

Цепь Г - образных RC фильтров в цепи питания используется из условия выполнения двух требований:

- минимальные потери напряжения источника питания;

- обеспечение устранения самовозбуждения из-за паразитной обратной связи между каскадами на сопротивлении питающих проводов и внутренним сопротивлением источника питания.

4.3 Расчет частотных характеристик цепи усилителя

Определим граничную частоту усиления ФПУ. Коэффициент усиления К цепи, как функцию передачи информации линейной цепи, представить в операторной форме:

где U_2(p) - напряжение на выходе фотоприемного устройства; U_1(p) - напряжение на нагрузке ФД т.е. на комплексном сопротивлении по переменному току, действующему между базой входного транзистора и общим проводом; К_(р) - общий коэффициент усиления всех каскадов ФПУ, кроме выходного; J_ф - фотопоток сигнала; Z_вх,F - входное сопротивление ФПУ при действии общей ОС, охватывающей первых 2 каскада.

В нашем случае К_(р) = К_1(р) · К_2(р) и К_(р) = К₁ · К₂ = К₂, так как К₁ = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне постоянным.

Тогда при использовании формулы Блеймана, найдем Z_вх,F

,

F_кз = 1, F_xx = 1 + к?_(р), где

В результате получим

.

1+ B₀ · K = F₀ - глубина местной гальванической обратной связи.

В₀ - коэффициент передачи по петле обратной связи.

Частота верхнего среза для входных каскадов ФПУ (первого и второго) при действии ООС равна

Определим напряжение шумов на выходе ФПУ

,

I = I_RГ + I_б + I_д0 = 50мкА + 20мкА + 180мкА = 0,25мА/

Чтобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 кГц составляет 0,5 мкВ, увеличим напряжение шумов на выходе ФПУ в 3 раза

4.4 Оптимизация характеристик цепи ПУ

Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. Однако в некоторых случаях расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрирования.

В программе FASTMEAN используются новые решения матричных рекуррентных уравнений. Этот алгоритм совершенно отличается от обычно используемых в программах. Вместо отдельных точек функции переходного процесса вычисляются коэффициенты разложения в ряд Тейлора в матричной форме. Это позволяет найти значение функции для любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тысячи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. В некоторых случаях, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.

Увеличение числа членов разложения в ряд Тейлора вместо увеличения числа маленьких шагов позволяет существенно уменьшить время расчета и, в то же время, увеличить его точность. Однако, максимальное число членов ряда Тейлора ограничено возможностями современного компьютера и составляет 70-80 членов. Вычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидается, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разрядной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округления.

Математические основы этих решений разработаны проф. Артымом А.Д. и проф. Филиным В.А. (Россия, г. Санкт-Петербург, Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, кафедра Теории Электрических Цепей). Впоследствии, проф. Артым, проф. Филин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее для решения серьезных практических задач. Данная версия FASTMEAN предназначена для привлечения внимания специалистов и научных коллективов ВУЗов, интересующихся проблемами анализа сложных переходных процессов в цепях (также с переключениями), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.

На панели инструментов есть 3 группы элементов: Основные, Источники и Активные. Выберите одну из них, и появится окно с доступными элементами. Выберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. После того, как вы закончили добавлять элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.

Вы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введя необходимые значения в окне диалога. Вы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. Используйте команды Вырезать (Ctrl+X), Копировать (Ctrl+C), Вставить (Ctrl+V) для работы с буфером обмена. Когда Вы выделяете элементы и нажимаете Вырезать или Копировать, программа помещает их в буфер обмена, используя свой формат, и как точечный рисунок, так что Вы можете использовать изображение схемы в других приложениях.

Вы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскивая указатель от одного вывода к другому. Чтобы соединить более двух проводов вместе, используйте Соединитель (группа Основных элементов). Можно подтащить провод от вывода к другому проводу - программа автоматически соединит их, добавив Соединитель.

Чтобы изменить масштаб, используйте команды: Увеличить масштаб (Ctrl++) и Уменьшить масштаб (Ctrl+-).

После того, как Вы создали схему, ее можно сохранить, используя команды меню Файл.

Группы элементов: Основные, Источники и Активные элементы (линейные модели).

Основная группа включает:

- Резистор. Параметры: сопротивление(R) в Омах;

- Индуктивность. Параметры: индуктивность(L) в Гн; начальные условия (НУ) в А;

- Конденсатор. Параметры: емкость(C) в Ф; начальные условия(НУ) в В;

- Унистор. Параметры: крутизна(S) в См;

- Идеальный трансформатор. Параметры: коэффициент трансформации (n);

- Соединитель. Для соединения более двух проводов вместе;

- «Земля». Для обозначения нулевого узла. Вы должны присоединить «Землю» к схеме, чтобы выполнить анализ.

Группа источников включает:

- Источник напряжения. Параметры: Тип источника - постоянный, гармонический или меандр.

