При использовании в усилителе кремниевых транзисторов, значения напряжений база - эмиттер можно принять равным:

Uбэ = 0,6В, тогда

По номиналам:

R18 = 10(кОм)

R19 = 1,1(кОм)

Нелинейные искажения усилителя определяется выходным каскадом, ко входу которого приложено наибольшее напряжение сигнала, точнее нелинейностью характеристик транзистора этого каскада:

R21 = Rвых = 50(Ом)

4.2 Расчет предварительного усилителя (ПУ)

ПУ усиливает электрический сигнал, обеспечивая наибольшее отношение сигнал/шум. Основные требования, предъявляемые к ПУ - минимальные шумы, максимальный частотный и динамический диапазоны. Как уже рассматривалось ранее, для удовлетворения этих требований входной каскад выполнен по схеме эмиттерного повторителя, который обладает этими свойствами.

Второй и третий каскады для обеспечения заданного частотного и динамического диапазонов выполняются по каскодной схеме. Весь ПУ охвачен общей ООС, что позволяет увеличить частотный и динамический диапазоны без ухудшения чувствительности.

Проведем расчет каскадов усиления по постоянному току. Расчет К - цепи по постоянному току включает выбор режимов транзисторов микросборки и входного каскада, а также расчет сопротивлений резисторов, обеспечивающих выбранные режимы и их стабильность, при этом мощности потребляемые от источника питания и сигнала должны быть минимальными.

Как уже было оговорено, входным выбирается маломощный транзистор СВЧ диапазона с fm > (4?5)ГГц. Например: 2Т 3114 В-В.

Он, а также транзисторы, входящие в состав СВЧ микросборки

М45121-2 имеют следующие основные параметры:

Рк доп = 100 мВт

Iк доп = 20 мА

Uк доп = 15 В

фк = 1,5 нс

fг = 5 ГГц

h21 = 40 - 330

Ск = 0,6 пФ

Из ранее рассмотренных соображений относительно широкополосности и собственных шумов ФПУ ток коллектора I каскада равен 2 мА. Ко II и III каскадам менее жестки шумовые требования и с целью улучшения частотных свойств, ток коллектора выбран в пределах 5 мА. Для расчета шумов величина сопротивления нагрузки фотодиода по переменному току Rг в данной схеме рассчитывается как:

Rг = R2 || R4 || R1 = 1кОм

При Rг = 1кОм шумы Rг и тока базы транзистора соизмеримы, если Iб = 20мкА

При приравнивании:

 получим:

при RГ = 1кОм

Iб = 20мкА

Находим и наносим на схему (рис.3.2) значение напряжения на всех узлах схемы относительно общего (заземленного) полюса источника питания. При этом следует учесть, что величина нагрузочных резисторов II - го и III - го каскадов (R7 и R15) должны быть не более 75Ом. Иначе ухудшатся частотные свойства усилителя. Исходя из этого, при коллекторных токах 5мА, на этих резисторах будет падение напряжения около 0,5В.

Коэффициент передачи цепи обратной связи по постоянному току вычисляется по следующей формуле:

Где Rвх(VT4) - входное сопротивление каскада с ОК.

Rвх = h11+Rэ(1+h21)

Так как Rвх » R1 и им можно пренебречь, тогда

Напряжение на базе VT1:

Uб0,1 = Uк2 · В

Uб0,1 = 11,5 · 0,37 = 4,2(В), где

Uб0,1 = Uбэ,1 + Uбэ,3 + Uэ,3

При использовании в усилителе кремниевых транзисторов значения напряжения база - эмиттер можно принять равным (0,6?0,7)В.

