Конструкция генератора с фазовой автоподстройкой частоты для диапазонов ОВЧ-УВЧ

Дипломный проект посвящен разработке конструкции генератора с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) для диапазонов ОВЧ-УВЧ (100…2500МГц).

Устройство построено на основе генератора образцовой частоты и управляемого напряжением генератора, частота которого посредством делителя частоты автоматически подстраивается фазовым детектором. Его можно рекомендовать для многих применений, когда есть необходимость в стабильном генераторе или гетеродине для популярных радиолюбительских диапазонов. Стабильность частоты фактически определяется стабильностью кварцевого резонатора.

При изготовлении и настройке радиоаппаратуры диапазона ОВЧ-УВЧ (30...3000 МГц) необходимым узлом является генератор. Он может выполнять функции гетеродина для трансвертера или конвертера, а также использоваться как контрольный генератор или маячок для проверки и настройки радиоприемника или антенно-фидерного тракта. При построении таких приборов раньше, как правило, использовались задающие генераторы с кварцевой стабилизацией, работающие на относительно низкой частоте (десятки мегагерц), и несколько каскадов умножителей частоты. Такая конструкция сложна в изготовлении и настройке.

Сейчас для этих целей все чаще применяют генераторы с системой ФАПЧ. Для реализации такой конструкции применяют специализированные микросхемы синтезаторов частоты, которые управляются от микроконтроллеров (РIС-контроллеров). Стабильность частоты в этом случае определяется стабильностью частоты опорного генератора. Такое построение позволяет получить практически любое значение частоты, но реализация такого генератора доступна не всегда, так как необходимо программирование РIС-контроллеров, в частности, из-за относительно высокой цены программаторов.

Но генератор с системой ФАПЧ можно сделать и по более простой схеме, с использованием более дешевой и простой элементной базы, упрощающей процесс изготовления и настройки.

Исходя из этого, можно сказать, что тема проекта не только актуальна технически, но и целесообразна с экономической точки зрения, т.к. себестоимость прибора сравнительно невелика и может быть снижена за счет различных комплектов поставки.

1. ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК

При разработке конструкции обязательно должна учитываться патентность – свойство технических разработок находиться под охраной международного авторского права, если они обладают новизной, полезностью и юридически соответственно оформлены. Патентность имеет две стороны – патентоспособность и патентную чистоту.

Процесс конструирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) тесно связан с изобретательством и изучением патентной информации. В настоящее время нельзя вести разработку и модернизацию РЭА без предварительного изучения и отбора патентных материалов. Тщательно проведенное патентно-информационное исследование предотвращает дублирование творческой работы и напрасную трату усилий на поиск решений, разработанных ранее. Кроме того, патентно-информационное исследование имеет целью охрану государственных и авторских интересов в области научно-технического творчества, извлечение преимуществ, вытекающих из недостатков патентной защиты. Может оказаться, что в результате исследования будет показана нецелесообразность проведения разработки, поскольку уже имеется требуемое решение, зафиксированное в иностранном или отечественном патенте.

Изобретением признается отличающееся существенной новизной решение технической задачи, дающее положительный эффект. Существенная новизна означает неизвестность во всех странах. Положительный эффект может означать не только сегодняшнюю, но и перспективную полезность.

Новизну предложения опровергают следующие источники: авторские свидетельства и поданные ранее заявки, печатные публикации (включая отчеты НИР и ОКР), применение (в любой стране), защита диссертации, доклад, демонстрация на выставке. Но если разглашены только результаты решения, но не само решение технической задачи, если образец изготовлен и испытан, но не внедрен, это не опровергает новизны.

Патентом и авторским свидетельством называют документ, который служит для оформления права на изобретение.

В отличие от авторского свидетельства, при получении патента автор должен вносить значительную разовую и ежегодную пошлины Выдача патента означает, что на территории этой страны в течение срока действия патента никто без разрешения владельца патента не имеет права использовать запатентованное изобретение.

Патентные права переступаются частично, на определенных условиях. Такая переуступка называется лицензией (разрешением) на использования изобретения.

Авторское свидетельство – это документ, которым удостоверяется факт признания указанного лица в качестве автора изобретения.

Действие патента ограничено по сроку. Закон каждой страны предусматривает предельный срок (для Российской Федерации этот срок составляет 20 лет), по истечении которого патент теряет силу.