В зависимости от типа источника доступны различные параметры:

а) Для постоянного: напряжение(U0) в В;

б) Для гармонического: амплитуда(U0) в В; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).

в) Для меандра: частота (f) в Гц; длительность в%; напряжение (U0) в В; смещение в В.

- Источник тока. Параметры: Тип источника - постоянный или гармонический. В зависимости от типа источника доступны различные параметры. Для постоянного: ток (I0) в А. Для гармонического: амплитуда (I0) в А; частота (f) в Гц; начальная фаза (phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).

- Источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Параметры: проводимость(g) в См;

- Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Параметры: коэффициент управления (k) в В/В;

- Источник тока управляемый током (ИТУТ). Параметры: коэффициент управления(h) в А/А;

- Источник напряжения управляемый током (ИНУТ). Параметры: сопротивление (r) в Омах;

- Гиратор. Параметры: крутизна (Sg) в См.

Группа активных элементов включает:

а) Лампа. Параметры: крутизна (S) в См; внутреннее сопротивление(Ri) в Омах;

б) Биполярный транзистор n-p-n типа. Параметры: коэффициент передачи тока (alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора (Rc); омическое сопротивление базы (Rb);

в) Идеальный операционный усилитель (ОУ). Параметры: коэффициент усиления (k) в В/В.

Для всех элементов, кроме резистора, за положительное направление отсчета тока принимается направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.

Для всех элементов за положительное направление отсчета напряжения принимается направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.

Замечание. Принимается, что нулевой узел имеет наибольший номер.

Программа показывает сообщение об ошибке в следующих случаях:

- «Схема физически некорректна», если Ваша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно);

- «Ошибка: Источник напряжения соединен параллельно с конденсатором»;

- «Ошибка: 2 источника напряжения соединены параллельно»;

- «Ошибка: 2 конденсатора соединены параллельно», если соединить параллельно 2 источника напряжения, 2 конденсатора или конденсатор и источник напряжения;

- "…: элемент закорочен», если элемент закорочен. Так как он не влияет на токи или напряжения в цепи, его следует убрать;

- "…: элемент не соединен», если элемент разомкнут. Вы можете избежать этого сообщения, присоединив выводы элемента к Соединителям, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельзя с индуктивностью);

- «Добавьте землю к Вашей схеме.», если в схеме нет земли. Вы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.

5. Конструктивная разработка фотоприемного устройства

Разработка конструкции ФПУ проводилась с целью получения требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрения техники и экономики.

В результате выбрана следующая конструкция: устройство размещается во фрезерованном латунном корпусе размерами 70?55?30 мм, что обеспечивает прочность конструкции, надежную экранировку от помех и наводок, играет роль теплоотвода.

На современном этапе развития РЭА монтируют на печатных платах, что дает возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки РЭА, повышает ее надежность, облегчает ремонт, обеспечивает повторяемость монтажа от образца к образцу.

Электрическая схема размещается на плате, которая изготавливается из листового электроизоляционного материала с наклеенной с одной стороны медной фольгой.

Процесс выделения токоведущих проводников осуществляется путем травления в специальных растворах. Необходимая топология печатной платы задается рисунком лакового слоя, наносимого на фольгу и предохраняющая отдельные ее участки (будущие токоведущие дорожки) от соприкосновения с реагентом.

Схема выполняется по гибридно-пленочной технологии.

Сопротивления напыляются, а полупроводниковые приборы и емкости выполняются навесными. Для изоляционного основания выберем стеклотекстолит, как достаточно прочный в механическом плане и имеющий низкую проводимость в электрическом плане материал.

Толщина платы 2,5 мм, что достаточно для получения механической жесткости готовой печатной платы и ее размеров. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывода радио детали, что обеспечивает возможность свободной установки радио элементов. Отверстия на плате располагаются таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не менее толщины платы. Иначе эта перемычка не будет иметь достаточной механической прочности. Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы высокочастотных транзисторов, необходимо делать прямоугольными.

Разводка печатных проводников делается таким образом, чтобы они имели минимальную длину. При разработке усилителя, работающего на частотах выше 100 МГц необходимо предусматривать максимальное удаление друг от друга входных и выходных радиоэлементов. Такая технология изготовления позволяет снизить трудоемкость сборки усилителя, повысить срок службы.

Фотодиод и высокочастотные контакты находятся в уплотнительных отверстиях в стенках корпуса.

Готовая печатная плата устанавливается в корпусе, который наглухо закрывается жестяной крышкой. Стык пропаивается, что обеспечивает надежную защиту от наводок и помех. На этом корпусе также установлен проходной конденсатор, обеспечивающий ввод в конструкцию питающего напряжения.