Выбираем: Uбэ,1 = 0,6 В

Uбэ1,3 = 0,7 В

Тогда Uэ,3 = 4,2-1,3 = 2,9(В)

Напряжение на эмиттере первого транзистора находим следующим образом:

Uэ,1 = фб0,1 - фбэ,1

Uэ,1 = 4,2-0,6 = 3,6(В)

Для широкополосного усилителя выбираем Uэ,2 = 4В

Следовательно:

Uэ3 = Uк,2 = Uкэ,2 - Uэ,3

Uкэ,3 = 11,5 - 4 - 2,9 = 4,6(В)

Напряжение на базе второго транзистора

Uб0,2 = Uк,3 + Uбэ,2 = (Uэ,3 + Uкэ,3) + Uбэ,2

Uб0,2 = (2,9 + 4,6) + 0,7 = 8,2(В)

Так как каскады II и III однотипны то постоянные напряжения транзисторов T4 и T5 соответствуют постоянным напряжениям транзисторов T2, T3 ИМС.

Зная все напряжения в схеме и токи каскадов сопротивление резисторов схемы:

по номиналу принимаем R9 = R16 = 510(Ом)

Для достаточной стабильности режима транзисторов Т2, Т4, Т5 ток, протекающий через делитель напряжения в цепи базы Iд берем равным 1мА.

Сопротивление делителя в цепи базы VT1 должны с одной стороны удовлетворять условию Rг = R2 || R4 || R1 = 1кОм, а с другой стороны, обеспечивать необходимое напряжение смещения (4,2В).

Величина R2, исходя из смещения на T3 и тока коллектора, VT1 выбрана 1,8 кОм, следовательно:

(R1||R4 = x)

x · 1,8 = x + 1,8;

0,8x = 1,8;

x = 2,25;

Решив систему уравнений, найдем необходимые величины резисторов R1 и R4:

Выберем: R1 = 3,6 кОм и R4 = 6,2 кОм

Сопротивления резисторов делителя напряжения в цепи базы Т2, Т6 рассчитываются по следующим формулам:



Эти резисторы выберем равными 7,5(кОм)

Примем номиналы этих резисторов равными 3,9 кОм.

Для расчета базового делителя транзистора Т5 используется аналогичная методика. Ток делителя выберем равным 1мА, что соответствует номиналам резисторов:

Ближайшими к этим будут номиналы: 8,2(кОм) и 3,6(кОм), соответствующие резисторам R11 и R12.

Местную ОС в цепи эмиттера Т3 создает цепочка R10;C5, а также R17;C7 в III - ем каскаде ФПУ.

Необходимое значение ОС: F = 1 + S · Rэос

Коэффициент усиления усилителя без ОС (К) должен быть достаточным для обеспечения заданного значения К, при требуемой величине F:



По номиналу RЭОС(R10) = 22(Ом), тогда требуется глубина местной обратной связи равной:

F = 1 + 0,2 · 2,2 = 5,5

Цепь Г - образных RC фильтров в цепи питания используется из условия выполнения двух требований:

· Минимальные потери напряжения источника питания;

· Обеспечение устранения самовозбуждения из-за паразитной обратной связи между каскадами на сопротивлении питающих проводов и внутренним сопротивлением источника питания;

4.3 Расчет частотных характеристик цепи усилителя

Определим граничную частоту усиления ФПУ. Коэффициент усиления К цепи, как функцию передачи информации линейной цепи, представить в операторной форме [9]:



где U2(p) - напряжение на выходе фотоприемного устройства

U1(p) - напряжение на нагрузке ФД т.е. на комплексном сопротивлении по переменному току, действующему между базой входного транзистора и общим проводом.

К(р) - общий коэффициент усиления всех каскадов ФПУ, кроме выходного.

Jф - фотопоток сигнала

Zвх,F - входное сопротивление ФПУ при действии общей ОС, охватывающей первых 2 каскада:

В нашем случае К(р) = К1(р) · К2(р) и К(р) = К1 · К2 = К2, так как

К1 = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне постоянным.

Тогда при использовании формулы Блеймана, найдем Zвх,F:

Fкз = 1; Fxx = 1 + кв(р)

Где

В результате получим

1+ B0 · K = F0 - глубина местной гальванической обратной связи.

В0 - коэффициент передачи по петле обратной связи.