Ограничения прав патентовладельца по территории и по срокам являются важными условиями при установлении патентной чистоты. Патентная чистота есть юридическое свойство объекта, заключающееся в том, что он не подпадает под патенты, действующие в определенной стране. Наряду с этим существует понятие патентоспособность – возможность технического решения быть запатентованным в качестве изобретения в определенных странах, т.е. наличие существенной новизны (мировой или локальной) и полезности.

Объект может быть патенточистым, но не патентоспособным, когда его особенности давно описаны в технической литературе, открыто применялись или в свое время были защищены патентами, уже потерявшими действие. Объект может быть патентоспособным, но не патенточистым, если часть его особенностей попадает под действие чьих-то патентов, а другие особенности обладают существенной новизной.

Информацию о патентах и авторских изобретениях на этапе проведения патентно-информационного исследования разработчики получают из патентной литературы. Существует ошибочное мнение, что в патентной литературе умышленно не излагаются важные особенности, необходимые для внедрения изобретения, или даже вносятся искажения, чтобы ввести в заблуждение конкурентов. В действительности патентные законы большинства стран содержат категорические требования, чтобы описание изобретения позволяло среднему специалисту в данной отрасли внедрить изобретение, не прибегая к дальнейшему творчеству. Патент, в описании которого допущены ошибки и искажения или сущность изобретения не полностью раскрыта, может быть аннулирован. Благодаря таким требованиям патентная литература отличается лаконичностью и ясностью языка. Патентная информация является единственным источником, в котором содержатся сведения и о тех новшествах, которые еще не внедрены.

Основными целями патентных исследований на стадии дипломного проекта являются:

· получение информации об уровне развития данной отрасли;

· ознакомление с выявленными в процессе патентного поиска рефератами технических решений, защищенными охранными документами (патентами, свидетельствами), и в случае необходимости, полными описаниями к патентам, свидетельствам;

· оценка актуальности разработок, проводимых при дипломном проектировании, по сравнению с выявленными в процессе патентного поиска наиболее совершенным отечественным разработкам;

· определение путей решения собственной поставленной задачи;

Так как целью данного дипломного проекта, исходя из технического задания (ТЗ), не является схемотехническая разработка генератора, было предложено производить патентно-информационное исследование в области технологий, которые могли быть использованы при конструировании и изготовлении данного устройства.

Были проведены патентные исследования по РФ. Поиск проводился с 1994 года по 2004 год, что явилось достаточным для нахождения новейших разработок в области техники и технологии.

Поиск производился по базе рефератов и патентов на изобретения Роспатента в сети Интернет (http://www.fips.ru/).

В результате анализа были рассмотрены патенты на следующие темы: способ изготовления двусторонних печатных плат и установки ЭРЭ, способы металлизации отверстий, а технология конструирования элементов корпуса, влагозащита.

Результаты проделанной работы представлены в Приложении 1.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ПРОЕКТА

Базовой статьей при разработке данного проекта была принята (8).

В качестве технической литературы были выбраны журналы “Радио” и «РадиоМир» за 2000-2004гг. При просмотре данной литературы не было найдено описаний разработок аналогичных устройств.

Параметрический поиск в сети Интернет принес необходимый результат: была найдена перспективная разработка фирмы «ЭЛПА» генератор ГК 122-УН-ПВ.

В настоящий момент данная фирма заканчивает разработку генераторов с ФАПЧ нового поколения на частоты 150…1500 МГц, но эти устройства простроены на другом схемотехническом уровне, с использованием узлов функциональной электроники, таких как фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

В генераторах ГК 122-УН-ПВ используются резонаторы и фильтры на основе ПАВ, имеется основной выход и вход напряжения управления для фазовой автоподстройки частоты при помощи внешнего опорного генератора. Диапазон перестройки частоты напряжением управления обеспечивает установки номинальной частоты генератора в интервале рабочих температур и воздействия дестабилизирующих факторов (старение резонаторов, транзисторов и т.д.).

Генераторы имеют основной выход, мощность которого регулируется напряжением Е_рег, и выход для ФАПЧ, обладает низким уровнем фазовых шумов. Данные генераторы используется в радиолокации, радионавигации и системах связи.