6. Безопасность жизни и деятельности человека

6.1 Анализ условий труда

Лаборатория, используемая для выполнения дипломного проекта, находится на 4 этаже 5 этажного здания и имеет размеры 8?6?4 м. В помещении установлены 5 ПЭВМ и лазерный принтер.

Количество работающих: 3 разработчика и 2 оператора ЭВМ. Используемое электропитание лаборатории: электросеть трехфазная четырехпроводная напряжением 380/220В с глухозаземленной нейтралью, переменного тока частотой 50Гц.

Площадь помещения составляет 48 м², объем - 192 м³. При этом, на каждое рабочее место с ПЭВМ приходится 9.6 м² площади и 38.4 м³ объема, что соответствует нормам ДНАОП 0.00-1.31-99, 6 м² и 20 м³ соответственно.

Помещение, с находящимся в нем оборудованием и персоналом, представляет собой систему «человек - машина - среда» (ЧМС). Элементы системы ЧМС условно разделены на функциональные части, согласно тем действиям либо операциям, которые они выполняют.

Выделим систему «Человек-Машина-Среда» (ЧМС), ограниченную помещением лаборатории, элементами которой являются:

«Человек» - 5 работающих -3 разработчика и 2 оператора ЭВМ;

«Машина» - 5 ПЭВМ, в состав одной из которых входит принтер, находящиеся в лаборатории;

«Среда» - производственная среда в помещении лаборатории.

Каждый элемент «человек», состоящий из 3 разработчиков и 2 операторов ЭВМ делится на три функциональные части:

- Ч1 - рассматривается как человек, управляющий машиной;

- Ч2 - человек, который рассматривается с точки зрения его воздействия на окружающую среду (за счет тепло- и влаговыделения, потребления кислорода и др.);

- Ч3 - человек, который рассматривается с точки зрения его психофизиологического состояния под воздействием факторов, влияющих на него в производственном процессе.

Элемент «машина» делится на три части:

М1 - выполняет основную технологическую функцию (воздействие на предмет труда);

М2 - выполняет функцию аварийной защиты;

М3 - служит источником вредных воздействий на человека и окружающую среду.

Элемент «среда» рассматривается с точки зрения изменений, которые возникают под воздействием внешних факторов (температура, влажность, шум, освещенность, и др.).

Структура системы «Ч-М-С» для рассматриваемого помещения представлена ниже на рис. 6.1. В таблице 6.1 приведены связи в системе «Ч-М-С».

Согласно ГОСТ 12.0.003-74 в данной системе «ЧМС» имеют место физические и психофизиологические опасные и вредные производственные факторы, биологические и химические факторы отсутствуют.

Физические ОВПФ:

- повышенная или пониженная влажность воздуха, обусловленная источниками избыточного тепла в помещении (оборудование, люди, осветительные приборы), приводит к ощущению дискомфорта, ухудшению самочувствия оператора.

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны является причиной дискомфорта, снижается производительность труда;

- повышенный уровень шума на рабочем месте, приводит к головной боли, ослаблению внимания, ощущению дискомфорта, а значит снижению производительности труда;

- недостаток естественного света, обусловленный недостаточной площадью световых проемов, приводит к ухудшению зрения, уменьшению работоспособности человека;

- недостаточная освещённость рабочей зоны, зависящая от системы освещения, вызывает быстрое утомление и снижает работоспособность человека;

- повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека, может привести к поражению человека электрическим током;

- повышенный уровень ионизирующих излучений (рентгеновское излучение) в рабочей зоне, вызываемый работой ЭЛТ ПЭВМ, являются причиной возникновения головных болей, заболеваний периферийной кровеносной системы.

Психофизиологические ОВПФ:

- эмоциональные перегрузки, определяемые дефицитом времени и информации с повышенной ответственностью, приводят к быстрой утомляемости;

- монотонность труда, определяемая повторяющимися операциями на клавиатуре, уменьшает производительность труда и приводит к утомлению;

- перенапряжение зрительных анализаторов приводит к ухудшению зрения, вызывает быстрое утомление и снижает работоспособность человека;

- статические перегрузки, обусловленные длительным пребыванием в одной позе, приводят к снижению работоспособности, утомлению, эмоциональным перегрузкам.

Таблица 6.1 - Направление и содержание связей в системе Ч-М-С

№	Направление связей	Содержание связей
1	Ч2-С	Влияние человека как биологического объекта на среду Происходит обмен веществ (кислород - углекислый газ, выделение тепла).
2	С-Ч1	Влияние среды на качество работы оператора, разработчика
3	С-Ч3	Влияние среды на психофизиологическое состояние организма человека. На физиологическое состояние человека влияют микроклимат, освещение (естественное, искусственное) и т.д.
4	М1-Ч1 М2-Ч1	Информация о состоянии машины, об объекте труда, которые обрабатываются человеком
5	Ч1-М1 Ч1-М2	Влияние человека на управление техникой и ее настройкой
6	ПТ-М1	Информация о состоянии предмета труда, которое получает машина
7	М1-ПТ	Влияние машины на предмет труда (разрабатываемую методику)
8	М3-С	Влияние машины на среду (повышенный шум, повышенная температура)
9	Ч3-Ч1	Влияние состояния организма человека на качество его работы
10	Ч3-Ч2	Влияние психофизиологического состояния на интенсивность обмена веществ между организмом и средой
11	М2-М1	Аварийные управляющие воздействия
12	М1-М2	Информация необходимая для создания аварийных управляющих влияний
13	Ч3-Ч3	Воздействие разработчиков, операторов друг на друга в процессе трудовой деятельности

В табл. 6.2 помещены результаты оценки факторов производственной среды трудового процесса в лаборатории.