Частота верхнего среза для входных каскадов ФПУ (первого и второго) при действии ООС равна:

Определим напряжение шумов на выходе ФПУ:

I = IRГ + Iб + Iд0 = 50мкА + 20мкА + 180мкА = 0,25мА

Чтобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 кГц составляет 0,5 мкВ, увеличим напряжение шумов на выходе ФПУ в 3 раза:



4.4. Расчет источника питания фотоприеного устройства

В составленной схеме оптического передатчика имеем следующее номинальное напряжение питания: +12В. Необходимо разработать блок питания для приемного утройства ВОС и рассчитать основные его элементы.

Найдём токи потребляемые приемником, напряжения +12В.

для Uн = +12В:

В цепи входного усилителя маломощный транзистор СВЧ диапазона 2Т3114В-6, потребляет 15мА

В качестве 2-го и 3-го каскадов используется СВЧ микросхема типа М45121-2, потребляет 120мА.

В качестве выходного транзистора VT2 используем тот же транзистор: 2Т3114В-6 с потребляемым током 15мА.

Примем ток нагрузки ІН(+12)=200мА

Исходные данные:

На выходе БП должно быть +12В при токе загрузки, соответсвенно 200мА.

На рис.4.2. представлена электрическая схема предполагаемого блока питания.



Рис. 4.2

Выбор стабилизаторов напряжения

Для получения стабильного постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uн и максимального тока нагрузки Iн. Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем - выпрямитель и трансформатор питания.

Так как потребляемая схемой мощность небольшая, в качестве стабилизатора DA2 возьмем специально предназначенную микросхему КР142ЕН8Б, обеспечивающую выходное напряжение + 12В и ток в нагрузке до 1А. Данная микросхема обеспечивает коэффициент пульсаций на выходе примерно 0.03. Для нормальной работы напряжение на входе микросхемы должно быть не менее 15Вольт, поэтому конденсатор С10 выбираем на рабочее напряжение 35В и емкостью 2200мкФ. VD2 обеспечивает индикацию. Стабилизатор DA2 включен по типовой схеме. С11=С12=2,2мкФ.

Расчёт диодных выпрямителей

Поскольку в преобладающем большинстве конструкций блоков питания используется двухполупериодный выпрямитель, диоды которого включены по мостовой схеме, при расчете выпрямителя нужно правильно выбрать выпрямительные диоды и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления с вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое напряжение на выходе диодного моста (или входе следующих цепей) Uвых VD и потребляемый ток Iн.

Рассчитаем диодный выпрямитель для Uн= +12В. Исходными данными будут Uвых VD = 15В и Iн.=200мА.

Определим переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора:

Где В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяют по таблице 4.1.

Таблица 4.1

Коэффициент	Ток нагрузки, А
	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.35
В	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3
С	2,4	2,3	2,2	2,15	2,1	2

По току нагрузки определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

Где С- коэффициент, зависящий от тока нагрузки (определяют по табл. 3.1).

Подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Для уменьшения габаритов печатной платы целесообразно использовать диодную сборку КЦ407А (DA1) , у которой значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения превышают расчетные.

Определяем емкость конденсатора фильтра:

Выбираем конденсатор фильтра 2200мкФ Х 35Вольт.

Расчет трансформатора

Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (UІІ) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

Определяем значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора ІІ:

Определим мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:

Подсчитываем мощность трансформатора:

Определяем значение тока, текущего в первичной обмотке:

Где UІ - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

Исходя из полученных расчётных данных выбираем из справочника трансформатор питания типа ТПП261-127/220-50

4.5 Оптимизация характеристик цепи ПУ (при помощи программы моделирования электрических цепей Fastmean)

Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. Однако в некоторых случаях расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрирования.

В программе FASTMEAN используются новые решения матричных рекуррентных уравнений. Этот алгоритм совершенно отличается от обычно используемых в программах. Вместо отдельных точек функции переходного процесса вычисляются коэффициенты разложения в ряд Тейлора в матричной форме. Это позволяет найти значение функции для любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тысячи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. В некоторых случаях, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.

Увеличение числа членов разложения в ряд Тейлора, вместо увеличения числа маленьких шагов позволяет существенно уменьшить время расчета и в то же время, увеличить его точность. Однако максимальное число членов ряда Тейлора ограничено возможностями современного компьютера и составляет 70-80 членов. Вычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидается, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разрядной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округления.

