Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Аналитический раздел

1.1 Выбор и обоснование технических средств и стандартного оборудования

1.1.1 Составление и обоснование перечня измерительных приборов и стандартного оборудования, требуемых для проведения диагностики и последующего ремонта плоттера

1.1.2 Функциональные и принципиальные схемы блоков мультиметра, описание принципа работы

1.1.3 Выбор паяльной станции и его обоснование

1.1.4 Описание и схема оборудования рабочего места, требуемого для обеспечения сервисного обслуживания плоттера

2. Расчетный раздел

2.1 Детальный расчет телекоммуникационного (усилительного) устройства

2.1.1 Расчет источника питания - стабилизатора напряжения компенсационного последовательного типа на операционном усилителе

2.1.2 Расчет источника испытательных сигналов - импульсного усилителя с коррекцией

2.1.3 Расчет показателей надежности дополнительного оборудования при основном соединении элементов и при резервировании

Заключение

Список используемых источников



Введение

Выполнение курсового проекта по дисциплине "Технические средства предприятий сервиса" (ТСПС) проводится с целью углубления и закрепления теоретических знаний, приобретения навыков инженерного подхода к практическому расчету технических средств, применяемых для сервисного обслуживания телекоммуникационных и информационных систем.

В содержание курсового проекта входит аналитическая часть, в которой рассматривают вопросы выбора и обоснования целесообразности применения различных измерительных приборов и оборудования, необходимых для выполнения сервисного обслуживания плоттера, и расчетная часть, в которой, в свою очередь, проводится выбор, обоснование и детальный расчет принципиальных электрических схем источника испытательных сигналов и источника питания. В расчетной части также производится расчет надежности дополнительного оборудования.



1. Аналитический раздел

1.1 Выбор и обоснование технических средств и стандартного оборудования

1.1.1 Составление и обоснование перечня измерительных приборов и стандартного оборудования, требуемых для проведения диагностики и последующего ремонта плоттера

При проведении сервисного обслуживания компьютерной и микропроцессорной техники, телекоммуникационных и информационных систем и устройств широкое используются различные измерительные приборы, установки и системы, которые составляют основу технических средств предприятий электронного сервиса. От их правильной эксплуатации, разумного сочетания различных приборов в ходе сервисного обслуживания зависит качество и эффективность работы каждого отдельно взятого предприятия сервиса.

Измерительные приборы - средства измерений, позволяющие регистрировать (наблюдать) измерительную информацию непосредственно по их показаниям. К ним, например, относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и другие измерительные приборы.

Измерительные преобразователи (датчики)- средства измерений, преобразующие измеряемые физические величины. Например, перемещение, давление, скорость, температуру, в сигнал для передачи, обработки или регистрации. мультиметр паяльный стабилизатор

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных измерительных приборов и преобразователей, служащих для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для восприятия наблюдателем.

Измерительно-информационная система - комплекс средств измерений и вспомогательных устройств (например, устройств передачи данных), служащих для сбора и передачи измерительной информации о состоянии какого-либо автоматически управляемого объекта для обработки ее на ЭВМ и выработки управляющих воздействий.

Для проведения диагностики и последующего ремонта плоттера необходимо использовать следующие измерительные приборы и оборудование:

1. Электронный осциллограф

2. Цифровой мультиметр

3. Ваттметр.

4. Набор отверток для разборки плоттера

Выбор электронного осциллографа

Осциллограф -- прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи; также измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход. Электронные осциллографы предназначены, в первую очередь, для визуального наблюдения формы различных электрических сигналов. Одновременно они позволяют проводить измерение многих параметров напряжений, поступающих на их вход, - амплитуды импульсов, постоянного и переменного напряжения, частоты, сдвига по фазе, постоянного и переменного тока и др.

Осциллограф при диагностике плоттера используется для проверки электрической схемы платы.

Рассмотрим две модели цифровых осциллографов, наиболее оптимальные для диагностики МФУ.

1. Цифровой осциллограф DL7440

Рис.1. Цифровой осциллограф DL7440

Особенности цифровых осциллографов DL:

· Запись данных, предшествующих запуску развертки

· Наблюдение одиночных событий

· Большой объем памяти

· Математическая обработка сигнала в режиме реального времени

· Встроенный принтер (опция)

· Запись данных на внешний носитель

· Глубина памяти до 16 Мслов

· Поддержка USB - интерфейса

· Поддержка Ethernet (опция)

· Пользовательские математические функции

· Частота дискретизации 2 ГГц

· Полоса пропускания 500 МГц

· Поддержка логических пробников с тактовой частотой до 250 МГц

· Поддержка PC-карт

· Функции анализа электроэнергии

· Функции анализа последовательных шин данных

Основные технические характеристики прибора:

· Полоса частот, MГц: 500

· Частота выборки на канал, ГВыб./с: 2

· Эквивалентная частота выборки: 100 ГВыб./с

· Количество каналов аналоговых: 8

· Количество каналов логических: 16

· Память, миллионов точек на канал: 16

· Вертикальное разрешение, бит: 8 до 13

· Вертикальная чувствительность, В/дел: 0,002 - 10

· Погрешность измерения уровня, %: 1,5

· Диапазон измерения временной развертки:1 нс/дел - 50 с/дел

· Погрешность опорного генератора, ppm: 50

· Экран: TFT, 8,4 дюйма, цветной

· Интерфейсы: SCSI(опция), GP-IB, USB, Ethernet(опция)

· Специализированные прикладные программы измерений: Power supply Analysis

· Габариты, мм: 373x211x355

· Масса, кг: 10

2. Цифровой запоминающий USB-осциллограф BM8021 МАСТЕР КИТ

Рис. 2. Осциллограф BM8021

Предлагаемый цифровой запоминающий осциллограф предназначен для наблюдения и получения основных характеристик цифровых и аналоговых сигналов различной формы и амплитуды. С его помощью облегчается процесс отладки и ремонта широкого спектра электронных устройств. Осциллограф способен функционировать только в режиме связи с ПК.