Таблица 6.2 - Оценка факторов производственной среды и трудового процесса в научно-исследовательской лаборатории.

Факторы производственной среды и трудового процесса	Значение фактора (ПДК, ПДУ)	3 класс - опасные и вредные условия труда	Продолжительность действия фактора за смену, %
	Норма	Факт	1с	22 с	3с
1. Шум, дБ	50	50	-	-	-	87
2. Неионизирующие излучения: а) электрическая составляющая в диапазоне 5 Гц-2 кГц, В/м в диапазоне 2-400 кГц, В/м б) магнитная составляющая в диапазоне 5 Гц-2 кГц, нТл в диапазоне 2-400 кГц, нТл	25	19	-	-	-	87
	2,5	2,1	-	-	-	87
	250	80	-	-	-	87
	25	10	-	-	-	87
3. Электростатич. потенциал, В	500	90	-	-	-	87
4. Рентгеновское излучение, мкР/ч	100	24	-	-	-	87
5. Микроклимат: температура воздуха (летом), 0С - скорость движения воздуха, м/с - относительная влажность, %	23-25	30	-	=+	-	100
	0,1	0,1	-	-	-	100
	40-60	48	-	-	-	100
6. Освещение: естественное, КЕО, % искусственное, лк	2	4,2	-	-	-	80
	300	358	-	-	-	40
7. Тяжесть труда: мелкие стереотипные движения кистей и пальцев рук, тыс. за смену	40000	25000	-	-	-	70
8. Напряженность труда а) внимание, продолжительность сосредоточения, в% от смены б) напряженность зрительных анализаторов, категория работ в) эмоциональное и интеллекту- альное напряжение	75	70	-	-	-	70
	Средней точности	Высоко-точная	++			87
	Работа по индивидуальному графику	Работа по индивид. графику	-	-	-	87
9. Сменность	Односмен-ная работа	Односменная	-	-	-	-

При оценке определен класс и степень вредности рабочего места - третий класс вторая степень вредности, так как температура воздуха в помещении существенно превышает норму.

Исходя из оценки, выберем доминирующим вредным производственным фактором повышенную температуру воздуха рабочей зоны, и для этого фактора разработаем необходимые организационные и технические мероприятия, целью которых является обеспечение требуемого значения температуры воздуха в лаборатории.

6.2 Техника безопасности

По степени опасности поражения электрическим током, согласно ПУЭ-85 помещение лаборатории относится к классу помещений без повышенной опасности, поскольку нет признаков, свойственных помещениям с повышенной опасностью и особо опасных.

Согласно требованиям ПУЭ, ГОСТ 12.1.030-81 для обеспечения безопасности в трехфазной четырехпроводной сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью выполнено зануление, суть которого заключается в преднамеренном электрическом соединении с нулевым проводом сети корпусов всех ПЭВМ и электрооборудования, поскольку они могут оказаться под напряжением при случайном замыкании фазы на корпус. При занулении, замыкание на корпус ПЭВМ превращается в однофазное короткое замыкание и поврежденный участок сети автоматически отключается. Для автоматического отключения поврежденного участка применен автоматический выключатель. Время отключения не более 0,2 с.

Линия электросети для питания ПЭВМ и измерительных приборов и устройств выполнена как отдельная трехпроводная сеть, путем прокладки фазного, нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. Площадь сечения нулевого рабочего и нулевого защитного проводников не меньше площади сечения фазного проводника.

Для уменьшения напряжения, приложенного к телу человека при случайном замыкании на корпус электрооборудования, выполнено повторное заземление нулевого провода. Сопротивление повторного заземления не должно превышать 30 Ом.

Необходимо не реже 1 раза в год проводить контроль изоляции на участках нуль-фаза, фаза-фаза и фазанулевой защитный проводник. Сопротивление изоляции должно быть не менее 500 кОм. Измерения активного сопротивления изоляции проводят при отключенном электропитании с помощью мегаомметра.

