Устройство автоматического контроля и индикации источника напряжения питания постоянного тока

= (R₇+R₈) = 0,26·10^-3·11·10³ = 2,86В, U₁= -                                               т.е. сигнал «Е₁ НЕ В НОРМЕ».

1.7.2.7 При отклонении Е₂ на -30% имеем

= = = 0,14мА

= 0,14·10^-3·9·10³ = 1,26В, U₂= -

= 0,14·10^-3·11·10³ = 1,54В, U₁= +                                                                    т.е. сигнал «Е₂ НЕ В НОРМЕ».

1.7.3 Расчет компараторов D₅, D₆

1.7.3.1 Исходные данные. Напряжение питания D₅, D₆ ±6В; E₃= -15В – контролируемый источник постоянного тока, U_оп=-2В, R₄=64кОм, R₉=2кОм, R₁₀=9кОм, ОУ типа 140УД6А. Схема компараторов D₅, D₆ показана на рисунке 3.

1.7.3.2 Ток делителя

I_д2 = = = = -0,2мА.

1.7.3.3 Нижний пороговый уровень компараторов D₃, D₄

U_пн = I_д2·R₁₀ = -0,2·10^-3·9·10³ = -1,8В

1.7.3.4 Верхний пороговый уровень компараторов D₃, D₄

U_пв = I_д2 (R₁₀ + R₉) = -0,2 · 10^-3 · 11 · 10³ = -2,2В

1.7.3.5 Так как U_пн = < = U_оп, то U₂= -и

U_пв = > = U_оп, то U₁= -

 

 

Рисунок 3. Схема компараторов D₅, D₆.

т.е. при этих условиях вырабатывается сигнал «Е₃ В НОРМЕ».

1.7.3.6 Если Е₃ отключен, то

U₁= +, U₂= -, т.е. сигнал «Е₃ НЕ В НОРМЕ».

1.7.3.7 При отклонении Е₃ на более +30% имеем

= = = -0,26мА

= ·R₁₀ = -0,26·10^-3·9·10³ = -2,34В, U₂= +

= (R₁₀+R₉) = -0,26·10^-3·11·10³ = -2,86В, U₁= -                                           т.е. сигнал «Е₃ НЕ В НОРМЕ».

1.7.3.8 При отклонении Е₂ на -30% имеем

= = = = -0,14мА

= ·R₁₀ = -0,14·10^-3·9·10³ = -1,26В, U₂= -

= (R₁₀+R₉) = -0,14·10^-3·11·10³ = -1,54В, U₁= +                                                            т.е. сигнал «Е₃ НЕ В НОРМЕ».

1.7.4 Расчет источника опорного напряжения

Схема источника опорного напряжения (ИОН) показана на рисунке 4.

1.7.4.1 Исходные данные. Стабилитрон 2С133А с напряжением стабилизации при токе стабилизации I_ст=10мА, U_ст=2,97-3,63В, температурный коэффициент напряжения стабилизации ΔU_ст/Δt=-0,11%/⁰С, ОУ типа 140УД6А.

Рисунок 4. Схема  ИОН.

1.7.4.2 Вычисляем суммарное сопротивление делителя при I_д=10мА

R₁₁ + R₁₂ = = = 330Ом.

1.7.4.3 Задаваясь значением U_оп = 2В, вычисляем значение R₁₂

R₁₂ = = = 200Ом,

тогда

R₁₁ = 330 – 200 = 130ОМ.

1.7.4.4 Вычисляем R₁, полагая U_п = 6В

R₁ = = = = 135Ом.

Берем по ГОСТ R₁ = 150Ом.

1.7.4.5 Максимальное изменение температуры (из ТЗ)

ΔT = t₂ – t₁ = 45 – 15 = 30⁰C.

1.7.4.6 Изменение напряжения стабилизации от температуры

ΔU_ст = · ΔT · = = 0,1В

с учетом делителя R₁₁,R₁₂

ΔU_ст = 0,06В и по отношению к U_оп = 2В имеем погрешность 3%.

1.7.5 Расчет логической части устройства

1.7.5.1 При U_п = ±6В компараторов выходное напряжение ОУ типа 140УД6А не превышает = ±5В. Так как ≤ 0,5В, ≥ 2,4В, но не должен быть больше 5В, то между выходами компараторов D₁…D₆ и выходами инверторов D_8.1…D_8.6 включены диоды VD₂…VD₇. Значение резисторов R₁₆…R₂₁ выбираются из условия

= = = 2,15мА< = 5мА,

где U_д = 0,7 – падение напряжения на открытом диоде.