Особенности BM8021:

· два аналоговых входа:

· частота дискретизации - 80МГц:

· вход внешней синхронизации:

· логический анализатор:

· генератор цифровых сигналов:

· для подключения внешних сигналов использованы стандартные разъемы BNC:

· USB-интерфейс:

· поддержка удаленного обновления программного обеспечения:

Табл. 1 Основные технические характеристики прибора:

Число делений экрана	-
Число пикселей на деление	-
Время нарастания переходной характеристики	Макс. 5,5 нс
Разделение каналов	Мин. -40 дБ
Входной импеданс	1 МОм +5% -3% или 50 Ом ±2 %
Подстройка погрешности входного сопротивления	Цифровая для абс. погрешности ±(2% от текущего напряжения ±1 отсчет) + погрешности щупа
Входная емкость	30 пФ ±1 пФ
Максимальное входное напряжение	±10В ±100 В (пробник 10х)
Логический анализатор	8бит
Выходной импеданс	около 150 Ом
Цена деления по напряжению	0,25 В…1 В
Цена деления по времени	0,5 мкс
Потребляемая мощность	Менее 5Вт
Сетевой адаптер (для АСК-3116, АСК-3117)	+6,5 В

Исходя из сравнений технических характеристик осцилограффов DL7440 и BM8021 , цифровой осциллограф DL7440 является более подходящим для диагностики МФУ, поскольку имеет меньшую погрешность и более широкую полосу частот, чем осциллограф BM8021. Однако BM8021 более удобен в использовании, поскольку работает при подсоединении к компьютеру, что позволяет адаптировать работу под конкретные задачи и настраивать интерфейс на экране монитора.

Выбор цифрового мультиметра

Мультиметр -- измерительный прибор, объединяющий в себе несколько функций. В минимальном наборе это вольтметр, амперметр и омметр. Вольтметр-- измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Амперметр -- прибор для измерения силы тока в амперах. Омметр -- измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Принцип действия мультиметров основан на преобразовании входного сигнала в цифровой код с последующей обработкой и индикацией измеряемой величины на жидкокристаллическом дисплее. Основой всех современных цифровых мультиметров является интегральный аналого-цифровой преобразователь напряжения (АЦП).

Рассмотрим две модели цифровых мультиметров, наиболее оптимальные для диагностики МФУ.

1. Цифровой мультиметр MS6231

Рис.3. Цифровой мультиметр MS6231

Цифровой мультиметр Mastech MS6231 производит измерения величины постоянного и переменного напряжения, силы постоянного и переменного тока, сопротивления и коэффициент усиления биполярных транзисторов (h₂₁). Так же с помощью мультиметра MS6231 можно прозвонить полупроводниковые диоды. Качество соединения проводников или пайки можно проверить с помощью звуковой прозвонки. Результаты измерений выводятся на хорошо читаемый цифровой 3,5-разрядный ЖК-дисплей. Питание мультиметра осуществляется от одной батареи 9В типа "Крона". В комплекте поставки мультиметра Mastech MS6231 входит комплект щупов и инструкция на русском языке.

Таблица 2 Технические характеристики цифрового мультиметра Mastech MS6231:

Параметры	Значения
Количество измерений в секунду	2
Постоянное напряжение U=	600В
Переменное напряжение U~	0,1В - 750В
Постоянный ток I=	2мA - 10A
Диапазон частот по переменному току	40 - 400Гц
Сопротивление R	2 МОм
Входное сопротивление R	1 МОм
Встроенный генератор	меандр 50 Гц
Коэффициент усиления транзисторов h21	до 1000
Режим «прозвонка»	< 1 кОм
Диод-тест	есть
Питание	3 х 1,5В (АА)
Габариты, мм	158Ч74Ч31
Вес, грамм (с батареей)	220
Сервис	Индикация разряда батарейки Индикация перегрузки «1»

2. Цифровой мультиметр MASTECH MS8233C с подсветкой.

Рис. 4. Цифровой мультиметр MS8233C

Цифровой мультиметр Mastech MS8233C производит измерения силы постоянного и переменного тока, величины постоянного и переменного напряжения, сопротивления и коэффициент усиления биполярных транзисторов (h21). Так же с помощью мультиметра MS8233C можно прозванивать полупроводниковые диоды. Результаты измерений выводятся на цифровой 3,5-разрядный ЖК-дисплей. В условиях недостаточной видимости можно воспользоваться функцией подсветки дисплея, которая автоматически отключится примерно через 10 секунд. Этого времени вполне достаточно, чтобы провести измерения. Результат измерений можно зафиксировать с помощью функции "HOLD". Мягкий полимерный защитный кожух, входящий в комплект поставки, снизит вероятность повреждения мультиметра при падении или неаккуратном использовании. Питание мультиметра осуществляется от одной батареи 9В типа "Крона". В комплекте поставки мультиметра Mastech MS8233C входит полимерный защитный кожух, комплект щупов и инструкция на русском языке.