Согласно требованиям ДНАОП 0.00-4.12-99 необходимо проводить вводный, первичный на рабочем месте, повторный инструктажи, а при необходимости также внеплановый:

- вводный инструктаж необходимо проводить при поступлении на работу независимо от стажа работы и квалификации поступающего, инструктаж организует и проводит служба охраны труда предприятия, в ходе инструктажа следует ознакомить инструктируемого с основными вопросами охраны труда на предприятии, режимом работы;

- первичный инструктаж на рабочем месте организует и проводит руководитель структурного подразделения предприятия; в ходе инструктажа следует ознакомить инструктируемого с ОВПФ, которые могут возникать на рабочем месте и способам защиты от них;

- аналогично с первичным инструктажем с периодичностью в 6 месяцев проводить повторные инструктажи;

- внеплановый инструктаж проводить при изменении условий труда, введения в эксплуатацию новой техники.

Содержание инструктажей должно соответствовать требованиям
ДНАОП 0.00-4.12-99. Факты инструктажей фиксировать в соответствующих журналах инструктажей с подписями инструктируемого и инструктирующего.

6.3 Производственная санитария и гигиена труда

Работа в лаборатории выполняется сидя и не требует систематического физического напряжения. Согласно ДСН 3.3.6.042-99 работа разработчиков относится к категории легких физических работ - Iа, энергозатраты организма человека составляют 90-120 ккал/ч и для данной категории установлены оптимальные и допустимые нормы микроклимата, приведенные в таблице 4.3.

Таблица 6.3 - Оптимальные и допустимые нормы микроклимата

Период Года	Температура воздуха, град. С	Относительная влажность воздуха, %	Скорость движения воздуха, м/с
Оптимальные нормы параметров микроклимата
Холодный	22-24	40-60	не более 0.1
Теплый	23-25	40-60	не более 0.1
Допустимые нормы параметров микроклимата
Холодный	21-25	40-60	не более 0,1
Теплый	22-28	40-60	0,1-0,2

Для обеспечения установленных норм микроклимата в помещении лаборатории применяется в холодный период года отопление, а в теплый период года следует применять кондиционирование воздуха.

Фактическое значение температуры в помещении летом превышает нормированное значение на 5 градусов. Для нормализации температуры необходимо выполнить расчет кондиционирования воздуха и установить систему кондиционирования. Кондиционирование подразумевает предварительную подготовку воздуха - его охлаждение.

Источниками избыточного тепла в помещении являются люди, электрооборудование, источники искусственного света, солнечная радиация. Определим эти слагаемые.

Количество тепла , излучаемое оборудованием, равно

(ккал/ч), (6.1)

где - суммарная мощность установленного оборудования, согласно паспортным данным (2,5кВт);

- коэффициент использования мощностей (0,8);

- коэффициент одновременной работы оборудования (1).

Тепло , излучаемое людьми, равно

(ккал/ч), (6.2)

где - количество работающих в помещении, =5;

- количество тепла, выделяемое человеком (для категории а-120 ккал/ч).

Тепло , излучаемое источниками искусственного света, определяется

(ккал/ч), (6.3)

где - коэффициент, учитывающий тепловыделение при освещении (для люминесцентных ламп 0,05 ккал/м² лк);

- минимальная нормированная освещенность рабочей поверхности (для разряда зрительной работы =300 лк);

- площадь помещения (48 м²).

Тепло , выделяемое за счет солнечной радиации, равно:

(ккал/ч), (6.4)

где - удельное количество тепла, поступающего через единицу площади окна (86 ккал/ч при ориентировке окон на север);

- поправочный коэффициент, зависящий от вида остекленения (1,15 - для окон с двойными переплетами);

- площадь окон (10 м²).

Количество тепла, передаваемое в помещении через стены, примем равным нулю (кирпичные стены).

Общее количество теплоты вычисляем как сумму результатов, полученных в (6.1) - (6.4)

 (ккал/ч). (6.5)

Требуемый воздухообмен будет равен

(м³/ч), (6.6)

где - удельная теплоемкость воздуха (0,24 ккал/кг·град);

- плотность воздуха (1,29 кг/м³);

- температура удаляемого воздуха (25 ⁰С);

- температура приточного (с кондиционера) воздуха (19 ⁰С).

Требуемая производительность по холоду с учетом наружной температуры 37 ⁰С будет равна

(ккал/ч).(6.7)

С учетом полученных результатов выбираем мульти-сплит-систему LG LM-3063H3L с тремя внутренними блоками (производительность вентиляторов - 1410 м³/ч, производительность на охлаждение - 8,2 КВт, которая может обеспечить для теплого времени года требуемые воздухообмен и охлаждение наружного воздуха для поддержания оптимальных параметров микроклимата.

Зрительная работа проектировщика-пользователя ПЭВМ является работой высокой точности, поскольку наименьший размер объекта различения 0,3-0,5 мм и разряд зрительной работы - III.