Основное преимущество применение высокочастотных генераторов в системах с сеткой частот, работающих от одного опорного генератора, позволяет увеличить быстродействие системы на два порядка. Низкий уровень фазовых шумов позволяет улучшить точностные характеристики не менее чем на 20 дБ. Кратковременная, долговременная и температурная нестабильности определяются опорным генератором.

Необходимо отметить, что данное устройство только находится в стадии разработки. Функционально, оно, несомненно, богаче разрабатываемого в дипломном проекте генератора, но питание, в отличие от последнего – внешнее, и ФАПЧ данного генератора осуществляется извне данного устройства. Исходя из описанных функций этого устройства его нельзя назвать прямым аналогом, хотя его новизна подтверждает актуальность данной дипломной разработки.

Дипломный проект посвящен разработке генератора с ФАПЧ для диапазона 1290 МГц, при разработке была использована простая, а значит не дорогая схемотехника, были обеспечены электромагнитное экранирование, влагозащита и наименьшие массогабаритные параметры.

3. АНАЛИЗ ТЗ И РАЗРАБОТКА ТТТ К КОНСТРУКЦИИ

С учетом особенностей работы электрической принципиальной схемы прибора генератора с ФАПЧ и исходных данных технического задания (ТЗ), разделим тактико-технические требования (ТТТ) к конструкции на общие и специальные.

3.1 Общие требования

Разрабатываемое устройство относится к профессиональной аппаратуре, IV группа, носимая РЭА. Поэтому механические, климатические воздействия, условия эксплуатации определяются по ГОСТ 16962.1-89. Предполагается, что изделие может использовать радиолюбитель.

Эксплуатационные требования

Данная группа требований определяется условиями экспуатации и зависит от механических, климатических и прочих воздействующих факторов, величина которых определяется конкретными величинами, указанными в ГОСТах для носителей, в которые предполагается установка разрабатываемой РЭС.

Разрабатываемое устройство по условиям эксплуатации относится к группе радиотехнических средств, специального назначения, носимых на теле человека, его одежде, в том числе и на открытом воздухе. Таким образом, при разработке устройства необходимо учесть воздествие на него климатических и механических воздействий (температуры, влажности, давления, пыли, ударов, падений, ветра и др.) для наземной носимой аппаратуры, работающей на открытом воздухе вне помещения.

Требования к разрабатываемой аппаратуре относительно климатических воздействий приведены в таблице 3.1.1

Таблица 3.1.1 - Требования к разрабатываемой аппаратуре относительно климатических воздействий

Данный вид РЭА рассчитан на индивидуальную длительную переноску ее людьми и транспортирование ее всеми видами транспорта. Требования к разрабатываемой аппаратуре относительно механических воздействий приведены в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2 - Требования к разрабатываемой аппаратуре относительно механических воздействий

Кроме того, аппаратура данной группы характеризуется:

· продолжительностью эксплуатации и длительным временем автономной работы;

· высокой ремонтопригодностью;

· повышенным эстетическим значением внешнего вида, удобств и безопасностью при эксплуатации;

· малые габариты и масса.

Удобство и безопасность эксплуатации и ремонта:

При ремонте необходимо ограничить возможность ошибок персонала. Необходимо обеспечить однозначность варианта сборки, которая исключит неправильное соединение частей изделия.

Большое значение имеет полнота ремонтной и эксплутационной документации. Ремонт следует производить только в специально оборудованных мастерских, квалифицированным персоналом. Прибор должен иметь инструкцию по настройке и инструкцию по эксплуатации.

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

К этой группе относятся требования по максимальной стандартизации и унификации используемых ЭРЭ, материалов, установочных изделий и сборочных единиц.

Производство данных приборов можно считать мелкосерийным (10000 шт./год), необходимо обеспечить его технологичность, поэтому корпус рационально изготавливать литьем под давлением. При конструировании корпуса необходимо учитывать ряд особенностей:

1) корпус должен быть простой;

2) толщина стенок должна быть примерно одинаковой;

3) углы следует скруглять;

4) должны предусматриваться технологические уклоны и конусность;

5) допуски должны назначаться с учетом усадки.

Необходимо также обеспечить жесткость и прочность конструкции. Нужно стремиться к уменьшению массы и габаритов конструкции.