Математические основы этих решений разработаны проф. Артымом А. Д. и проф. Филиным В. А. (Россия, г. Санкт-Петербург, Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, кафедра Теории Электрических Цепей). Впоследствии, проф. Артым, проф. Филин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее для решения серьезных практических задач. Данная версия FASTMEAN предназначена для привлечения внимания специалистов и научных коллективов ВУЗов, интересующихся проблемами анализа сложных переходных процессов в цепях (также с переключениями), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.

На панели инструментов есть 3 группы элементов: Основные, Источники и Активные. Выберите одну из них, и появится окно с доступными элементами. Выберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. После того, как вы закончили добавлять элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.

Вы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введя необходимые значения в окне диалога. Вы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. Используйте команды Вырезать(Ctrl+X), Копировать(Ctrl+C), Вставить(Ctrl+V) для работы с буфером обмена. Когда Вы выделяете элементы и нажимаете Вырезать или Копировать, программа помещает их в буфер обмена, используя свой формат, и как точечный рисунок, так что Вы можете использовать изображение схемы в других приложениях.

Вы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскивая указатель от одного вывода к другому. Чтобы соединить более двух проводов вместе, используйте Соединитель (группа Основных элементов). Можно подтащить провод от вывода к другому проводу - программа автоматически соединит их, добавив Соединитель.

Чтобы изменить масштаб, используйте команды: Увеличить масштаб(Ctrl++) и Уменьшить масштаб(Ctrl+-).

После того, как Вы создали схему, ее можно сохранить, используя команды меню Файл.

Группы элементов: Основные, Источники и Активные элементы (линейные модели).

Основная группа включает:

Резистор. Параметры: сопротивление(R) в омах

Индуктивность. Параметры: индуктивность(L) в Гн; начальные условия(НУ) в А.

Конденсатор. Параметры: емкость(C) в Ф; начальные условия(НУ) в В

Унистор. Параметры: крутизна(S) в См

Идеальный трансформатор. Параметры: коэффициент трансформации(n)

Соединитель. Для соединения более двух проводов вместе.

"Земля". Для обозначения нулевого узла. Вы должны присоединить "Землю" к схеме, чтобы выполнить анализ.

Группа источников включает:

Источник напряжения. Параметры:

Тип источника - постоянный, гармонический или меандр

В зависимости от типа источника доступны различные параметры.

Для постоянного: напряжение(U0) в В

Для гармонического: амплитуда(U0) в В; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору)

Для меандра: частота(f) в Гц; длительность в %; напряжение(U0) в В; смещение в В

Источник тока. Параметры:

Тип источника - постоянный или гармонический

В зависимости от типа источника доступны различные параметры.

Для постоянного: ток(I0) в А

Для гармонического: амплитуда(I0) в А; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору)

Источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Параметры: проводимость(g) в См

Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Параметры: коэффициент управления(k) в В/В

Источник тока управляемый током (ИТУТ). Параметры: коэффициент управления(h) в А/А

Источник напряжения управляемый током (ИНУТ). Параметры: сопротивление(r) в омах

Гиратор. Параметры: крутизна(Sg) в См

Группа активных элементов включает:

Лампа. Параметры: крутизна(S) в См; внутреннее сопротивление(Ri) в омах.

Биполярный транзистор n-p-n типа. Параметры: коэффициент передачи тока(alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора(Rc); омическое сопротивление базы(Rb);

Идеальный операционный усилитель(ОУ). Параметры: коэффициент усиления(k) в В/В

Для всех элементов кроме резистора, за положительное направление отсчета тока, принимается направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.

Для всех элементов, за положительное направление отсчета напряжения, принимается направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.

Замечание. Принимается, что нулевой узел имеет наибольший номер.

Программа показывает сообщение об ошибке в следующих случаях:

"Схема физически некорректна", если Ваша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно).

"Ошибка: Источник напряжения соединен параллельно с конденсатором";

"Ошибка: 2 источника напряжения соединены параллельно";

"Ошибка: 2 конденсатора соединены параллельно", если соединить параллельно 2 источника напряжения, 2 конденсатора или конденсатор и источник напряжения.