Согласно требованиям СНиП II-4-79 величина коэффициента естественной освещенности (КЕО) должна быть равна 2%. Естественный свет проникает в помещение лаборатории через боковые окна, сориентированные на северо-восток, что соответствует требованиям. Искусственное освещение выполнено в виде прерывистых линий светильников, расположенных параллельно линии зрения операторов. Освещенность при работе с экраном в сочетании с работой над документами должна быть не менее 300 лк. Вышеназванные нормы КЕО и освещенности выполняются.

Эквивалентный уровень шума на рабочем месте в соответствии с ДСН 3.3.6.037-99 не превышает 50 дбА.

Каждое рабочее место в лаборатории соответствует требованиям ГОСТ 12.2.032-78 и ДНАОП 0.00-1.31-99. Рабочие места расположены относительно световых проемов так, чтобы естественный свет падал с левой стороны. Размещение рабочих мест в лаборатории показано на рисунке 6.2

Организация каждого рабочего места обеспечивает соответствие всех элементов рабочего места и их расположения эргономическим требованиям ДНАОП 0.00-1.31-99. Высота рабочей поверхности стола для ПЭВМ равна 800 мм, ширина стола 1200 мм, глубина стола - 800 мм. Сидение подъемно-поворотное, регулируется по высоте, углу наклона, высоте подлокотников. Правильный выбор параметров стола и сидения, позволяет снизить статические перегрузки мышц.

Для уменьшения перегрузки зрительных анализаторов экран видеотерминала расположен на оптимальном расстоянии от глаз пользователя ПЭВМ: при размере экрана по диагонали 19» - 900 мм.

Для разработчиков-проектировщиков, использующих в работе ПЭВМ устанавливается 8-ми часовой рабочий день с перерывами на 20 минут после двух часов с момента начала работы и через 1,5 и 2,5 часа по 20 минут соответственно после обеденного перерыва. Во время перерыва необходимо покинуть рабочее место, глаза не должны видеть монитор, слуховые анализаторы не должны воспринимать шумовое влияние. Для снятия утомления во время рабочего процесса следует выполнять физические упражнения и упражнения для глаз.

6.4 Пожарная профилактика

В помещении лаборатории имеются твердые сгораемые материалы, поэтому производство по пожаровзрывоопасности в соответствии со
СНиП 2.09.05-85 [4] относится к категории В.

В соответствии со СНиП 2.01.02-85 [11] помещение лаборатории относится ко II степени огнестойкости, выполнено преимущественно из кирпича, которые относятся к негорючим материалам. По взрывоопасной и пожарной безопасности рассматриваемое помещение в соответствии с ПУЭ-85 относится к классу П-IIа.

Соответственно ГОСТ 12.1.004-91 [12] пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и противопожарной защиты. Система предотвращения пожара представляет собой комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на исключение условий возникновения пожара, и включает следующие мероприятия:

– предотвращение образования пожароопасной среды;

– предотвращение образования в пожароопасной среде источников возгорания.

Согласно ГОСТ 12.4.009-83 [13] проектом предполагается установить дымовые пожарные оповестители (например, полупроводниковый ДИП-1) по установленным нормам размещения дымовых пожарных оповестителей при установке на высоте до 3,5 м дымовые оповестители устанавливаются из расчета - 2 на 20 м², максимальное расстояние оповестителя до стены - 4,5 м. Таким образом, в помещении лаборатории достаточно 6 оповестителей. Противопожарная защита достигается применением первичных средств пожаротушения. Для ликвидации пожара на начальной стадии предусмотрены ручные углекислотные огнетушители типа ОУ-2 (используются для тушения электрооборудования, которое находится под напряжением) - 5 шт. (из расчета два огнетушитель на 20 м², но не меньше двух в помещении с ПЭВМ) и ящик с песком емкостью 0,15 м³. При возникновении пожара рабочий персонал эвакуируется через рабочий выход.

7. Технико-экономическое обоснование

7.1 Характеристика научно-технической продукции как товара

Происходящий в последние десятилетия бурный рост числа традиционных радиосредств и возникновение новых систем связи различного назначения (ВОСП, сотовых, транкинговых, пейджинговых и т.д.), привели к резкому усложнению электромагнитной обстановки, особенно в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Это, в свою очередь, делает еще более сложным решение задачи электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств (РЭС) из-за острого недостатка свободных частотных диапазонов и необходимости их совместного использования. Вопросами радиочастотного мониторинга за специальными и общими пользователями занимается «Укрчастотнадзор». В данной НИР проводится анализ существующих методов оценки ЭМС между различными радиослужбами и разработка упрощённого метода оценки ЭМС. Осуществляется разработка программы реализующей этот метод, которая в дальнейшем может использоваться в службах радиочастотного мониторинга.

В данной работе исследуются электромагнитные взаимодействия в многочисленной (десятки тысяч) группировке разнотипных РЭС, работающих в одном регионе. Различного вида непреднамеренные помехи, порождающие проблему электромагнитной совместимости между РЭС различного назначения.