Одним из важных требований является обеспечение нормального теплового режима.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Необходимо стремиться максимально снизить производственные затраты с целью снижения стоимости. Для этого следует стремиться использовать современную элементную базу, технологические процессы и автоматизацию производства.

Экономические требования направлены на снижение стоимости изделия при условии обеспечения заданной в ТЗ надёжности с учетом заданной программы выпуска.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Так как проектируемое устройство относится к носимой аппаратуре специального назначения, предназначенное для работы на открытом воздухе, то необходимо обеспечить механическую жесткость и прочность конструкции.

Прибор требует настройки и управления человеком, поэтому необходимо учесть эргономические требования и требования технической эстетики.

Необходимо обеспечить максимальную автономность устройства и минимизировать массогабаритные показатели.

4. НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ЕГО ДЕЙСТВИЯ

Генератор с системой ФАПЧ, можно использовать как радиомаячок или измерительный генератор в диапазоне частот от 100 до 2500 МГц. При упрощении схемы такой генератор можно использовать как гетеродин. Ведь нестабильность его частоты в основном определяется соответствующим параметром кварцевого резонатора ZQ1.

Система фазовой автоподстройки частоты, как следует из её названия, является системой автоматического регулирования (следящей системой), частота настройки которой определяется частотой управляющего сигнала, а сигналом рассогласования является разность фаз управляющего сигнала и сигнала обратной связи. В связи с тем, что настройка осуществляется по разности фаз, система является астатической по отношению к частоте: в установившемся режиме частота настройки точно равна частоте управляющего сигнала. При определённых условиях система ФАПЧ может быть астатической и по фазе (9).

Наряду с основным свойством автоподстройки, система ФАПЧ обладает свойством фильтрации и ведёт себя, независимо от функционального назначения, как следящий фильтр. Система ФАПЧ является системой с многофункциональными возможностями и используется для частотной модуляции и демодуляции, частотной фильтрации (в том числе, фильтрации модулирующей функции частоты), умножения и преобразования частоты, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и др.

В обобщённом виде любая система автоматического регулирования, независимо от её назначения, содержит измерительное устройство с вычитателем на входе и объект регулирования, выход которого подключен к вычитателю. В вычитателе сравниваются управляющая величина и управляемая (с выхода объекта регулирования), являющаяся величиной обратной связи.

Несмотря на то, что управляющей величиной в системе ФАПЧ является частота, в фазовом детекторе (ФД) сравниваются не частоты, а фазы напряжений на его входе.

В данном случае принцип работы разрабатываемого устройства можно представить в следующем виде (АН468.757.001Э1).

На транзисторе VТ2 собран генератор, управляемый напряжением (ГУН), на транзисторе VТ1 - выходной каскад с регулируемой выходной мощностью. На микросхеме DD2 собран делитель частоты. Остальные узлы собраны на одной микросхеме DD1, которая содержит четыре логических элемента "исключающее ИЛИ" с инверсией. Генератор образцовой частоты с кварцевой стабилизацией собран на логическом элементе DD1.1, на элементе DD1.2 собран усилитель выходного сигнала делителя частоты, а фазовый детектор (ФД) собран на элементе DD1.3. Питается устройство от аккумуляторной батарей 7.2 В или сетевого блока питания с напряжением 7...15 В.

Питающее напряжение (5 В) всех узлов устройства стабилизировано интегральным стабилизатором напряжения на DА1.

Работает устройство следующим образом. Сигнал ГУН поступает на делитель частоты, а с его выхода после усиления - на ФД. Микросхема DD2 делит частоту ГУН на N, поэтому на один из входов ФД поступает сигнал с частотой f₁ = f_гун/N. На второй вход поступает сигнал генератора образцовой частоты f_ог. Выходное напряжение ФД через пропорционально интегрирующий фильтр (ПИФ) R5R7С8, конденсатор С11 и резистор R10 поступает на варикап ГУН VD1 и подстраивает его. Система ФАПЧ работает таким образом, что частота f₁ подстраивается под f_ог и они становятся равными. Таким образом, частота ГУН будет равна f_гун = N х f_ог. В данной конструкции использован делитель частоты с N = 129; f_ог = 10.0 МГц, а частота ГУН будет равна f_гун = 129 х 10 = 1290 МГц.