Табл. 3 Технические характеристики цифрового мультиметра MS8233C:

Параметры	Значения
Количество измерений в секунду	2-3
Постоянное напряжение U=	0,1мВ-600В
Переменное напряжение U~	100мВ-600В
Постоянный ток I=	0,1мкА-10А
Диапазон частот по переменному току	40 - 400 Гц
Сопротивление R (Ом)	0,1 Ом - 2 МОм
Входное сопротивление R	1 МОм
Коэффицент усиления транзисторов h21	до 1000
Режим «прозвонка»	есть
Диод-тест	есть
Память «HOLD»	1 ячейка
Питание	Батарея 6F22, Крона
Габариты, мм	150 Ч 70 Ч 50
Вес, грамм (с батареей)	240
Сервис	Индикация разряда батарейки Индикация перегрузки «1».
Прочее	Подсветка шкалы с автовыключением

Как видно из технических характеристик мультиметров, цифровой мультиметр MAS830L является более подходящим для диагностики плоттера, поскольку он обладает большим количеством измерений в секунду, а также функцией подсветки шкалы с автовыключением. Достоинством мультиметра MAS830L является наличие в нем встроенного генератора частотой 50 Гц, но эта особенность при диагностике плоттера не используется.

Выбор ваттметра

Ваттметр -- измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала. По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории -- низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические. Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Цифровые НЧ-ваттметры имеют в качестве входных цепей два датчика -- по току и по напряжению, подключаемые соответственно последовательно и параллельно нагрузке, датчики могут быть на основе измерительных трансформаторов, термисторов, термопар и другие. Информация с датчиков через АЦП передается на вычислительное устройство, в котором рассчитываются активная и реактивная мощность, далее итоговая информация выводится на цифровое табло и, при необходимости, на внешние устройства (для хранения, печати данных и т. д.).

Рассмотрим две модели цифровых ваттметров, наиболее оптимальные для диагностики МФУ.

1. Ваттметр СР3021

Рис. 5. Ваттметр СР3021

Ваттметры серии 3021 класса 0,1 производят точные измерения постоянного и действующих значений мощности постоянного и переменного тока, и предназначены для поверки ваттметров класса точности 0,3 и ниже.

Технические характеристики СР3021

· Пределы основной приведенной погрешности приборов - ±0,1% от конечного значения диапазона измерения мощности.

· Частотный диапазон измеряемого тока или напряжения от 40 до 1000Гц.

· Максимальное падение напряжения на токовом входе ваттметров не более 300мВ.

· Входное сопротивление входа напряжения ваттметров не менее 1МОм, входная емкость - не более 100пФ.

· Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в рабочем диапазоне температур не более ±0,1% на каждые10^оС изменения температуры.

· Ваттметры не имеют дополнительной погрешности при воздействии внешнего магнитного поля с индукцией 0,5мТл частотой (50±1)Гц при самом неблагоприятном направлении магнитного поля и при изменении напряжения питания и частоты сети в пределах норм.

· Переключение пределов измерения и рода измеряемого тока или напряжения производится вручную с помощью кнопочных переключателей с индикацией значений пределов.

· Питание приборов осуществляется постоянным напряжением от 9 до 18В или через адаптер от сети переменного тока напряжением (220±22)В, частотой (50±1)Гц. Потребляемая мощность не более 5Вт.

· Условия эксплуатации - температура окружающего воздуха от 5 до 40°C; - относительная влажность воздуха 90% при 25°C.

1. Ваттметр СР3020

Рис. 6. Ваттметр СР3020

Предназначен для измерения активной и реактивной мощности в однофазных сетях переменного тока частотой от 45 до 65 Гц и отображения на встроенном индикаторе текущего значения в заданных единицах измерения.

Технические характеристики:

· Номинальный коэффициент мощности: для ваттметра cos ц=1

· Предел допускаемой основной приведенной погрешности - ±0,5 %.

· Измерительные цепи от цепи питания изолированы

Способы подключения:

1. Непосредственно (номинальное измеряемое напряжение переменного тока 127 V, 220 V, 380V, номинальный измеряемый переменный ток 1 А, 5 А).

2. Через измерительный трансформатор (номинальное измеряемое напряжение переменного тока 100 V, номинальный измеряемый переменный ток 1А, 5А).

Таблица 4 Характеристики прибора:

Габаритные размеры	96х48х144 мм.
Высота знака	13 мм.
Диапазон рабочих температур	от +5 до +50 °С
Мощность, потребляемая от источника питания, не более	10 Вт
Напряжение питания	~(220±22) В, частота 50 Гц
Срок службы, не менее	10 лет
Масса прибора, не более	0,5 кг

Как видно из технических характеристик ваттметров, цифровой ваттметр СР3020 является более подходящим для диагностики плоттера, поскольку он обладает большим частотным диапазоном измеряемой мощности, а также меньшей погрешностью. Достоинством ваттметра СР3020 является более широкий диапазон мощности, потребляемой от источника питания.



1.1.2 Функциональные и принципиальные схемы блоков мультиметра, описание принципа работы

Рассмотрим принцип работы мультиметра М-832, применяемого для диагностики плоттера.

Цифровой измерительный прибор имеет три основных функциональных взаимосвязанных блока:

· схема преобразования входного сигнала;

· клавиатура;

· дисплей.

Функциональная схема цифрового мультиметра приведена на рисунке 7.

Рис.7. Функциональная схема цифрового мультиметра

Схема преобразования входного сигнала предназначена для преобразования входных сигналов в форму необходимую для работы аналогово-цифрового измерительного устройства. Аналогово-цифровое измерительное устройство преобразует аналоговый сигнал эквивалентный входному сигналу в цифровую форму, необходимую для индикации на дисплее. Это происходит путем аналого-цифрового преобразования с устранением ошибки установки нуля.