7.2 Этапы выполнения НИР, их продолжительность

В табл. 7.1 приведен типовой перечень этапов и работ, расчёт трудоёмкости и общей заработной платы.

Таблица 7.1 - Типовой перечень этапов исследовательских работ и примерное их соотношение

Наименование этапов и содержание работ	Исполнитель	Продолжительность работы / день	Трудоемкость, чел./дней	Средняя заработная плата, грн.	Сумма зарплаты, грн.
Подготовительный этап Разработка и утверждение технического задания:	ответственный исполнитель	2	2	18,18	36,36
- составление календарного графика работ;	ответственный исполнитель	1	1	18,18	18,18
- подбор и изучение литературы по теме;	инженер	10	10	13,64	136,4
- знакомство со смежными и близкими по теме работами в различных учреждениях;	инженер	3	3	13,64	40,92
- составление обзора по изучаемым материалам;	инженер	2	2	13,64	27,28
- подготовка материалов справочных данных для разработки.	инженер	2	2	13,64	27,28
Всего: 20%		20	20		286,42
Основной этап Разработка теоретической части темы:
- обзор существующих методов и алгоритмов;	инженер	5	5	13,64	68,2
- анализ существующих методов и алгоритмов и выбор из них составляющих удовлетворяющих поставленной задаче;	инженер	10	10	13,64	136,4
- разработка алгоритма программы;	программист	21	21	27,27	575,67
Написание программы реализующей метод оценки ЭМС;	программист	20	20	27,27	545,4
- отладка программы;	программист	3	3	27,27	81,81
- прочие (непредусмотренные) работы.	инженер	1	1	13,64	13,64
3. Экспериментальные работы и испытания.	инженер	7	7	13,64	95,48
4. Внесение корректировок в разработки и исследования.	ответственный исполнитель	4	4	18,18	72,72
5. Выводы и предложения по теме.	ответственный исполнитель	1	1	18,18	18,18
Всего: 50%		72	72		1604,5
Заключительный этап	ответственный исполнитель
Состав отчета.	инженер	5	5	13,64	68,2
2. Анализ результатов проведения НИР.	ответственный	2	2	18,18	36,36
3. Подбор необходимой технической документации (программы, акты испытаний и т.д.)	исполнитель	2	2	13,64	27,28
4. Защита отчета на техническом совете.	инженер	1	1	18,18	18,18
Всего: 30%		10	10		150,2
Всего: 100%		102	102		2040,93

Среднедневная зарплата рассчитывается по формуле

, (7.1)

где МДО - месячный должностной оклад сотрудника;

22 - среднее количество рабочих дней в месяце.

МДО ответственного исполнителя равен 400 грн, МДО инженера - 300 грн, МДО программиста - 600 грн. Рассчитаем среднедневную зарплату для вышеперечисленных категорий сотрудников по формуле 7.1.

;

;

.

7.3 Расчет сметной стоимости научно-технической продукции

Расчет сметной стоимости научно-технической продукции «разработка метода оценки ЭМС в группировках РЭС» представлен в таблице 7.2.

Срок выполнения работы: начало 01.02.2009 г. окончание: 31.03.2009 г.

Расчет цены на НИР сделан согласно с «Типовым положением с планированием, отчетом и калькуляцией себестоимость», утвержденный Постановлением КМ Украины от 20.07.96 №830.

Выходными данными для определения цены на проведение работы есть затраты по следующим статьям калькуляции:

- затраты на оплату труда рассчитанные, исходя из необходимого для выполнения работ состава и количества работников, а также их среднемесячной заработной платы, или должностных окладов, определенных согласно с действующим законодательством;

- отчисления на социальное страхование определенные в размере 37,5% от затрат на оплату труда, в том числе:

32% - отчисления на обязательное государственное пенсионное страхование согласно с Законом Украины от 26.06.97 №400/97-ВР;

2,1% - отчисления на обязательное социальное страхование согласно с Законом Украины от 26.06.97 №402/ 97-ВР;

2,9% - отчисления на социальное страхование на случай безработицы согласно Закону Украины от 26.06.97 №402/97-ВР;

0,2% - отчисления на социальное страхование на случай временной утраты трудоспособности.