Таким образом, выходную частоту генератора можно изменять за счет изменения коэффициента деления N или частоты образцового генератора (кварцевого резонатора). Регулировка уровня выходного сигнала осуществляется в пределах от -15 до +5 дБ/мВт за счет изменения тока транзистора VT1 с помощью переменного резистора R16.

5. ПОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

Поверочный расчет схемы электрической принципиальной АН468.757.001Э3 заключается в определении параметров пропорционально-интегрирующего фильтра (ПИФ) представленного на рис. 5.1.

Рис. 5.1 - Пропорционально интегрирующий фильтр

Применение фильтра в цепи ФАПЧ изменяет динамические свойства системы. Полином системы (многочлен в знаменателе передаточных функций) определяет порядок, вид аппроксимации и частотный диапазон фильтрации, а член или многочлен в числителе определяет вид фильтрации (нижних, верхних частот или полосовой фильтрации) и коэффициент передачи.

В разрабатываемом генераторе с ФАПЧ используется один ПИФ-фильтр 1-го порядка, показанный на рис. 5.1 (необходимо отметить, что общепринятое название “фильтр” в данном случае является условным; правильнее было бы считать его цепью частотной коррекции).

Пропорционально-интегрирующий фильтр может быть охарактеризован передаточной функцией (5.1):

K_Ф(p) = U_вых/U_вх = (1 + _Ф1)/(1 + _Ф), (5.1)

где R_оC₈ – “физическая” постоянная времени цепи ПИФ;

_Ф1 = 2R_оC₈ – условная постоянная времени;

R_о= R₇ + R₅;

Если учесть, что K_Ф = 1, т. е. U_вых = U_вх, в цепи генератора, то получим выражение (5.2) для определение номиналов элементов:

1 = 1+2 (R₇+R₅)C₈/1+(R₇+R₅)C₈.(5.2)

R₇ = 200 Ом;

R₅ = 10 кОм;

C₈ = 30 пФ;

;

1 = 1.

Таким образом, видно, что элементы принципиальной схемы выбраны правильно и расчетное значение передаточной функции соответствует теоретическому, обусловленному функциональным назначением ПИФ в схеме устройства.

6. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Генератор с ФАПЧ реализован в виде одного функционального узла на печатном монтаже с использованием как поверхностно-монтируемых элементов, так и элементов со штыревыми выводами. Выбор активных элементов производится на основании типов указанных в электрической принципиальной схеме.

Пассивные элементы выбираются с учетом номиналов, указанных в схеме, условий эксплуатации, стандартизации, нормализации, экономической целесообразности, минимизации габаритов, предпочтение отдается элементам поверхностного монтажа (SMD).

Выбор элементов производился по современным отечественным справочникам и каталогам: Платан, Симметрон, Вест-Эл, Компэл и др.

Необходимо учесть, что принципиальная схема была доработана мной с целью обеспечения максимальной автономности и коммутации разрабатываемого устройства.

Так, в качестве ВЧ-гнезда XW1, я применил устанавливаемое на печатную плату штыревое гнездо фирмы АМР 966475 50 Ом.

Трехпозиционный движковый переключатель Switronic-SK-23D06, установленный на плате, одновременно с включением устройства, управляет режимами его питания – через штыревую клемму 301-02-113 коммутируется аккумуляторная батарея – а через штыревое гнездо 3,5 мм подключается внешний блок питания.

В устройстве можно применить детали: транзисторы – КТ3132-А, транзисторы с нормированным уровнем шума на частоте 2-6 ГГц для применения в СВЧ малошумящих усилителях в диапазоне частот 1-7.2 ГГц.

Микросхема делителя частоты Motorolla MC120LVAD поверхностно-монтируемая, о чем свидетельствует суффикс D, ее можно применить и другого производителя, при этом она должна работать на требуемой частоте и иметь необходимый коэффициент деления.

Микросхема DD1 – Motorolla MC74H86D, поверхностно-монтируемая.

Микросхема DА1 – 78L05, КР1158ЕН5А или аналогичная с корпусом ТО-92, напряжение стабилизации 5 В.

Варикап КВ132, штыревой монтаж.

Переменный резистор R16 – Murata-SMD-PVG3A-10 кОм, мощность рассеяния 0,25Вт

Постоянные резисторы R1-R15– той же фирмы, серия RK73, мощность 0,125 Вт, в соответствии с принципиальной схемой, типоразмер 0805.