1.7.5.2 Логическое сложение сигналов с выхода компараторов D₁…D₆ можно выполнить с помощью микросхем , например 1533ЛЕ1 D_9.1…D_9.3. Состояния двухвходового элемента отображены в таблице 3.

Таблица 3. Состояния  элемента .

Вход		Выход Q
А	Б
1 1 0 0	1 0 1 0	0 0 0 1

На выходе элемента устанавливается логическая 1 только при условии логического 0 на обоих входах, т.е. при условии, когда контролируемый источник питания в норме.

1.7.5.3 В качестве элемента индикации используется индикатор единичный 3Л341Б, светодиод красного цвета (VD₈…VD₁₃), имеющий прямое падение напряжения  U_сд = 2В при I_пр = 10мА. Так как цепь резистора и светодиода включена в цепь коллектора выходного транзистора любого из ТТЛ-элемента D₈, то в состоянии насыщения падение напряжения на коллекторе U_кн ≤ 0,5В.

Значение сопротивления  резистора R₂₂

R₂₂ = = = = 250Ом.

По ГОСТ берем R₂₂ = 270Ом = R₂₃… R₂₇.

 

 

 

 

 

1.8 Расчет надежности

Под надежностью понимают способность элемента работать безотказно в течение заданного времени  t в определенных условиях эксплуатации.

1.8.1. Основные характеристики.

1.8.1.1. Вероятность безотказной работы P(t) – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возможен.

1.8.1.2. Интенсивность отказов λ_i(t) = f(К_н, t⁰С) – зависимость от электрической нагрузки и от условий эксплуатации.

λ _i(t) = α·λ₀,

где α – поправочный коэффициент,

λ₀ – значение номинальной интенсивности отказов из ТУ на элемент.

1.8.1.3. Коэффициент нагрузки К_н – это отклонение реальной нагрузки к номинальной.

1.8.1.4. Среднее время безотказной работы, Т_о – время в часах до отказа невосстанавливаемой системы элементов и время исправной работы между двумя отказами у восстанавливаемых систем

 Т_о =

1.8.2. Исходные данные.

Для расчета надежности схемы используются следующие данные: схема электрическая принципиальная с перечнем элементов, коэффициент электрической нагрузки К_н для всех элементов схемы, время непрерывной работы t = 5000ч, рабочий диапазон температур от t₁= + 15⁰C до t₂ = +45⁰C.

Ранее расчет надежности проводился вручную, но в 1996 году была написана программа  «SAFETY», предназначенная для автоматического  расчета. Теперь расчет производится при  помощи данной программы.

Данные полученные при  помощи данной программы занесены в  таблицу 4.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4. Расчёт надежности УК ИНПТ.

№	Наименование  элемента	Количество элементов	Интенсивность отказов элемента	Режим работы элемента		Поправочный коэффициент	Интенсивность отказов элементов
		N	I·10-6	K	T	a	N· I· a ·10-6
1	Модуль МПР1-6Д БЕЖК.436631.005-09ТУ	1	0,05	0,8	20	1	0,05
2	Модуль МПР1-5 БЕЖК.436631.005-40ТУ	1	0,05	0,8	20	1	0,05
3	Конденсатор К53-18-16В-10мкФ±20%	3	0,5	0,8	20	0,35	0,525
4	Конденсатор К10-17а-Н50-0,1мкФ-В	18	0,02	0,8	20	0,23	0,0828
5	Микросхема 140УД6А бКО.347.004 ТУ4	7	0,5	0,8	20	1	3,5
6	Микросхема 133ЛН2 И63.088-023-48/ТУ2	2	0,2	0,8	20	1	3,5
7	Микросхема 133ЛЕ1 бКО.347.364-05ТУ	1	0,2	0,8	20	1	1,9
8	Микросхема 1533ЛА4 бКО.347.364-09ТУ	1	0,2	0,8	20	1	1,9
9	Резистор С2-33Н-0,125 ОЖО.467.093ТУ	18	0,4	0,8	20	0,15	1,08
10	Резистор С2-29В-0,125 ОЖО.467.107ТУ	11	0,4	0,8	20	0,2	0,88
11	Микротумблер МТ3 ОЮО.360.016ТУ	1	0,2	0,8	20	1	0,2
12	Стабилитрон 2С133А СМ3.362.605ТУ	1	0,7	0,8	20	1	0,7
13	Диод 2Д103А ТТ3.362.060/Д6 ТУ	6	0,7	0,8	20	1	4,2
14	Индикатор единичный 3Л341В  аА0.339.189 ТУ	6	1	0,8	20	1	6
15	Индикатор единичный 3Л341Г  аА0.339.189 ТУ	1	1	0,8	20	1	1
16	Вилка ГРПМШ2-52ШП2-В НЩО.364.034 ТУ	1	1,5	0,8	20	1	1,5
17	Пайка	342	0,004	0,8	20	1	1,36
Интенсивность отказов изделия, 10-6							27,2278

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5. График надежности работы УК ИНПТ.