Таблица 7.2. - Смета затрат на разработку НИР

статья затрат	Обозначение	Расчетная формула	На весь период, грн.
1. Затраты на оплату труда	ЗП		2040,93
2. Отчисления на социальное страхование 37,0%, в т. ч. отчисления на обязательное страхование 2,9%, отчисления на социальное страхование на случай безработицы 2,1%, отчисления на социальное страхование на случай утраты трудоспособности 0,2%.	Отч	ЗП0,37 ЗП0,029 ЗП0,021	755,14 59,18 42,86
3. Малоценные быстроизнашивающиеся материалы	МБМ		100
4. Затраты на техническое оформление			110
5. Общехозяйственные расходы	Ро.хоз.	nkh	480
6. Коммунальный налог	Нком	1,7k	20,4
7. Всего затрат	Зобщ		3506,47
8. Прибыль	П	Зобщ.0,1	350,647
9. НДС	НДС	(Зобщ+П)0,2	771,423
10. Стоимость научно - технической продукции	Стоим	Зобщ+П+НДС	4628,54

В данной таблице: n = 40 грн.; k = 3 чел.; h = 4 мес.;

- затраты на малоценные быстроизнашивающиеся материалы определенные их потребностью для выполнения работ и ценами, действующими на момент составления калькуляции;

- затраты на техническое оформление отчета;

- общехозяйственные расходы определяются по фактическим затратам по следующим статьям затрат: водоснабжение, отопление, освещение, канализация (40 грн./чел. в месяц);

- коммунальный налог, определенный в размере 10% необлагаемого налогом минимума доходов граждан согласно с Декретом КМ Украины «Про местные налоги и сборы» от 25.05.93 №56-93;

- общие затраты приравниваются сумме по статьям 1 - 6;

- прибыль составляет 10-90% от затрат на разработку НИР (от статьи 7);

- налог на добавленную стоимость (НДС) предусмотрен в размере 20% от договорной цены (себестоимость + прибыль) согласно с Законом Украины «Про налог на добавленную стоимость» от 03.04.97 №168/97-ВР;

- себестоимость работ по договору (контракту) приравнивается сумме затрат по статьям 7-9.

Цена на научно - техническую продукцию по договору (контракту) №1 от 31.03.2009 г. с учетом прибыли и НДС приравнивается 4628,54 тыс. грн.

7.4 Технико-экономическая и научная оценка выполненной НИР

Дадим оценку научному, техническому и экономическому уровню НИР бальным методом оценки. Критерии и их оценки даны в табл. 5.3.

Так как для проведения НИР необходимо 102 дня, технические показатели результатов разработки на уровне лучших мировых образцов, возможности получения авторских свидетельств есть, то сумма индексов по всем факторам, согласно с таблицей 5.3, является положительной. Согласно с таблицей 5.4 разработка является весьма перспективной.

Таблица 7.3 - Критерии оценки НИР бальным методом

Критерии оценки	Шкала критериев	Индекс оценки
Время, необходимое для проведения НИР (начиная с исследования и кончая и кончая изготовлением опытного образца)	2 года и менее 3 года 4 года 5 - 6 лет 7 лет и более	* +2 +1 0 -1 -2
Технические показатели результатов разработки	1. Выше уровня лучших мировых образцов 2. На уровне лучших мировых образцов Ниже уровня лучших мировых образцов	+2 * 0 -2
Возможности получения авторских свидетельств на изобретение	1. Уверенность в получении авторских свидетельств 2. Частичные возможности 3. Возможности нет	* +2 0 -1

Таблица 7.4 - Оценка целесообразности проведения работ

Сумма индексов	Оценка темы
* Положительная (+) Удовлетворительная (0) Отрицательная (-)	* Разработка весьма перспективная Разработка перспективная Разработка неперспективная

Оценка научного, технического и экономического уровня НИР рассчитывается по формуле

, (7.2)

где J - важность работы для народного хозяйства, J = 2 - 5;

n - показатель исполнения результатов НИР; n=0-3

Т_СП - техническая сложность выполнения работы, Т_сп = 1 - 3;

R_Р - результативность работы; Rp=1-4

C_НИР - стоимость работы тыс. грн.;

t_НИР - время, необходимое для поведения НИР, дни.

Важность данной работы для народного хозяйства оцениваем в j=5. Так как результаты работы используются на производстве, то показатель n=3. Техническая сложность выполнения работы оценивается в Тсп=3. Так как поставленная задача была решена полностью, то Rp=4. Стоимость работы - 4,628 тыс. грн. Время, необходимое для проведения НИР, составляет 102 дня. Произведем оценку научного, технического и экономического уровня НИР по формуле

.

Так как показатель уровня НИР И_НИР1, то данная научная работа исследовательская работа является эффективной, имеющей высокий научный, технический и экономический уровень.

Выводы

Основными элементами при построении волоконно-оптической линии связи являются: усилитель - модулятор, лазерный или светодиодный излучатель, волоконно-оптический кабель, фотоприемное устройство. ВОСПИ, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, т.е. должны удовлетворять заданному динамическому и частотному диапазонам.

Для удовлетворения этих требований всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнения каждым элементом ВОСПИ: лазерным излучателем, УМ, ВОК, ФПУ.

В данном дипломном проекте разработано фотоприемное устройство, обеспечивающие необходимые требования: динамический диапазон ? 60 дБ, малые собственные шумы.

Технико-экономический расчет показал, что разработанное фотоприемное устройство целесообразно для внедрения в эксплуатацию.