наименование проектируемого изделия;

Министерство аграрной политики Украины Керченский государственный морской технологический университет Кафедра электрооборудования судов и автоматизации производства

Электроника и микросхемотехника

методические указания

к курсовому проектированию

для студентов направления 6.050702 "Электромеханика"

Керчь, 2011

УДК 621.38

Голиков С.П. Электроника и микросхемотехника. Методические указания к курсовому проектированию. – Керчь: КГМТУ, 2011. – 106 с.

Рецензенты: Дворак Н.М., к.т.н., доцент кафедры ЭСиАП КМТИ;

  Ащепков О.Н., старший инженер-инспектор Регистра Украины.

   Методические указания предназначены для студентов направления 6.050702 "Электромехаеика".

   В методических указаниях рассмотрены порядок выполнения, структура и правила оформления курсового проекта по дисциплине «Электроника и микросхемотехника», а также методы расчета наиболее распространенных электронных схем и индивидуальные задания на проектирование. В приложениях приведены справочные данные, которые должны использоваться при проектировании.

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ЭСиАП КГМТУ,

протокол № 6 от 10.02.2011 г.

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к утверждению на методической комиссии МФ КГМТУ,

протокол № 3 от 16.02.2011 г.

Методические указания утверждены на заседании Методического совета КГМТУ,

протокол № 2 от 10.03.2011 г.

ã Керченский государственный морской технологический университет

СОДЕРЖАНИЕ
	стр
1.ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ НАД КУРСОВЫМ ПРОЕКТОМ	5
1.1. Цель курсового проектирования	5
1.2. Порядок выполнения и защиты проекта	5
2. СТРУКТУРА и правила оформления ПРОЕКТА	6
2.1. Основные понятия	6
2.2. Стадии разработки ЭУ	7
2.3.Виды конструкторской документации	8
2.4. Пояснительная записка	9
2.4.1. Основные правила изложения и оформления текста	9
2.4.2. Чертежи в проекте	14
2.5. Правила выполнения схем	15
2.5.1. Общие понятия и положения	15
2.5.2. Графические обозначения	16
2.5.3. Общие правила построения схем	17
2.5.4. Текстовая информация	18
3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ электронного устройства	19
3.1. Основные понятия	19
3.2. Основные методы стандартизации ЭУ	19
3.3. Требования технической эстетики	20
3.4. Учет условий эксплуатации	21
3.5. Разработка электрических схем	21
3.5.1. Основные понятия	21
3.5.2. Структурные схемы	22
3.5.3.Выбор элементной базы	22
3.5.4. Принципиальные схемы	23
3.5.5. Выполнение схем и обозначение ЭРЭ	24
3.5.6. Дополнительная информация на принципиальных схемах	26
3.5.7. Перечень элементов принципиальной схемы	26
3.6. Изготовление чертежей	30
3.6.1. Размещение чертежей на бумажном листе	30
3.6.2.Основные надписи	30
3.6.3. Содержание чертежа общего вида	32
3.6.4. Упрощение изображений на чертеже общего вида	32
3.6.5. Сборочные чертежи функциональных печатных узлов	33
3.6.6. Таблица составных частей изделий	34
3.7. Разработка печатных плат	35
3.7.1.Основные требования	37
3.7.2. Конструирование печатной платы	38
3.7.3. Установка навесных элементов на печатную плату	41
3.7.4. Чертежи печатных плат	42
4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ	44
4.1. Основные понятия	44
4.2. Основная задача расчета	46
4.3. Последовательность и типы расчетов	46
4.4. Расчет электронных схем	47
4.5. Выбор радиоэлементов	48
5. Расчет ПОКАЗАТЕЛей НАДЕЖНОСТИ электронных устройств	52
5.1. Показатели надежности неремонтируемых объектов	52
5.2. Расчеты надежности неремонтируемых систем	54
5.3. Составление логических схем	54
5.4. Виды расчетов надежности	55
5.5. Расчеты надежности систем, которые отказывают при отказе одного элемента (нерезервированных систем)	56
6. задание на курсовой проект	58
6.1 Задание на проектирование	58
6.2 Исходные данные для проектирования	59
6.3 Методические указания по выполнению разделов	60
ПРИЛОЖЕНИЯ	75
Приложение А Титульный лист пояснительной записки	75
Приложение Б Номинальные сопротивления резисторов, номинальные емкости конденсаторов	76
Приложение В Резисторы постоянные непроволочные МЛТ	77
Приложение Д Переменные резисторы	78
Приложение Е Конденсаторы постоянной емкости	80
Приложение Ж Обозначения условные графические в схемах (УГО)	85
Приложение З Интенсивности отказов элементов	99
Приложение И Требования Регистра судоходства Украины к устройствам автоматики, содержащим элементы электроники	100
Список литературы	104

1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ НАД КУРСОВЫМ ПРОЕКТОМ

1.1. Цель курсового проектирования

Курсовым проектом по теме "Расчет и проектирование судовых электронных устройств на транзисторах" завершается изучение дисциплины "Электроника и микросхемотехника" студентами направления 6.050702 "Электромеханика" дневного и заочного отделений.

Самостоятельная разработка данного курсового проекта подготавливает студента к успешному выполнению других курсовых проектов, дипломного проекта и является важным этапом в формировании специалиста в области судовой электроэнергетики.

Работа над курсовым проектом предоставляет студенту следующие основные возможности:

·          ознакомиться с организацией и основными этапами проектирования электронных устройств (ЭУ);

·          усвоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию ЭУ;

·          научиться анализировать техническое задание на проектирование;

·          научиться анализировать работу ЭУ, которые применяются в судовой аппаратуре;

·          составлять структурную и функциональную схемы, а на их основе создавать рациональную принципиальную схему ЭУ;

·          закрепить и углубить знание методов расчета электронных цепей (ЭЦ);

·          познакомиться с элементной базой ЭУ;

·          получить представление о способах компоновки электрорадиоэлементов (ЭРЭ) в ЭУ;

·          приобрести навыки поиска научно-технической литературы и работы с ней, правильного составления и оформления  конструкторской документации.

1.2. Порядок выполнения и защиты проекта

Над проектами студенты работают в часы самостоятельной работы. Кроме того, преподаватель устанавливает часы консультаций, на которых студенты могут решать возникающие у них в процессе работы над проектом вопросы. Консультации студент посещает при необходимости. Приходить на консультацию нужно с четко сформулированными вопросами. Если вопросы возникли при работе над книгой, то для их разрешения нужно эту книгу принести с собой или выписать из нее непонятные места дословно.

На консультациях руководитель проекта не обязан указывать решение того или иного вопроса. Он должен выслушать объяснения студента и указать, что в них правильно, а что неправильно, необоснованно и в каком направлении или в каких материалах следует искать правильные решения.

Готовый проект студент сдает на проверку руководителю не менее чем за 15 дней до даты защиты (зачетная неделя). Руководитель вправе не допустить проект к защите, если он не представлен в установленный срок на проверку. Руководитель в течение 10 дней проверяет проект и возвращает его студенту с рецензией и замечаниями, в соответствии с которыми студент должен сделать исправления в проекте, или подписанным, если проект допущен к защите.

Студент защищает свой проект перед комиссией, состоящей из двух преподавателей. Студент должен сделать короткий доклад по существу проекта, осветив наиболее важные и принципиальные его стороны, а затем ответить на вопросы. Решение об оценке принимается с учетом объема и качества проекта, степени самостоятельности при работе над проектом и уровня его защиты.

Студент, не представивший проект в назначенный срок, допускается к его защите только в сроки установленные для ликвидации задолженностей, после окончания экзаменационной сессии. В случае получения неудовлетворительной оценки повторная защита разрешается только после устранения всех замечаний по проекту.

2. СТРУКТУРА и правила оформления ПРОЕКТА

2.1.Основные понятия

Далее используются следующие общие термины и понятия, относящиеся к проектно-конструкторской работе.

Изделие — любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.

Компоновка ЭУ — размещение в пространстве или на плоскости элементов, имеющих электрические соединения в соответствии с принципиальной схемой, и обеспечение допустимого минимума паразитных взаимодействий, которые не нарушают значения расчетных выходных параметров ЭУ.

Проектирование — процесс создания проекта — прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта. Проектирование ЭУ — разработка проектной и конструкторской документации, предназначенной для создания новых видов и образцов ЭУ.

Конструирование — процесс отражения в чертежах структуры, размеров, формы, материалов, обработки и связей (внутренних и внешних) будущего изделия.

Проектный документ — документ, выполненный по заданной форме, в котором представлено какое-либо проектное решение, полученное при проектировании.

Проектное решение — промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования. Проектными решениями, например, являются принципиальная схема, чертеж общего вида и т. п.

Прототип — наиболее близкий по технической сущности и по достигаемому эффекту предшественник изделия, устройства. Например, транзисторный усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ) без термостабилизации является прототипом такого же каскада, но с термокомпенсирующим сопротивлением в цепи эмиттера, поскольку это усовершенствование было внесено в каскад ОЭ позднее.

Ячейка — конструктивно законченная сборочная единица, состоящая из узлов, интегральных микросхем (ИМС) и других навесных ЭРЭ, установленных на одну или несколько печатных плат (ПП). Ячейка, как правило, не имеет самостоятельного эксплуатационного назначения.

Блок — функционально и конструктивно законченная сборочная единица, состоящая из ячеек, кассет и ЭРЭ. Блок, как правило, не имеет самостоятельного эксплуатационного назначения.

Прибор — функционально и конструктивно законченная сборочная единица, состоящая из ячеек, кассет и ЭРЭ, имеющая самостоятельное эксплуатационное назначение. Например, осциллограф является прибором, так как он эксплуатируется автономно.

Функционально-узловой метод проектирования — метод, в основу которого положен принцип деления ЭУ на отдельные функционально и конструктивно законченные сборочные единицы (или только конструктивно законченные сборочные единицы).

Электрорадиоэлемент (ЭРЭ) — прибор или устройство, выполняющее функции преобразования, распределения, переключения электрических сигналов, реализуемых электрической схемой. К ЭРЭ следует относить: резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, микросхемы, трансформаторы, реле, переключатели, тумблеры, кнопки, предохранители и др.

Элементная база — совокупность ЭРЭ, применяемых в электрическом монтаже с учетом их конструктивно-функциональной принадлежности. Например, элементной базой современной электронной аппаратуры являются цифровые ИМС, аналоговые ИМС, дискретные ЭРЭ или их сочетание.

2.2. Стадии разработки ЭУ

ГОСТ 2.103—68 устанавливает следующие стадии промышленной разработки изделий: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация.

Техническое задание – это исходный документ, устанавливающий основное назначение, технические и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к изделию. Техническое задание на курсовое проектирование содержит:

1.     наименование проектируемого изделия;

2.     область его применения;

3.     основные технические характеристики;

4.     условия эксплуатации;

5.     состав проекта;

6.     перечень расчетных работ;

7.     перечень графических работ;

8.     сроки выполнения проекта.

Техническое предложение — совокупность проектных документов, содержащих обоснование целесообразности разработки изделия на основе анализа технического задания и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных исследований. Этапы работы: подбор материалов, разработка технического предложения с присвоением документам литеры «П», утверждение технического предложения.

Эскизный проект — совокупность конструкторских документов, которые содержат принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. Этапы работы: разработка проекта с присвоением документам литеры «Э», изготовление и испытание макетов (при необходимости), утверждение проекта.

Технический проект — совокупность конструкторских документов, которые содержат окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. Этапы работы: разработка проекта с присвоением документам литеры «Т», изготовление и испытание макетов (при необходимости), утверждение проекта.

Так как объектом курсового проектирования является электронное устройство, а не электронный аппарат, то курсовое проектирование завершается на стадии эскизного проектирования, т.е. оно содержит только стадии технического предложения и эскизного проекта.

Курсовой проект является учебным проектом, но для приобретения правильных навыков разработки конструкторской документации входящие в него документы следует изготовлять в строгом соответствии с требованиями ЕСКД, которые в необходимом объеме приведены в данном пособии.

2.3. Виды конструкторской документации

В последние тридцать лет действует единая система конструкторской документации (ЕСКД). ЕСКД представляет комплекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения конструкторской документации, разрабатываемой и применяемой организациями и предприятиями.

К конструкторским документам в соответствии с ГОСТ 2.102—68 относят графические и текстовые документы, которые в отдельности или в совокупности определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки или изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.

Ниже даны определения некоторых видов документов, разрабатываемых в курсовых проектах:

1. Чертеж детали — документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для его изготовления и контроля. Чертеж теплоотвода мощного транзистора — пример чертежа детали в курсовом проекте.

2. Габаритный чертеж — документ, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами.

3. Сборочный чертеж — документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля. Примером сборочного чертежа в курсовом проекте может служить чертеж печатной платы с установленными на ней ЭРЭ.

4. Электромонтажный чертеж — документ, содержащий данные, необходимые для выполнения электрического монтажа изделия.

5. Чертеж общего вида — документ, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия.

6. Пояснительная записка — документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и технико-экономических решений.

7. Схема — документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними.

2.4. Пояснительная записка

Основные требования к пояснительной записке устанавливает ДСТУ3008-95 "Документація, звіти у сфері науки і техніки. Структура і правила оформлення" (ГОСТ 2.106—68). Определяя точно форму записки, стандарт допускает указанные в нем разделы объединять или исключать, а также вводить новые.

Пояснительная записка курсового проекта должна содержать следующие разделы:

1. Титульный лист и лист задания;

2. Литературный обзор электронных устройств данного класса;

3. Анализ технического задания и синтез структурной схемы ЭУ;

4. Разработка принципиальной схемы ЭУ;

5. Электрический расчет электронных схем;

6. Компоновка печатного узла и всего ЭУ;

7. Список литературы.

Она может быть дополнена одним из таких разделов (конкретный вид дополнительного раздела уточняется руководителем проекта):

1. Расчет одной или нескольких электрических характеристик;

2. Расчет надежности устройства или его частей;

3. Расчет температурной стабильности устройства;

4. Расчет точности параметров устройства или его частей;

5. Анализ рассчитанной схемы или ее части на ЭВМ.

Приведенный перечень разделов определяет виды проектно-конструкторских работ, но не рубрикацию записки, которая имеет более мелкие градации.

2.4.1. Основные правила изложения и оформления текста

Учитывая высокие требования нормативных документов необходимо неуклонно соблюдать порядок представления отдельных видов текстового материала, таблиц, формул и иллюстраций.

Курсовой проект выполняют  на одной стороне листа белой бумаги формата А4 (с рамкой).

Текст основной части курсового проекта делят на разделы, подразделы, пункты и подпункты. Заголовки структурных частей курсового проекта «СОДЕРЖАНИЕ», «Введение», «РАЗДЕЛ», «ВЫВОДЫ», «СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ», «ПРИложения» выполняют большими буквами симметрично к тексту. Заголовки подразделов печатают маленькими буквами (кроме первой большой) с абзацным отступлением. Точку в конце заголовка не ставят. Если заголовок состоит из двух или больше предложений, их разделяют точкой. Переносить слова в заголовках не разрешается. Заголовки пунктов печатают маленькими буквами (кроме первой большой) с абзацным отступлением в разрядке в подбор к тексту. В конце заголовка, напечатанного в подбор к тексту, ставится точка.

Расстояние между заголовком (за исключением заголовка пункта) и текстом должна равняться 3-4 интервалам.

Каждую структурную часть курсового проекта надо начинать с новой страницы.

Нумерация. Нумерацию страниц, разделов, подразделов, пунктов, подпунктов, рисунков, таблиц, формул выполняют арабскими цифрами без знака №.

Первой страницей курсового проекта является титульный лист, который включают в общую нумерацию страниц. На титульном листе номер страницы не ставят, на следующих страницах номер проставляют в правом нижнем углу страницы (в рамке основной надписи) без точки в конце.

Такие структурные части, как содержание, введение, выводы, список использованных источников не имеют порядкового номера. Следует обратить внимание на то, что все листы, на которых размещены упомянутые структурные части курсового проекта, нумеруют обычным образом. Не нумеруют лишь их заголовки, то есть нельзя писать: «1. Введение» или «Раздел 6. ВЫВОДЫ». Номер раздела ставят после слова «РАЗДЕЛ», после номера точку не ставят, потом с красной строки печатают заголовок раздела.

Подразделы нумеруют в границах каждого раздела. Номер подраздела состоит из номера раздела и порядкового номера подраздела, между которыми ставят точку. В конце номера подраздела должна стоять точка, например: «2.3.» (третий подраздел второго раздела). Потом в той же строке идет заголовок подраздела.

Пункты нумеруют в границах каждого подраздела. Номер пункта состоит из порядковых номеров раздела, подраздела, пункта, между которыми ставят точку. В конце номера должна стоять точка, например: «1.3.2.»(второй пункт третьего подраздела первого раздела). Потом в той же строке идет заголовок пункта. Пункт может не иметь заголовка.

Подпункты нумеруют в рамках каждого пункта по таким же правилам, как и пункты.

Иллюстрации (фотографии, чертежи, схемы, графики, карты) и таблицы необходимо подавать непосредственно после текста, где они упомянуты впервые, или на следующей странице. Иллюстрации и таблицы, которые размещены на отдельных страницах пояснительной записки, включают в общую нумерацию страниц. Таблицу, рисунок или чертеж, размеры которого больше формата А4, учитывают как одну страницу и размещают в соответствующих местах после упоминания в тексте или в приложениях.

Иллюстрации обозначают словом «Рис.» и нумеруют последовательно в границах раздела, за исключением иллюстраций, представленных в приложениях.

Номер иллюстрации должен состоять из номера раздела и порядкового номера иллюстрации, между которыми ставится точка. Например: Рис. 1.2 (второй рисунок первого раздела). Номер иллюстрации, ее название и пояснительные подписи размещают под иллюстрацией. Если в КП представлена одна иллюстрация, то ее нумеруют по общим правилам.

Таблицы нумеруют последовательно (за исключением таблиц, представленных в приложениях) в рамках раздела. В правом верхнем углу над соответствующим заголовком таблицы размещают надпись «Таблица» с указанием ее номера. Номер таблицы должен состоять из номера раздела и порядкового номера таблицы, между которыми ставится точка, например: «Таблица 1.2» (вторая таблица первого раздела). Если в курсовом проекте одна таблица, ее нумеруют по общим правилам.

При переносе части таблицы на другой лист (страницу) слово «Таблица» и номер ее указывают один раз справа над первой частью таблицы, над другими частями пишут слова «Продолжение табл.» и указывают номер таблицы, например: «Продолжение табл. 1.2».

Формулы в курсовом проекте (если их больше одной) нумеруют в рамках раздела. Номер формулы состоит из номера раздела и порядкового номера формулы в разделе, между которыми ставят точку. Номера формул пишут возле правого края листа на уровне соответствующей формулы в круглых скобках, например: (3.1) (первая формула третьего раздела).

Иллюстрации. Иллюстрируют курсовой проект, исходя из определенного общего замысла, по тщательно продуманному тематическому плану, который помогает избегать случайных иллюстраций, связанных с второстепенными деталями текста и предотвратить неоправданные пропуски иллюстраций к важнейшим темам. Каждая иллюстрация должна соответствовать тексту, а текст - иллюстрации.

Названия иллюстраций размещают после их номеров. При необходимости иллюстрации дополняют объяснительными данными.

Подпись под иллюстрацией обычно имеет четыре основных элемента:

· наименование графического сюжета, который обозначается сокращенным словом «Рис.»;

· порядковый номер иллюстрации, который указывается без знака № арабскими цифрами, после номера ставится точка;

· тематический заголовок иллюстрации, который содержит текст с по возможности краткой характеристикой изображенного (точка в конце не ставится);

· экспликацию, которая строится так: детали сюжета обозначают цифрами, которые выносят в подпись, сопровождая их текстом.

Надо отметить, что экспликация не заменяет общего наименования сюжета, а лишь объясняет его.

Основными видами иллюстративного материала в курсовом проекте являются: чертеж, технический рисунок, схема, фотография, диаграмма и график.

Таблицы. Цифровой материал, как правило, должен оформляться в виде таблиц.

Каждая таблица должна иметь название, которое размещают над таблицей и печатают симметрично к тексту (точка в конце не ставится). Название и слово «Таблица» начинают из большой буквы. Название не подчеркивают.

Таблицу размещают после первого упоминания о ней в тексте, таким образом, чтобы ее можно было читать без поворота переплетенного блока пояснительной записки или с поворотом по часовой стрелке.

Таблицу с большим количеством строк можно переносить на другой лист. При перенесении таблицы на другой лист (страницу) название помещают только над его первой частью. Таблицу с большим количеством граф можно делить на части и размещать одну часть под другой на одной странице.

Если текст, который повторяется в графе таблицы, состоит из одного слова, его можно заменять кавычкой; если из двух или больше слов, то при первом повторении его заменяют словами «То же», а дальше кавычкой. Ставить кавычку вместо цифр, марок, знаков, математических и химических символов, которые повторяются, не следует. Если цифровые или другие данные в какой-нибудь строке таблицы не представлены, то в нем ставят прочерк.

Формулы. При использовании формул необходимо придерживаться определенных технико-орфографических правил. Сначала записывается расчетная формула в общем виде, далее подставляются вместо символов их числовые значения и затем записывается ответ, округленный до трех значащих цифр, с указанием единицы измерения.

Большие, а также длинные и громоздкие формулы, которые имеют в составе знаки суммы, произведения, дифференцирование, интегрирование, размещают на отдельных строках. Это касается также и всех нумерованных формул. Для экономии места несколько коротких однотипных формул, отделенных от текста, можно подать в одном строке, а не одну под одной. Небольшие и несложные формулы, которые не имеют самостоятельного значения, вписывают внутри строк текста.

Объяснение значений символов и числовых коэффициентов надо подавать непосредственно под формулой в той последовательности, в которой они даны в формуле. Значение каждого символа и числового коэффициента надо подавать с красной строки. Первая строка объяснения начинают словом «где» без абзацного отступления и двоеточия.

Уравнения и формулы надо выделять из текста свободными строками. Выше и ниже каждой формулы надо оставлять не меньше одной свободной строки. Если уравнение не вмещается в одну строку, его следует перенести после знака равенства (=) или после знаков плюс (+), минус (-), умножение (*) и деление (:).

Нумеровать следует лишь те формулы, на которые есть ссылка в тексте.

Порядковые номера обозначают арабскими цифрами в круглых скобках возле правого края страницы без точек и других знаков от формулы к ее номеру. Номер, который не вмещается в строке с формулой, переносят на следующую строку ниже формулы. Номер формулы при ее перенесении помещают на уровне последней строки. Если формула находится в рамке, то номер такой формулы записывают вне рамки с правой стороны напротив основной строки формулы. Номер формулы-дроби помещают на уровне основной горизонтальной черточки формулы.