Подстроечный конденсатор С3 – Murata-SMD-TZVY2R200-4,5...20 пФ, напряжение питания 6,3 В.

Полярный конденсатор С10 – той же фирмы, 47 мкФ, 6 В, типоразмер В.

Индуктивность L1 – Murata-LQP18M, экранирована, работает в заданном диапазоне частот.

Остальные конденсаторы – той же фирмы, серия GRM, 6,3 В, в соответствии с принципиальной схемой, типоразмер 0805.

Батарея GB1, аккумуляторная, GP Batteries, 1700мАч, 7,2 В.

Все элементы имеют рабочую температуру в пределах заданной ТЗ.

Все элементы размещены на печатной плате из двусторонне фольги-рованного стеклотекстолита СФ-2-35-1,5.

Сторона под деталями оставлена металлизированной и используется в качестве заземляющего провода. Она соединена с заземляющим проводом на другой стороне. Лицевая сторона платы в местах, свободных от ЭРЭ и проводников так же металлизирована заземляющим проводом. Таким образом можно избавится от ряда паразитных наводок на ВЧ-тракт.

7. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТОРСКОГО РЕШЕНИЯ

Генератор в большой степени отвечает предъявленным к нему требованиям технического задания и разработанным ТТТ. Расхождения наблюдаются в требованиях полной унификации и стандартизации используемой элементной базы и несущих конструкций.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Для коммутации с внешними приборами и устройствами использовались широко распространенные в настоящее время разъемы.

Устройство выполнено на одной двухсторонней печатной плате с использованием технологии поверхностного монтажа, что позволило снизить массогабаритные и экономические характеристики изделия. Для изготовления печатных плат данного устройства выбран двухсторонний фольгированный диэлектрик, выпускаемый в виде листов СФ2-35-1,5 ГОСТ 10316-78.

Метод изготовления печатных плат - комбинированный.

Сущность комбинированного метода заключается в получении ПП из фольгированного диэлектрика с металлизацией отверстий. Достоинством этого метода является возможность получения печатных плат с более насыщенным монтажом, повышенной точностью и надежностью.

Поверхностно-монтируемые изделия (ПМИ) установлены с одной стороны платы в соответствии с РД107.460000.019-90. Стандарт разработан с учетом обеспечения возможности механизации и автоматизации технологических процессов сборки изделия. Печатная плата со стороны установки ПМИ должна быть покрыта защитной маской, кроме мест пайки.

Центры отверстий и контактных площадок должны располагаться в узлах координатной сетки. По краям печатной платы и вокруг монтажных отверстий необходимо оставлять свободные зоны, в которых не должно быть проводников и элементов. Контактные площадки рекомендуется применять прямоугольной формы. Ширина печатного проводника должна быть не более 0,4 мм; расстояние между двумя соседними проводниками не менее 0,3 мм.

Для пайки ЭРЭ выбран мягкий припой ПОС-61 – припой оловянно-свинцовый, содержит 61 % олова, 39% – свинца, температура пайки около 200 º С.

При разработке данного устройства приняты меры для уменьшения паразитных связей и наводок.

Блок является безопасной конструкцией при эксплуатации и ремонте. Малые напряжения питания исключают поражения электрическим током.

РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ

Из-за своей высокой сложности ремонт должен производится только в специализированных мастерских при снятии крышки, хорошо обученным персоналом и при наличии специализированного оборудования.

Быстрота разборки и сборки обеспечивается использованием винтов в качестве закрепляющих элементов. Доступ к элементам схем, требующим замены в процессе эксплуатации, осуществляется при снятии крышки с корпуса. Так как в в устройстве используется печатный монтаж ЭРЭ, то для их замены необходимо демонтировать плату и отпаять нуждающийся в замене элемент. Печатная плата генератора закреплена в корпусе 4 винтами М2.

7.1 Требования к корпусу и к компоновке

Устройство обладает хорошей компоновкой, так как внутреннее пространство использовано максимально.

Генератор собран на одной печатной плате, и скоммутирован с батареей питания посредством клемм объемного монтажа.