Схема содержит делители напряжения, токовые шунты, выпрямители переменного напряжения, преобразователи сопротивления, емкости, активный фильтр и переключатель.

Клавиатура состоит из кнопочной клавиатуры и поворотного переключателя, которые предназначены для ввода и управления режимами измерения цифрового мультиметра.

Цифровая информация, полученная от аналогово-цифрового измерительного устройства, должна быть передана на визуальный дисплей. Декодированная цифровая информация индицируется на цифровом светодиодном индикаторе. На индикаторе также индицируется полярность измеряемого сигнала.

Основой всех современных цифровых мультиметров является интегральный аналого-цифровой преобразователь напряжения (АЦП). Одним из первых таких АЦП, пригодных для построения недорогих портативных измерительных приборов, был преобразователь на микросхеме ICL71O6, выпущенной фирмой MAXIM.

Основа мультиметра MASTECH MS8233C - АЦП IC1 типа 7106 (ближайший отечественный аналог - микросхема 572ПВ5). Его принципиальная схема приведена на рис. 8.

Рис. 8. Структурная схема АЦП 7106

Рассмотрим схему мультиметра MS6231 фирмы Mastech (рис. 9). На вывод 1 IC1 подается положительное напряжение питания батареи 9 В, на вывод 26 - отрицательное. Внутри АЦП находится источник стабилизированного напряжения 3 В, его вход соединен с выводом 1 IC1, а выход - с выводом 32. Вывод 32 подсоединяется к общему выводу мультиметра и гальванически связан с входом СОМ прибора. Разность напряжений между выводами 1 и 32 составляет примерно 3 В в широком диапазоне питающих напряжений - от номинального до 6,5 В. Это стабилизированное напряжение подается на регулируемый делитель R11, VR1, R13, а с его выхода -на вход микросхемы 36 (в режиме измерения токов и напряжений). Делителем задается потенциал на выводе 36, равный 100 мВ. Резисторы R12, R25 и R26 выполняют защитные функции. Транзистор Q102 и резисторы R109, R110 и R111 отвечают за индикацию разряда батареи питания. Конденсаторы С7, С8 и резисторы R19, R20 отвечают за отображение десятичных точек дисплея.

Рис. 9. Принципиальная схема мультиметра MS6231

Рассмотрим работу прибора в основных режимах.

Измерение напряжения

Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения представлена на рис. 10. При измерении постоянного напряжения входной сигнал подается на R1...R6, с выхода которого через переключатель подается на защитный резистор R17. Этот резистор, кроме того, при измерениях переменного напряжения вместе с конденсатором СЗ образует фильтр нижних частот. Далее сигнал поступает на прямой вход микросхемы АЦП, вывод 31. На инверсный вход микросхемы подается потенциал общего вывода, вырабатываемый источником стабилизированного напряжения 3 В, вывод 32.

Рис. 10. Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения напряжения

При измерениях переменного напряжения оно выпрямляется однополупериодным выпрямителем на диоде D1. Резисторы R1 и R2 подобраны таким образом, чтобы при измерении синусоидального напряжения прибор показывал правильное значение. Защита АЦП обеспечивается делителем R1...R6 и резистором R17.

Измерение тока

Рис. 11. Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения тока

Упрощенная схема мультиметра в режиме измерения тока представлена на рис. 11. В режиме измерения постоянного тока последний протекает через резисторы RO, R8, R7 и R6, коммутируемые в зависимости от диапазона измерения. Падение напряжения на этих резисторах через R17 подается на вход АЦП, и результат выводится на дисплей. Защита АЦП обеспечивается диодами D2, D3 (в некоторых моделях могут не устанавливаться) и предохранителем F.

1.1.3 Выбор паяльной станции и его обоснование

Паяльная станция - это комплект устройств, состоящий из паяльника со сменным наконечником (головкой), блока электронной регулировки, подставки под паяльник и очистителя паяльных головок. Технические параметры паяльной станции, в первую очередь, зависят от конструкции паяльников, в которой главную роль играет нагреватель. Диапазон регулировки температуры, точность ее поддержания, скорость разогрева, мощность, напряжение питания, а также потенциал и сопротивление заземления, вес и габариты - все эти параметры, которые определяются применяемыми паяльниками, в полной мере влияют на качество пайки.

Для проведения паяльных работ с электрической схемой плоттера необходимо выбрать паяльную станцию, имеющую достаточно широкий рабочий диапазон температур, что позволит обеспечить качественную пайку, не вызывающую повреждения в элементах электрической схемы.

Рис. 12. Паяльная станция Hakko FM-203 ESD

При проведении ремонта плоттера будет использована паяльная станция с керамическим нагревательным элементом Hakko FM-203 ESD. Главный элемент паяльника - нагреватель. Применяемые в станциях Hakko паяльники используют керамический стержневой нагреватель мощностью 50 Вт и питающим напряжением 24 В. Нагревательный элемент нанесен на поверхность керамического стержня и закрыт керамическим защитным цилиндром. Там же находится датчик температуры. В результате нагревательный элемент и датчик полностью защищены от внешнего воздействия, что значительно повышает их надежность. Паяльные головки не вставляются внутрь нагревателя, как это осуществляется, например, в паяльниках фирм PACE и WELLER, а

насаживаются на нагреватель и прижимаются гильзой и гайкой, обеспечивая, таким образом, очень плотный контакт головки с нагревателем. Применение стержневого нагревателя повышает коэффициент полезного действия и такие важные параметры, как скорость разогрева, скорость восстановления количества тепла.