"… : элемент закорочен", если элемент закорочен. Так как он не влияет на токи или напряжения в цепи, его следует убрать.

"… : элемент не соединен", если элемент разомкнут. Вы можете избежать этого сообщения, присоединив выводы элемента к Соединителям, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельзя с индуктивностью).

"Добавьте землю к Вашей схеме", если в схеме нет земли. Вы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.

Эквивалентная схема предварительного усилителя приведена на рис. 4.1.



Рис. 4.1 Эквивалентная схема предварительного усилителя (ПУ)

Используя программу компьютерного моделирования электрических цепей для эквивалентной схемы ПУ представленной на рис. 4.1, рассчитаем графики АЧХ и ФЧХ, для каждого каскада схемы.

а) Графики АЧХ и ФЧХ ИТУН1 представлены на рис. 4.2.

На частоте f =150 МГц усиление равно 0,9 . На частоте f = 450 МГц усиление 0,77 Рис. 4.2

б) АЧХ и ФЧХ на выходе ИТУН2.

На рисунке 4.3 представлены АЧХ и ФЧХ при изменении R7 от 1 Ом до 100 Ом.



Рис. 4.3

Нас удовлетворяет самая верхняя характеристика при R7 = 1 Ом

На рисунке 4.4 приведены графики ее АЧХ и ФЧХ



На f = 150 МГц - усиление равно 0,75. На f = 450 МГц - усиление 0,65.

Рис.4.4

в) АЧХ и ФЧХ на выходе ИТУН3.

Рассмотрим графики АЧХ и ФЧХ при изменении R11 от 500 Ом до 20 кОм, приведенные на рисунке 4.5.



Рис. 4.5

Рассмотрим параметры:

при R11 = 20 кОм, полоса пропускания f - 592 МГц усиление равно 8,66.

при R11 = 6,2 кОм, полоса пропускания f - 594,4 МГц усиление равно 8,55.

при R11 = 2 кОм, полоса пропускания f - 608,7 МГц усиление - 8,24.

при R11= 500 Ом, полоса пропускания f - 688,1 МГц усиление - 7,05.

ФЧХ практически не изменяется, т.е. выбор сопротивления не влияет на нее.

Выбираем R11 = 2 кОм. Графики АЧХ и ФЧХ приведены на рисунке 4.6.



Рис. 4.6

5. Конструктивная разработка фотоприемного устройства

Разработка конструкции ФПУ проводится с целью получения требуемых технических характеристик устройства самым целесообразным способом с точки зрения техники и экономики.

В результате выбрана следующая конструкция: устройство размещается во фрезерованном латунном корпусе размерами

70?55?30 мм, что обеспечивает прочность конструкции, надежную экранировку от помех и наводок, и играет роль теплоотвода.

На современном этапе развития РЭА монтируют на печатных платах, что дает возможность механизировать и автоматизировать процесс сборки РЭА, повышает ее надежность, облегчает ремонт, обеспечивает повторяемость монтажа от образца к образцу.

Электрическая схема размещается на плате, которая изготавливается из листового электроизоляционного материала с наклеенной с одной стороны медной фольгой.

Процесс выделения токоведущих проводников осуществляется путем травления в специальных растворах. Необходимая топология печатной платы задается рисунком лакового слоя, наносимого на фольгу и предохраняющая отдельные ее участки (будущие токоведущие дорожки) от соприкосновения с реагентом.

Схема выполняется по гибридно-пленочной технологии .

Сопротивления напыляются, а полупроводниковые приборы и емкости выполняются навесными. Для изоляционного основания выберем стеклотекстолит , как достаточно прочный в механическом плане и имеющий низкую проводимость в электрическом плане материал.

Толщина платы 2,5 мм, что достаточно для получения механической жесткости готовой печатной платы и ее размеров. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывода радио детали, что обеспечивает возможность свободной установки радио элементов. Отверстия на плате располагаются таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не менее толщины платы. Иначе эта перемычка не будет иметь достаточной механической прочности. Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы высокочастотных транзисторов, необходимо делать прямоугольными.

