5. Выбор элементной базы

5.1 Конденсаторы

Применяемые в радиоаппаратуре конденсаторы можно разделить на конденсаторы постоянной, переменой емкости и подстроечные.

У конденсаторов постоянной емкости в конструкции возможность изменения величины емкости не предусмотрена. Эти конденсаторы применяют в качестве элементов колебательных контуров, настроенных на фиксированную частоту, в качестве элементов связи, для компенсации изменяющихся параметров элементов контура при воздействии повышенной или пониженной температуры, для сопряжения контуров в супергетеродинных приемниках, в качестве разделительных, блокировочных и для многих других целей. Такое разнообразие функций привело к созданию большого количества типов конденсаторов постоянной емкости. В зависимости от материала диэлектрика конденсаторы можно разделить на следующие группы: керамические (рис. 7), слюдяные, бумажные, пленочные и электролитические (рис. 8) [1].

Рис. 7. Конденсатор МП31-5

Рис. 8. Конденсатор К50-12.

5.2 Микросхема

Наибольшее распространение получили ИС, у которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Их называют полупроводниковыми.

Для изготовления полупроводниковых микросхем используют кремниевые монокристаллические пластины диаметром не менее 30 — 60 мм и толщиной 0,25 — 0,4 мм. Элементы микросхемы — биполярные и полевые транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы — формируют в полупроводниковой пластине методами, известными из технологии дискретных полупроводниковых приборов (селективная диффузия, эпитаксия и др.). Межсоединения выполняют напылением узких проводящих дорожек алюминия на окисленную (т. е. электрически изолированную) поверхность кремния, имеющую окна в пленке окисла в тех местах, где должен осуществляться контакт дорожек с кремнием (в области эмиттера, базы, коллектора транзистора и т. д.). Для соединения элементов микросхемы с ее выводами на проводящих дорожках создаются расширенные участки —контактные площадки. Методом напыления иногда изготавливают также резисторы и конденсаторы (рис. 9).

Рис. 9. Интегральная микросхема К544УД2Б

5.3 Резисторы

применяемые в радиоаппаратостроении резисторы подразделяют на постоянные (рис. 10) и переменные. Переменными называют резисторы, сопротивление которых можно плавно изменять в процессе эксплуатации или регулировки аппарата. Их применяют в тех случаях. когда это необходимо для изменения параметров изделия, или же для компенсации в процессе регулировки погрешностей параметров других элементов схемы. Во всех остальных случаях используют постоянные резисторы.

усилитель мощность транзисторный нагрузка

Рис. 10. Резистор МЛТ-0,125

5.4 Диоды

Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход, представляющий собой переходной слой между полупроводниками различной проводимости. На границе перехода за счёт концентрации носителей образуется контактная разность потенциалов.

p-n переход обладает несимметричной электропроводностью, изменяемой электронной емкостью, сильной зависимостью тока от внешних параметров to, изменение полей.

В p-n переходе происходит диффузия основных носителей электронов из p-области в n-области. При этом возникает диффузионный ток:

Iдиф= Ipдиф- Inдиф,

его направление совпадает с направлением диффузий дырок.

Электрический заряд в кристалле перераспределяется, электронная нейтральность кристалла нарушается.

Диффузирующие основные носители рекомбинируют, в результате чего изменяется концентрация подвижных носителей. В приконтактном слое образуются заряды: в p-области отрицательные, в n-области положительные. В результате образуется двойной слой пространственного заряда, который называется запирающим. Запирающий слой может быть неоднородным из-за смещения нейтрали в сторону области с меньшей концентрацией примеси. Пространственные заряды образуют электрическое поле перехода с максимальной направленностью на границе изменения заряда.

Выпрямительные диоды работают на частоте 50-100 кГц (рис. 11), служат для преобразования переменного напряжения в постоянное (выпрямленное).

Рис. 11. Выпрямительный диод КД510А

Стабилитроны работают в режиме лавинного пробоя с балансом рассеиваемой мощности (рис. 12). Рабочая точка стабилитрона устанавливается таким образом, чтобы пересечение нагрузочной прямой на ВАХ с характеристикой стабилитрона приходилось на площадку стабилизации. В отличие от стабилитрона стабистор работает на прямой ветке ВАХ, в результате чего напряжения стабилизации стабисторов незначительны (порядка 0.7…1.8 Вольт).

Рис. 12. Стабилитрон КС515А

5.5 Транзисторы

Транзистор – сложный полупроводниковый прибор, использующий свойство нелинейности характеристик в области p-n перехода (рис. 13, рис. 14). Основное назначение транзистора в электронных схемах – усиление сигналов по току или по напряжению в зависимости от его включения. Биполярный транзистор имеет, в общем случае, 3 вывода – управляющий (база), и выводы непосредственно управляемого p-nперехода (коллектор и эмиттер).

Биполярные транзисторы характеризуются двумя p-n переходами, расположенными на одном кристалле.

Транзисторы бывают: корпусные и бескорпусные в зависимости от технологии изготовления.

Динамические характеристики транзисторов определяют режим работы транзистора, в выходной цепи которого имеется нагрузка

, а на вход подается усиливаемый сигнал. Динамические режимы отличаются от статического сильным взаимным влиянием параметров транзистора и элементов схемы.

Рис. 13. Транзисторы КТ814В, КТ815В, КТ816Г, КТ817Г

Рис. 14. Транзисторы КТ825Г, КТ827А

6. Описание монтажной схемы

6.1 Печатная плата

При конструировании печатных плат используется четыре главных критерия выбора:

- габаритный критерий;

- критерий плотности рисунка и толщины проводящего слоя;

- критерий числа слоев;

- критерий материала основания.

По ГОСТ 23752-79 выбираем первый класс плотности рисунка печатной платы. Для данного класса плотности имеем:

- ширина проводника не менее 0.5 мм;

- расстояние между проводниками не менее 0.5 мм;

- разрешающая способность 1.0 линий/мм.

6.2 Сборочный чертеж

Все детали УМЗЧ размещены на одной плате из фольгированного стеклотекстолита (СФ-1Н-50). Исключение составляют транзисторы VT3, VT4, VT7, VT8, установленные на теплоотводах с общей площадью рассеиваемой поверхности 1200 мм2 [5].

7. Расчет надежности

Надежность аппаратуры определяется надежностью и количеством используемых в ней элементов. Так как надежность является одним из основных параметров изделия, то, проектируя аппаратуру, ее следует оценить наряду с другими параметрами и на основе этих расчетов делать выводы о правильности выбранной схемы и конструкции изделия [1].

Вероятность безотказной работы P(tр) и среднее время наработки на отказ Tср достаточно полно характеризуют надежность прибора.

где l - интенсивность отказа.

где li – интенсивность отказа i-го элемента.

Влияние внешних факторов на радиоэлементы оценивается с помощью коэффициента нагрузки.

Для транзисторов:

где P – фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе, Pmax – максимальная допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Для резисторов:

где P – фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе, Pн – номинальная мощность.

Для конденсаторов:

где U – фактическое напряжение, приложенное к конденсатору, Uн – номинальное напряжение конденсатора

Для диодов:

где I – фактический выпрямленный ток, а Imax – максимально допустимый выпрямленный ток.

Расчет по постоянному току был произведен с помощью программы ElectronicsWorkwench 5.12 (Таб. 1).

Таблица 1

Наименование,тип элемента	Фактическоезначениепараметра	Номинальноезначениепараметра	K	a	l0, 10-6 (1/ч)	, 10-6 (1/ч)
ДиодыVD1 КС515АVD2 КС515АVD3 КД510АVD4 КД510АVD5 КД510АVD6 КД510АVD7 КД510АVD8 КД510А	I=3мАI=3мАI=34мАI=34мАI=34мАI=34мАI=81мАI=81мА	Imax=53мАImax=53мАImax=0,2АImax=0,2АImax=0,2АImax=0,2АImax=0,2АImax=0,2А	0,0570,0570,170,170,170,170,40,4	0,30,30,50,50,50,50,50,5	0,20,20,20,20,20,20,20,2	0,060,060,10,10,10,10,10,1
КонденсаторыC1 К31П-5C2 К31П-5C3 К31П-5C4 К31П-5C5 К31П-5C6 К31П-5C7 К31П-5C8 К31П-5C9 К31П-5	U=1ВU=2ВU=2ВU=3ВU=0,4ВU=8ВU=8ВU=11ВU=11В	Uн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100ВUн=100В	0,010,020,020,030,0040,080,080,110,11	0,20,20,20,20,10,30,30,30,3	0,080,080,080,080,080,080,080,080,3	0,016 0,0160,0160,0160,0080,0240,0240,0240,024
МикросхемаDA1 К544УД2Б	I=0,05нА	Iвх=0,15нА	0,33	0,5	0,2	0,1
РезисторыR1 МЛТR2 МЛТR3 МЛТR4 МЛТR5 МЛТR6 МЛТR7 МЛТR8 МЛТR9 МЛТR10 МЛТR11 МЛТR12 СП3-38ДR13 МЛТR14 МЛТR15 МЛТR16 МЛТR17 МЛТR18 МЛТR19 МЛТR20 МЛТR21 МЛТR22 МЛТ	P=0,013ВтP=0,021ВтP=0,05ВтP=0,07ВтP=0,07ВтP=0,063ВтP=0,004ВтP=0,044ВтP=0,044ВтP=0,081ВтP=0,081ВтP=0,036ВтP=0,102ВтP=0,102ВтP=0,109ВтP=0,109ВтP=0,105ВтP=0,105ВтP=0,098ВтP=0,098ВтP=0.114ВтP=0.114Вт	Pн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125ВтPн=0,125Вт	0,1040,1680,40,560,560,5040,0320,3520,3520,6480,6480,2880,8160,8160,8720,8720,840,840,7840,7840,9120,912	0,30,50,50,70,70,70,20,50,50,70,70,50,70,70,90,90,70,70,70,70,90,9	0,05 0,050,050,050,050,050,050,050,050,050,050,040,050,050,050,050,050,050,050,050,050,05	0,015 0,0250,0250,0350,0350,0350,010,0250,0250,0350,0350,020,0350,0350,0450,0450,0350,0350,0350,0350,0450,045
ТранзисторыVT1 КТ814ВVT2 КТ815ВVT3 КТ825ГVT4 КТ827АVT5 КТ816ГVT6 КТ816ГVT7 КТ817ГVT8 КТ817Г	P=0,3ВтP=0,3ВтP=110ВтP=110ВтP=1,4ВтP=1,4ВтP=12ВтP=12Вт	Pmax=10ВтPmax=10ВтPmax=125ВтPmax=125ВтPmax=25ВтPmax=25ВтPmax=25ВтPmax=25Вт	0,030,030,880,880,0560,0560,50,5	0,20,20,950,950,30,30,550,55	0,20,20,20,20,20,20,20,2	0,040,040,20,20,060,060,10,1

Интенсивность отказов:

Устройство усилителя мощности звуковой частоты (стр. 2 из 3)