Плата с ЭРЭ установлена в алюминиевый корпус, выполняющий роль электромагнитного экрана. Прибор предназначен для изготовления в мелкосерийном производстве. Это позволяет выбрать метод литья под давлением при изготовлении корпуса.

Литье под давлением относится к прогрессивным методам формообразования деталей и может быть использовано при мелкосерийном производстве, соответствующем заданной в ТЗ программе выпуска приборов  штук в год.

Литье под давлением обеспечивает требуемую шероховатость поверхности Ra3,2…6,3. Корпус является несущей конструкцией и электромагнитным экраном, защищает плату с элементами от влаги и пыли. В качестве материала корпуса выбран литейный алюминиевый сплав АЛ9. Форма блока в виде параллелепипеда с осуществлением литейных скруглений по углам выбрана для обеспечения удобства им безопасности при эксплуатации и транспортировке.

Разъемы установлены на плате и выведены через отверстия в корпусе наружу. Герметизация осуществлена при помощи резиновых уплотнительных прокладок. Крышка крепится к основанию с помощью 6 винтов М2 с потайной головкой. В корпусе предусмотрены шесть приливов для их установки. Корпус покрыт анодно-окисным покрытием м хромированием Ан. Окс. Хр., применяемым для защиты от коррозии и обеспечивающим хорошую электропроводность. Это покрытие является хорошей основой для нанесения лакокрасочного покрытия ПФ-115.

Благодаря конструкции корпуса и использованных при его конструировании материалов были обеспечены необходимые в данных условиях эксплуатации жесткость и прочность прибора.

7.2 Требования технической эстетике и эргономики

Удаление пыли с внешней поверхности блока удобно, а удаление ее с внутренней стороны не требуется, т.к. корпус герметизирован и защищен от попадания пыли.

На лицевой панели устройства расположены слева направо: гнездо для подключения внешнего блока питания, трехпозиционный движковый переключатель, управляющий включением и режимом питания прибора, высокочастотный разъем для внешней коммутации устройства.

8. КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

генератор фазовая частота

Неотъемлемой частью разработки любого устройства являются конструкторские расчеты, от которых зависит выбор технологий, конструкторских решений и условия эксплуатации приборов. В данном проекте было проведено несколько конструкторских расчетов.

8.1 Расчет прочности конструкции

Цель расчета: определить собственную частоту, прогиб и прочность при воздействии на плату с ЭРЭ ударной нагрузки. Сравнить полученные результаты с допустимыми значениями и сделать вывод о правильности конструкторского решения – о выборе материала и размеров платы, о способе крепления платы на объекте установки, о выборе типов ЭРЭ, установленных на плате.

Большинство элементов конструкций РЭС могут быть представлены пластинами или балками. К пластинам можно отнести стенки кожухов или корпусов блоков, шасси, печатные платы т.е. такие элементы у которых размеры длины и ширины одного порядка, а размер толщины значительно меньше. К балкам можно отнести элементы каркаса стоек, блоков, рамки кассет и др. т.е. такие элементы конструкций у которых два размера поперечного сечения много меньше протяженности этого элемента

Исходные данные для расчета элементов типа "плата".

 - геометрические размеры платы;

Материал платы СФ2-35-1,5;

 – масса платы;

 – модуль упругости материала платы;

 - плотность материала платы;

 - перегрузка при ударе;

 - длительность ударного импульса.

Расчет проводится по методике. От реальной конструкции платы с ЭРЭ был произведен переход к расчетной модели – в виде пластины прямоугольной формы с определенным способом закрепления.

1) Определим амплитуду ускорения при ударе

 (8.1.1)

где  - ускорение свободного падения

 - перегрузка при ударе

2) Находим величину скорости в начальный момент удара

 (8.1.2)

 - длительность ударного импульса, .

3) Находим частоту свободных колебаний  (первой гармоники)

, (8.1.3)

где  - частотная постоянная;

 - толщина платы, ;

 - большая сторона платы, ;

 - коэффициент, учитывающий материал платы;

 - коэффициент, учитывающий массу платы и массу установленных на ней элементов.

Здесь , (8.1.4)

где  – модуль упругости материала платы;

 – модуль упругости стали;

 - плотность стали;

 - плотность материала платы.

, (8.1.5)

где  - масса элементов и масса платы, .

Определим частотную постоянную

, (8.1.6)

где