Номер группы формул, размещенных на отдельных строках и объединенных фигурной скобкой (парантезом (})), ставится от острия парантеза, которое находится в середине группы формул и обращено в сторону номера.

Общее правило пунктуации в тексте с формулами такое: формула входит в предложение как его равноправный элемент. Поэтому в конце формул и в тексте перед ними разделительные знаки ставят соответственно правилам пунктуации.

Двоеточие перед формулой ставят лишь в случаях, предусмотренных правилами пунктуации: а) в тексте перед формулой есть обобщающее слово; б) этого требует построение текста, который содержит формулу.

Разделительными знаками между формулами, которые идут одна за другой, а не отделенные текстом, могут быть запятая или точка с запятой непосредственно за формулой.

Разделительные знаки между формулами при парантезе ставят внутри парантеза. После таких громоздких математических выражений, как определители и матрицы, можно разделительные знаки не ставить.

Оформление списка использованных источников. Список использованных источников - элемент библиографического аппарата, который содержит библиографические описания использованных источников и размещается после выводов.

Библиографическое описание составляют непосредственно по печатному произведению или выписывают из каталогов и библиографических указателей полностью без пропусков любых элементов, сокращения названий и др.

Источники можно размещать одним из таких способов: в порядке появления ссылок в тексте (наиболее удобный для пользования и рекомендованный при написании курсового проекта), в алфавитном порядке фамилий первых авторов или заголовков, в хронологическом порядке.

Сведения об источниках, включенные в список, необходимо подавать соответственно требованиям государственного стандарта с обязательным приведением названий работ. В частности, нужную информацию относительно упомянутых требований можно получить из таких стандартов: ГОСТ 7.1-84 "Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления", ДСТУ 3582-97 "Информация и документация. Сокращение слов в украинском языке в библиографическом описании. Общие требования и правила", ГОСТ 7.12-93 "Библиографическая запись. Сокращение слов в русском языке. Общие требования и правила"

Примеры оформления списка:

1.     Богомолов В.С. Судовые электроэнергетические установки подчиненного управления. – Калининград: Кн. изд-во, 1996. - 240 с.

2.     Артеменко В.М., Короп С.П., Федоров Л.Р. Валогенераторная установка с электромагнитной муфтой скольжения. //Судостроение. - 1978.- №5.- С. 33-34.

3.     Брускин Д.Э, Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины. - М.: Высш. шк., 1990.- 528с.

4.     Основы проектирования гребных электрических установок. /Н.А. Кузнецов, П.В. Куропаткин, А.Б. Хайкин, Н.М. Хомяков – Л.: Судостроение, 1972. – 656с.

Приложения. Приложения оформляют как продолжение пояснительной записки, размещая их в порядке появления ссылок в тексте.

Если приложения оформляют на следующих страницах пояснительной записки, каждое такое приложение должно начинаться с новой страницы. Приложение должно иметь заголовок, напечатанный вверху строчными буквами с первой большой, симметрично относительно текста страницы. Посреди строки над заголовком строчными буквами с первой большой печатается слово «Приложение ____» и большая буква, которая обозначает приложение.

Приложения следует обозначать последовательно большими буквами украинской азбуки, за исключением букв Г, Є, І, Ї, Й, О, Ч, Ь, например, Приложение А, Приложение Б і т.д. Одно приложение обозначается как Приложение А.

Титульный лист. Титульный листпояснительной записки и лист задания оформляется по образцу, приведенному в Приложении А.

2.4.2. Чертежи в проекте

Чертежам в проекте отводится важная роль — они содержат данные о конструкции изделия. В курсовом проекте разрабатывают:

а) принципиальную схему устройства,

б) чертеж печатной платы,

в) сборочный чертеж печатного узла,

г) чертеж детали (согласовывается с руководителем проекта).

Разработка этих чертежей представляет наибольший интерес, так как выполняемые при этом операции и процедуры типичны для конструирования ЭУ.

Чертеж печатной платы — наиболее сложная конструкторская разработка в курсовом проекте, выполнение которой требует знания основных принципов и методов конструирования ПП, правил изготовления их чертежей.

Разработка сборочного чертежа печатного узла (функциональной ячейки) преследует цель изучения типовых конструкций ячеек ЭУ второго (на дискретных ЭРЭ) и третьего (на ИМС) поколений, ознакомления с функционально-узловым методом конструирования ЭУ и правилами изготовления сборочных чертежей ячеек.

Вместе с чертежами на листы ватмана или миллиметровой бумаги обычно выносят структурную схему и электрическую принципиальную схему ЭУ, а также временные диаграммы и характеристики, которые необходимы при защите проекта.

Рекомендуются такие форматы чертежей:

чертеж печатной платы—А3,

чертеж печатного узла — А3,

структурная схема — А3,

принципиальная схема — А3.

2.5. Правила выполнения схем

2.5.1. Общие понятия и положения

Схема — конструкторский документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними. При выполнении схем используются следующие термины:

Элемент схемы — составная часть схемы, которая выполняет определенную функцию в изделии и не может быть разделена на части, имеющие самостоятельное назначение (резисторы, трансформаторы, диоды, транзисторы и т. п ).

Устройство — совокупность элементов, представляющая единую конструкцию (блок, плата, шкаф, панель и т. п.). Устройство может не иметь в изделии определенного функционального назначения.

Функциональная группа — совокупность элементов, выполняющих в изделии определенную функцию и не объединенных в единую конструкцию (панель синхронизации главного канала и др.).

Функциональная   часть — элемент, функциональная группа, а также устройство, выполняющее определенную функцию (усилитель, фильтр).

Функциональная цепь — линия, канал, тракт определенного назначения (канал звука, видеоканал, тракт СВЧ и т. п.).

Линия   взаимосвязи — отрезок прямой, указывающий на наличие электрической связи между элементами и устройствами.

Классификацию схем по видам и типам устанавливает ГОСТ 2.701-84. Виды схем определяются в зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия, и обозначаются буквами русского алфавита. Различают десять видов схем: электрическая — Э, гидравлическая — Г, пневматическая — П, газовая — X, кинематическая — К, вакуумная — В, оптическая — Л, энергетическая — Р, деления — Е, комбинированная — С.

Схемы в зависимости от назначения подразделяют на типы и обозначают арабскими цифрами. Установлено восемь типов схем: структурная — 1, функциональная — 2, принципиальная (полная) — 3, соединений (монтажная) — 4, подключения — 5, общая — 6, расположения — 7, объединенная — 0.

Наименование и код схемы определяются ее видом и типом. Код схемы должен состоять из буквенной части, определяющей вид схемы, и цифровой части, определяющей тип схемы. Например, схема электрическая   принципиальная — Э3, схема гидравлическая соединений — Г4 и т. д.

Общие правила выполнения схем устанавливают ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702-75. Схемы выполняют без соблюдения масштаба, действительное пространственное расположение составных частей не учитывается или учитывается приближенно. Электрические элементы и устройства на схеме изображают в состоянии, соответствующем обесточенному. Элементы и устройства, которые приводятся в действие механически, изображают в нулевом или отключенном положении. При отклонении от этого правила на поле схемы необходимо давать соответствующие указания.

Линии на схемах всех типов выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.303-68. Толщины линий выбираются в пределах от 0,2 до 1мм и выдерживаются постоянными во всем комплекте схем. Графические обозначения элементов и линии взаимосвязи выполняют линиями одинаковой толщины. Допускается утолщением линий при необходимости выделить отдельные электрические цепи, например, силовые цепи. На одной схеме рекомендуется применять не более трех типоразмеров линий по толщине.

На электрической схеме изображают элементы и устройства в виде графических обозначений, линии взаимосвязи, буквенно-цифровые обозначения, таблицы, помещают текстовую информацию, основную надпись.

2.5.2. Графические обозначения

Для изображения на электрических схемах элементов и устройств применяют условные графические обозначения, установленные соответствующими стандартами ЕСКД (Приложение Ж). На схемах определенных типов кроме условных графических обозначений могут применяться другие категории графических обозначений:

·                 прямоугольники произвольных размеров, содержащие пояснительный текст;

·                 внешние очертания, представляющие собой упрощенные конструктивные изображения соответствующих частей изделия;

·                 нестандартизованные условные графические обозначения;

·                 прямоугольники, выполненные штрихпунктирной линией для выделения устройств и функциональных групп.

Следует помнить, что имеют место случаи, когда на один элемент стандартами установлено несколько допустимых (альтернативных) вариантов условных графических обозначений, различающихся геометрической формой, например коммутационные устройства по ГОСТ 2.755-74. В этом случае следует выбирать один из вариантов обозначения, исходя из назначения и типа разрабатываемой схемы, и применять его на всех схемах одного типа, входящих в комплект документации на изделие.

Размеры условных графических обозначений элементов схемы приведены в соответствующих стандартах. Линейные и угловые размеры, указанные в стандартах, допускается в отдельных случаях пропорционально увеличивать или уменьшать. Размеры условных графических обозначений увеличивают при необходимости:

·          графически выделить (подчеркнуть) особое или важное значение соответствующего элемента,

·          поместить внутри условного графического обозначения квалифицирующий символ и дополнительную информацию.

Условные графические обозначения элементов, используемых как составные части обозначений других элементов, допускается изображать уменьшенными по сравнению с другими элементами, например, фоторезистор, фотодиод и др.

Выбранные размеры условных графических обозначений и толщины линий для них должны быть выдержаны постоянными во всех схемах одного типа на данном чертеже.

Условные графические обозначения элементов изображают на схеме в положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах, или повернутыми на угол, кратный 90°, а также зеркально повернутыми. Допускается условные графические обозначения поворачивать на угол, кратный 45°, если это упрощает графику схемы. Квалифицирующие символы (световой поток и т. п.) при поворотах условных графических обозначений не должны менять своей ориентации. Следует иметь в виду, что повороты и зеркальные изображения некоторых условных графических обозначений приводят к искажению их смысла, например, условных графических обозначений двоичных логических элементов, различных символов. Такие обозначения должны быть выполнены в том положении, в котором они приведены в соответствующих стандартах.

2.5.3. Общие правила построения схем

Графические обозначения элементов  (устройств, функциональных групп) и соединяющие их линии взаимосвязи следует располагать на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействии его составных частей. Устанавливается расстояние (просвет) между соседними линиями одного условного графического обозначения не менее 1мм, между отдельными условными графическими обозначениями не менее 2мм; между соседними параллельными линиями взаимосвязи не менее 3мм.

Линии должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь по возможности наименьшее количество изломов и взаимных пересечений. В отдельных случаях, если это упрощает графику схемы, допускается применять наклонные участки линий на небольшом участке схемы.

Допускается на схеме графически выделять устройства, функциональные группы, части схемы, относящиеся к определенным постам, помещениям и т. д., а также части схем, непосредственно не входящие в изделие, но изображаемые для лучшего понимания схемы. Такие фрагменты схемы выделяют штрихпунктирной линией в форме прямоугольника или фигуры неправильной формы.

Для упрощения графики схемы (уменьшения количества линий) рекомендуется применять условное графическое слияние отдельных линий в групповые линии связи по следующим правилам. Каждая линия в месте слияния должна быть помечена порядковым номером. Линии групповой связи допускается выполнять утолщенными. Во всем комплекте схем сливаемые линии должны быть изображены одним из двух способов — под прямым углом или с изломом под углом 45° к групповой линии. Точка излома должна быть удалена от линии групповой связи не менее чем на 3мм.

Для уменьшения количества параллельных линий, следующих в одном направлении и имеющих большую протяженность, применяют однолинейное представление таких линий по следующим правилам:

·                 вместо всех линий изображают только одну с указанием количества линий числом или меткой;

·                 при нарушении порядка следования линий должны быть нанесены соответствующие метки.

На рис. 1 показан переход от многолинейного изображения к однолинейному на примере схемы управления электроприводом. В данном примере однолинейному представлению линий связи соответствует однолинейное изображение электрических элементов (тиристоров). Если одинаковые элементы находятся не во всех цепях, изображенных однолинейно, то справа от позиционного обозначения или под ним в квадратных скобках указывают обозначения цепей, в которых находятся эти элементы. На одной схеме допускается применять сочетание однолинейного и многолинейного изображений.

Элементы и устройства на схеме изображают совмещенным и разнесенным способами. При совмещенном способе составные части элементов или устройств изображают на схеме в непосредственной близости друг к другу и присваивают буквенно-цифровое обозначение один раз всему устройству или элементу. При разнесенном способе составные части элементов и устройств или отдельные элементы устройств изображают на схеме в разных местах таким образом, чтобы отдельные цепи изделия были изображены наиболее наглядно (особенно это удобно при изображении ИМС, имеющих в составе несколько элементов). При этом буквенно-цифровые обозначения присваивают всем частям устройства или элемента, изображенного разнесенным способом.

2.5.4. Текстовая информация

На схеме могут быть указаны различные категории данных, имеющих текстовую и символическую формы. Эти данные в зависимости от содержания и назначения могут быть расположены:

·        рядом с графическими обозначениями (буквенно-цифровые обозначения, обозначения сигналов, формы импульсов, технические параметры и др.);

·        внутри графических обозначений (наименования устройств, функциональных групп, условные обозначения мощности резисторов и др.);

·        рядом с линиями (обозначения линий связи, адреса, квалифицирующие символы);

·        на свободном поле схемы.

Текстовая информация, представленная на свободном поле схемы, может иметь следующие формы записи:

·        сплошной текст (технические требования, пояснения);

·        таблицы (перечень элементов, обозначение входных и выходных цепей, таблицы соединений и др.).

Текстовые данные, относящиеся к линиям, ориентируют параллельно горизонтальным участкам соответствующих линий. При большой плотности схемы допускается вертикальная ориентация данных.

Технические параметры резисторов и конденсаторов указывают так, как изображено на рис. 2.

Все надписи на чертежах и схемах выполняются чертежным шрифтом по ГОСТ2.304-81.

3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ электронного устройства 3.1. Основные понятия

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.

Микроминиатюризация ЭУ — направление технического прогресса, преследующее цель уменьшения габаритов, веса и потребления энергии при одновременном повышении надежности ЭУ и обеспечении автоматизации ее производства.

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Навесной ЭРЭ — ЭРЭ, конструкция которого позволяет совместить функции механического крепления и электромонтажного соединения. К ним относится большинство миниатюрных ЭРЭ и среди них, например, резисторы типа МЛТ, маломощные транзисторы, малогабаритные конденсаторы и др.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Стандартизация — установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области при участии всех заинтересованных сторон, в частности для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении функциональных условий и требований техники безопасности.

Установочный ЭРЭ — ЭРЭ, конструкция которого выполнена таким образом, что функции электромонтажного соединения и его механического крепления разделены, например, у переменных резисторов, переключателей, мощных диодов и др.

3.2. Основные методы стандартизации ЭУ

При разработке и производстве ЭУ широко применяют ограничение, типизацию, унификацию и агрегатирование.

Ограничение заключается в отборе из существующей совокупности номенклатуры покупных комплектующих изделий, материалов, элементов конструкции, основных параметров изделий и др., разрешенных для применения в данной отрасли, на данном предприятии или в каком-либо изделии.

Важная роль в ограничении номенклатуры составных частей изделия принадлежит разработчику ЭУ, который может осуществлять его на каждом этапе разработки. Так, например, при разработке принципиальной схемы следует внимательно изучить возможность максимального ограничения типов и номиналов ЭРЭ. Если в схеме есть резисторы с близкими расчетными значениями сопротивлении — нельзя ли для них принять одно номинальное значение. Если есть RС-цепи — нельзя ли применить в них одинаковые конденсаторы. Этот метод распространяется на транзисторы, диоды и другие составные части.

Типизация — заключается в рациональном сокращении видов объектов (конструкции, технологические процессы, методы испытаний и расчетов и т. п ) путем установления некоторых типовых, выполняющих большинство функций объектов данной совокупности и принимаемых за основу (базу) для создания других объектов, аналогичных и близких по функциональному назначению. Этот метод часто называют методом «базовых конструкций».

Унификация заключается в рациональном сокращении существующей номенклатуры объектов (схемы функциональных элементов, конструкции и т. п.), предназначенных для выполнения одних и тех же или близких по характеру функций. Унификации могут подвергаться все составные части ЭУ от детали до сборочного изделия. Например, существуют унифицированные трансформаторы малой мощности, блоки питания; унифицированы радиовещательные и телевизионные приемники и др.

Агрегатирование является дальнейшим развитием метода унификации и состоит в том, что выделяются и конструктивно оформляются в виде самостоятельных изделий функциональные части и сборочные единицы, которые могут быть применены в различных ЭУ.

Агрегатирование в радиоэлектронике связано с использованием функционально-узлового метода проектирования ЭУ из модулей, микромодулей, микросхем и других унифицированных функциональных элементов. Ряды этих функциональных элементов имеют строго нормированные, одинаковые или кратные присоединительные размеры и электрические параметры и позволяют создавать бесконечное множество ЭУ.

3.3. Требования технической эстетики

При высоких современных требованиях к внешнему виду изделий художественное конструирование выполняют дизайнеры. Однако и инженер-конструктор должен придать изделию привлекательный вид, имея в виду, что красота — строгая соразмерная гармония всех частей единого целого.

При разработке в курсовом проекте общего вида ЭУ следует критически оценить пропорции размеров кожуха, лицевой панели, размеры, форму и взаимное положение органов управления и контроля, ручек для извлечения ЭУ из кожуха или из стойки, ручек для переноски ЭУ, ножек у ЭУ настольной конструкции и т. п. Форма элементов конструкции должна быть строгой, художественно однородной и функционально целесообразной. Например, целесообразна конструкция ручек для извлечения блока из кожуха, которая защитит приборы, органы управления и контроля на лицевой панели от повреждения при транспортировке или случайном падении. Художественная однородность достигается при минимально возможном разнообразии форм (одной, двух). Например, у изделия крупные формы — прямоугольные, все мелкие — круглые или, например, все формы — прямоугольные.

3.4. Учет условий эксплуатации

При разработке конструкции ЭУ необходимо иметь исчерпывающие данные об условиях ее эксплуатации. Внешние факторы, такие, как вибрация и ускорения, большие колебания температуры и влажности, наличие в атмосфере активных газов, паров и микроорганизмов, радиация, пыль и другие, существенно снижают надежность и срок службы ЭУ.

Разрабатываемые в курсовых проектах судовые ЭУ обычно предназначены для эксплуатации в отапливаемом помещении при значениях температуры -20 - +45°С и влажности 80—95%.

3.5. Разработка электрических схем

3.5.1. Основные понятия

Внешний параметр электронной схемы (ЭС) — параметр, характеризующий режим работы ЭС и являющийся оценкой внешних по отношению к ЭС факторов. Например, внешними параметрами являются напряжение питания, температура окружающей среды, давление воздуха, его влажность. Эти факторы влияют на значения параметров элементов ЭС, а через них — на значения ее выходных параметров.

Выходной параметр ЭС — параметр, характеризующий свойства ЭС, по которым можно судить о степени выполнения ЭС своего функционального назначения. Например, к выходным параметрам усилителя относятся: коэффициент усиления, полоса пропускания, граничные частоты полосы пропускания, приведенный дрейф и др. Синонимы: функция цепи, схемная функция цепи.

Структурная схема — схема, определяющая основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи.

Функциональная схема — схема, разъясняющая процессы, протекающие в отдельных цепях или в целой ЭС. Функциональная схема занимает промежуточное место между структурной и принципиальной схемами. Цепи, в которых хотят разъяснить процессы, показывают так же подробно, как на принципиальной схеме, а другие функциональные части изображают в виде прямоугольников, как на структурной схеме.

Принципиальная (полная) схема — схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы ЭУ.

3.5.2. Структурные схемы

Структурные схемы (ГОСТ 2.702—75) разрабатывают при проектировании ЭУ на стадии анализа технического задания и синтеза структуры устройства. Разработка структурной схемы предшествует разработке схем других видов (функциональной, принципиальной и др.). Структурная схема при синтезе концентрирует в себе все наиболее важное и существенное о составе, структуре и функциях ЭУ.

На структурной схеме изображают обычно в виде прямоугольников все основные функциональные части ЭУ и основные взаимосвязи между ними. Второстепенные для данного аспекта функциональные части на структурных схемах обычно не показывают (например, блоки питания), а если показывают, то линии взаимосвязи с основными функциональными частями изображают пунктиром. Предполагается, что необходимым питанием основные функциональные части будут обеспечены.

3.5.3. Выбор элементной базы

После разработки структурной схемы появляется возможность выбора элементной базы ЭУ. В первую очередь необходимо решить, какие функциональные части ЭУ могут быть построены на интегральных микросхемах (ИМС), а какие построены на дискретных ЭРЭ.

Если какая-либо функциональная часть или все ЭУ могут быть построены на ИМС, то нужно выбирать именно их ввиду значительных преимуществ, которые связаны с разработкой, производством и эксплуатацией микроэлектронной аппаратуры (МЭА).

Возможны три типа элементной базы: ИМС, дискретные ЭРЭ, ИМС и дискретные ЭРЭ. Практически любое ЭУ, построенное на ИМС, имеет некоторое количество дискретных ЭРЭ. Однако если все основные функции в ЭУ выполняют ИМС, а дискретные ЭРЭ выполняют вспомогательные функции (фильтры в цепях питания, согласование с помощью мощных транзисторов, тиристоров или оптронов выходов ЭУ с нагрузками и т. п.), то такое ЭУ является, несомненно, микроэлектронным. На ИМС обычно строят ЭУ, перерабатывающие информацию на низком уровне напряжения и мощности. Смешанную элементную базу имеют ЭУ, содержащие как маломощные, так и мощные функциональные элементы. Например, смешанную элементную базу имеют усилители, содержащие каскады предварительного усиления напряжения сигнала (ИМС) и мощные каскады (транзисторы).

На дискретных элементах создают ЭУ, которые не могут быть построены на ИМС по следующим двум основным причинам:

а) значения некоторых электрических параметров не могут быть получены с применением ИМС;

б) промышленность не выпускает ИМС данного функционального назначения.

3.5.4. Принципиальные схемы

Разработка принципиальной схемы выполняется на схемотехническом этапе проектирования и представляет собой более высокий уровень синтеза ЭУ, чем уровень синтеза структурной схемы. В то время как структурная схема есть совокупность формальных моделей функциональных частей ЭУ, принципиальная схема является совокупностью электрических моделей этих частей. Чтобы получить формальную модель, например, делителя частоты, достаточно изобразить прямоугольник и написать в нем «делитель частоты f/n», чтобы получить электрическую модель этого делителя, необходимо изобразить электронную цепь (электронную схему), способную выполнять эту функцию. Таким образом, принципиальная схема является второй, менее абстрактной моделью ЭУ. Естественно, что она значительно полнее, чем структурная схема, отображает свойства ЭУ.