Сменные наконечники (или более распространенное - головки), используемые в паяльниках Hakko, были впервые применены также в 1976 г. Основной задачей этой конструкции была необходимость обеспечить максимальную теплопередачу от головки к контакту пайки, а также длительное время сохранять профиль головки, даже если он представляет собой иголку с радиусом 0,1 - 0,2 мм.

Рис. 13. Сменный наконечник паяльной станции

Основой головки является чистая медь, которая является прекрасным аккумулятором тепла. Медь защищена от выгорания слоем чистого (99.9%) железа толщиной 300 микрон. Являясь прекрасным проводником тепла, в тоже время, в силу своих физических свойств, железо надежно сохраняет форму меди, на которую она нанесена, обеспечивая, таким образом максимальную долговечность головки. Рабочая поверхность головки облужена припоем по железу. Для защиты от коррозии на всю поверхность головки (кроме залуженной рабочей поверхности) нанесен слой хрома.

Паяльная станция Hakko FM-203 ESD имеет следующие особенности:

· Сверхбыстрый разогрев с отличной теплоотдачей позволяет осуществлять высококачественную пайку при более низкой температуре наконечника

· Встроенный в керамический нагреватель датчик поддерживает установленную температуру с точностью 0,5 °С

· Нагреватель может развивать температуру до 700 °С. Это позволяет достигнуть быстрой теплоотдачи и высокой эффективности в работе

· Hakko FM-203 предлагает оператору широкий выбор наконечников различного профиля для оптимизации монтажа. Каждый наконечник имеет защитное покрытие от окисления и коррозии, основа - из чистой меди, позволяет оптимизировать теплопередачу. Основной материал покрыт слоем железа и хрома, конец залужен припоем

· Паяльные станции калибруются по температуре при помощи термометра Hakko FG-100 регулятором CAL, находящимся на передней панели станции

· Расплавленный припой собирается на специальную подставку.

· Компактные размеры позволяют занимать минимальное пространство на рабочем месте

· Конструкция позволяет соединять на одном рабочем месте две станции, устанавливая одну на другую

Основные технические характеристики:

· Диапазон температуры: 200 - 450 °С

· Стабильность температуры: ± 0,5 °С

· Напряжение питания паяльника: 75 В

· Мощность паяльника: 50 Вт

· Габаритные размеры: 120 x 120 x190 мм

· Вес (без кабеля): 30 г

1.14 Описание и схема оборудования рабочего места, требуемого для обеспечения сервисного обслуживания плоттера

Рабочее место, предназначенное для обеспечения сервисного обслуживания плоттера, должно отвечать следующим требованиям:

· Должно иметься как минимум два сидячих места для двух человек

· Должна обеспечиваться безопасность на рабочем месте

· Достаточное пространство для вычислительной техники

· Яркое и качественное освещение

· Удобная и структурированная кабельная прокладка, как силовых кабелей питания, так и сигнальных.

· Максимальная гибкость, при сохранении разумной стоимости

· Удобное размещение инструмента на рабочем месте

Основой рабочего места служат рабочий стол и стеллажи с полками, предназначенными для размещения и хранения различной техники, книг, материалов, а также компьютеров и нечасто используемых приборов.

Габаритные параметры рабочего пространства составляют 3500 мм длины, 2600 высоты и 1500 ширины.

При проектировании рабочего стола следует учитывать следующее:

· высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

· нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы работник мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

· поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения;

· конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков

Параметры рабочего места выбираются в соответствии с антропометрическими характеристиками.

При работе в положении сидя рекомендуются следующие параметры рабочего пространства:

· ширина не менее 700 мм;

· глубина не менее 400 мм;

· высота рабочей поверхности стола над полом 700-750 мм.

Оптимальными размерами стола являются:

· высота 710 мм;

· длина стола 1300 мм;

· ширина стола 650 мм.

Под рабочей поверхностью должно быть предусмотрено пространство для ног:

· высота не менее 600 мм;

· ширина не менее 500 мм;

· глубина не менее 400 мм.

Важным моментом является также рациональное размещение на рабочем месте документации, канцелярских принадлежностей, что должно обеспечить работающему удобную рабочую позу, наиболее экономичные движения и минимальные траектории перемещения работающего и предмета труда на данном рабочем месте.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда. Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию благоприятных условий для зрительного восприятия, хорошего настроения. В служебных помещениях, в которых выполняется однообразная умственная работа, требующая значительного нервного напряжения и большого сосредоточения, окраска должна быть спокойных тонов - малонасыщенные оттенки холодного зеленого или голубого цветов

При разработке оптимальных условий труда необходимо учитывать освещенность, шум и микроклимат.

Освещенность рабочего места

Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:

· недостаточность освещенности;

· чрезмерная освещенность;

· неправильное направление света.

Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности.

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения.

Искусственное освещение выполняется посредством электрических источников света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будем использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества:

· по спектральному составу света они близки к дневному, естественному освещению;

· обладают более высоким КПД (в 1.5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания);

· обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);

· более длительный срок службы.

Параметры микроклимата на рабочем месте

Параметры микроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимым условием жизнедеятельности человека является поддержание постоянства температуры тела благодаря свойству терморегуляции, т.е. способности организма регулировать отдачу тепла в окружающую среду.

Основной принцип нормирования микроклимата - создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающей средой. В санитарных нормах СН-245/71 установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного помещения (значительные или незначительные тепловыделения). Для рабочих помещений с избыточным тепловыделением до 20 ккал/м3 допустимые и оптимальные значения параметров микроклимата приведены в таблице 5:

Табл. 5. Оптимальные значения параметров микроклимата

Время года	Зона	Температура воздуха, C	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный период	Оптимальная	18 - 21	60 - 40	< 0.2
Переходный период	Допустимая	17 - 21	< 75	< 0.3
Теплый период года (t > 100 C)	Оптимальная	20 - 25	60 - 40	< 0.3

В настоящее время для обеспечения комфортных условий используются как организационные методы, так и технические средства. К числу организационных относятся рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и суток, а также организация правильного чередования труда и отдыха. В связи с этим рекомендуется на территории предприятия организовывать зеленую зону со скамейками для отдыха и водоемом (бассейны, фонтаны). Технические средства включают вентиляцию, кондиционирование воздуха, отопительную систему.

Нормирование шума

Установлено, что шум ухудшает условия труда, оказывая вредное воздействие на организм человека. При длительном воздействии шума на человека происходят нежелательные явления: снижается острота зрения, слуха, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может стать причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем.

Согласно ГОСТ 12.1.003-88 ("Шум. Общие требования безопасности") характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются среднеквадратичные уровни давлений в октавных полосах частот со среднегеометрическими стандартными частотами: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В этом ГОСТе указаны значения предельно допустимых уровней шума на рабочих местах предприятий. Для помещении конструкторских бюро, расчетчиков и программистов уровни шума не должны превышать соответственно: 71, 61, 54, 49, 45, 42, 40, 38 дБ. Эта совокупность восьми нормативных уровней звукового давления называется предельным спектром.

Методы защиты от шума:

· звукоизоляция ограждающих конструкции, уплотнение по периметру притворов окон и дверей;

· звукопоглощающие конструкции и экраны;

· глушители шума, звукопоглощающие облицовки.

На рабочем месте источниками шума, как правило, являются технические средства,

как то - компьютер, принтер, вентиляционное оборудование, а также внешний шум. Они издают довольно незначительный шум, поэтому в помещении достаточно использовать звукопоглощение. Уменьшение шума, проникающего в помещение извне, достигается уплотнением по периметру притворов окон и дверей. Под звукопоглощением понимают свойство акустически обработанных поверхностей уменьшать интенсивность отраженных ими волн за счет преобразования звуковой энергии в тепловую. Звукопоглощение является достаточно эффективным мероприятием по уменьшению шума. Наиболее выраженными звукопоглощающими свойствами обладают волокнисто-пористые материалы: фибролитовые плиты, стекловолокно, минеральная вата, полиуретановый поропласт, пористый поливинилхлорид и др. К звукопоглощающим материалам относятся лишь те, коэффициент звукопоглощения которых не ниже 0.2.

Вентиляция

Системы отопления и системы кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный воздух не направлялся на людей. На производстве рекомендуется создавать динамический климат с определенными перепадами показателей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более, чем на 5 градусов. В производственных помещениях помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию. Основным параметром, определяющим характеристики вентиляционной системы, является кратность обмена, т.е. сколько раз в час сменится воздух в помещении.

Рис. 14. Схема оборудования рабочего места: 1. Стеллаж с оборудованием и измерительными приборами 2. Набор инструментов 3. Паяльная станция 4. МФУ 5. Рабочий стол (используется для диагностики и ремонта техники) 6. Стул 7. Книжный шкаф 8. Клавиатура 9. Монитор 10. Компьютерный стол 11. Настольная лампа

2. Расчетный раздел

2.1 Детальный расчет телекоммуникационного (усилительного) устройства

2.1.. Расчет источника питания - стабилизатора напряжения компенсационного последовательного типа с регулирующим элементом на двух транзисторах

Рис. 15. Стабилизатор напряжения компенсационного последовательного типа с регулирующим элементом на двух транзисторах

Последовательный стабилизатор напряжения имеет значение коэффициента стабилизации К_ст ? 10². Исходные данные для расчета: U_вх = 30 В, ?U_вых = ± 4 В, I_н.max = 0,5 A, U_н.min = 2 В, U_н.max = 8 В, ?U_вх/U_вх = ±8%

1. Выбор типа регулирующего транзистора из условий:

где U_кэmax - максимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора,

U_вх - входное напряжение,

U_н.min - минимальное напряжение нагрузки,

U_н.max - максимальное напряжение нагрузки,

? U_вх - нестабильность входного напряжения.

где P_kmax - максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе,

I_н.max - максимальный ток нагрузки.

U_кэmax =30 + 4 - 2 = 30 [В]

P_кmax = 10 В • 0,5А = 5 [Вт]

U_{кэmax доп} > 30 В

P_{кmax доп} > 5 Вт

I_{к доп} > 0,5А

Этим условиям удовлетворяет транзистор типа КТ802А с параметрами:

Рис. 16. Входные и выходные характеристики транзистора КТ802А

2. Выбор типа операционного усилителя из условий:

где U_{вых.maxОУ}, I_{вых.maxОУ} - предельные значения выходных напряжения и тока операционного усилителя,

I_бmax - максимальный ток базы.

[В]

[А].

U_{выхmax ОУ} > 8,5 В

I_{выхmax ОУ} > 0,002 А

Выбран операционный усилитель типа К157УД1, для которого U_{вых.maxОУ} = 12 В, I_{вых.maxОУ} = 300 мА.

2. Для создания опорного напряжения выбирается стабилитрон из условия:

U_оп = U_ст < U_н.min,

где U_оп - опорное напряжение,

U_ст - напряжение стабилитрона.

U_оп = U_ст < 2В

Выбирается КС113А с параметрами В, Ом, мА.

4. Определяется сопротивление балластного резистора R_б, полагая, что I_{ст. ном.} >> I_вх.ОУ:

.,

где Iст.ном. - номинальный ток стабилитрона.

2,87 [кОм].

5. Для расчета сопротивлений резисторов R₁, R₂, R₃ предположим, что движок в потенциометре R₂ стоит в крайнем верхнем положении. Тогда выходное напряжение стабилизатора имеет заданное по условию минимальное значение. При крайнем нижнем положении движка выходное напряжение максимально. В первом случае:

Во втором случае:

Полагая R₃ = 1 кОм, из системы уравнений находятся R₁ и R₂:

R_2в = 0

R_2н = 4615,4 [Ом].

R₁= 1307,7 [Ом].

Определяется коэффициент стабилизации схемы:

где - множитель, обусловленный влиянием делителя на коэффициент стабилизации К_ст .

К_ОУ - коэффициент усиления ОУ без обратной связи,

r_k - сопротивление коллекторного перехода току коллектора,

r_э - сопротивление эмиттерного перехода току эмиттера.

r_k = U_0kэ/I_0k,

где U_0kэ - напряжение коллектора в точке покоя,

I_0k - ток покоя коллектора.

r_k = 20/2,2 = 9,09 [Ом].

,

где I_0э - ток покоя эмиттера.

I_0э = I_0k + I_0б.

I_0э = 2,2 + 0,02 = 2,22 [А].

= 0,01 [Ом].

= 0,25 • 909 • 3125 • 0,81 = 575226,6

2.1.2 Расчет источника испытательных сигналов - импульсного усилителя с коррекцией

Рис. 17. Импульсный усилитель с коррекцией

В данном импульсном усилителе коррекция в области низких частот осуществляется фильтром низких частот R_фС_ф, а на высоких частотах - эмиттерной частотнозависимой отрицательной обратной связью, создаваемой резистором и конденсатором . Коррекция обычно применяется в предварительных каскадах импульсного усилителя.

Следует иметь в виду, что ООС можно вводить, имея запас по усилению, так как в усилителе с ООС усиление напряжения К_ООС меньше, чем в усилителе без обратной связи К₀. Запас по усилению достигается выбором коэффициента усиления тока базы h_21э больше требуемого значения, а в общем случае - увеличением числа каскадов.

Исходные данные для расчета: U_вх.и =2 мВ; амплитуда выходного импульса U_вых.и = 0,4 В; сопротивление резистора и емкость конденсатора нагрузки R_н = 1000 Ом и пФ соответственно; длительность импульса t_и = 2,5 мкc; длительность фронта мкс; относительный спад вершины импульса %; напряжение источника питания Е_к = 9 В.

1. Определяется число каскадов и выбирается тип транзистора по коэффициенту усиления тока базы h_21э:

,

где R_н - сопротивление на нагрузке,

R_вхОЭ - входное сопротивление каскада с ОЭ,

k_з = 1,3 - коэффициент запаса; п - число каскадов.

2. Ориентировочно задается сопротивление резистора R_к.

при [кОм].

[Ом]

При этом сопротивление нагрузки переменному коллекторному току второго каскада:

[Ом].

3. Длительность фронта импульса, приходящаяся на один каскад:

.

[мкс].

Предварительно выбирается транзистора по предельной частоте:

,

где t_ф.кор - заданная длительность фронта импульса в усилителе с коррекцией,

С_к - емкость коллекторного перехода

.

[мкс].

Условиям удовлетворяет транзистор типа ГТ313Б, параметры которого имеют значения: h_21э = 71; h_11э = 1 кОм; f_h21б = 450 МГц; С_к = 2 пФ; 20 Ом; I_кб0 = 5 мкА; I_{к макс} = 30 мА; U_{кэ нас} = 0,7 В; f_h21э = f_h21б/ h_21э = 450/71 = 6,3 МГц.

Определяем предельную частоту транзистора:

3,6 [МГц]

Условие f_h21э f_{h21э.треб} выполняется.

4. Определяется режим покоя транзисторов.

Находится амплитуда импульса коллекторного тока, необходимого для получения заданной амплитуды выходного импульса U_вых.и:

.

[мА].

На выходных характеристиках транзистора, определяется некоторая вспомогательная точку А с координатами I_{к А} и U_{кэ А}:

; ,

где и - ток и напряжение запаса, необходимые для предотвращения соответственно отсечки и насыщения коллекторного тока.

0,15 [мА].

|U_{кэ нас}| = 0,7 [В].

1,225 [В].

[мА].

= 1,425 [В].

От точки А откладываются значения и , и получаются две точки, одна из которых определяет режим покоя I_{к п} = I_к0 и U_{кэ п} = U_кэ0, а другая - пределы изменения тока I_к и напряжения U_кэ.

При этом по коллекторной характеристике находятся: I_{к п} = I_к0 = 0,235 мА, U_{кэ п} = U_кэ0 = 0,6 В, I_{б п} = I_б0 = 20 мкА, I_кБ = 0,835 мА.

Переносим точку покоя с выходной на входную динамическую характеристику и находим U_{бэ п} = U_бэ0 = 0,1 В

5. Вычисляются сопротивления резисторов, определяющих режим покоя второго каскада.

Оставляя принятое ранее сопротивление резистора R_к = 1,5 кОм, находим:

.

[кОм].

,

.

Где U₄ - напряжение на резисторе R₄,

- ток делителя.

.

[В].

[мА].

[кОм].

[кОм].

6. Коэффициент усиления по напряжению К₂ и входное сопротивление R_вх2 второго каскада равны:

.

.

[Ом].

7. Длительность фронта, обусловленная вторым каскадом:

где - постоянная времени.

[мкс].

Допустимое значение длительности фронта первого каскада:

.

[мкс].

8. Амплитуда входного импульса второго каскада:

.

[В].

Требуемый коэффициент усиления первого каскада

9. Выбирается точка покоя транзистора первого каскада.

Точка покоя транзистора каскада: I_к0 = 0,235 мА, U_кэ0 = 0,6 В, I_б0 = 20 мкА, U_бэ0 = 0,1 В.

10. Рассчитываются сопротивления резисторов первого каскада. Находится максимальное значение сопротивления нагрузки переменному току коллектора первого каскада:

.

[Ом].

где [мкс].

Для получения требуемого коэффициента усиления К₁ сопротивление резистора должно удовлетворять условию:

.

[Ом].

Ом, т.е. условие выполняется.

.

[кОм].

.

[кОм].

.

[кОм].

.

[кОм].

При этом входное сопротивление первого каскада:

.

[Ом].

11. Емкости конденсаторов усилителя, обеспечивающие допустимый скол вершины импульса, рассчитываются следующим образом. Распределяется относительный спад между разделительными конденсаторами С_р и конденсаторами С_э в эмиттерных цепях транзисторов. Имея в виду, что сопротивления в выражениях для постоянных времени разделительных конденсаторов намного больше, чем в выражениях для конденсаторов С_э, относительный спад вершины целесообразно распределить в соотношении:

при таком условии удается получить не очень большие значения С_э.

Принимая в рассматриваемом примере , находим

.

.

Определяется емкость C_p:

.

[мкФ].

Относительный спад, приходящийся на блокирующие конденсаторы С_э:

.

Емкости конденсаторов С_э принимаются одинаковыми:

,

где R_г - выходное сопротивление источника входного сигнала.

[мкФ],

где для первого каскада

.

[Ом].

.

И для второго каскада

[Ом];

.

Элементы ООС выбираются согласно выражениям:

;

[Ом].

,

где ,

[мкс].

[Ом].

[мкс].

k = 2.

[пФ].

Емкость цепи коррекции вершины импульса рассчитывают по формуле

где - постоянная времени схемы в области низких частот,

R_k - сопротивление коллекторной цепи без фильтрации.

,

где и - постоянные времени заряда (разряда) разделительных конденсаторов С_р и конденсатора С_э.

.

0,12•10^-8 [с].

.

[с].

.

[с].

Входное сопротивление каскада:

,

где - входное сопротивление отрицательной обратной связи.

[кОм].

[кОм].

=с^-1

= 1,2•10^-9[с].

Из условия кОм определяется сопротивление ,

Где R_ф - сопротивление резистора фильтра:

.

[Ом].

0,1 [Ом].

12 [нФ].

2.1.3 Расчет показателей надежности дополнительного оборудования при основном соединении элементов и при резервировании

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, и сохраняемость или определённые сочетания этих видов.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки. Свойства проявляются как в период использования объекта по прямому назначению, так и в период его хранения и транспортировки.

Расчет надежности компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на ОУ

1. При основном соединении элементов.

Основным соединением элементов называет такое, при котором отказ изделия наступает при отказе любого его элемента. При расчете надежности невосстанавливаемых изделий с основным соединением элементов предполагают, что отказ элемента является случайным и не зависимым.

Стабилизатор напряжения согласно принципиальной электрической схеме содержит следующие элементы:

1. Резисторы - 5 шт

2. Операционный усилитель - 1 шт

3. Транзистор биполярный - 1 шт

4. Стабилитрон - 1 шт

Интенсивности отказов элементов:

л₁= 0,05•10^-6 [1/час].

л₂= 1•10^-6 [1/час].

л₃= 0,3•10^-6 [1/час].

л₄= 0,2•10^-6 1/час

Ориентировочный расчет надежности

Табл.6. Ориентировочный расчет надежности компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на ОУ

№	Наименование и тип элемента	Расчет лс	Расчет Pc(t)
		Кол-во, шт.	лi 1/час	niлi 1/час	t, ч	x	Pc	fc
1.	Резистор	5	0,05•10-6	0,25•10-6	300000	0,525	0,592	1,035•10-6
2.	Операционный усилитель	1	1•10-6	1•10-6	400000	0,7	0,497	8,69•10-7
3.	Транзистор биполярный средней мощности	1	0,3•10-6	0,3•10-6	500000	0,875	0,417	7,295•10-7
4.	Стабилитрон	1	0,2•10-6	0,2•10-6	600000	1,05	0,35	6,124•10-7

интенсивность отказов устройства,

Где n - число элементов одного типа, лi - интенсивность отказа элемента.

[1/час]

- средняя наработка до отказа.

ч.

Пределы изменения времени t выбирают с таким расчетом, чтобы оно перекрывало расчетное Т_c, т. е. t = 0…600000 ч.

- вероятность отказов.

.

0,592.

0,497.

0,417.

0,35.

- плотность распределения времени безотказной работы.

.

= 1,035•10^-6.

= 8,69•10^-7.

= 7,295•10^-7.

= 6,124•10^-7.

Рис. 18. График зависимости

2. При резервировании.

Для повышения надежности устройства все его элементы дублированы. Определяется вероятность безотказной работы стабилизатора в течение t = 5000 ч.

Имеет место раздельное резервирование с кратностью m = 1, число элементов нерезервированного устройства n = 8. Поэтому можно использовать формулу вероятности безотказной работы:

.

Поскольку , то для...