Разводка печатных проводников делается таким образом, чтобы они имели минимальную длину. При разработке усилителя, работающего на частотах выше 100 МГц необходимо предусматривать максимальное удаление друг от друга входных и выходных радиоэлементов. Такая технология изготовления позволяет снизить трудоемкость сборки усилителя, повысить срок службы.

Фотодиод и высокочастотные контакты находятся в уплотнительных отверстиях в стенках корпуса.

Готовая печатная плата устанавливается в корпусе, который наглухо закрывается жестяной крышкой. Стык пропаивается, что обеспечивает надежную защиту от наводок и помех. На этом корпусе также установлен проходной конденсатор, обеспечивающий ввод в конструкцию питающего напряжения.

Топология блока приведена в приложении 3, где тонкими линиями изображены перемычки, выполненные золотой проволокой.

6. Технико - экономические расчеты

6.1.Расчет полной себестоимости

Расчет проводим по следующим элементам затрат:

- материальные затраты (за вычетом стоимости возвратных отходов);

- затраты на оплату труда;

- прочие расходы.

6.1.1 Расчет материальных затрат (Мз) (за вычетом стоимости возвратных отходов)

а) Расчет сырья и основных материалов (Мс).

Здесь учитывается стоимость всех используемых материалов.

К полученной сумме добавляется 20% (в соотв. с реком. Л.3. приним. от 10 до 30%), от стоимости материалов на транспортные и заготовительные расходы. Расчеты стоимости основных материалов приведены в таблице 6.1.

Таб.6.1

Наименование материала. Ед. изм.	Норма расхода.	Цена в рублях. За 1кг.	Сумма в рублях.
Дюраль, кг.	0,1	80	8,0
Эмаль, кг.	0,05	84	4,2
Лак, кг.	0,05	68	3,4
Стеклотекстолит ,кг.	0,05	87	4,35
Канифоль, кг.	0,02	48	0,96
Припой, кг.	0,05	153	7,65
Провод, кг.	0,05	2,3	0,2
Винт, кг.	0,03	70	2,1
Гайка, кг.	0,03	70	2,1
Итого :			32,96
Транспортн. и заготовит.расх.20%			6,6
Всего:			40,0

б) Расчет затрат на покупные комплектующие изделия (П).

В этой статье учитываем стоимость всех покупных и комплектующих изделий. К полученной сумме добавляем расходы на транспорт (в соотв. с реком. Л.3.принимается от 20 до 30%) в размере 30% от суммы затрат на покупные комплектующие изделия. Расчет затрат на покупные изделия и полуфабрикаты приведены в таб.6.2.

Таблица 6.2

Наименование изделий	Тип	Количество	Цена за единицу в руб.	Сумма в руб.
ИМС	М 45121-2	1	80	80
Транзисторы	2Т3114В-6	2	25	50
Фотодиод	ФД ЛФДГ-7СП	1	360	360
Резисторы	МЛТ- 0,125	22	0,3	6,6
Конденсаторы	К10-42	3	5	15
	КМ-5А-Н90	6	10	60
Корпус	Металлический	1	110	110
Разъем	ГРПМ 9-14	1	15	15
Итого				696,6
Транспортные расходы,30%				208,98
Всего				905,58

в) Возвратные отходы (Мвозв).

Рассчитываем в соответствии с формулой:

Мвозв = Нотх·Мс (руб.)

Где Нотх - процент, учитываемый при расчете возвратных отходов. В расчетах принимаем Нотх = 1% (в соотв.с реком.Л.3)

Мвозв = 0,01·40 = 0,4 (руб.)

Вывод: Итого материальные затраты (за вычетом стоимости возвратных отходов) составляют:

Мз = Мс + П - Мвозв (руб.)

Мз = 40 + 842 - 0,4 = 945,18 (руб.)

6.1.2 Расчет затрат на оплату труда

Под затратами на оплату труда понимают начисления на оплату труда по всем основаниям, включающие следующие статьи затрат: затраты на оплату труда основного производственного персонала предприятия и дополнительную заработную плату, включающую предусмотренные законодательством компенсирующие и стимулирующие надбавки.