Принципиальная схема синтезируется по структурной схеме ЭУ на основе анализа требований технического задания, а также требований, предъявляемых разработчиком к каждому функциональному элементу. Разработка принципиальной схемы функционального элемента заключается в выборе одной из известных схем, наиболее полно удовлетворяющей совокупность технико-экономических требований при максимальной ее простоте и надежности.

Принципиальная схема служит основанием для разработки других конструкторских документов, например схем соединений (монтажных) и чертежей. Пользуются ими для изучения принципов работы ЭУ, а также при наладке, контроле и ремонте ЭУ.

Правила построения и выполнения принципиальных электрических схем установлены стандартами ЕСКД (ГОСТ 2701—76, 2705—75). Чтобы правильно и быстро начертить принципиальную электрическую схему, необходимо знать следующие основные правила:

1. Все элементы ЭУ (ЭРЭ и ИМС) на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.

2. Условные графические обозначения изображают в размерах, установленных в стандартах на условные графические обозначения.

Допускается все обозначения пропорционально уменьшать, при этом расстояние (просвет) между двумя соседними линиями условного графического обозначения должно быть не менее 1,0мм.

Допускается размеры условных графических обозначений увеличивать при вписывании в них поясняющих знаков (обозначения микросхем и т.п.).

Обычные для курсовых проектов масштабы: уменьшения 1:2, увеличения 2:1. На схемах, приводимых в пояснительной записке, рекомендуется изображать условные графические обозначения в одном и том же масштабе.

3. Графические обозначения элементов и соединяющие их линии электрической связи следует располагать на схеме так, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре и действии ЭУ. Линии связи должны состоять из горизонтальных и вертикальных отрезков и иметь наименьшее количество изломов и пересечений. Расстояние между соседними параллельными линиями связи должно быть не менее 3мм.

Наглядность, удобочитаемость схемы — важные ее достоинства. Хаотичное расположение элементов схемы, неудачная трассировка линий связи между ними с большим числом поворотов и пересечений, нетрадиционное изображение типовых схем — все это делает схему трудно понимаемой. Напротив, схемы, у которых условные обозначения элементов, линии связи выровнены по горизонтали и по вертикали, трассы линий связи проложены экономно, легко читаются и их действие постигается значительно быстрее.

4. Графические обозначения элементов следует выполнять линиями той же толщины, что и линии связи. Линии связи выполняют толщиной от 0,2 до 1,0мм в зависимости от формата схем и графических обозначений. Рекомендуемая толщина линий от 0,3 до 0,4мм.

5. В соответствии с ГОСТ 2.751—73 в узлах электрической связи необходимо показать точки в виде зачерненных кружков (рекомендуется диаметр 2мм). Особенно важно отчетливо показывать точки в местах пересечения линий. Порой бывает трудно понять действие ЭУ только потому, что на небрежно изготовленной схеме (в особенности на ее копии) в месте пересечения линий нет отчетливо видимых точек и неясно, имеются ли между ними электрические связи.

Экспериментальный макет ЭУ, собранный по схеме, на которой ошибочно нанесена всего одна такая точка, окажется не работающим и потребуется время, иногда значительное, чтобы установить причину его бездействия. Несомненно, с хорошо видимыми точками схема более рельефна и читается легче. Указанные ошибки исключаются, если в соответствии с ГОСТ 2.751—73 на схеме применять только Т-образные соединения.

6. При изготовлении схем, имеющих входы и выходы, входы, как правило, располагают слева, а выходы — справа.

7. На полной принципиальной схеме ЭУ, вычерчиваемой обычно на листе ватмана, должны быть отображены конструктивные особенности устройства: показано разбиение схемы по платам, даны условные обозначения видов соединений (соединители, клеммы, переключатели и т. п.), указаны механические связи между электрическими элементами, способы регулирования параметров элементов, применение экранирования.

8. Вычерчивая схему, следует предусматривать около условных обозначений элементов место для записи их позиционных обозначений. Практика показывает, что с первого раза не удается удовлетворительно вычертить полную принципиальную электрическую схему ЭУ, имея ее фрагменты в виде схем входящих в нее функциональных элементов. Нужен черновой набросок полной схемы, ее эскиз. Часто автора схемы устраивает только второй или даже третий эскиз.

3.5.5. Выполнение схем и обозначение ЭРЭ

На принципиальной схеме изображают все ЭРЭ и другие устройства (ГОСТ 2.702—75), необходимые для осуществления и контроля в ЭУ заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также электрические элементы (соединители, зажимы и т. п.), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. Элементы на схеме изображают в виде условных графических обозначений, установленных в стандартах ЕСКД.

На схеме посредством системы позиционных обозначений однозначно определяют все изображенные на ней элементы. Позиционным обозначение называют потому, что порядковый номер, который присваивают элементу, определяется только положением (позицией) его условного изображения на принципиальной схеме. Позиционное обозначение элементов в общем случае состоит из трех частей (ГОСТ 2.710—81), указывающих вид элемента, его номер и функцию. Вид и номер являются обязательной частью условного обозначения, а указание функции — не обязательным. Первой частью обозначения является одна или несколько букв (буквенный код), указывающих вид элемента. Вторая часть состоит из одной или нескольких цифр, указывающих порядковый номер элемента данного вида. Третья часть содержит одну или несколько букв (буквенный код), отражающих функцию элемента.

Все ЭРЭ разбиты по видам на группы (табл. 3.1), которым присвоены обозначения одной буквой. Для уточнения вида элементов допускается применять двух- и многобуквенные коды. Элемент данного вида может быть обозначен одной буквой — общим кодом вида элемента или двумя буквами — кодом данного элемента. При применении двух- и многобуквенных кодов первая буква является кодом группы видов, к которой принадлежит элемент. Например, транзистор и диод относятся к группе полупроводниковых приборов и кодируются в однобуквенном коде одной и той же буквой V. В двухбуквенном коде они кодируются по-разному: транзистор — VТ, диод — VD.

Таблица 3.1 - Кодировка электрорадиоэлементов.

Первая буква кода	Группа видов элементов
А	Устройства (усилители)
В	Преобразователи неэлектрических величин в электрические или наоборот (кроме генераторов и источников питания)
С	Конденсаторы
D	Схемы интегральные, микросборки  (DА – аналоговые, DD - цифровые)
	Схемы интегральные, микросборки
F	Предохранители, разрядники, устройства защитные
G	Генераторы, источники питания, кварцевые осцилляторы
H	Устройства индикационные и сигнальные
K	Реле, контакторы, пускатели
L	Катушки индуктивности, дроссели
P	Измерительные приборы, часы, счетчики (PA – амперметр, PV – вольтметр, PW – ваттметр, РТ – измеритель времени, PF – частотомер, PC – счетчик импульсов)
Q	Выключатели и разъединители в силовых цепях (QF – выключатель автоматический)
R	Резисторы (RK – терморезистор, RP – потенциометры, RS – шунт измерительный, RU – варистор)
S	Устройства коммутационные в слаботочных цепях (SA – выключатель или переключатель, SB – кнопка)
T	Трансформаторы (ТА – тока, TV – напряжения)
V	Приборы полупроводниковые (VD – диоды, VT – транзисторы, VS – тиристоры)
X	Соединения контактные (ХР – штырь, ХS – гнездо)

Нумерацию начинают с левого верхнего угла схемы сверху вниз в направлении слева направо. Позиционные обозначения проставляют на схеме рядом с УГО элементов с правой стороны или над ними.

При проведении числовых расчетов используются значения сопротивлений или емкостей элементов, поэтому при оформлении формул эти параметры необходимо представлять в виде: R_R1 (значение сопротивления резистора R1) или С_С1 (значение емкости конденсатора С1). Допускается не повторять в индексе буквенный код элемента и представлять параметры элементов в виде: R₁ или С₁.

3.5.6. Дополнительная информация на принципиальных схемах

Около условных графических обозначений элементов допускается указывать номиналы резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности, а также маркировку электровакуумных, ионных, полупроводниковых приборов и микросхем.

Для разгрузки принципиальной схемы от излишних надписей применяют упрощенный способ обозначения единиц измерения величин (ГОСТ 2.702—75):

Сопротивления до 100Ом выражаются в Омах и обозначаются буквой Е, сопротивления от 100Ом до 100кОм – в килоомах и обозначаются буквой К, а сопротивления от 100кОм до 100МОм – в мегомах и обозначаются буквой М. Эти буквы ставятся на место запятой десятичной дроби, которая выражает значение сопротивления.

Емкости до 100пФ выражаются в пикофарадах и обозначаются буквой П; емкости от 100пФ до 0,1мкФ – в нанофарадах и обозначаются буквой Н; емкости от 0,1мкФ и выше – в микрофарадах и обозначают буквой М.

В условных обозначениях резисторов могут быть нанесены символы, показывающие номинальную мощность резисторов.

Если для принципиальной схемы разработан перечень элементов, то дополнительную информацию на схеме не помещают.

Часто в процессе разработки и наладки схемы устройства необходимо контролировать значения токов в ветвях и напряжений в характерных узлах схемы. Для этого на схему наносят значения этих токов и напряжений. Значение напряжения указывается непосредственно около узла (могут указываться значения потенциалов выводов транзисторов или микросхем), а значение тока возле линии соединения, помеченной знаком "х".

3.5.7. Перечень элементов принципиальной схемы

Данные об элементах принципиальной схемы, полученные в результате электрического расчета и выбора типономиналов элементов, записывают в перечень элементов. Перечень выполняют в виде таблицы (рис. 3, 4) на листе ватмана с изображением полной принципиальной схемы, либо на листах формата А4 самостоятельным документом, который помещают в пояснительную записку.

Если перечень элементов помещают на листе со схемой, его располагают, как правило, над основной надписью. Расстояние между перечнем элементов и основной надписью должно быть не менее 12мм. Продолжение перечня элементов помещают слева от основной надписи, повторяя заголовок таблицы.

В графах перечня помещают следующие данные:

в графе «Поз. обозначение» — позиционное буквенно-цифровое обозначение элемента, устройства или функциональной группы;

в графе «Наименование» — наименование элемента или устройства, тип и обозначение документа, на основании которого этот элемент или устройство применены;

в графе «Примечание» — технические данные, не содержащиеся в обозначении типа элемента, значения параметров, подбираемые регулировкой, и др.

Связь перечня с графическими обозначениями осуществляется через позиционные обозначения. Элементы в перечень записывают группами в алфавитном порядке буквенных позиционных обозначений. В пределах каждой группы, имеющей одинаковые буквенные позиционные обозначения, элементы располагают по возрастанию порядковых номеров. Допускается оставлять несколько незаполненных строк между группами элементов. Элементы одного типа с одинаковыми электрическими параметрами записывают в перечень в одну строку, при этом в графе «Кол.» указывают общее количество одинаковых элементов.

Допускается обозначения документов, на основании которых применены элементы, записывать в общем наименовании (заголовке). Если продолжение перечня перенесено на следующий лист или свободное поле схемы, заголовок группы элементов повторяют.

Если в изделие входят несколько одинаковых функциональных групп или устройств, то элементы, входящие в такие группы и устройства, записываются в перечень элементов отдельно в пределах каждого устройства или функциональной группы. Запись элементов, входящих в каждое устройство (функциональную группу), начинают с наименования устройства или функциональной группы, которое записывают в графе «Наименование». Ниже наименования устройства должна быть оставлена одна свободная строка, выше — не менее одной свободной строки. При этом если на схеме изделия имеются элементы, не входящие в устройства (функциональные группы), то вначале записывают эти элементы без заголовка, а затем — устройства, не имеющие самостоятельных принципиальных схем, и функциональные группы с элементами, входящими в них. Если в изделии имеется несколько устройств или функциональных групп, то в перечне указывают количество элементов, входящих в одно устройство. Общее количество одинаковых устройств указывают в графе «Кол.» на одной строке с заголовком.

Пример разработанной электрической принципиальной схемы и перечня ее элементов приведен на рис. 5.

3.6. Изготовление чертежей
3.6.1. Размещение чертежей на бумажном листе

Форматом чертежа называют размер обрезанного листа бумаги, на котором выполнен чертеж (табл. 3.2).

Таблица 3.2 – Характеристики форматов.

Обозначение формата	А0	А1	А2	АЗ	А4
Размеры сторон формата, мм	841x1189	594x841	420x594	297x420	210x297

При рассматривании чертежа поле для брошюрования должно находиться слева от рабочего поля. У формата А4 поле для брошюрования оставляют на длинной стороне.

Выбирая формат и масштаб, следует учитывать, что нормально заполненным считают такой чертеж, на котором графические изображения занимают не менее 75 % его рабочего поля.

3.6.2. Основные надписи

Содержание, расположение и размеры граф основных надписей на чертежах, схемах и текстовых документах установлены ГОСТ 2.104—68. Основные надписи располагают в правом нижнем углу конструкторских документов. На листах формата А4 основные надписи располагают вдоль короткой стороны листа.

Основную надпись на чертежах и схемах выполняют по форме 1, на первом и заглавном листе текстовых конструкторских документов и первых листах каждой структурной части пояснительной записки - по форме 2, на последующих листах текстовых конструкторских документов — по форме 2а (рис. 6).

В графах основной надписи (номера граф на формах заключены в скобки) указывают:

в графе 1	наименование изделия (детали, сборочной единицы и т.д), а также наименование документа в именительном падеже единственного числа (Стабилизированный ВИП. Схема электрическая принципиальная);
в графе 2	обозначение документа по ГОСТ 2.201—80 (заполнение в документах курсового проекта определяет кафедра, см. рис.7);
в графе 3	обозначение материала детали (графу заполняют только на чертежах деталей);
в графе 4	литеру документа;
в графе 6	масштаб;
в графе 7	порядковый номер листа;
в графе 8	общее количество листов документа (графу заполняют только на первом листе);
в графе 9	наименование или различительный индекс предприятия, выпускающего документ (указывают шифр учебной группы, аббревиатуры факультета и вуза: КМТИ, МФ, кафедра ЭСиАП);
в графе 10	характер работы, выполняемой лицом, подписывающим документ (студент — разработал, руководитель — принял);
в графе 11	фамилия лиц, подписавших документ (фамилии студента и руководителя проекта);
в графе 12	подписи лиц, фамилии которых указаны в графе 11.

В графе  «Дата» студент проставляет дату завершения работы над проектом, а руководитель — дату его приемки.

Остальные графы при разработке курсового проекта не заполняют.

3.6.3. Содержание чертежа общего вида

В соответствии с ГОСТ 2.119—73 чертеж общего вида электронного устройства должен содержать:

а) изображения (виды, разрезы) и надписи, позволяющие получить представление о его конструкции;

б) наименования, а также обозначения его основных составных частей;

в) размеры и другие, наносимые на изображения данные (при необходимости).

Виды разрабатываемого устройства следует изображать в ортогональных проекциях. Главным должен быть вид на лицевую панель.

Если электронное устройство имеет кожух, то для изображения на видах основной несущей конструкции (шасси, каркас и т. п.) и размещаемых на ней крупных ЭРЭ (мощные полупроводниковые приборы, конденсаторы, коммутационные устройства и др.), сборочных единиц (печатные узлы, трансформаторы и др.), теплорассеивающих и теплоотводящих элементов (радиаторы, тепловые трубы и др.), конструктивных элементов (детали из металлов, пластмасс и т. п.) соответствующие стенки кожуха допускается не показывать, о чем над изображением делают надпись, например: «стенка кожуха не показана».

Количество видов, разрезов устанавливает разработчик: при объемной компоновке изделия оно обычно должно быть не меньше трех.

Изображать общий вид в перспективе или аксонометрии не рекомендуется, так как одна проекция не дает ясного представления о конструкции и компоновке изделия, а построение нескольких проекций трудоемко и требует много места.

Как правило, на чертеже общего вида показывают только габаритные, установочные и присоединительные размеры.

3.6.4. Упрощение изображений на чертеже общего вида

Изображения выполняют с максимальными упрощениями, предусмотренными стандартами ЕСКД для рабочих чертежей.

Внешние очертания изделия, как правило, следует упрощать, не изображая мелких выступов, впадин и т. п.

Не следует показывать ЭРЭ, установленные на печатной плате, если на плату есть отдельный чертеж. Достаточно объем, занимаемый навесными элементами ПП, выделить на видах штрихпунктирными линиями и пояснить их надписями «границы монтажа».

Допускается не показывать:

а) провода, соединяющие электрорадиоэлементы;

б) фаски, скругления, проточки, углубления, выступы, накатки, насечки и другие мелкие элементы на составных частях изделия;

в) мелкие винты, гайки, шайбы, заклепки, сварные и другие неразъемные соединения;

г) шкалы стрелочных приборов, деления на лимбах.

Перечисленные упрощения существенно уменьшают объем чертежных работ, позволяют основное внимание уделить конструкторской разработке изделия в целом, компоновке его составных частей с учетом многочисленных и разнообразных требований, предъявляемых к электронной аппаратуре.

3.6.5. Сборочные чертежи функциональных печатных узлов

Требования к сборочным чертежам печатных узлов и к чертежам общего вида изделия в основном совпадают. Отличия отражают специфику печатного узла как изделия.

Основные составные части печатного узла - навесные и установочные ЭРЭ – являются покупными изделиями, их данные приведены в таблице принципиальной электрической схемы, поэтому на сборочном чертеже для идентификации ЭРЭ достаточно показать их позиционные обозначения на схеме.

Изображают ЭРЭ внешними очертаниями, упрощенно (рис. 8). Выводы ЭРЭ (транзистор, тиристор и т. п.) на чертеже маркируют. Наименования и обозначения составных частей изделия на чертежах общего вида указывают одним из следующих способов:

а) на полках линий-выносок, проводимых от изображений составных частей;

б) в таблице, размещаемой на листе чертежа общего вида;

в) в таблице, выполненной на отдельных листах формата А4 в качестве последующих листов чертежа общего вида.

Выбор способа определяется сложностью изделия. При небольшом количестве составных частей (примерно до десяти) приемлем первый способ. В курсовом проекте он рационален для чертежа общего вида, например несложного блока (рис. 9). Второй способ удобен, если число составных частей не превышает 25—30. Габариты изделия при таком количестве составных частей обычно невелики и на чертеже есть место для таблицы. При большом количестве составных частей применяют третий способ.

При наличии таблицы на полке линии-выноски пишут только номер позиции составной части, под которым она внесена в таблицу. Номер указывают на том изображении, на котором проекция составной части дает о ней наилучшее представление. Номера позиций располагают вне контура изображения и группируют в колонку и (или) в строчку по возможности в одну линию.

Размер шрифта номеров позиций должен быть на один-два номера больше, чем размер шрифта, принятого на чертеже для размерных чисел.

3.6.6. Таблица составных частей изделий

Таблицу (рис. 10) на чертеже общего вида располагают, как правило, над основной надписью. Между основной надписью и таблицей должен быть промежуток 12мм. Вне чертежа таблицу изготовляют на листах писчей бумаги формата А4, имеющих рамку, основную надпись, и брошюруют вместе с другими листами пояснительной записки.

В графах таблицы производят следующие записи. В графе «Позиция» составным частям присваивают порядковый номер позиций. В графе «Обозначение» указывают позиционные обозначения электрорадиоэлементов на принципиальной электрической схеме, идентифицируя тем самым объекты принципиальной схемы и чертежа общего вида. В графе «Наименование» указывают полное наименование составных частей, перечисляемых только в данной таблице, и сокращенное - электрорадиоэлементов, полное наименование которых приведено в перечне элементов принципиальной схемы. В графе «Примечания» дают дополнительные сведения.

Запись составных частей в таблицу рекомендуется производить в следующем порядке:

·        заимствованные изделия;

·        покупные изделия;

·        вновь разрабатываемые изделия.

В таблицу не записывают составные части, которые не показаны на данном чертеже.

Следует отметить, что заполнение графы «Позиция» должно идти по возрастающим номерам. Пример выполнения сборочного чертежа и таблицы составных изделий приведен на рис. 11.

3.7. Разработка печатных плат

Печатная плата (ПП) — пластина из электроизоляционного материала, обычно прямоугольной формы, применяемая в ЭУ в качестве основания для установки и механического закрепления навесных ЭРЭ, микросборок МСБ и др., а также для их электрического соединения между собой посредством печатного монтажа.

Применение печатного монтажа в производстве ЭУ обеспечивает:

·          идентичность параметров монтажа;

·          высокую плотность размещения навесных элементов;

·          возможность автоматизации монтажных, сборочных и контрольно-регулировочных процессов.

Наиболее широко ПП изготовляют из фольгированного диэлектрика — листового стеклотекстолита или гетинакса, на одну или обе поверхности которого наклеена медная фольга. В процессе обработки на пластине фольгированного диэлектрика создают монтажные, крепежные отверстия и проводящий рисунок (на одной или обеих сторонах). Проводящий рисунок создается на плате путем травления меди химическими растворами хлорного железа или соляной кислоты. Рисунок предварительно наносится каким-либо лаком.

Последующие термины и определения соответствуют ГОСТ 20406—75.

Печатный монтаж — способ монтажа, при котором электрическое соединение элементов электронного узла выполнено с помощью печатных проводников.

Печатный узел — ПП с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и (или) другими печатными платами и с выполненными всеми процессами обработки (пайка, покрытие и т. д.).

Печатный проводник — одна проводящая полоска или площадка в проводящем рисунке.

Проводящий рисунок — рисунок ПП, образованный проводниковым материалом.

Контактная площадка — часть проводящего рисунка, используемая для соединения или для подсоединения элементов ЭУ.

Односторонняя ПП — ПП, имеющая одно основание, на одной стороне которого выполнен проводящий рисунок.

Двусторонняя ПП — ПП, имеющая одно основание, на обеих сторонах которого выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения.

Сторона монтажа ПП — сторона ПП, на которой устанавливается большинство навесных элементов.

Сторона пайки ПП — сторона ПП, на которой производится пайка выводов большинства навесных элементов.

Перемычка ПП — отрезок проводникового материала, не входящий в рисунок ПП и обеспечивающий электрическое соединение между двумя точками проводящего рисунка на одной стороне ПП (устанавливается при невозможности выполнить соединение печатным проводником).

Монтажное отверстие ПП — отверстие, используемое для соединения выводов навесных  элементов с ПП, а также для любого электрического присоединения к проводящему рисунку.

Металлизированное отверстие ПП — отверстие ПП с осажденным на стенках проводниковым материалом.