По графику видно, что  вероятность безотказной работы достаточно велика, так как её значение близко к единице. Среднее время безотказной работы Т_кр составляет 23500ч, что превышает значение, заданное в ТЗ. С увеличением температуры количественные параметры надежности изменяются в худшую сторону.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Конструкторско-технологический раздел

2.1 Технические требования на проектирование печатной платы

Печатная плата предназначена  для размещения на ней ЭРИ, входящих в схему электрическую принципиальную УК ИНПТ.

Условия эксплуатации по механическим и климатическим воздействиям должны удовлетворять требованиям группы исполнения НУ ГОСТ20.39.414.1-2002.

Габаритные размеры платы  должны быть 120х110. Высота ЭРИ, установленных  на плате, должна быть не менее 30 мм.

Разводка цепей питания  должна быть выполнена следующим  образом: цепи «+6В», «-6В», «+5В», «ОБЩ.», «+27В», «-27В» должны быть выполнена в  виде печатных шин шириной не менее 2,5мм. Ширина печатных проводников, подходящих от шин питания к выводам питания  микросхем должна быть не менее 1мм.

На плате предусмотреть  установку токопроводящих штырей для  соединения проводами с контактами соединителя (разъема).

Фильтрующие конденсаторы по цепям питания С₁…С₃, С₄…С₆ должны быть установлены рядом с соответствующими выводами модулей А₁-А₂, а конденсаторы С₇…С₂₁ – в непосредственной близости к выводам «+6В», «-6В», «+5В» микросхем D₁…D₁₁ соответственно.

2.2 Разводка печатных плат

Печатным монтажом называют способ монтажа, при котором электрическое  соединение элементов электрического узла, включая экраны, выполнено  при помощи печатных проводников.

В качестве основного материала  для печатных проводников используют медь содержанием примесей не выше 0,05%. Этот материал отличается высокой  электрической проводимостью, относительно стоек к коррозии, хотя и требует  защитного покрытия.

Печатные проводники могут  быть расположены на одной или  двух сторонах печатной платы. Двухстороннее  расположение используют при большом  количестве пересекающихся проводников. При печатном монтаже плотность  тока может достигать 20А/мм², что в 5-10 раз больше плотности тока, допускаемой для круглых

 

 проводников.⁷

Благодаря малой массе  и развитой поверхности печатного  проводника сила сцепления его с  основанием оказывается достаточной, чтобы выдержать действие на проводник  знакопеременные механические перегрузки до 40g в диапазоне частот от 4 до 200Гц.

Печатные платы выполняют  прямоугольной формы размером не более 200 на

360мм, толщина платы от 0,8 до 3 мм.

Размеры и очертания печатных проводников и элементов, контактных

площадок, монтажных и  контактных отверстий на чертежах печатных плат указывают обычно с помощью координатной сетки в прямоугольной системе

координат.

В правилах выполнения печатных плат предусмотрено также нанесение  координатной сетки в полярной системе  координат и нанесения размеров с помощью размерных и выносных линий. Допускается комбинированный  способ нанесения размеров.

За начало координат принимают  центр крайнего левого конструктивного

нижнего или технологического отверстия.

2.3 Технологический процесс сборки печатной платы

Правильно разработанный  ТП должен обеспечить выполнение всех требований, указанных в чертеже и ТУ на изделие, высокую производительность. Исходными данными для проектирования технологического процесса являются: чертежи детали, сборочные чертежи, специализация деталей, монтажные схемы, схемы сборки изделий, типовые ТП.

 Типовой ТП характеризуется  единством содержания, и последовательностью большинства технологических операций для группы изделий с общими конструктивными требованиями.⁸

Типовой ТП разрабатываемый  с учётом последних достижений науки  и техники, опыта передовых производств, что позволяет значительно сократить  цикл

подготовки производства и повысить производительность за счёт применения более совершенных методов  производства.

При изготовлении ЭВМ и  их блоков широко применяют прогрессивные  типовые

ТП, стандартные технологические  оснастки, оборудование, средства механизации  и автоматизации производственных процессов.

Учитывается информация о  ранее разработанных технологических  процессах, особенностях и схемы  изделия, типе производства.

Печатные платы - элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде покрытия на диэлектрическом основании обеспечивающих соединение электрических элементов.

Достоинствами печатных плат являются: