Описание работы электрической схемы охранного устройства с автодозвоном по телефонной линии (стр. 10 из 16)
4.4. Расчёт элементов принципиальнойсхемы.
Электрический расчёт электронногоключа.
Аналоговыеключи предназначены для коммутации аналоговых сигналов от источника на нагрузкус малыми искажениями. Они широко применяются в ЦАП, АЦП, устройствах выборки изапоминания сигналов, для коммутации аналоговых сигналов источников на общуюнагрузку и для других целей. Аналоговые ключи могут коммутировать ток инапряжение. В нашем случае необходим коммутатор напряжения.
В цепи для коммутациинапряжения нагрузка должна иметь достаточно высокое сопротивление по сравнениюс выходным сопротивлением источника сигнала. Реальные аналоговые ключи вносятпогрешность при передаче сигнала от источника в нагрузку. Основными параметрамиключа, определяющими величину погрешности, являются: остаточное напряжение назамкнутом ключе, остаточный ток разомкнутого ключа и конечное времяпереключения. Основной задачей проектирования аналоговых ключей являетсяминимизация перечисленных параметров, и тем самым уменьшение погрешности,вносимой ключами при коммутации сигнала.
Рис. 4.9. Транзисторный ключ сгальванической цепью управления.
Источником питанияаналогового ключа служит коммутируемое напряжение Uвх, значение которого может изменяться в широких пределах идостигать весьма малых значений (десятков милливольт). При подачеотрицательного управляющего нарпяжения Uупр< 0 транзистор закрывается, через резистор Rк будет протекать тепловой ток коллектора и напряжениемежду коллектором и эмиттером Uкэ = Uвх – Iк0Rк
Uвх. Пусть под действием отпирающего напряжения Uупр > 0 в базовой цепи проходит ток Iб. Для всех значений коллекторного тока Iк<< β Iб(Iк= Uвх/Rк , β – коэффициент передачибазового тока) транзистор будет насыщен и напряжение Uкэ очень мало. В режиме насыщения коллекторный и эмиттерныйпереходы открыты, выходное напряжение Uкэ = Uбэ- Uбк. При глубоком насыщении транзистора (Iб β/ Iк > 3…4)остаточное напряжение на замкнутом ключеUкэ φт/βI+Iб rэн ,
где βI – коэффициент передачи базового токапри инверсном включении транзистора; φт – тепловой потенциал, пропорциональныйабсолютной температуре (при 300 К φт
26мВ); rэн – объёмное сопротивление областиэмиттера насыщенного транзистора.Выходное сопротивлениенасыщенного транзистора (сопротивление замкнутого ключа) Rвых обычно составляет единицы и десяткиОм и может быть определено по формуле
Rвых
,где rкн - объёмное сопротивление областиколлектора, насыщенного транзистора.
Рассмотрим влияние цепиуправления на свойства ключа. Состояние его определяется уровнем управляющегонапряжения Uупр и значением сопротивления Rб. Стоит отметить, что схема может коммутировать какположительное, так и отрицательное напряжение Uвх.При отрицательном управляющем напряжении Uупр' транзистор должен бытьзаперт (Uбк< 0, Uбэ < 0) и напряжение Uвых= 0. Если на входе действует положительное напряжение Uупр'', транзистор будет насыщен, анапряжение Uвых= Uвх . В насыщенном режиме в схеме установятся следующие токи: Iб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Rб , Iн = Uвых / Rн .
Исходя из приведённыхформул рассчитаем Rб :
Rб = (Uупр'' – Uбэ – Uвх) / Iб
Rб = ( 3 - 0,6 – 0,4) / 0,00002 = 100 кОм.
5. Конструкторско-технологическая часть.
5.1. Разработка конструкции устройства.
Печатная плата охранного устройства является основнымэлементом при проектировании РЭА. Она объединяет печатные узлы и другиеэлементы. Разработку конструкции печатной платы можно производить исходя избазовых несущих конструкций, то есть исходя из размеров корпуса стандартногокнопочного телефона-трубки, величина которых, независимо от производителя,отличается незначительно, в зависимости от образцов. Это позволяет повыситькоэффициент заполнения объема, уменьшить массу и габаритные размеры изделия.Таким образом, применяем пластмассовый корпус телефона-трубки, производствомкоторых занимаются многие отечественные цеха по выпуску пластмассовойпродукции.
Для пайки применяют припой ПОС – 61.
Габаритные размеры печатной платы в длину и ширинусоответственно: 150 мм и 60 мм.
Высота определяется высотой установки применяемыхрадиоэлементов на печатной плате и составляет 15 мм.
5.2. Выбор иопределение типа платы, ее технологии изготовления, класса точности, габаритныхразмеров, материала, толщины, шага координатной сетки.
По конструкции печатные платы с жестким и гибким основаниемделятся на типы:
- односторонние;
- двусторонние;
- многослойные.
Для данного изделия достаточно использовать одностороннююпечатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. ОПП сметаллизированными отверстиями характеризуются высокими коммутационнымисвойствами и повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента спроводящим рисунком платы.
Для изготовления печатной платы в соответствии с ОСТ4.010.022 и исходя из особенностей производства выбираем комбинированныйпозитивный метод.
В соответствии с ГОСТ 2.3751-86 дляданного изделия необходимо выбрать четвертый класс точности печатной платы.
Габаритные размеры печатных платдолжны соответствовать ГОСТ 10317-79. Для ОПП максимальные размеры могут быть600 х 600 мм. Габаритные размеры данной печатной платы удовлетворяюттребованиям данного ГОСТа.
В соответствии с требованиями ОСТ4.077.000 выбираем материал для платы на основании стеклоткани –стеклотекстолит СФ-2-50-2 ГОСТ 10316-78. Толщина 2 мм.
В соответствии с ГОСТ 24140-78 иисходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм.
Способ получения рисунка –фотохимический.
6. Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:
а) длямикросхем
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
б) длярезисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
в) длядиодов и стабилитронов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
г) длятранзисторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
д) дляконденсаторов
dэ=0,5 мм d=0,9 мм
е) дляразъема
dэ=1 мм d=1,4 мм
Значения диаметров сводятся к предпочтительному ряду размеровмонтажных отверстий:
0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.
Номинальное значение диаметров монтажных отверстий дляразъема: d=1,5 мм.
5.3. Расчёт показателей надёжности охранного устройства.
Расчёт надёжности разрабатываемогоустройства произведён на IBM-совместимом компьютере на кафедре Радиотехники СЗПИ с помощью Basic-программы для расчёта показателейнадёжности радиоэлектронных средств при внезапных отказах ихэлектрорадиоэлементов.
Ниже приводится листингпрограммы расчёта и распечатка расчётов программы.
5.4.Оценка вероятности ложного срабатывания устройства охранной сигнализации.
Вобщем случае вероятность ложного срабатывания определяется надёжностью всегоустройства в целом, которая, по произведённым выше расчётам очень велика –0,9983391. Поэтому, в большей степени вероятность ложного срабатывания будетзависеть от надёжности применяемых датчиков, а так как датчиков используетсянесколько (в зависимости от особенностей объекта), то общая вероятность ложногосрабатывания будет определяться суммой надёжности применяемых датчиков.
Внашем случае предпочтительнее всего использовать герконовые датчики, состоящиеиз герметизированных магнитоуправляемых контактов, представляющих собойконтактные ферромагнитные пружины, помещённые в герметичные стеклянные баллоны,заполненные инертным газом, азотом высокой чистоты или водородом. Контактныеэлементы являются одновременно элементами магнитной цепи. Под действиеммагнитного поля достаточной напряжённости ферромагнитные контактные пружиныдеформируются и замыкают или размыкают контакты. Достоинство магнитоуправляемых контактов – большая износоустойчивость и очень малое времясрабатывания. В связи с высокой износоустойчивостью срок службы самих датчиковочень большой.