Крепежное отверстие ПП — отверстие, используемое для механического крепления ПП на шасси или для механического крепления элементов к ПП (например, переменных резисторов, электрических соединений и др.).

Координатная сетка — сетка, определяющая положение элементов рисунка ПП в прямоугольной или полярной системе координат.

3.7.1. Основные требования

Приступая в разработке ПП, разработчик должен учитывать следующее:

1. Если нет каких-либо ограничений, ПП должна быть квадратной или прямоугольной, а линейные размеры ее сторон— кратными (ГОСТ 10317—79):

2,5 — при длине до 100 мм;

5,0 — при длине до 350 мм;

10,0 — при длине более 350 мм.

Максимальный размер любой из сторон должен быть не более 470мм, а соотношение линейных размеров сторон ПП — не более 3:1.

2. Толщина ПП должна соответствовать одному из чисел ряда: 0,8; 1,0; 1,5; 2,0. Толщина ПП малой площади должна соответствовать числам начала ряда, а большой площади — числам конца ряда. При недостаточной жесткости основания в печатных проводниках могут возникать микротрещины, приводящие в ряде случаев к разрыву электрической цепи.

3. Чтобы ПП была технологичной, разработку конструкции следует вести, ориентируясь на конкретный промышленный процесс ее изготовления.

4. Осуществление на ПП монтажа высокой плотности (ширина печатных проводников 1—2 мм, зазор между проводниками 0,4—1,0 мм) всегда сопряжено с большими конструкторскими и технологическими трудностями. Поэтому следует предпочитать более свободный монтаж.

5. При размещении ЭРЭ на ПП необходимо иметь  в виду паразитные связи, возникающие через емкости между печатными проводниками и самими ЭРЭ. Например, для предотвращения самовозбуждения усилителя элементы его входной цепи желательно располагать возможно дальше от элементов его выходных цепей.

При заметном сопротивлении общего для схемы печатного проводника (общая шина) и неправильном выборе точки подключения его к аппаратной «земле», а также при заметном сопротивлении шины питания на этих проводниках могут возникать напряжения паразитных обратных связей, ухудшающие или даже нарушающие работу ЭУ.

6. Печатные проводники по возможности следует делать широкими, при этом в проводнике, если он шире 3мм, предусматривают щелевидные, круглые или овальные вырезы, снижающие температурные деформации ПП.

7. Центры отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки. При применении ЭРЭ с жесткими выводами, имеющими шаг, не кратный шагу координатной сетки, в узле координатной сетки размещают отверстие, принятое за основное. Остальные отверстия располагают в соответствии с чертежом контактной группы ЭРЭ, который помещают на поле чертежа ПП. Диаметры монтажных отверстий выбирают из ряда: 0,7; 0 9 1,1; 1,3; 1,5мм.

8. Каждое монтажное и переходное отверстие должно быть охвачено контактной площадкой. Для предотвращения отрыва контактной площадки от основания ПП в процессе травления или пайки ее минимальный диаметр должен быть не менее трех диаметров отверстий 0,5— 0,8мм и двух диаметров отверстий 1,6—2,0мм. Во всех случаях зазор между кромкой ПП и контактной площадкой должен быть не меньше толщины ПП.

9. Минимальный изоляционный зазор между элементами проводящего рисунка при напряжении между ними до 50В и нормальном атмосферном давлении должен быть порядка 0,4мм. Минимальные зазоры следует устанавливать только в тех местах, в которых физически невозможно их увеличить (узкое место).

10. По точности исполнения элементов конструкции ПП делят на четыре класса точности. ПП 1-го и 2-го классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость. ПП 1-го класса точности применяют при малой и средней плотности размещения дискретных ЭРЭ.

3.7.2. Конструирование печатной платы

Неавтоматизированная разработка одно- и двусторонних ПП включает в себя ряд выполняемых последовательно операций и решений, принимаемых в зависимости от результатов, полученных после выполнения некоторых операций (рис. 12) .

Как видно из структурной схемы алгоритма, при благоприятном стечении обстоятельств (простая электрическая схема и др.) конструирование включает последовательное выполнение операций, и цель достигается кратчайшим путем. Если же электрическая схема сложная, разработчик не имеет опыта, некоторые предыдущие операции выполнены некачественно и т. п., разработка усложняется за счет повторного или даже многократного выполнения некоторых операций, вводимых директивами алгоритма.

Структурная схема в компактной форме указывает путь, по которому конструктор должен следовать при разработке ПП. Конструирование расчленено на ряд относительно простых операций, что ускоряет разработку.

Рассмотрим основные из перечисленных на структурной схеме операций.

1. Анализ принципиальной электрической схемы имеет целью:

а) установить возможность объединения выводов в единую зону электрического присоединения;

б) определить порядок расположения печатных проводников в указанной зоне;

в) выявить сильноточные линии электрической связи и составить перечень таких линий;

г) ознакомиться с габаритными чертежами, входящими в схему ЭРЭ, при необходимости сделать их эскизы, которые понадобятся для графического преобразования (реконфигурации) схемы и размещения ЭРЭ на ПП;

д) наметить способы установки ЭРЭ на ПП (вертикально или горизонтально, выводами вверх или вниз и т. п.);

е) наметить места расположения контрольных точек около ЭРЭ или на краю ПП.

Перед тем как перейти к выполнению следующих операций, необходимо произвести реконфигурацию схемы.

Последовательность и правила реконфигурации:

а) электрические связи между ЭРЭ на схеме показывают линиями;

б) на условном обозначении ЭРЭ с тремя и более выводами расположение выводов приводят в соответствие с таковыми на установленном на ПП элементе, если на выводы глядеть со стороны печатных проводников;

в) устраняют все пересечения, которые могут быть ликвидированы путем графической деформации схемы; переносом обозначений ЭРЭ, поворотом их добиваются минимума числа пересечений линий электрической связи;

г) линии внешних связей группируют за пределами схемы, на стороне наиболее приемлемой для размещения зоны электрического присоединения;

д) оставшиеся пересечения устраняют, проводя линии связи через ЭРЭ или их выводы; изображения ЭРЭ при необходимости деформируют: резисторы удлиняют, обкладки конденсаторов раздвигают и т. п.;

е) если пересечение не может быть устранено или устраняется пересечением большого числа ЭРЭ, его отмечают П-образным переходом.

Преобразованная схема является рабочим инструментом конструктора, в состав документации она не включается и поэтому требования ГОСТа на нее не распространяются.

Реконфигурация принципиальной схемы дает возможность:

а) устранить мнимые и выявить реальные пересечения, которые не были показаны на принципиальной схеме;

б) наметить конкретные пути устранения пересечений на ПП;

в) получить приближенное взаимное расположение ЭРЭ на ПП.

Реконфигурацию необходимо проводить последовательно, с тщательной проверкой правильности преобразований.

2. Электрически печатный узел присоединяют к блоку через электрический соединитель, если требуется его быстрая замена (способ характерен для сложного ЭУ), или без соединения. В обоих случаях на ПП должна быть создана зона электрического присоединения с расположенными в ней отверстиями, контактными площадками для электрического соединителя или для монтажа жгута проводов, плоского кабеля.

Для предотвращения отрыва контактных площадок монтажными проводами монтажные отверстия зоны необходимо армировать пистонами, в которые впаивают провода.

3. Элементы на ПП размещают, руководствуясь преобразованной принципиальной схемой. Наиболее быстро и просто в условиях студенческого проектирования ЭРЭ можно разместить, применяя макетирование с темплетами. Темплеты вырезают из картона, на одной стороне которого наклеена миллиметровая бумага. Темплетами придают форму прямоугольников и квадратов, размеры которых соответствуют габаритным и установочным размерам ЭРЭ в масштабе 2:1. На лицевой стороне темплета изображают упрощенно корпус и выводы ЭРЭ, указывают его позиционное обозначение, диаметр выводов.

Темплеты раскладывают на листе тетрадной бумаги, линованной в клетку со стороной 5мм, на котором выделена монтажная зона. Добившись приемлемого размещения, темплеты по очереди убирают с листа, предварительно обведя их контуры карандашом, монтажные отверстия отмечают кружками диаметром 4мм и на месте темплетов проставляют позиционные обозначения ЭРЭ.

4. Соединения на чертеже выполняют отрезками прямых линий, параллельными осями координат или составляющими с ними угол, кратный 15°, и проходящими через центры монтажных отверстий.

При трассировке уточняют взаимное положение ЭРЭ, добиваясь равномерной плотности печатных проводников. Если разрабатывается двусторонняя ПП, то на компоновочном чертеже соединения выполняют своим цветом для каждого печатного слоя.

Не следует, если это возможно, создавать на плате узкие места - участки, на которых ширина печатных проводников и зазоры между ними минимально допустимые, но также нерационально оставлять обширные участки, не занятые ни проводящим рисунком, ни ЭРЭ. Миниатюрность, технологичность, надежность - основные качества любой ПП.

5. Конструирование элементов печатного рисунка состоит в определении ширины проводников, формы и размеров контактных площадок. Ширину печатных проводников в узких местах следует рассчитывать, принимая плотность тока 45—50 А/мм², толщину фольги 50 мкм. Элементы печатного рисунка на чертеже показывают упрощенно.

7. Диаметр монтажного отверстия d₀ выбирают из таких условий: если диаметр вывода d_в>1мм, то d₀=[d_в+(0,3¸0,4)]мм; если d_в<1мм, то d₀ =[d_в+ (0,2¸0,3)]мм. Для выводов, мало отличающихся по толщине, монтажные отверстия делают одинаковыми, соответствующими наиболее толстым из объединяемых в группу выводам, сводя тем самым номенклатуру диаметров к двум-трем размерам.

Монтажное отверстие на чертеже показывают условным знаком (диаметр знака 2мм при масштабе 1:1), обозначающим его диаметр d₀ .

Хорошая проверка разработанной ПП - сопоставление количества выводов ЭРЭ и внешних выводов на принципиальной схеме с количеством монтажных отверстий на ПП. Их совпадение показывает, что неустановленных ЭРЭ нет и все внешние выводы предусмотрены.

8. Конструкция элементов крепления ПП к блоку зависит от способа ее электрического присоединения. При наличии электрического соединителя ПП устанавливают в направляющих пазах и фиксируют защелками, что позволяет при необходимости быстро ее заменить. Если электрически ПП соединяют с блоком пайкой, то обычно ее крепят к нему винтами.

9. Внешние размеры платы должны соответствовать нормальным линейным размерам.

3.7.3. Установка навесных элементов на печатную плату

Навесной элемент на ПП необходимо располагать так, чтобы центры монтажных отверстий для его выводов (для групп его выводов), если это возможно, были бы в узлах координатной сетки, расположенных на одной из координатных линий, параллельных и взаимно перпендикулярных координатных линиях.

Перед установкой на ПП гибкие выводы ЭРЭ формуют, т. е. с помощью технологической оснастки их изгибают так, чтобы форма выводов соответствовала способу установки ЭРЭ. Минимальное расстояние от корпуса ЭРЭ до места изгиба, а также до места пайки обычно указано в ГОСТе или ТУ на ЭРЭ. При отсутствии таких указаний расстояние от корпуса ЭРЭ до оси изогнутого вывода должно быть не менее 2,0мм, а до места пайки - не менее 2,5мм.

Способ установки ЭРЭ на плате определяется рядом факторов: плотностью монтажа, материалом корпуса, массой ЭРЭ и количеством его выводов, типом платы и условиями эксплуатации. Основные способы установки ЭРЭ с двумя выводами без дополнительного механического крепления их к плате показаны на рис. 13.

Микросхемы в круглых металлостеклянных корпусах с 8 и 12 выводами устанавливают на плату выводами вниз. Для микросхем с планарными выводами отверстий в ПП не сверлят. Отформованные плоские выводы микросхемы накладывают на контактные площадки платы и паяют.

При компоновке и выборе крепления ЭРЭ на плате необходимо обеспечить: а) удаление полупроводниковых приборов от ЭРЭ, выделяющих большое количество теплоты; б) конвекционный отвод теплоты от радиаторов и ЭРЭ, выделяющих большое количество теплоты; в) отвод теплоты при пайке; г) возможность доступа к подборным и подстроенным ЭРЭ для замены или настройки; д) защиту монтажа от механических повреждении.

Не следует устанавливать на ПП крупные и массивные ЭРЭ (трансформаторы питания, радиаторы с мощными транзисторами, мощные диоды, крупногабаритные конденсаторы и др.), так как, во-первых, при случайных ударах или вибрации они могут вывести ее из строя, а во-вторых, обычно ухудшается теплоотвод от них.

3.7.4. Чертежи печатных плат

На чертеже прямоугольной ПП размеры элементов проводящего рисунка, координаты центров отверстий и других обычно указывают ГОСТ 2.417—78 нанесением координатной сетки (рис. 14). На простых чертежах размеры можно, если это рационально, указывать способом, принятым в машиностроительном черчении, посредством размерных чисел, размерных и выносных линий. Возможно совместное применение обоих способов.

Основной шаг координатной сетки 2,5мм (ГОСТ 10317—79). Для чертежей со сложным и мелким проводящим рисунком может быть принят шаг 1,25 или 0,50мм.

Чертежи ПП выполняют в масштабах 1:1, 2:1, 4:1. Чертежи с шагом координатной сетки 0,50мм выполняют в масштабе не менее 4:1.

При задании размеров нанесением координатной сетки линии сетки нумеруют (рис. 14). Шаг нумерации устанавливают с учетом насыщенности и масштаба изображения. Для упрощения определения координат элементов чертежа допускается отдельные линии (обычно каждую десятую) выделять.

За ноль в прямоугольной системе координат на главном виде ПП (у односторонней ПП - вид со стороны проводящего рисунка) принимают левый нижний угол ПП или центр крайнего нижнего отверстия, находящегося на поле платы.

При необходимости границы участка ПП, на котором не должно быть печатных проводников, например на двусторонней ПП, на чертеже выделяют утолщенной штрихпунктирной линией.

Группу одинаковых отверстий на чертеже обозначают одним из условных знаков (рис. 15), а количество отверстий и их размеры указывают в таблице (рис. 16), приводимой на поле чертежа ПП (ГОСТ 2.307—68).

Круглые отверстия, имеющие зенковку, и круглые контактные площадки с круглыми отверстиями (в том числе и с зенковкой) изображают одной окружностью. Их форму и размеры указывают на поле чертежа.

Проводники на чертеже изображают одной линией, являющейся осью симметрии проводника, при этом их ширину указывают в текстовой части чертежа. Проводники шириной более 2,5мм могут изображаться двумя линиями. Проводники, имеющие заданную ширину, показывают на чертеже без упрощений.

Отдельные элементы проводящего рисунка ПП можно выделять штриховкой, зачернением и т. п.

На чертеже односторонней ПП показывают виды обеих ее сторон, при этом на стороне монтажа наносят позиционные обозначения ЭРЭ в соответствии с принципиальной электрической схемой и знаки, уточняющие расположение навесных элементов (рис. 17), а над изображением помещают надпись «Сторона монтажа».

Чертеж двусторонней ПП, имеющей навесные элементы на одной стороне, дополняют видом проводящего рисунка стороны монтажа.

Около видов платы на полках линий-выносок наносят краткие надписи или числа, относящиеся непосредственно к изображению.

Технические требования на чертежах ПП излагают в такой последовательности:

а) способ изготовления платы;

б) толщина платы;

в) шаг координатной сетки;

г) ширина печатных проводников (при необходимости);

д) наименьшее расстояние между проводниками;

е) форма и размеры контактных площадок;

ж) условные знаки, принятые для обозначения отверстий.

Обозначение материала ПП указывают в графе 3 основной надписи. Текстовую часть, надписи и таблицы включают в чертеж в тех случаях, когда содержащиеся в них данные, указания и разъяснения невозможно или нецелесообразно выразить графически или условными обозначениями.

Текст располагают над основной надписью. Содержание текста и надписей должно быть кратким и точным. В надписях не должно быть сокращений, кроме общепринятых.

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. Основные понятия

Анализ работы электронной схемы (ЭС) — определение значений, как выходных параметров-функционалов, так и пороговых выходных параметров при заданных значениях входных параметров ЭС.

Входной параметр ЭС — параметр, являющийся элементом множества внешних параметров ЭС и параметров компонентов. К входным параметрам относятся входное сопротивление, входная емкость и др.

Выходной параметр-функционал ЭС - выходной параметр ЭС, являющийся функционалом зависимостей токов, напряжений и мощностей в компонентах ЭС от времени и частоты. Краткая форма - выходной параметр. Синонимы: функция цепи, схемная функция цепи.

Запас работоспособности ЭС - величина, характеризующая степень выполнения условия работоспособности ЭС. Выражается числом.

Компонент ЭС - элемент ЭС, который не может быть разделен на части, имеющие самостоятельное функциональное значение. Содержание термина определяется видом ЭС. Компонентом функциональной схемы ИМС является, например, логический элемент; принципиальной схемы ЭУ на дискретных ЭРЭ - резистор, транзистор и т. п.; эквивалентной схемы - сопротивление, емкость, источник тока и т.д.

Конфигурация принципиальной (эквивалентной) схемы - часть принципиальной (эквивалентной) схемы, содержащая сведения только о типе элементов и способе их соединений.

Математическая модель ЭС (компонента ЭС) — система математических отношений, описывающая электрические процессы в ЭС (в компоненте ЭС).

Наработка — продолжительность функционирования изделия либо объем работы, выполненной им за некоторый промежуток времени.

Неисправность — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Область работоспособности ЭС — область в пространстве выходных или входных параметров ЭС, в которой выполняются условия работоспособности ЭС.

Ограничение выходного параметра ЭС — граничное значение допустимого диапазона изменения выходного параметра ЭС.

Определяющая координата ЭС — электрическая координата, являющаяся искомой переменной в уравнениях математической модели ЭС. Под электрической координатой понимают ток, напряжение, заряд, магнитный поток.

Пороговый выходной параметр ЭС — значение выходного параметра ЭС, соответствующее граничному значению диапазона изменения внешнего параметра ЭС, в котором выполняется условие работоспособности ЭС при оговоренных значениях других внешних параметров.

Очевидно, пороговый выходной параметр должен принадлежать области работоспособности ЭС.

Производственный допуск — допуск, ограничивающий отклонения параметров изготовляемых изделий при нормальных условиях эксплуатации.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Сложное ЭУ — электронное устройство, состоящее из двух и более функциональных элементов.

Условие работоспособности ЭС — соотношение между выходным параметром ЭС и его ограничением, при котором ЭС способна выполнять заданные функции.

4.2. Основная задача расчета

Основной задачей расчета является определение значений электрических параметров компонентов принципиальной схемы, обеспечивающих ее эффективную оптимизацию в дальнейшем. Таким образом, электрический расчет дает значения параметров ЭРЭ, которые на стадии оптимизации ЭС будут уточнены.

Задачу расчета полагают решенной, если определены номинальные значения параметров всех пассивных ЭРЭ, значения параметров компонентов схем замещения активных ЭРЭ, определены типы ЭРЭ при значениях выходных параметров, гарантирующих работоспособность ЭУ в случайных условиях ее производства и эксплуатации.

4.3. Последовательность и типы расчетов

Отметим основные черты расчета ЭУ на дискретных элементах.

1. Расчет любого сложного ЭУ сводится к последовательному расчету функциональных элементов, из которых сложное ЭУ синтезировано. Приводимые в технической литературе методы расчета разработаны для применяемых на практике схем функциональных элементов (усилительных каскадов, выпрямителей, мультивибраторов и т.д.) и для наиболее широко распространенных типов сложных ЭУ (электронных стабилизаторов, радиоприемных устройств и т.д.).

2. Расчет ЭУ, состоящего из ряда последовательно соединенных функциональных элементов, начинают со стороны его выхода, с конца. Выходной функциональный элемент - единственный в ЭУ, для расчета которого в техническом задании сформулированы достаточные требования. Необходимые для расчета дополнительные данные - значения входных и внешних для данного элемента параметров - разработчик устанавливает сам, стремясь оптимизировать режим работы ЭУ. Эти значения входных параметров являются выходными параметрами при расчете функционального элемента, предшествующего в схеме входному. Так, последовательно, шагами рассчитывают все устройство.

Нетрудно видеть, что задача расчета ЭУ является многошаговой оптимизационной задачей. Решение такой задачи методом динамического программирования всегда начинают с конца, с оптимизации ее последнего шага.

3. Расчет ЭУ часто имеет итерационный характер. После выполнения ряда расчетных операций возникает необходимость повторить предыдущие операции для улучшения структуры или режимов всего ЭУ или его функциональных частей. Например, расчет может показать необходимость введения дополнительных обратных связей, что, естественно, потребует повторения некоторой части расчетов.

4. Детальному расчету функциональных элементов должен предшествовать ориентировочный расчет значений выходных параметров тех функциональных элементов, которые определяют значения выходных параметров всего ЭУ. Это позволяет достаточно быстро оценить практическую возможность их реализации. Например, перед тем как  рассчитывать каскады многокаскадного усилителя, необходимо распределить между ними все виды искажений, определить их коэффициенты усиления и полосы пропускания. Если полученные значения представляются достижимыми, то можно переходить к расчету функциональных элементов.

При проектировании ЭУ наиболее часто выполняют:

а) ориентировочный расчет выходных параметров функциональных элементов, производимый при выборе их принципиальных схем;

б) расчеты, на основе которых выбирают типы активных ЭРЭ (транзисторы, диоды, ИМС и др.);

в) расчеты рабочих режимов активных ЭРЭ, включая расчет температурной нестабильности;

г) расчет значений параметров R, С, L. пассивных ЭРЭ, обеспечивающих выбранные режимы активных ЭРЭ, а также расчет протекающих через пассивные ЭРЭ токов, падающих на них напряжений и рассеиваемых ими мощностей;

д) определение номинальных значений параметров пассивных ЭРЭ и выбор их типов;

е) расчет выходных параметров ЭУ с целью проверки их соответствия требованиям технического задания (проверочный расчет).

Обычно эти расчеты выполняют в приведенной здесь последовательности. Расчеты по п. а - д входят в расчетную процедуру стадии синтеза принципиальной схемы, в по п. е - ее анализа.

Задача анализа наиболее ответственная, его результаты должны быть достаточно точными. Поскольку аналитические методы не обеспечивают требуемой точности, анализ ЭС чаще производят или на физической модели (макете), или на ЭВМ, что значительно удобнее и быстрее. Необходимо отметить, что достоверность результатов макетирования обычно выше, чем полученных на ЭВМ.

4.4. Расчет электронных схем

Электрические расчеты схем функциональных элементов в курсовом проекте выделяют в виде подразделов, которые снабжают краткими конкретными заголовками, выносимыми в оглавление.

После заголовка формулируют задачи расчета с указанием, что именно требуется определить при расчете. Далее приводят исходные для расчета данные, причем, если какая-либо величина появляется в расчетах впервые, дают ее наименование. Это требование распространяется также на все величины, появляющиеся в процессе расчета.

Обязательно должна быть показана (ГОСТ 2.106— 68) принципиальная электрическая схема рассчитываемого функционального элемента. Обозначения ЭРЭ устанавливают для каждой схемы независимо с учетом места их нахождения в схеме (например, R_к — резистор в цепи коллектора, С_э — конденсатор в цепи эмиттера транзистора и т. п.) или выполняемых функций (например, R_огр — ограничительный резистор, С_ф — конденсатор фильтра и т.п.). Принципиальную схему или ее фрагменты допускается вычерчивать в произвольном масштабе, обеспечивающем четкое представление о рассчитываемой цепи, однако соблюдение УГО ЕСКД остается обязательным.

Расчет приводят полностью. Кроме расчетных формул должны быть представлены использованные при расчете характеристики полупроводниковых приборов и другие диаграммы. Не следует приводить громоздкие таблицы, из которых заимствованы данные, сложные номограммы, а также различного вида диаграммы и таблицы общего применения из математических и электротехнических справочников. В подобных случаях в соответствующих местах текста должны быть сделаны ссылки на источники заимствования.

Расчет рекомендуется заканчивать составлением таблиц произвольной формы, в которых приводятся исчерпывающие данные для резисторов и конденсаторов схемы. Для резисторов такими данными являются: расчетное сопротивление и расчетная мощность рассеяния, тип резистора, номинальное сопротивление, допускаемое отклонение от номинального значения (в процентах), номинальная мощность рассеяния. Для конденсаторов необходимо указывать: расчетную емкость, максимальное рабочее напряжение (с учетом аварийных режимов цепи), тип конденсатора, номинальную емкость, допускаемые отклонения емкости от номинального значения, номинальное рабочее напряжение.

В дальнейшем сведения из этих таблиц будут использованы при разработке таблицы с перечнем элементов полной принципиальной схемы.

4.5. Выбор радиоэлементов

При проектировании возникает задача выбора ЭРЭ из чрезвычайно широкого их ассортимента. В связи с этим ниже даны рекомендации по выбору основных типов ЭРЭ.

Полагаем, что стандартный ЭРЭ выбран правильно, если номинальные значения его параметров находятся в допускаемых отношениях (равны, больше или меньше) с расчетными значениями этих параметров, а условия эксплуатации соответствуют техническим условиям.

Транзисторы

1. Хотя транзисторы являются приборами универсального применения и могут быть успешно использованы в функциональных элементах различных классов, их следует применять преимущественно по назначению, указанному в справочнике.

Набор параметров и характеристик, приводимый в справочнике, соответствует в первую очередь этому назначению транзистора и обеспечивает детальный расчет электронной схемы указанного класса.

По целевому назначению транзисторы обычно делят на усилительные, переключательные (импульсные), генераторные и специальные (лавинные, сдвоенные, двухэмиттерные и т. п.).

2. В справочнике приводятся значения параметров транзистора для соответствующих оптимальных или предельных режимов эксплуатации. Рабочий режим транзистора в проектируемом ЭУ часто отличается от указанного в справочнике. В таком случае необходимо по имеющимся в справочнике характеристикам и формулам, а также методом интерполяции определить значения параметров транзистора, соответствующие выбранному режиму.

3. Применение высокочастотных транзисторов в низкочастотных ЭУ нежелательно, так как они дороги, склонны к самовозбуждению и развитию вторичного пробоя, обладают меньшими эксплуатационными запасами.

Эксплуатационный запас - это разница между максимальным (предельным) значением какого-либо параметра и его максимально допустимым (предельно допустимым) значением.

Максимальные значения параметров определяют такие режимы, при которых работа транзистора (или другого ЭРЭ) недопустима ввиду его низкой надежности; максимально допустимые значения параметров - такие значения, в пределах которых гарантируют максимально допустимые значения параметров.

4. Не допускается превышение максимально допустимых значений напряжений, токов, температуры, мощности рассеяния. Как правило, транзистор работает более устойчиво при неполном использовании его по напряжению и полному использованию по току.

Для надежной работы транзистора напряжение на его коллекторе и рассеиваемая на нем мощность должны составлять не более 70—80 % от максимально допустимых значений. Создаваемый тем самым второй эксплуатационный запас предотвращает превышение этими параметрами их максимально допустимых значений при колебаниях, например питающих напряжений, при переходных режимах, возникающих при включении ЭУ, и др.

5. Не следует применять мощные транзисторы там, где можно применить маломощные, так как при использовании мощных транзисторов в режиме малых токов их коэффициент передачи по току мал и сильно зависит как от тока, так и от температуры окружающей среды. Кроме того, ухудшаются массогабаритные и стоимостные показатели ЭУ.

Необходимо применять транзистор минимально возможной для данных конкретных условий мощности, но так, чтобы он при этом не перегревался. Лучше применять транзистор малой мощности с небольшим теплоотводом, чем большой мощности без теплоотвода.

6. Если нет особых причин для применения германиевого транзистора, лучше применить кремниевый. Кремниевые транзисторы лучше работают при высоких температурах, имеют более высокие пробивные напряжения и на один-два порядка меньше, чем германиевые, обратные токи.

7. Коэффициент передачи тока базы зависит от тока коллектора и при некотором его значении обычно имеет максимальное значение. Для хорошего усиления на низких частотах желательно выбирать это максимальное значение h_21э или близкое к нему по приводимым в справочнике графикам. В других случаях коэффициент передачи тока следует принимать равным указанному в справочнике типовому значению или среднему арифметическому от минимального и максимального значений параметра.

Полупроводниковые диоды

1. Необходимо применять диоды по указанному в справочнике назначению, например в выпрямителе следует применять выпрямительные диоды, в импульсных устройствах — импульсные диоды и т. д.

2. Обратное напряжение на диоде и прямой ток через него (в том числе импульсный) не должны превышать 70—80 % от максимально допустимых значений.

3. Рабочая частота не должна превышать указанного в справочнике предельного значения.

Резисторы

1. В разрабатываемом ЭУ в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров, в цепях формирования импульсов и т. п. следует применять резисторы постоянные общего назначения.

2. При курсовом проектировании рекомендуется применять резисторы постоянные общего назначения типа МЛТ, основные данные которых приведены в Приложении Б, В.

3. Резисторы постоянные специальные (прецизионные, высокочастотные, высокоомные, высоковольтные и др.) следует применять в тех случаях, когда значения соответствующих параметров резисторов общего назначения оказываются недостаточными, например малы точность и сопротивление и т. д.

4. Допускаемое отклонение сопротивления от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров, принимая при этом во внимание требование ограничения номенклатуры ЭРЭ.

5. Переменные резисторы следует применять по назначению. Подстроенные резисторы, подвижная система которых рассчитана на небольшое число перемещений (до 1000 циклов),— в качестве только подстроечных, регулировочные, масса, габариты и стоимость которых выше, — только в качестве регулировочных.

6. При курсовом проектировании рекомендуется применять переменные резисторы, основные данные которых приведены в Приложении Б, Д.

Конденсаторы

1. Тип конденсатора выбирают по совокупности значений его номинальных емкости и рабочего напряжения. Если конденсатор выбирают для работы в цепи переменного или импульсного тока, то принимают во внимание его тангенс угла потерь.

2. Допускаемое отклонение емкости от номинального значения следует выбирать с учетом чувствительности к нему выходных параметров ЭУ.

3. Для большинства типов конденсаторов в справочниках указывается номинальное рабочее напряжение постоянного тока. Эффективное значение переменного напряжения на конденсаторе должно быть в 1,5—2 раза меньше указанного рабочего напряжения для постоянного тока.

При работе конденсатора в цепи пульсирующего тока сумма постоянного напряжения и амплитудного значения переменного напряжения на нем не должна превышать его номинального рабочего напряжения.

4. Не следует без необходимости применять конденсатор с номинальным напряжением, значительно превышающим рабочее, так как при этом ухудшаются массогабаритные и стоимостные показатели изделия.

5. Оксидные конденсаторы изготовляются двух типов: полярные и неполярные. Полярные конденсаторы можно устанавливать лишь в тех цепях, в которых постоянная составляющая напряжения на конденсаторе будет больше амплитуды переменной составляющей. На неполярные конденсаторы это ограничение не распространяется.

6. При курсовом проектировании рекомендуется применять конденсаторы, основные данные которых приведены в Приложении Б, Е.

Микросхемы

1. Главным условием применения микросхем является строгое соблюдение режимов работы, рекомендованных в технических условиях на выбранную микросхему. Это относится в первую очередь к величине напряжения питания, сопротивления нагрузки и диапазону температуры.

2. Необходимо рассмотреть возможность применения микросхем общего применения, характеризуемых низкой стоимостью, широким диапазоном напряжения питания, защищенным входом и выходом.

3. Рекомендации по применению аналоговых интегральных схем приводятся в справочной литературе. Так, наиболее полно требованиям к усилителям низкой частоты удовлетворяют следующие серии микросхем 122, 123, 140, 153, 173, 174, 224, 226, 235, 237.

4. Из всего многообразия логических ИС в современной цифровой электронике наиболее широкое распространение находят транзисторно-транзисторные логические (ТТЛ), в том числе и с применением диодов Шоттки (ТТЛШ), логические элементы с эмиттерными связями и на МДП-транзисторах.

5. В настоящее время одними из наиболее перспективных ИС принято считать ТТЛ — схемы, обладающие высокой технологичностью и весьма высокими показателями качества. Отечественной промышленностью освоено производство ТТЛ-ИС серий 106, 130, 133. 134, 135, 141, 155, 158, 230, 243, 530, 531, 533, 555.

6. Логические ИС со связью по эмиттеру (ЭСТЛ) относятся к числу быстродействующих и сверхбыстродействующих микросхем с большой потребляемой мощностью. Поэтому ЭСТЛ целесообразно использовать в тех устройствах, к которым предъявляются требования максимального быстродействия, а экономичность имеет второстепенное значение. ЭСТЛ лежит в основе таких серий ИС, как 100, 137, 138, 187, 191. 223, 229, 500, предназначенных для использования в ЭВМ сверхвысокого быстродействия и скоростных устройств дискретной обработки информации.

7. Логические МДП-ИС серий 108, 120, 144, 147, 172, 178 выполнены на транзисторах с каналами одного типа проводимости и относятся к схемам низкого быстродействия средней мощности. Так, один логический элемент ИС серии 147 потребляет 45 мВт и имеет среднее время задержки не более 2500 нс.

Более высоким быстродействием, очень малой потребляемой мощностью и весьма большим коэффициентом разветвления по выходу обладают комплементарные МДП-ИС серий 164, 176, 564, 764. Однако по стоимости и степени интеграции они уступают микросхемам с каналами одного типа проводимости.

8. При выборе микросхем необходимо избегать применения ИС разных серий. Если это неизбежно, то лучше применять микросхемы с одинаковым напряжением питания.

9. В заключение отметим некоторые особенности ИС, которые необходимо учитывать при монтаже и эксплуатации.

Для устранения паразитной генерации по цепям питания в их шинах, возле каждого операционного усилителя (ОУ), рекомендуется установить конденсаторы емкостью 0,01—0,05мкФ.

Проводники печатной платы, подводящие напряжение питания, могут создавать паразитные токи, воздействующие на входы ОУ. Для схем, чувствительных к малым токам, нужно предусмотреть защиту входов ОУ от токов утечки. Защиту целесообразно выполнить в виде проводящего кольца печатной дорожки, которое располагают вокруг входов ОУ и соединяют с землей.

Для защиты от всплесков дифференциального сигнала при переходных процессах между входами ОУ можно включить встречно-параллельные диоды. Если ОУ не имеют встроенной защиты от короткого замыкания на выходе, то необходимо последовательно с выходным зажимом включить резистор сопротивлением 200Ом, а цепь обратной связи подключить к другому выводу резистора. Такое включение практически не увеличивает выходное сопротивление ОУ.

Эксплуатация ТТЛ-ИС также имеет ряд особенностей. При проектировании и монтаже аппаратуры для повышения устойчивости работы ТТЛ-ИС их свободные входы необходимо подключить через резистор сопротивлением 1кОм к источнику питания. К каждому резистору допускается подключение 20 свободных входов. При монтаже микросхем на печатных платах необходимо предусмотреть вблизи разъема подключение конденсаторов из расчета не менее 0,1мкФ на одну ИС, исключающих низкочастотные помехи. С целью устранения высокочастотных помех рекомендуется устанавливать по одному керамическому конденсатору на группу микросхем числом не более 10 из расчета 0,002мкФ на одну ИС.

5. Расчет ПОКАЗАТЕЛей НАДЕЖНОСТИ

электронных устройств

Теория надежности изучает процессы возникновения отказов ЭУ и способы борьбы с этими отказами.

Надежностью называется свойство ЭУ выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

В теории надежности для удобства решения задач часто различают системы и элементы. Под системойпонимается совокупность совместно действующих элементов с определенными связями, предназначенная для выполнения определенных функций. Термин «элемент» применяется для составной части системы. Обычно элемент не предназначается для самостоятельного практического применения, но должен обладать способностью выполнять определенные функции в системе.

Объекты могут находиться в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом.

5.1. Показатели надежности неремонтируемых объектов

Неремонтируемые объекты работают до первого отказа. Различные показатели надежности неремонтируемых объектов являются характеристиками случайной величины Т— наработки объекта до отказа.

Наработкой называется продолжительность или объем работы изделия, измеряемые в часах, километрах, циклах или в других единицах.

Функцией ненадежности случайной величины Т (или функцией распределения) называют вероятность того, что наработка до отказа Т меньше заданной наработки t, причем эта вероятность рассматривается как функция t:

.

Часто применяют также функцию надежности

.

Вероятностью безотказной работы называют вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникнет отказ объекта.

Вероятность безотказной работы в течение интервала наработки (t₁,t₂) равна отношению значения функции надежности в конце интервала t₂ к ее значению в начале интервала t₁.

.

Плотностью распределения наработки до отказа называется производная от функции ненадежности

.

Величина f(t)dt характеризует вероятность того, что объект откажет на интервале (t, t+dt).

Интенсивностью отказов называется условная плотность вероятности возникновения отказа ремонтируемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента наработки при условии, что до этого момента отказ не возник. Интенсивность отказов равна отношению

.

Величина  характеризует вероятность того, что объект откажет на интервале (t, t+dt) при условии, что он был работоспособен в начале интервала.

Из вышеизложенного имеем при Р(0)=1:

.

Условная вероятность безотказной работы в течение наработки (t₁,t₂), найденная в предположении, что при t₁ объект был работоспособен,

.

В качестве показателя надежности неремонтируемых объектов часто используется математическое ожидание наработки до отказа: средняя наработка до отказа

.

Тип распределения наработки до отказа зависит от особенностей процесса развития отказа.

Показательное (экспоненциальное) распределение применяется чаще других. Во-первых, оно характерно для сложных систем, состоящих из разнородных элементов с различными интенсивностями отказов. Во-вторых, при показательном распределении получаются относительно простые формулы для расчета надежности. Показательное распределение можно использовать в тех случаях, когда пренебрегают влиянием приработки, износа и старения.

Таблица 5.1 - Показатели надежности для показательного распределения.

Плотность  распределения
Интенсивность отказов
Функция надежности
Средняя наработка до отказа

5.2. Расчеты надежности неремонтируемых систем

Расчет надежности состоит в определении количественных показателей надежности системы по значениям характеристик надежности элементов.

Для расчета надежности необходимо иметь модель надежности системы, которая составляется на основе функциональной (электрической) схемы системы. В качестве моделей при расчете надежности систем наиболее часто применяют логические схемы надежности.

5.3. Составление логических схем

Для расчета надежности может быть составлена логическая схема, которая является логической моделью безотказной работы системы. Предполагается, что отказы элементов независимы, элементы и система могут находиться в состояниях двух типов: работоспособных или неработоспособных.

Перед составлением логической схемы производится анализ функционирования системы и элементов в течение заданной наработки. Определяется содержание термина «безотказная работа системы». Перечисляются и описываются возможные отказы элементов и системы. Оценивается влияние отказа каждого элемента на работоспособность системы.

При составлении логической схемы функциональные (электрические) связи между элементами заменяются логическими, характеризующими безотказную работу системы в зависимости от работоспособности или неисправности элементов.

Элемент, при отказе которого отказывает вся система, считается последовательно соединенным на логической схеме. В этом случае безотказная работа системы имеет место при сохранении работоспособности всеми элементами последовательного соединения, а отказ системы наступает при отказе одного элемента.

Элемент, отказ которого не приводит к отказу системы, включается в параллельное соединение на логической схеме. Безотказная работа системы при параллельно соединенных на логической схеме элементах имеет место при сохранении работоспособности хотя бы одним элементом.

Показатели надежности системы при параллельно соединенных на логической схеме элементах рассчитываются по формулам, соответствующим определенному виду резервирования.

Обычно логические схемы для расчета надежности систем представляют собой последовательно-параллельные соединения элементов.

Логические схемы надежности составляются в следующем порядке. Вначале составляется логическая схема системы, состоящая из блоков. Для каждого блока составляется логическая схема, включающая узлы блока. Логическая схема узла составляется из входящих в его состав комплектующих элементов.

В некоторых случаях логические схемы надежности целесообразно составлять не для блоков и узлов, а для отдельных цепей, в которые включаются элементы, задействованные в выполнении определенной операции. При этом элементы, образующие единую цепь и включенные в одну логическую схему, могут находиться в различных, выполненных конструктивно отдельно друг от друга блоках и узлах.

В соответствии с составленной логической схемой надежности записываются выражения для расчета показателей надежности.

5.4. Виды расчетов надежности

В зависимости от полноты учета факторов, влияющих на надежность системы, могут проводиться прикидочный расчет надежности, расчет при подборе типов элементов и уточненный расчет.

1. Прикидочный расчет проводится на этапе проектирования, когда принципиальных схем блоков системы еще нет. Количество элементов в блоках определяется путем сравнения проектируемой системы с аналогичными, ранее разработанными системами (блоками). При выборе аналога (прототипа) необходимо учитывать не только назначение, но и принцип действия системы, сходство по количеству и составу элементов, времени и условиям их работы. Интенсивность отказов проектируемого блока определяют путем суммирования значений интенсивностей отказов всех его элементов. Для этого из справочных материалов (Приложение З) выбирают средние значения интенсивности отказов определенного типа элементов (резисторов, конденсаторов, диодов и т. д.) с учетом условий работы проектируемого блока.

Прикидочный расчет надежности проводится в следующих целях:

·     проверить выполнимость требований по надежности, содержащихся в техническом задании;

·     сравнить по показателям надежности различные варианты проектируемой системы.

2. Расчет надежности при подборе типов элементов проводится после разработки принципиальных электрических схем. Целью расчета является определение рационального состава элементов, обеспечивающего необходимые электрические параметры и требуемый уровень надежности системы.

Расчет надежности при подборе типов элементов проводится по интенсивностям отказов элементов различных типов и марок с учетом условий их применения. Пересчет интенсивности отказов элемента в нормальных (лабораторных) условиях  на соответствующие условия применения производится по формуле

,

где k_i — поправочный коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора (вибрации, ударные нагрузки, влажность и т. п.).

Поправочные коэффициенты для некоторых факторов приведены в Приложении З.

3. Расчет надежности при уточнении режимов работы элементов проводится, когда основные конструктивные проблемы решены, но можно еще изменять режимы работы элементов.

5.5. Расчеты надежности систем, которые отказывают при отказе

одного элемента (нерезервированных систем)

Вероятность безотказной работы системы в течение заданной наработки (0, t_i) при предположении независимости отказов элементов равна:

,

где  - вероятность безотказной работы j-го элемента;  - интенсивность отказов j-го элемента; n - число элементов.

При постоянной интенсивности отказов элемента

,

при этом интенсивность отказов системы равна:

.

Когда  можно считать, что .

Пример. Блок питания судовой радиолокационной станции должен работать при температуре окружающей среды 40° С и влажности 70%. С учетом условий работы подобраны элементы блока, приведенные в табл. 5.2.

Суммарное значение интенсивности отказов 1/ч.

Необходимо вычислить характеристики надежности блока: интенсивность отказов , среднюю наработку до отказа m_t и вероятность безотказной работы Р(t_i) в течение наработки t_i= 10ч.

Таблица 5.2 - Элементы блока питания судовой радиолокационной станции.

Наименование, типы и марки элементов	Обозначения элементов на схеме	Число элементов,Nj, шт	Интенсивность отказов, , 1/ч	Интенсивность отказов, , 1/ч	1/ч
Резисторы	R1,R2	2	1,3	2,78	5,56
R3	1	0,5	1,07	1,07
R4, R5	2	3,20	6,86	13,72
Конденсаторы	С1—С13	13	2,4	5,15	67,0
Дроссели	Др1	1	1,0	2,14	2,14
Диоды полупроводниковые	VD1-VD4	4	2,5	5,37	21,4
Трансформаторы	Тр1	1	0,5	1,07	1,07
Предохранители	Пр	1	0,5	1,07	1,07
Разъемы	XS1, XS2	2	0,5	1,07	2,14
Стабилизаторы	Ст1, Ст2	2	0,5	1,07	2,14
Пайки		200	0,01	0,214	4,28

Решение. Результаты расчета надежности при подборе типов элементов удобно оформлять в виде таблицы.

Из приложения З находят интенсивности отказов , элементов для нормальных условий работы (температура 20°С, k_н=1). Интенсивности отказов элементов с учетом условий их применения вычисляются по формуле

,

где  =1,65 — коэффициент, учитывающий суммарное воздействие вибраций и ударных нагрузок на судовую аппаратуру; k₃= 1 — коэффициент, учитывающий воздействие температуры 40°С при влажности 70%.

Вычисленная суммарная интенсивность отказов блока питания приведена в конце табл. 5.2.

Средняя наработка до отказа блока питания будет равна:

Вероятность безотказной работы блока питания в течение t_i=10 ч будет равна.

6. Задание на курсовое проектирование

6.1. Задание на проектирование

В курсовом проекте необходимо произвести расчет схемы трехфазного управляемого выпрямителя с устройством стабилизации выходного напряжения и разработать отдельные элементы его конструкции.

При работе над курсовым проектом необходимо решить следующие задачи:

1) научиться анализировать техническое задание на проектирование;

2) освоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию полупроводникового преобразователя;

3) освоить методы расчета трехфазных мостовых выпрямителей;

4) научиться выбирать силовые полупроводниковые приборы, их охладители, конденсаторы, плавкие предохранители, автоматические выключатели и другие комплектующие полупроводникового преобразователя;

5) изучить и выбрать системы управления, контроля и защиты полупроводниковых выпрямителей;

6) закрепить и углубить знание методов расчета электромагнитных элементов - трансформаторов и сглаживающих дросселей;

7) получить навыки поиска научно-технической литературы и работы с ней, правильного составления и оформления конструкторской документации;

8) научиться подведению итогов проектирования преобразователя (научиться составлять заключение).

Требования к курсовому проекту.

Курсовой проект следует выполнять в строгом соответствии с требованиями ЕСКД.

Состав курсового проекта: пояснительная записка,  три листа формата  А3.

Графическая часть проекта содержит принципиальную схему силового блока и системы управления, чертеж печатной платы системы управления и сборочный чертеж выпрямителя.

Расчетно-пояснительная записка должна содержать следующие разделы:

Введение.

1. Анализ состояния, перспектив проектирования и разработки статических преобразователей средней мощности.

2. Разработка структурной и принципиальной схем преобразователя.

3. Расчет токов и напряжений, выбор тиристоров.

4. Расчет семейства внешних характеристик.

5. Расчет сглаживающего фильтра, выбор конденсаторов, расчет сглаживающего дросселя.

6. Электромагнитный расчет трансформатора.

7. Выбор устройств защиты от аварийных токов и перенапряжений.

Заключение.

Литература.

Пояснительная записка должна содержать эскизы, схемы, графики и другие необходимые рисунки. Расчеты внешних характеристик и других различных вариантов должны быть сведены в таблицы. В записке приводится развернутый расчет только одного варианта.

6.2. Исходные данные для проектирования (Таблица 6.1)

Вариант	Напряжение судовой сети, Uc, В	Напряжение питания двигателя Uн, В	Тип выпрямителя цепи якоря	Коэффициент пульсаций Pi зад	Тип электродвигателя	Мощность, Рн, кВт	Напряжение Uн, В	Ток Iан, А	Частота вращения nн, об/мин	КПД hн, %	nmax, об/мин		2p	Rа, Ом	Rдп, Ом	Lя, мГн	GD2, кгс×м2
1	380	220	М	0,05	П81М	20,5	220	112	1000	83	3600	2	4	1,144			2,7
2	220	220	О	0,05	П81М	34,5	220	184	1500	85,5	3600	2	4	0,045	0,018		2,7
3	380	220	М	0,05	П81М	64	220	340	3000	86	3600	2	4	0,033			2,7
4	220	220	О	0,05	П82М	27	220	145	1000	85	3600	2	4	0,081			3,1
5	380	220	М	0,05	П82М	45	220	235	1500	87	3600	2	4	0,026	0,016		3,1
6	220	220	О	0,05	П82М	82	220	440	3000	85	3600	2	4	0,011			3,1
7	380	220	М	0,05	П91М	20,5	220	115	750	80,5	1800	2	4	0,102			5,9
8	220	220	О	0,05	П91М	35	220	190	1000	84	1800	2	4	0,05	0,016		5,9
9	380	220	М	0,05	П91М	63	220	335	1500	85,5	1800	2	4	0,019	0,0096		5,9
10	220	220	О	0,05	П92М	29,5	220	164	750	81,5	1800	2	4	0,104			7
11	380	220	М	0,05	П92М	45	220	236	1000	86	1800	2	4	0,015	0,015		7
12	220	220	О	0,05	П92М	75	220	447	1500	87,5	1800	2	4	0,0098	0,0069		7
13	380	220	М	0,05	П101М	40	220	217	750	83,5	1800	2	4	0,049			10,3
14	220	220	О	0,05	П101М	60	220	314	1000	87	1800	2	4	0,02	0,0086		10,3
15	380	220	М	0,05	П101М	105	220	543	1500	88	1800	2	4	0,0096	0,0041		10,3
16	220	220	О	0,05	П102М	53	220	285	750	84,5	1800	2	4	0,0311			12
17	380	220	М	0,05	П102М	80	220	416	1000	87,5	1800	2	4	0,014	0,0057		12
18	220	220	О	0,05	П102М	135	220	695	1500	88,5	1800	2	4	0,0058	0,0021		12
19	380	220	М	0,05	П111М	69,5	220	365	750	86,5	1800	2	4	0,1015			20,4
20	220	220	О	0,05	П111М	105	220	543	1000	88	1800	2	4	0,01	0,0047		20,4
21	380	220	М	0,05	П111М	170	220	865	1500	89,5	1800	2	4	0,0046	0,0018		20,4
22	220	220	О	0,05	П112М	80	220	410	750	88	1800	2	4	0,0745			23
23	380	220	М	0,05	П112М	125	220	639	1000	89	1800	2	4	0,0072	0,0031		23
24	220	220	О	0,05	П112М	210	220	1070	1500	89,5	1800	2	4	0,0034	0,0015		23
25	380	440	М	0,05	2ПН200М	36	440	91,4	2200		3500	2		0,106	0,061	3,6	2,5
26	220	220	О	0,05	2ПН200М	36	220	185	2200		3500	2		0,026	0,016	0,9	2,5
27	380	440	М	0,05	2ПН200М	60	440	151	3150		3500	2		0,047	0,029	1,6	2,5

Примечание: М – мостовая схема выпрямления, О – нулевая

Выбор варианта осуществляется для дневной формы обучения - по указанию преподавателя, для заочной - по сумме трех последних цифр номера зачетной книжки.

6.3. Методические указания по выполнению разделов

Введение – необходимо коротко (1-2 стр.) описать область применения управляемых выпрямителей (УВ) и показать место УВ в системах автоматизированного электропривода.

Раздел 1. Техническое описание преобразователя.

Должен содержать техническое описание проектируемого УВ, его назначение. Необходимо обосновать выбор схемы преобразователя, описать возможные варианты и особенности выбранной схемы.

Раздел 2. Структурная схема устройства.

При разработке структурной схемы УВ необходимо учитывать требования, предъявленные к нему в техническом задании. Для реализации этих требований в структуру УВ должны входить:

- силовой блок (СБ) выпрямителя,

- система управления (СУ), позволяющая изменять напряжение на выходе  (СБ).

- блок питания СУ.

На структурной схеме должны быть показаны все функциональные связи между блоками (линии прохождения сигналов, подвод питания, регулировочные элементы и т.д.)

Разработку принципиальной схемы допускается производить поэтапно, по мере усвоения теоретического материала.

Раздел 3. Расчет элементов устройства.

Расчет рекомендуется производить в приведенном ниже порядке по рекомендуемой методике.

3.1. Расчет силового блока выпрямителя.

3.1.1. Определение параметров цепи на входе силового блока

По заданным параметрам электродвигателя (ЭД) и выбранной схеме преобразователя определить фазное и линейное напряжения во вторичной обмотки трансформатора, а так же линейный ток на входе преобразователя.

Фазное напряжение

,

где Р_н - номинальная мощность электродвигателя, Вт;

I_ан - номинальный ток электродвигателя, А;

η_н - номинальный КПД электродвигателя;

 - коэффициент выпрямленного напряжения (принимается в зависимости от схемы ТП по табл. 1.4 [2]);

E_d0=c_U U_2ф – ЭДС холостого хода СБ;

α_min – минимальный угол управления тиристорами СБ.

Минимальный угол управления определяется из условия обеспечения необходимых форсировок напряжения на якоре электродвигателя при изменении напряжения питающей сети или нагрузки на валу электродвигателя и принимается равным α_min=30°.

Линейный ток

, А,

где - коэффициент выпрямленного тока (принимается в зависимости от схемы ТП по табл. 1.4 [2]).

Типовая мощность

S_{т расч} = k_т·c_U·U_{2ф расч} ·I_ан·10 ^-3, кВА,

где  - коэффициент типовой мощности трансформатора (принимается в зависимости от схемы ТП по табл. 1.4 [2]).

3.1.2. Расчет и выбор силового трансформатора

В случае значительного расхождения значений цепи переменного тока на входе ТП и параметров судовой сети следует применить силовой трансформатор.

Если по заданию схема ТП трехфазнонулевая, то нужно выбрать трансформатор, вторичная обмотка которого соединена в звезду. Для мостового ТП схема соединения вторичной обмотки трансформатора может быть любой.

Номинальная типовая мощность S_тн и номинальный линейный ток I_2ан должны соответствовать соотношениям

S_тн = (0,90 ÷ 1,10) S_{т расч};

I_2ан = (0,90 ÷ 1,10) I_{а расч}.

Существенные отклонения номинальных параметров от рекомендованных соотношений должны быть аргументированы.

Применяемые в судовых электроприводах трансформаторы, являются сухими (не масляными) морского исполнения следующих типов: водозащищенные (ТСВМ), брызгозащищенные (ТСЗМ) с естественным охлаждением воздухом и с принудительным охлаждением (ТСДМ).

Основные параметры трансформаторов приведены в табл.1.3.5 и 1.3.6 [9].

Параметры выбранного трансформатора необходимо занести в таблицу.

Параметры трансформатора

Тип трансформатора	Sтн, кВА	U1лн,, В	U2лн,, В	I2лн,, А	Рх.х., Вт	Рк.з., Вт	Uк , %	Iх.х., %	Схема и группа соединений обмоток трансформатора

Параметры фазы вторичной обмотки трансформатора, соединенной в звезду, рассчитываются по каталожным данным.

Так как некоторые параметры трансформатора даны в процентах от базисных единиц, то необходимо помнить, что в качестве последних применяют следующие величины: номинальное фазное напряжение U_2лн, номинальный фазный ток I_2лн и номинальную полную мощность S_ТН.

С использованием соотношений, известных из курса электрических машин, определяются следующие параметры схемы замещения фазы трансформатора:

- активное сопротивление r_Т.

- индуктивное сопротивление рассеяния Х_S.

- индуктивность фазы обмотки трансформатора L_Т.

3.1.3. Расчет и выбор тиристоров

Выбор силовых вентилей осуществляется по среднему току и допустимому обратному напряжению.

Средний ток через тиристор

,

где - коэффициент тока вентиля (определяется по табл. 1.4 [2]).

Допустимое обратное напряжение на тиристоре, выбираемое с запасом по отношению к амплитуде обратного напряжения на тиристоре, равно

где К_зап - коэффициент запаса по напряжению, К_зап = 1,25 ÷ 1,5;

- коэффициент обратного напряжения (табл. 1.4 [2]).

Далее по среднему току через тиристор I_SV.cp и обратному напряжению U_{обр.доп} выбираем из табл.3 тиристор.

Условие выбора тиристора по току:

I_SV.HOM ≥ I_SV.cp, А

Условие выбора класса тиристора

Таблица 6.2 - Технические характеристики тиристоров.

Тип тиристора	ISV.HOM , А при 85оС	Класс	, В/мкс	, А/мкс	tвыкл, мкс	Iуд, кА при 10 мс
Т112-10-кл	10	1…12	50…1000	100	63…100	0,2
Т2-12-кл	12,5	1…12	20…200	40…200	15…70	0,25
Т112-16-кл	16	1…20	50…1000	100	100	0,35
Т122-20-кл	20	1…20	50…1000	100	100	0,4
Т112-25-кл	25	1…20	200…1000	125	63…100	0,5
Т142-32-кл	32	4…20	50…1000	125	150	0,7
Т132-40-кл	40	1…20	50…1000	125	100	0,8
Т132-50-кл	50	1…20	50…1000	125	100	1
Т142-63-кл	63	1…20	50…1000	125	150	1,3
Т132-80-кл	80	1…20	50…1000	125	150	1,6
Т151-100-кл	100	1…16	200…1000	200	70…150	2,1
Т161-125-кл	125	3…18	100…1000	100	70…150	2,5
Т161-160-кл	160	3…18	20…1000	80	250	4
Т171-200-кл	200	3…18	20…1000	80	250	5
Т171-250-кл	250	3…18	20…1000	100	250	6
Т171-320-кл	320	3…16	100…1000	100	63…250	7
Т133-400-кл	400	4…16	200…1600	200	160…500	7
Т143-500-кл	500	4…16	200…1600	200	160…500	11
Т143-630-кл	630	4…12	200…1000	100	100…500	12
Т153-800-кл	800	10…18	200…1600	200	160…500	20
Т253-1000-кл	1000	10…18	200…1000	100	160…500	20
Т253-1250-кл	1250	4…12	200…1000	100	160…500	26

* кл – класс тиристора по напряжению; кл = 1,2,3,...,20 - целое число

3.1.4. Выбор и расчет реакторов.

Для уменьшения пульсаций тока якоря электродвигателя (и всех связанных с этим последствий) рекомендуется ввести в схему сглаживающий реактор.

3.1.4.1. Расчет амплитуды пульсаций выпрямленного тока якоря при номинальной частоте вращения электродвигателя.

Предварительное значение угла управления α_{н расч}, при котором обеспечивается номинальная частота вращения электродвигателя:

где  - эквивалентное внутреннее сопротивление преобразователя, Ом;

m - число плеч выпрямителя (m=3 или 6);

r_a = R_a +R_дп – полное активное сопротивление якорной цепи двигателя, Ом;

Амплитуда первой гармоники переменной составляющей выпрямленного напряжения

, В

Амплитуда пульсаций выпрямленного тока якоря

, о.е.,

где L_а - индуктивность цепи якоря электродвигателя; если она не определена в исходных данных на двигатель, то ее можно определить по эмпирической формуле

 Гн,

где 2р – число полюсов электродвигателя;

U_нд, I_ан, Ω_н - номинальные напряжение, ток и частота вращения электродвигателя, В, А, рад/с.

3.2.4.2. Выбор и расчет сглаживающего реактора.

Индуктивность сглаживающего реактора

,

где P(i)_зад = 0,05 – заданный уровень пульсаций.

Если L_Д  получается отрицательным, то сглаживающий реактор не нужен.

Условия выбора реактора:

, А

, Г

Технические данные реакторов серии ФРОС приведены в табл.6.3.

Таблица 6.3 - Технические характеристики фильтровых реакторов серии ФРОС [1].

Тип реактора	Номинальный постоянный ток, А	Номинальная индуктивность, мГн	Активное сопротивление, мОм	Габариты, мм	Масса, кг
L	B	H
ФРОС-65/0,5У3	250	1,5	6,8	260	260	610	82
ФРОС-65/0,5У3	320	1,0	4,5	260	260	610	84
ФРОС-125/0,5У3	500	0,75	3	310	310	610	120
ФРОС-250/0,5У3	250	6,5	17,6	385	380	695	216
ФРОС-250/0,5У3	320	4,2	11,5	385	380	695	220
ФРОС-250/0,5У3	800	0,6	1,7	385	380	695	215
ФРОС-250/0,5У3	1000	0,35	1,1	385	380	695	210
ФРОС-500/0,5У3	500	3,25	7,5	480	500	740	340
ФРОС-1000/0,5У3	800	2,3	4,7	585	580	740	460
ФРОС-1000/0,5У3	800	5,0	7,2	630	630	790	510
ФРОС-1000/0,5У3	1000	1,6	3,1	585	580	740	470

Параметры выбранного сглаживающего реактора L_СР необходимо занести в таблицу

Параметры сглаживающего реактора

Тип реактора	Номинальный ток IСР, А	Номинальная индуктивность LСР·10-3, Гн	Активное сопротивление rСР 10-3, Ом

Индуктивность реактора сохраняется при изменении тока, проходящего через него, до трех I_dн в течение 0,05 с.

Реакторы серии ФPOC могут обеспечить ограничение тока при внешнем коротком замыкании и опрокидываниях инвертора, если ток, проходящая через них, не превышает 3∙I_dн при t = 0,05 с, в противном случае магнитопровод реактора насыщается и индуктивность его уменьшается.

3.1.4.3. После выбора реактора уточняются основные расчетные параметры:

- угол управления в номинальном режиме работы электродвигателя

,

где r_р=r_СР+ r_УР – полное активное сопротивление реакторов;

- амплитуда пульсаций в номинальном режиме

,

где L_р=L_СР+ L_УР – полная индуктивность реакторов;

- угол управления при пуске электродвигателя

3.2.Расчёт защиты преобразователя

Защиту силовой части вентильного преобразователя от токов короткого замыкания необходимо осуществить с помощью автоматического выключателя.

Выбор автоматических выключателей для защиты вентильных преобразователей осуществляется по следующим параметрам:

- род тока;

- номинальное напряжение;

- номинальный ток (номинальный ток максимального расцепителя выключателя);

и ряду других параметров, которые в данном проекте разрешается не рассматривать.

После выбора автоматического выключателя по роду тока и номинальному напряжению необходимо определить номинальный ток максимального расцепителя выключателя и произвести проверку выключателя термическую и динамическую стойкость.

При выборе типа автоматического выключателя рекомендуется использовать выключатели морского исполнения типа А3500. Данные на автоматические выключатели приведены в [9].

Номинальный ток максимального расцепителя I_номр следует выбирать по рабочему току исходя из условия

I_номр ≥I_1н,

где I_1н – номинальный расчетный ток первичной обмотки трансформатора.

Проверка автоматического выключателя на динамическую стойкость проводят по условию

i_удрасчдоп,

где i_удрасч – расчетное значение ударного тока короткого замыкания, определяется по соотношениям приведенным в (п. 9.1.1. и 9.1.2. [2]);

i_доп – допустимое значение ударного тока короткого замыкания, определяется по справочнику [9].

Проверку по термической стойкости необходимо выполнить по следующему условию

,

где - расчетное значение интеграла тока, характеризующего его термическое действие за время короткого замыкания;

- каталожное значение интеграла тока термической стойкости выключателя, определяется по справочнику [9].

В курсовом проекте рекомендуется произвести проверку выключателя, как для внешнего, так и для внутреннего короткого замыкания.

Защиту тиристоров от сетевых коммутационных перенапряжений  и перенапряжений, обусловленных эффектом накопления носителей зарядов при коммутации тока вентиля необходимо реализовать с помощью RC – цепочек в соответствии с рекомендациями, приведенными в (п. 9.3. [2]).

Защиту цепей питания системы управления осуществить посредством плавких предохранителей. Выбор предохранителей для защиты электронной аппаратуры производят по номинальному току плавкой вставки. Номинальный ток должен быть больше или равен рабочему току цепи, в которой он используется. Для выбора типа предохранителя можно использовать ресурс, расположенный на www.plcsystems.ru.

3.3. Расчет элементов схемы системы управления.

Задачей расчета является синтез принципиальной схемы и определение параметров всех ее элементов, и выбор конкретных приборов для установки в схему.

Обобщенная структурная системы управления приведена на рис. 19.

Рисунок 19 - Структурная схема системы управления вентильного преобразователя.

Она включает ФСУ, на вход, которого подается управляющий сигнал u_у, и ВФ, с выходов которого снимаются управляющие импульсы (ИУ).

СУ может включать контур отрицательной обратной связи ОС, на вход которого поступает какой-либо выходной параметр преобразователя или объекта, получающего от преобразователя питание (напряжение, ток, частота вращения исполнительного механизма и т. п.).

Представленная на рис. 6.1 структурная схема соответствует одноканальной системе управления. При проектировании возможно использование многоканальных систем управления.

В качестве выходных формирователей импульсов рекомендуется использовать транзисторные блокинг-генераторы. При расчете необходимо придерживаться следующей методики.

3.2.1. Расчет блокинг-генератора.

Блокинг-генератор представляет собой релаксационную схему (рис. 20), содержащую усилительный элемент (транзистор), работающий в ключевом режиме, и трансформатор, осуществляющий положительную обратную связь. Достоинствами блокинг-генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, присущая этим схемам способность формировать мощные импульсы, близкие по форме к прямоугольным. При использовании в качестве формирователей импульсов блокинг-генераторы работают в ждущем режиме. Важнейшими их характеристиками являются: чувствительность к запуску, длительность формируемых импульсов и их стабильность, предельно достигаемая частота срабатываний. Ждущий режим работы блокинг-генератора с общим эмиттером создается с помощью дополнительного источника питания. Основной отличительной особенностью блокинг-генераторов по сравнению с другими генераторами прямоугольных импульсов (мультивибраторами) является возможность получения большой скважности выходных импульсов. Ждущий режим блокинг-генератора получается, если закрыть транзистор включением в цепь базы или эмиттера запирающего напряжения. Для формирования импульса с помощью ждущего блокинг-генератора необходимо на его вход подавать запускающие импульсы, амплитуда которых достаточна для открывания транзистора. Ждущие блокинг-генераторы отличаются друг от друга способами подачи запирающих напряжений и схемами запуска.

Исходные данные для расчёта:

- амплитуда выходных импульсов U_вых.и (определяется по справочным данным силовых вентилей);

- длительность импульса t_и  (определяется по справочным данным силовых вентилей);

- период следования импульсов Т принять равным 20мс;

- длительности фронта и среза импульса t_ф»t_с≤1,2мкс;

- сопротивление нагрузки R_н=160 Ом (сопротивление перехода УЭ-К тиристора);

- максимальная температура окружающей среды t^о_окр=40^оС.

1) Выбор типа транзистора является наиболее сложной задачей при расчете БГ. Это обусловлено тем, что длительность импульса зависит от постоянной времени накопления τ_н, значение которой в справочных данных не указывается, а у конкретного экземпляра транзистора ее можно приближенно определить лишь экспериментальным путем. Кроме того, сложная связь t_и со многими параметрами схемы не позволяет использовать общее уравнение, а аналитические зависимости получены только для частных случаев: 3τ_ни<τ_с; t_и>3τ_н; t_и>τ_с и t_и<<τ_L; τ_н>>τ_с, t_и<<τ_L. В этих неравенствах: τ_с=R_вхС - постоянная времени заряда емкости С (R_вх - входное сопротивление транзистора схемы с ОЭ при большом сигнале, практически равное объемному сопротивлению базы r^/_б);  - постоянная времени индуктивности намагничивания L_μ, .

Коэффициент трансформации импульсного трансформатора ИТ n_н следует выбирать в диапазоне 0,5≤n_н≤3. При выборе необходимо учитывать, что большие значения n_н вызывают увеличение коллекторного тока, а малые - увеличение напряжения Е_к, и, следовательно, U_КБмакс.

Транзистор выбирается по двум параметрам: по предельной частоте f_h21Б и по допустимому напряжению U_КБмакс:

,

Выбор по частоте производится на основании следующих соображений. При формировании относительно длинных импульсов при t_ф ≥ 0,5мкс необходимо выбирать низкочастотные транзисторы, для которых можно определить:

.

2) Емкость С выбирается по условию.

Влияние емкости С не будет сказываться на длительности фронта импульса, если ее минимальное значение выбирать по условию

,

где ;

;

;

;

.

3) Постоянная времени заряда конденсатора .

4) Индуктивность намагничивания L_μ ≈ L₁ и отсюда:

,

где .

Для выбранного транзистора принимают:

.

5) Максимальное значение коллекторного тока

должно быть меньше допустимого значения тока коллектора выбранного транзистора. Если бы окажется, что рассчитанное значение коллекторного тока больше допустимого, то необходимо в цепь базы включить дополнительный резистор R_д ≈ 2r^/_б и сделать новый расчет, заменяя во всех формулах R_вх на R = r^/_б +R_д. Большим R_д выбирать нецелесообразно, так как при этом сильно увеличивается длительность фронта импульса.

Рассчитанное значение индуктивности L_μ должно отвечать условию

.

6) Длительность фронта импульса ,

где ,

Полученные значения t_ф и t_с должны удовлетворяют заданным условиям.

7) Если заданы длительность импульса t_и и период следования входных импульсов Т_вх, то время восстановления t_восст=T_вх-t_и.

Сопротивление резистора R_б находится из условия .

Напряжение ,

емкость .

Амплитуда пусковых импульсов

.

8) Проверка стабильности периода колебаний при изменении температуры:

,

где .

Относительная нестабильность периода не должна превышать 15-20%. В тех случаях, когда нестабильность периода получается слишком большой надо уменьшить сопротивление резистора R_б и увеличить емкость конденсатора С, а затем сделать пересчет величин, зависящих от τ_с.

9) Обратный выброс напряжения: ,

где .

Если полученное значение амплитуды выброса велико, (>) в первичную цепь трансформатора необходимо включить цепочку R_ш, VD с тем, чтобы уменьшить амплитуду выброса. Значение шунтового сопротивления принять R_ш=18Ом.

3.2.2. Разработка схемы и расчет элементов фазосдвигающего устройства.

Функции системы управления сводятся к выполнению двух основных задач:

1. Четко определить моменты времени отпирания каждого вентиля;

2. В эти моменты сформировать управляющие импульсы определенной длительности и амплитуды.

Решение указанных задач обеспечивается введением в ФСУ формирователя опорного напряжения. В качестве формирователя рекомендуется использовать маломощный трехфазный трансформатор, так как это рекомендовано в п. 7.1. [2]. Рекомендуемая мощность трансформатора до 10Вт, напряжение вторичной обмотки 1-1,5В. При отсутствии справочных данных на трехфазные трансформаторы необходимой мощности рекомендуется использовать группу из трех однофазных трансформаторов (типа ТПП) с соответствующими схемами соединения обмоток.

Фазосмещающее устройство вертикального типа включает в себя формирователь пилообразного напряжения (на микросхеме DD1) и пороговый элемент (DD2) (рис 21). Компаратор на DD1 управляет работой транзисторного ключа.

Рисунок 21 - Схема ФСУ вертикального типа.

Расчет схемы заключается в выборе типа операционных усилителей (рекомендуется использовать микросхемы серии К140уд). В принципиальной схеме необходимо предусмотреть все необходимые для работы микросхемы элементы, а также руководствоваться следующими правилами:

 - сопротивление на входе ОУ не должно превышать 1МОм;

- нагрузочная способность ОУ не ниже 2кОм;

- для температурной стабильности проводимости входных цепей должны быть равны.

Выбор транзистора VT необходимо осуществить по максимальному напряжению, оно определяется выходным напряжением инвертора

Максимальное напряжение на выходе инвертора будет достигнуто при θ = π. Для определения напряжения не обходимо предварительно задаться значениями R1 и C.

Выбор остальных резисторов рекомендуется осуществлять с учетом приведенных выше правил в диапазоне 10-20кОм.

3.2.3. Разработка схемы и расчет элементов блока питания системы управления

Блок питания (рис. 22) состоит из маломощного трансформатора питания, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Расчет составных частей блока питания производится исходя из заданной величины напряжения питания микросхем и потребляемого тока (со схемы блокинг-генератора).

Для расчета выпрямителя необходимо использовать методику, изложенную в [2].

Расчет компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа.

Порядок расчета:

1. Выбор номинальной величины входного напряжения.

Задается минимальная величина падения напряжения на регулирующем транзисторе VT1  = 3В. Тогда минимальное входное напряжение

Определив минимальное входное напряжение, находят номинальное входное напряжение

2. Выбор типа регулирующего транзистора и площади теплоотвода.

Определяют максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора

Р_max=I_н(Е _вх.мах- U_н).

Принять Е _вх.мах=1,2U_н.

Из справочника выбирают транзистор с максимально допустимой мощностью рассеивания с теплоотводом, превышающую расчетную не менее чем в 1.5 раза. Кроме того, максимально допустимый ток транзистора должен быть не менее чем в 1.5 раза больше тока нагрузки. Максимально допустимое напряжение, больше чем Е_вх.мах.

3. Величину сопротивления R₁ резистора R1 определяют из условия обеспечения необходимого тока базы транзистора VT1 при минимальном входном напряжении, когда падение напряжения на VT1 равно минимальному ΔU = 3 В. При этом напряжение между коллектором и базой VT1 ΔU_кб1 (т.е. на R1) равно

ΔU_кб1 = ΔU - ΔU_эб1,

где ΔU_эб1 находят по входной характеристике выбранного транзистора при токе базы I_б1н, соответствующем току коллектора (току нагрузки I_н).

I_б1н = I_н / β₁,

где β₁ - коэффициент усиления транзистора VT1 в схеме с общим эмиттером.

Величину сопротивления R₁ находят по закону Ома

R₁ = ΔU_кб1/ I_б1.

Для определения мощности рассеяния резистора R1 определяют максимальный ток, который течет по нему при максимальном входном напряжении

I_R1мax = .

При этом мощность, рассеиваемая на резисторе, равна I_R1мax²·R₁. Из справочника выбирают резистор с близким значением сопротивления и мощностью, большей, чем расчетная.

4. Транзистор VT2 выбирают по максимальному току коллектора и максимальному напряжению коллектор-эмиттер с учетом максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторе.

Максимальный ток коллектора VT2 I_к2мах возникает при максимальном входном напряжении и полностью открытом транзисторе VT2

I _{к2 мах} = (Е _{вх мах} – ΔU _кэ2) / R₁,

где ΔU_кэ2 можно принять, равным 1В.

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора VT2 равно максимальному входному напряжению, поэтому

U _{кэ2 мах} = Е _{вх мах}

Максимальная мощность, рассеивается на коллекторе транзистора VT2, при максимальном входном напряжении и минимальном токе нагрузки I_н = 0 .

В этом случае напряжение на коллекторе VT2 равно напряжению на нагрузке

U*_кэ2 = U_н,

а ток коллектора равен току в резисторе R1

I* _к2 = (Е _{вх мах} – U_н) / R₁

Таким образом, максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе VT2, равна

Р*_{к2 мах} = U*_кэ2  I* _к2

Из справочника выбирают транзистор с максимально допустимыми параметрами, превышающими максимальные величины тока, напряжения и мощности не менее чем 1.5 раза.

5. Выбор резистора R2.

Резистор R2 выбирают из условия обеспечения тока базы транзистора VT2, необходимого для создания максимального тока коллектора транзистора VT2

I_{б2 мах} = I_{к2 мах} / β₂,

где β₂ - коэффициент усиления транзистора VT2 в схеме с общим эмиттером.

Максимальное выходное напряжение операционного усилителя DA1, как правило, не превышает напряжение питания минус 2В. Поэтому величину резистора R2 находят по формуле

R₂ = (U_н - U_эб2 – 2) / I_{б2 мах},

где U_эб2 находят по входной характеристике выбранного транзистора при токе базы, равном I_{б2 мах}.

Мощность, рассеиваемую резистором, находят по формуле

Р_2мах = (U_н - U_эб2- 2) I_б2мах

6. Выбор операционного усилителя.

В данной схеме к операционному усилителю предъявляются следующие требования:

- возможность работы с однополярным источником питания (определяется по отсутствию вывода, соединяемого с нулевой клеммой источника питания),

- возможность работы с низкими значениями напряжения питания (для стабилизаторов с низким входным напряжением),

- относительно большой выходной ток (5-10)мА,

- достаточно большой коэффициент усиления (больше 10000).

7. Расчет цепи измерительного моста.

Цепь измерения разности выходного и опорного напряжений состоит из источника опорного напряжения, выполняемого на стабилитроне VD1 и резисторе R5, и делителя напряжения, состоящего из резисторов R3 и R4.

Стабилитрон VD1 выбирают из справочника с напряжением стабилизации U_ст, равным примерно половине напряжения нагрузки U_н, для облегчения работы ОУ с однополярным питанием. Ток стабилизации (I_ст) стабилитрона выбирают примерно в середине диапазона токов стабилизации данного стабилитрона.

Сопротивление R₅ резистора R5 находят по формуле

R₅ = (U_н - U_ст) / I_cт

Мощность, рассеиваемая резистором, равна

P₅ = I_cт² R₅

Величины резисторов R3 и R4 выбирают из следующих условий: напряжения на VD1 и R4 должны быть одинаковыми при U_н = U_н.ном. Напряжение на верхнем конце резистора R3 должно быть равно U_н. Величину сопротивления резистора R4 выбирают из диапазона (1 - 100)кОм, учитывая большое входное сопротивление ОУ. Можно принять R₄ = 10кОм. Сопротивление R₃ выбирается из условия

,

откуда следует

R₃ = ,

затем рассчитывают мощность, рассеиваемую на резисторах, и выбирают тип резисторов по справочнику.

8. Выбор конденсатора С1.

Величину емкости конденсатора С1 выбирают из условия примерного равенства величин реактивного сопротивления конденсатора для напряжения пульсации и номинального сопротивления нагрузки

Х_с1< R_н, или

Рабочее напряжение конденсатора должно быть чуть больше напряжения на нагрузке.

Из справочника выбирают электролитический конденсатор типа К50-б, К50-31, или другого типа, с параметрами, удовлетворяющими расчетным.

Расчёт маломощного трансформатора

Цель расчёта - выбор типоразмера магнитопровода, определение числа витков и диаметра обмоточных проводов.

Типоразмер магнитопровод определяется по потребляемой мощности.

Для маломощных трансформаторов рекомендуются броневые магнитопровода, позволяющие изготовить трансформатор меньших размеров, массы и стоимости.

Определяется число витков первичной обмотки:

И вторичных обмоток

где U_i – напряжения на i-й обмотки, В;

δU_i - допустимое относительное падение напряжения на i-й обмотке, %;

f – частота, Гц;

B_m – амплитуда магнитной индукции, B_m=1,6 Тл;

Выбора индукции в зависимости от габаритной мощности трансформатора при частоте 50Гц для стали 3411 с ленточным магнитопроводом.

S_м – площадь, 

Определяется диаметр проводов обмотки

d_i = 1,13√I_ij,

где, I_i – ток в i-й обмотки, А;

j – плотность тока, А/мм.

В схеме управления необходимо предусмотреть органы управления преобразователем

Приложения

Приложение А

Форма №У-6.01

Утврждено приказом Минвуза УССР

от 3 августа 1984 г. №253

________________________________________

(наименование высшего учебного заведения)

Кафедра______________________ ___________

Дисциплина___________________ ___________

Специальность_________________ ___________

Курс_____ Группа________Семестр_____________

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект (работу) студента

(фамилия, имя, отчество)

1.Тема проекта (работы)__________ __________

2.Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)________________________________________

3.Исходные данные к проекту (работе)________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
_____________________

4.Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)_______________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
__________________________________________________

5.Перечень графического материала (с точным указаниием обязательных чертжей)________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________
___________________

б. Дата выдачи задания_________________________

№п/п	Наименование этапов курсового проекта	Срок выполнения этапов проекта	Примечание

Студент_______________________________

(подпись) (фамилия, имя, отчество)

Руководитель__________________________

(подпись)

«_____»_______________20___г.

Приложение Б

Номинальные сопротивления резисторов, номинальные емкости конденсаторов

1. Номинальные сопротивления (Омы, килоомы, мегомы) постоянных резисторов всех типов с допускаемыми отклонениями ±20%, 10, 5 в установленном для каждого типа резисторов диапазоне значений должны соответствовать (ГОСТ 2825—67) числам, приведенным в табл.Б1, и числам, полученным путем умножения этих чисел на 10ⁿ, где n — целое положительное или отрицательное число.

Таблица Б1 - Ряды для определения номинальных сопротивлений

и емкостей при допускаемых отклонениях ±20 %, 10, 5.

Ряд Е6 (шесть чисел) входит в состав ряда Е12 (12 чисел); в свою очередь, ряд Е12 входит в состав ряда Е24 (24 числа), что отражено в построении таблицы. Например, начало ряда Е12 имеет вид: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8 и т.д.; начало ряда Е24— 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 и т.д. Ряд Е6 применяется для определения номинальных сопротивлений постоянных резисторов при допускаемом отклонении ±20 %; ряд Е12— при допускаемом отклонении ±10 %; ряд Е24— при допускаемом отклонении ±5 %.

2. Номинальные сопротивления переменных резисторов (единицы, десятки и сотни ом, килоом, единицы и десятки мегом) должны соответствовать (ГОСТ 10318—80) ряду Е6 (табл. Б1).

3. Номинальные емкости (до 91 000 пФ) конденсаторов постоянной емкости с допускаемыми отклонениями ±20 %, 10, 5 должны соответствовать (ГОСТ 2519—67) числам, приведенным в табл. Б1, и числам, полученным путем умножения этих чисел на 10ⁿ, где n — целое положительное или отрицательное число.

Ряд Е6 применяется для определения номинальных емкостей конденсаторов при допускаемом отклонении ±20%; ряд Е12—при допускаемом отклонении ±10 %; ряд Е24 — при допускаемом отклонении ±5%.

4. Номинальные емкости (от 0,1 мкФ и свыше) конденсаторов с бумажным и пленочным диэлектриком в прямоугольных корпусах должны соответствовать числам ряда:

0,1; 0.25; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 20; 40;

60; 80; 100; 200; 400; 600;  800; 1000.

5. Номинальные емкости (в мкФ) оксидных алюминиевых конденсаторов должны соответствовать числам ряда:

0,5, 1; 2; 5; 10; 20, 30; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000; 5000.

Соответствие номинальных сопротивлений (емкостей) числовым рядам приводится в ГОСТе или ТУ на конкретные типы резисторов (конденсаторов).

Принятая плотность рядов обеспечивает, с одной стороны, полное использование предприятиями-изготовителями произведенных резисторов и конденсаторов, так как изделие с любым сопротивлением (емкостью) в пределах выпускаемого ряда номиналов при сортировке по номиналам окажется в поле допуска хотя бы одного из номиналов, а с другой стороны, предоставляет в распоряжение конструктора ЭУ достаточно широкий ассортимент резисторов и конденсаторов, удовлетворяющих потребности современной техники.

Приложение В

Резисторы постоянные непроволочные МЛТ

Резисторы МЛТ (металлопленочные лакированные теплостойкие) предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Размеры резисторов МЛТ

Основные данные резисторов МЛТ
Тип резистора	Номинальное сопротивление, Ом	Допускаемое отклонение, %	Предельное напряжение, В
постоянное, переменное	импульсное
МЛТ-0,12	8,2 — 22	+5; ±10
24— 3,0*106	±2; +5; ±10	200	350
8,2 — 22	+5; ±10
МЛТ-0,25	2,4—5,1*106	±2; +5; ±10	250	450
1,0—22	+5; ±10
МЛТ-0,5	24— 5,1*106	±2; ±5; ±10	350	750
1,0— 22	+5; ±10
МЛТ-1	24— 10 •106	±2; ±5; ±10	500	1000
1,0—22	+5; ±10
МЛТ-2	24— 10•106	±2; ±5; ±10	750	1200

Примечание. Номинальные сопротивления резисторов с допускаемыми отклонениями ±5% и ±10% соответствуют ряду Е24, номинальные сопротивления резисторов с допускаемым отклонением ±2 % — ряду Е6.

Приложение Д

Переменные резисторы

Приводятся сведения о некоторых типах регулировочных и подстроечных переменных резисторах, рекомендуемых для применения в курсовом проекте.

Назначение и конструкция резисторов

Тип резистора	Резистивный элемент	Назначение	Работа в цепях вида	Вид резистора
СП-1	Композиционный пленочный	Регулирование	1, 2, 3
СП2-2	Металлооксидный	»	1, 2, 3
СПЗ-16Д	Композиционный пленочный		1, 2, 3
СП4-1а	Композиционный объемный	»	1, 2, 3
СП2-36	Металлопленочный	Подстройка	1, 2

Основные данные резисторов

Тип резистора	Номинальное сопротивление, Ом	Допускаемое отклонение, %	Номинальная мощность, Вт	Предельное напряжение, В
СП-1	470—4, 7*106	±10; ±20; ±30	1,0	500
СП2-2	47—0,1*106	±20	0,5	250
СПЗ-16д	1*103—1,0*106	±20; ±30	0,12	150
СП4-1а	100—4,7*106	±20; ±30	0,5	250
СП2-3б	22—330	±30	0,25	9

Тип резистора	Резистивный элемент	Назначение	Работа в цепях вида	Вид резистора
СПЗ-16	Композиционный пленочный	Подстройка	1, 2, 3
СПЗ-13а	То же	»	1, 2, 3
СПЗ-19а	»	»	1, 2, 3
СПЗ-196	»	»	1, 2, 3
ПП2-12	Проволочный	Регулирование	1, 2
СП5-16ВА	»	Подстройка	1, 2, 3

Примечание: Цифрой 1 обозначена цепь постоянного тока, цифрой 2 – переменного, 3 – импульсного.

Основные данные резисторов

Тип резистора	Номинальное сопротивление, Ом	Допускаемое отклонение, %	Номинальная мощность, Вт	Предельное напряжение, В
СПЗ-1б	470—1,0*106	±20; ±30	0,25	250
СПЗ-6	1*103—1,0*106	±10; ±20; ±30	0,12	160
СПЗ-13а	1*103—1,0*106	±20	0,12	150
СПЗ-19а	10—1,0*106	±10; ±20	0,5	150
СПЗ-19б	10—1,0*106	±10; ±20	0,5	150
ПП2-12	4,7—20*103	±10	2,0	350
СП5-16ВА	3,3—33*103	±5; ±10	0,5	130
СП5-16ВВ	100—6800	±5; ±10	0,12	29
СП5-16ВГ	47—4700	±5; ±10	0,05	15

Примечание. Промежуточные значения номинальных сопротивлений соответствуют ряду Е6.

Приложение Е

Конденсаторы постоянной емкости

Конденсаторы оксидные К50-6

Номинальная емкость, мкф	Номинальное напряжение, В	Размеры,мм
D	H	d	l
50	6,3	8,0	13,5	0,6	2,5
100	11,0	15,5	5,0
200		14,5	16,5	0,9
500	18,5	18,5	7,5
10	10	6,5	13,5	0,6	2,5
20	8,0
50	11,0	15,5	5,0
100	12,5	16,5
200	16,5	18,5	0,9	7,5
500	18,5	25,5
1000	45,5
1	16	4,5	13,5	0,6	2,5
5	6,5
10
20	8,0
30
50	11,0	18,5	5,0
100	12,0
200	16,5	0,9	7,5
500	18,5	25,5
1000	21,5	45,5
1	25	4,5	13,5	0,6	2,5
5	8,0
10
20	11,0	15,5	5,0
50	14,5	18,5	0,9	7,5
100	16,5
200	18,5
500	45,5

Примечания: 1. Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также в импульсном режиме. 2. Конденсаторы выпускаются полярными и неполярными. 3. В таблице показаны конденсаторы I и II вида; вид III с лепестковыми выводами.

Конденсаторы оксидные К50-16

Номинальная емкость, мкФ	Номинальное напряжение, В	Размеры, мм
D	Н	d	l
20	6,3	5,0	14,0	0,6	2,5
30	7,0	5,0
50
100	8,5	16,0
200	11,5	14,0	7,5
500	13,0	17,0
10	10	5,0	14,0	0,6	2,5
20	7,0	5,0
30
50	19,0
100	11,5	14,0	7,5
200	16,0
500	13,0	19,0
2000	19,0	27,0	0,9	10,0
5	16	5,0	14,0	0,6	2,5
10	7,0	5,0
20
30	8,5
50	16,0
100	11,5	14,0	7,5
200	13,0	17,0
500	15,0	19,0
1000	17,0	27,0	10,0
2000	19,0	46,0
2	25	5,0	14,0	0,6	2,5
5	7,0	5,0
10
20	8,5
30	16,0
50	11,5	14,0	7,5
100	13,0	17,0
200	17,0	19,0	09	105
500	19,0	27,0
1000	46,0

Примечания 1 Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также в импульсном режиме. 2 Конденсаторы неполярные

Конденсаторы оксидные К50-24

Номинальная емкость, мкф	Номинальное напряжение, В	Размеры, мм
D	L	d	l
220	6,3	7,0	30	0,9	35,0
470	10,0	26	30,0
1000	42	47,5
2200	13,0
4700	17,0	44	50,0
10000	22,0	52	57,5
47	16	7,0	19		25,0
100	26	30,0
330	10,0	30	35,0
470
1000	13,0	36	0,9	40,0
2200	17,0	52	57,5
3300	50	55,0
4700
6800	22,0	60	65,0
10000
25	25	7,0	19	0,9	25,0
47	26	30,0
100	30	35,0
220	9,0	26	30,0
470	42	47,5
1000	13,5	52	57,5
1500	17,0	44	50,0
2200
3300	22,0	52	57,5
4700

Примечания: 1. Предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также в импульсном режиме. 2. Конденсаторы полярные.

Конденсаторы оксидно-полупроводниковые К53-7

Номинальная емкость, мкф	Номинальное напряжение, В	Размеры, мм
D	L	d	l
1,0	15	3,7	25,5	0,7	30,0
1,5
2,2	4,5	27,5	32,5
3,3
4,7	32,5	37,5
6,8	37,5	42,5
10,0	7,5	27,5	0,9	32,5
15,0
22,0	34,5	40,0
33,0	37,5	42,5
47,0	8,3	41,5	47,5
0,1	30	3,7	18,5	0,7	22,5
0,47	4,5	25,5	30,0
1,0	27,5	32,5
1,5
2,2	32,5	37,5
3,3	37,5	42,5
4,7	7,5	27,5	0,9	32,5
6,8
10,0	34,5	40,0
15,0	37,5	42,5
22,0	8,3	41,5	47,5

Примечание. Предназначены для работы в цепях постоянного, пульсирующего, импульсного знакопеременного и переменного токов.

Конденсаторы пленочные К73-17

Номинальная емкость, мкф	Размеры, мм
L	В	Н	А	а	l
0,22	12	6	10	10	0,6	17,5
0,33	6,3	13
0,47	8	15	0,8
0,68	18	6,3	13	15	25
1	8	15
1,5	8,5	19
2,2	23	8,5	19	20	30
3,3	10,5	21
4,7	24	12	25	1

Примечания: 1. Допускаемые отклонения емкости ±5; 10; 20 %. 2. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока. 3 Номинальное напряжение 63 В.

Конденсаторы керамические КМ-4

Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного тока и в импульсных режимах.

Размеры конденсаторов КМ-4, вариант "б". изолированные

Типоразмер	Размеры, мм
L	Н	А	а	1
1	6	6	2,5	0,5	10
2	8,5	8,5	5	0,5	12,5
3	11	11	7,5	0,5	15
4	13	13	7,5	0,6	15
5	15	15	10	0,6	17,5

Номинальная емкость, допустимая реактивная мощность для конденсаторов КМ-4

Типоразмер	Номинальная емкость, пф (до 9100), мкФ (от 0,01) для групп ТКЕ	Реактивная мощность, вар, не более
ПЗЗ	М47	М75	М750	M1500	H30
1	16—43 47—68	27-47 51—68	47—56 82—100	68—150	150—330	1500; 2200 3300	10
2	76—110 120	75—130	110—180 200; 220	160—390	360—680	0,01	10
3	130—200 220; 240	150—240	240—300 330;360	430—750	750—1500	0,015 0,022	20
4	270—330 360	270—360	390—510 560—750	820-1200	1600-2700	0,033	30
5	390—470 510	390—510	820-1000	1300-1800	3000-3600	0,047	40

Примечания: 1. Промежуточные значения номинальных емкостей соответствуют ряду Е24 2. Номинальное напряжение конденсаторов группы H30 равно 160 В, других групп — 250 В. 3 Реактивная мощность конденсаторов группы H30 составляет 5 % от указанных в таблице значений.

Конденсаторы керамические КЛС-1

Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах.

Размеры конденсаторов КЛС-1

Типоразмер	Размеры, мм
B	L	l
1	4,5	5,5	12,5
2	5,5	6,5	12,5
3	6,5	6,5	15
4	6,5	9,5	15
5	6,5	11,5	15

Номинальная емкость, допустимая реактивная мощность для конденсаторов КЛС-1

Типо-размер	Номинальная емкость, пФ (до 6800), мкф (от 0,01) для групп ТКЕ	Реактивная мощность, вар
М47, М75	М750,М1500	Н30	Н50	Н70	Н90
1	30—56	330—510	1500; 2200	1500	4700	4700; 6800; 0,01; 0,015; 0,022	75
2	62—75	560—820	3300	2200	6800	0,033	100
3	82—130	910—1200	4700	3300	0,01	0,47	125
4	150—240	1300—1800	6800	4700,6800	0,015	0,068	150
5	270—300	2000—3000	0,01	0,01	0,022; 0,033	0,1	175

Примечания: 1. Промежуточные значения номинальных емкостей соответствуют ряду Е24. 2. Номинальное напряжение конденсаторов групп Н70, Н90 равно 35 В, группы Н30 — 50 В, остальные группы — 80 В. 3. Допускаемые отклонения емкости от номинальной для групп М47, М75, М750, М1500 равны ±5, 10, 20 %; для группы Н50 — ±20 %; для групп НЗО, Н70, Н90 — +80, —20 %.

Приложение Ж

Обозначения условные графические в схемах (УГО)

Резисторы, конденсаторы (ГОСТ 2.728—74)

 

 

Двоичные логические элементы

Общие принципы построения условных графических обозначений, а также условные графические обозначения двоичных логических элементов, выпускаемых промышленностью в виде цифровых микросхем, установлены ГОСТ 2.743—82.

Условное графическое обозначение двоичного логического элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля: основное и два дополнительных. В основном поле помещают информацию о функции, выполняемой логическим элементом — символ функции и при необходимости дополнительные данные по ГОСТ 2.304— 68. В дополнительных полях помещают условные обозначения входов и выходов, называемые метками. Дополнительные поля и метки обычно имеют комбинационные и сложные логические элементы, у которых все входы (выходы) логически неравноценны.

Все размеры условного графического обозначения по высоте должны быть кратны постоянной величине С. При этом расстояние между горизонтальной стороной прямоугольника и ближайшей входной (выходной) линией, а также между соседними входными (выходными) линиями должно быть не менее величины С. При ручном (неавтоматизированном) выполнении графического обозначения С³5 мм.

Метки функционального назначения входов триггеров

Наименование	Обозначение
Вход для раздельной установки триггера в состояние «1» (S-вход) Вход для раздельной установки триггера в состояние «0» (R-вход) Вход для установки состояния «1» в универсальном JК-триггере (J-вход) Вход для установки состояния «0» в универсальном JK-триггере (K-вход) Счетный вход (T-вход)	S R J К Т
Информационный вход для установки триггера в состояние «1» и «0» (D-вход) Подготовительный управляющий вход для разрешения приема информации (V-вход) Исполнительный управляющий (командный) вход для осуществления приема информации. Вход синхронизации (С-вход)	D V С

Примечания: 1. Метки V и С применяют в комбинационных логических элементах для обозначения входов, подготавливающих и разрешающих выполнение логической операции. 2. При необходимости к буквам добавляют цифры, например S1, S2, С1, С2 и т. д. 3. Метки S, R, K, К, Т, D, V и С — начальные буквы английских слов.

 

Примечание: Допускается ориентация условного графического обозначения, при котором входы располагаются сверху, а выходы — снизу.

 

Элементы аналоговой техники

Условные графические обозначения аналоговых элементов должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.743—82 и 2.759—82.

Условное графическое обозначение аналогового элемента имеет форму прямоугольника, который может содержать три поля: основное и два дополнительных. В основном поле помещают информацию о функции, выполняемой аналоговым элементом, а в дополнительных полях — метки выводов.

Входы аналогового элемента изображают с левой стороны, выходы — с правой стороны прямоугольника.

Размеры условного графического обозначения определяются количеством входных и выходных линий, наличием дополнительных полей, объемом информации, помещаемой в основном и дополнительных полях, размером шрифта. Все размеры по высоте должны быть кратны постоянной величине С. При этом расстояние между горизонтальной стороной прямоугольника и ближайшей входной (выходной) линией, а также между соседними входными (выходными) линиями должно быть не менее величины С. При ручном (неавтоматизированном) выполнении графического обозначения С³5 мм.

Кроме меток выводы могут быть обозначены указателями, а на линиях связи или в их разрыве допускается помещать обозначение и характеристику сигнала.

 

 

 

Приложение З

Интенсивности отказов элементов

Средние, максимальные и минимальные значения интенсивностей отказов

Наименование элементов	Интенсивность отказов •10-6, 1/ч
Резисторы	0,159 1.0—0.001
Конденсаторы	0,1 2,385—0,001
Диоды германиевые	0,157 0,678—0,002
Диоды кремниевые	0,2 0,452—0,021
Транзисторы германиевые	0,9 1,91-0,6
Транзисторы кремниевые	0,5 1,44—0,27
Трансформаторы импульсные	0,17 0,285—0,03
Трансформаторы силовые	0,025 0,052—0,012
Трансформаторы развязывающие	0,03 0,093—0,011
Дроссели	0.34 2.22—0,07
Катушки индуктивности	0,02 1,018-0,001
Обмотки электродвигателя	0,08 0,045—0.01
Реле	0,25/к.г.*
Контакторы	0,25/к.г.
Переключатели кнопочные	0,07/к.г.
Гнезда	0,01/ш 0,02/ш—0,002/ш
Тумблеры	0,06/к 1,123/к—0,015/к
Провода соединительные	0,015 0,12—0,008
Предохранители плавкие	0,5 0,82—0,30
Соединения пайкой	0,01
Изолирующие шайбы, прокладки	0,001
Аккумуляторы	7,2 19,0—0,35
Асинхронные электродвигатели	8,6 11,2—4,49
Синхронные электродвигатели	0,359 6,25—0,159
Электродвигатели постоянного тока	9,36

* Размерность интенсивностей отказов равна 10^-6 1/ч. Значения интенсивностей отказов приведены в виде трех чисел: первое число указывает средние значения интенсивностей отказов, второе и третье — максимальные и минимальные значения. Некоторые значения интенсивностей отказов приведены на один контакт (к), штырек (ш), гнездо (г), контактную группу (к. г.).

Таблицы поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов

Поправочные коэффициенты k1 и k2 в зависимости от воздействия механических факторов на неамортизированную аппаратуру

Условия эксплуатации аппаратуры	Вибрация k1	Ударные нагрузки k2	Суммарные воздействия
Лабораторные	1,0	1,0	1,0
Стационарные (полевые)	1,04	1,03	1,07
Судовые	1,3	1,05	1,37
Автофургонные	1,35	1,08	1,46
Железнодорожные	1,4	1,1	1.54
Самолетные	1,46	1,13	1,65

Поправочные коэффициенты k3 в зависимости от воздействия влажности и температуры

Влажность, %	Температура, 0С	Поправочный коэффициент k3
60-70 90-98 90-98	20—40 20—25 30—40	1,0 2,0 2,5

Приложение И

Требования Регистра судоходства Украины к устройствам автоматики, содержащим элементы электроники

(номера пунктов соответствуют оригиналу Регистра)

2.1.1 Конструкция элементов и устройств должна обеспечивать средний межремонтный ресурс систем автоматизации не менее 5000 ч.

2.1.2 Системы автоматизации и их элементы и устройства должны надежно работать при следующих температурах окружающей среды:

от 0 до + 45 °С в закрытых помещениях;

от —25 до +45 °С на открытой палубе.

Электронные элементы и устройства, предназначенные для вмонтирования в распределительные щиты, пульты или кожухи, должны надежно работать при температуре окружающей среды до 55 °С.

Температура до 70°С не должна вызывать повреждений систем автоматизации и их элемен­тов и устройств.

2.1.3 Системы автоматизации должны надежно работать при относительной влажности воздуха 75 ± 3 % и температуре 45 ± 2 °С или при относительной влажности воздуха 80 ± 3 % и температуре 40 ± 2 °С, а также при относительной влажности воздуха 95±3 % и температуре 25 ± 2°С.

2.1.4 Системы автоматизации должны надеж­но работать при вибрациях с частотами от 2 до 100 Гц; при частотах от 2 до 13,2 Гц с амплитудой перемещений ±1мм и при частотах от 13,2 до 100 Гц с ускорением ±0,7g.

Системы автоматизации, установленные на источниках вибрации (дизели, компрессоры и т.п.) или в румпельном отделении, должны надежно работать при вибрациях с частотами от 2 до 100 Гц: при частотах от 2 до 25 Гц с амплитудой перемещений ±1,6 мм и при частотах от 25 до 100 Гц с ускорением ±4,0 g.

Оборудование автоматизации должно надежно работать также при ударах с ускорением  ±5,0 g и частоте в пределах 40 - 80 ударов в минуту.

2.1.5 Системы автоматизации должны надежно работать при длительных кренах до 22,5° и при качке 22,5° с периодом качки 8±1с.

2.1.6 Степень защиты систем автоматизации и их элементов и устройств должна быть выбрана в соответствии с местом установки согласно гл.2.4 части XI «Электрическое оборудование».

2.1.7 Электрические и электронные элементы и устройства должны надежно работать при отклонениях от номинальных значений параметров питания, указанных в табл. 2.1.7.

Таблица 2.1.7 - Отклонения от номинальных значений параметров питания.

Оборудование автоматизации, получающее питание от аккумуляторных батарей, должно надежно работать при отклонениях напряжения от номинального значения:

от +30 до —25 % — для оборудования, не отключаемого от батареи во время зарядки;

от +20 до —25% — для оборудования, отключаемого от батареи во время зарядки.

Трехкратное исчезновение питания с интер­валом в 30 с не должно оказывать влияния на работоспособность систем автоматизации.

2.2.3 Контактные поверхности электрических штепсельных соединений должны быть сконструированы и расположены так, чтобы предотвращалось повышение контактного сопротивления, ограничивающее работоспособность.

2.2.4 В местах ввода кабелей и проводов, особенно в местах присоединения к подвижным элементам и устройствам, должны быть предусмотрены приспособления для разгрузки от натяжения.

2.2.5 Печатные платы должны покрываться изолирующим лаком со стороны, на которой располагаются соединительные проводники.

2.2.6 Регулирующие элементы, предназначенные для начальной настройки, должны быть защищены от самопроизвольного изменения произведенной настройки.

Должно быть возможным повторное стопорение регулирующих элементов.

2.3.1 Заменяемые элементы, имеющие возможность их регулирования, а также точки контрольных измерений гнезда, клеммы) должны быть расположены таким образом. чтобы к ним был обеспечен свободный доступ.

2.3.3 Конструкция устройств должна быть такой, чтобы она позволяла производить контрольные измерения контроль исправности) во время их работы.

2.3.4 Системы автоматизации должны быть выполнены так, чтобы замена элементов и устройств другими того же типа не влияла на работоспособность и не требовала подрегулировки. Необходимое регулирование должно быть возможно при помощи простых средств.

2.3.6 Электрические и электронные системы автоматизации должны быть снабжены защитными устройствами, обеспечивающими селектив­ное отключение поврежденных частей системы.

2.3.7 Системы автоматизации должны быть выполнены по принципу выхода из строя в безопасную сторону.

2.3.18 Гидравлические, пневматические и электрические или электронные элементы и устройства, устанавливаемые совместно в пультах, шкафах и блоках, должны быть так отделены друг от друга, чтобы пропуски в трубопроводах и шлангах и в их соединениях не могли вызвать повреждения пневматических, электронных и электрических элементов и устройств.

Пульты, шкафы и блоки, в которых размешается оборудование, содержащее жидкую рабочую среду, должны снабжаться устройствами для возврата собранной от утечки жидкости.

2.3.19 Полная или частичная потеря питания в системах автоматического или дистанционного управления не должна приводить к опасным состояниям.

2.3.21 Системы автоматизации должны быть выполнены таким образом, чтобы при выходе из строя световых или звуковых устройств сигнализации в одной цепи не нарушалась работоспособность остальных цепей.

2.4.1.1 Система аварийно-предупредительной сигнализации должна быть независима от систем управления и защитных устройств, т. е. неисправности и повреждения этих устройств не должны оказывать влияния на работу АПС.

Возможность частичного соединения этих систем является в каждом случае предметом специального рассмотрения Регистром.

2.4.1.2 Должны быть приняты меры по обеспечению системы АПС самоконтролем; по крайней мере, при таких повреждениях, как короткое замыкание, обрыв цепи и замыкание на корпус, должен подаваться сигнал АПС.

2.4.1.3 Система АПС должна одновременно подавать световые и звуковые сигналы.

При этом должна быть обеспечена возможность одновременного указания более чем одной неисправности. Принятие одного сигнала не должно препятствовать принятию другого. Отказ одного элемента устройства системы не должен вызывать выход из строя всей системы АПС. Если вместо индивидуальных световых сигнализаторов применяются общие мониторы, их должно быть не менее двух.

2.4.1.4 Световые сигналы должны указывать причину срабатывания системы АПС и, как правило, должны быть выполнены в виде мигающего света.

При подтверждении мигающий световой сигнал должен переходить в постоянный, а звуковой сигнал должен отключаться.

Полное погасание светового сигнала должно быть возможно лишь после устранения неисправности или отключения неисправной части системы.

2.4.1.5 Для звуковых сигналов допускается применение общего устройства для всех систем АПС. Принятый сигнал должен быть отключаемым. и после его отключения устройство должно обеспечивать готовность к приему вновь поступающих сигналов о неисправностях даже в случае, если причины имеющихся неисправностей еще не устранены. При этом отключение звуко­вого сигнала на мостике и в районе жилых помещений не должно вызывать отключения звукового сигнала в машинном помещении.

2.4.1.6 Самоустраняющиеся неисправности должны восприниматься системой АПС таким образом, чтобы сигнал сохранялся до момента подтверждения.

2.4.1.7 Полное или частичное отключение системы АПС должно четко распознаваться с выдачей сигнала.

2.4.1.8 Система АПС должна быть выполнена так, чтобы можно было производить проверку ее функций во время нормальной работы механизмов.

2.4.1.9 Кратковременное прекращение питания системы АПС не должно приводить к потере поступивших перед этим сигналов.

2.4.1.10 Независимо от объема автоматизации установок, а также порядка наблюдения за их работой система АПС должна подавать сигнал:

.1 при достижении контролируемыми параметрами предельных значений;

.2 при срабатывании систем защиты;

.3 при отсутствии энергии для питания отдельных систем автоматизации или о включении аварийных источников энергии;

.4 при изменении других параметров или состояний, сигнализация о которых предписывается требованиями настоящей части Правил.

Сигнализация о неисправности механизмов должна быть предусмотрена на постах дистанционного управления этими механизмами.

2.4.1.11 Система АПС должна быть выполнена так, чтобы не относящиеся к судовождению и навигационной обстановке сигналы поступали в первую очередь на пульты щиты в машинные помещения и ЦПУ, а также на блоки обобщенной сигнализации и индикации в жилые, служебные и общественные помещения, где может находиться обслуживающий механическую установку персонал. Затем, если эти сигналы не будут подтверждены в течение определенного периода времени, например, 2 мин, они должны поступать на ходовой мостик.

2.4.1.12 Должна быть предусмотрена сигнализация вызова механиков в машинное помещение ЦПУ, приводимая в действие:

.1 вручную из ЦПУ или с местного поста управления главными механизмами;

.2 автоматически, если сигнал АПС по механической установке не был подтвержден, т. е. не привлек внимания в месте его назначения в течение определенного периода времени (например, 2 мин).

Эта сигнализация должна быть выведена на блоки обобщенной сигнализации в жилые, служебные и общественные помещения, где может находиться обслуживающий механическую установку персонал.

2.4.2.1 Системы защиты автоматизированных механизмов должны предусматриваться только для параметров, отклонения которых могут привести к серьезному повреждению, полному выходу механизма из строя или взрыву. В системе защиты должна быть предусмотрена индикация, указы­вающая параметр, по которому сработала защита.

2.4.2.2 Системы защиты должны быть независимыми от систем управления и систем АПС, включая датчики, таким образом, чтобы неисправности и повреждения этих систем, включая системы их питания, не оказывали влияния на работу систем защиты.

Предусматриваемые устройства отключения защиты должны исключать их непреднамеренное включение. На пультах управления механизмами должен быть предусмотрен световой сигнал о том, что устройство отключения защиты приведено в действие.

2.4.2.3 Должны быть приняты меры для самоконтроля систем защиты: по крайней мере при таких повреждениях, как короткое замыкание, обрыв цепи и замыкание на корпус, должен подаваться сигнал АПС.

2.4.2.4 Системы защиты отдельных механизмов и установок должны быть независимыми друг от друга, чтобы неисправности в системе защиты одного механизма или одной установки не оказывали влияния на работоспособность систем защиты других механизмов или установок.

2.4.2.5 Система защиты должна срабатывать автоматически при появлении неисправностей, вызывающих аварийное состояние механизмов или устройств, таким образом, чтобы:

.1 восстановить нормальные условия посредством пуска резервных агрегатов;

.2 временно приспособить работу механизма к возникшим условиям посредством снижения нагрузки механизма;

.3 защитить механизмы и котлы от аварийного состояния посредством остановки механизма и прекращения подачи топлива.

Автоматическое срабатывание защиты должно предваряться аварийно-предупредительным сигналом.

2.4.3.1 Системы индикации и регистрации должны быть независимыми от всех других систем, чтобы их выход из строя не оказывал влияния на другие системы.

2.4.3.2 Выход из строя систем регистрации должен быть извещен сигналом системы АПС.

2.4.3.3 Должна быть обеспечена возможность четкого отсчета показаний индикаторов с учетом условий освещенности на месте их установки.

2.4.3.4 Системы индикации должны быть выполнены таким образом, чтобы информация представлялась в единицах, обыкновенно применяемых для измеряемых величин, без пересчета.

3.1.1 Системы автоматизации должны получать питание как от основного, так и от аварийного источников энергии, если установки, работающие на электрическом токе, получают питание от указанных источников энергии.

3.1.2 Питание систем управления главными механизмами должно осуществляться двумя независимыми фидерами. Один из этих фидеров должен быть подключен к главному распределительному щиту, а другой может быть подключен к щиту для ответственных потребителей или, как исключение, к ближайшему распределительному щиту. Переключение с основного фидера на резервный должно осуществляться автоматически с подачей сигнала на посту управления.

3.1.3 При питании систем автоматизации отдельных вспомогательных механизмов от фидеров питания их приводов должна быть обеспечена возможность включения резервного вспомогательного механизма и подключения питания системы автоматизации к его фидеру питания в случае потери питания в цепи привода работающего вспомогательного механизма.

3.1.5 Системы АПС и защиты должны иметь основное и резервное питание. Для резервного питания должен быть предусмотрен независимый резервный источник энергии (например, аккумуляторная батарея), переключение на который должно осуществляться автоматически при обесточивании основного питания с подачей сигнала АПС.

Емкость резервного источника энергии долж­на быть рассчитана на питание систем АПС и защиты в течение 30мин.

3.1.6 Питание системы управления приводных механизмов генераторов должно быть независимым от наличия напряжения на шинах ГРЩ.

Список литературы

1. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. – М.: Высшая школа, 1989. –222с.

2. Голиков С.П. Силовые преобразователи автоматизированных электроприводов. Конспект лекций. – Керчь: КГМТУ, 2007. – 112с.

3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.

4. Александров К.К., Кузьмина Е.Г. Электротехнические чертежи и схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1996. – 286с.

5. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.В. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320с.

6. Бочаров Л.Н., Жебряков С.К., Колесников И.Ф. Расчет электронных устройств на транзисторах. – М.: Энергия, 1978. – 208с.

7. Терещук Р.М, Терещук К.М., Седов С.А. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. – К.: Наукова думка, 1982. – 670с.

8. Справочник по импульсной технике/ Под ред. В.Н. Яковлева. – К.: Техніка, 1970. – 654с.

9. Справочник судового электротехника. В 3-х томах. Т2 / Под ред. Г.И. Китаенко. – Л.: Судостроение. – 1980. – 528с.

10. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник./Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656с.

Ó Голиков Сергей Павлович

Электроника и микросхемотехника

Методические указания к курсовому проектированию

для студентов направления 6.050702 «Электромеханика»

Тираж ____ экз.   Подписано к печати _________. Заказ № ____. Объём 4,6 п.л. Изд-во "Керченский государственный морской технологический университет" 98309г. Керчь, ул. Орджоникидзе, 82