а) Расчет затрат на оплату труда основного производственного персонала предприятия (Зпр).

Найдем часовую ставку (Dt)

Dt = (МРОТ·Kt) / Ф

где МРОТ - минимальный размер оплаты труда (4330 руб.)

Kt - коэффициент, учитывающий тарифный разряд.

Ф - рабочие часы за 1 месяц (за апрель 172 часа)

Kt 3 = 1,59 (3-ий разряд)

Kt 4 = 1,73 (4-ый разряд)

Kt 5 = 1,82 (5-ый разряд)

Kt 6 = 2,0 (6-ой разряд)

тогда Dt3 = 39,75 (руб.)

Dt4 = 43,25 (руб.)

Dt5 = 45,5 (руб.)

Dt6 = 50 (руб.)

Расчет затрат на оплату труда (заработная плата) производим в таблице 6.3.

Таблица 6.3

Виды работ	Тарифный разряд	Часовая ставка	Трудоемкость час.	Зарплата, руб.
Заготовительные	3	60	2,5	150
Слесарные	4	65	2,5	162,5
Изготовление печатной платы	4	65	3,0	195
Монтажно-сборочные	5	67	4,0	268
Настройка	5	70	3,0	210
Итого Зпр				985,5

б) Расчет дополнительной заработной платы (Здоп)

Дополнительная заработная плата составляет 20% (в соотв.с реком.Л..3.) от основной заработной платы производства.

Здоп = 0,2·Зпр = 0,2·985,5 = 197,1 (руб.)

в) Итого фонд оплаты труда (ФОТ):

З = Зпр+Здоп = 985,5+197,1 = 1182,6 (руб.)

Прочие расходы.

а) Расчет отчислений на единый социальный налог (Рсоц).

Отчисления на единый социальный налог в соответствии с законодательством составляют 26,2 % от фонда оплаты труда, в том числе:

· В пенсионный фонд РФ

· В государственный фонд занятости

· На обязательное медицинское страхование

Рассчитываем по формуле:

Рсоц = 0,262 · З = 0,262 · 1182,6 = 309,8 (руб.)

б) Прочие расходы включают в себя : расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые расходы, общехозяйственные расходы, коммерческие расходы, которые составляют 150 % от расходов на оплату труда(З).

Рпроч' = 1,5 · З = 1.5 ·1182,6 = 1774 (руб.)

Итого прочие расходы, включая амортизацию основных расходов:

Рпроч = Рсоц + Рпроч' (руб.)

Рпроч = 309,8 + 1774 = 2084 (руб.)

На основе выполненных расчетов составляем калькуляцию полной себестоимости изделия и сводим ее в таблицу 6.4.

Таблица 6.4

Наименование статей затрат	Сумма, руб	Удельный вес, %
1. Материальные затраты (за вычетом возвратных отходов), в том числе:	945,18	77,5
- сырье и основные материалы	40
- комплектующие изделия и полуфабрикаты	905,58
2. Затраты на оплату труда, в том числе:	1182,6	7,8
- основная зарплата	985,5
- дополнительная зарплата	197,1
3. Прочие расходы, в том числе:	2084	14,6
- единый социальный налог	309,8
- расходы на содержание и эксплуатацию обор, цеховые, общехоз., коммерческие расходы.	1774
ИТОГО полная себестоимость:	4212,4	100

Расчет отпускной и розничной цены.

а) Отпускная цена определяется как сумма цены предприятия и налога на добавленную стоимость (НДС).

Цотп = Цп + НДС

Цена предприятия это сумма себестоимости и плановой прибыли предприятия:

Цп = Сп + Ппл (руб.)

Плановая прибыль принимается 30 % от себестоимости и составляет:

Ппл = 0,3 · 4212,4 = 1264 (руб.)

Тогда Цп = 4212,4 + 1264 = 5476,4 (руб.)

НДС составляет 18 % от цены предприятия:

НДС = 0,18 · Цп (руб.)

НДС = 0,18 ·5476,4 = 986 (руб.)

тогда Цотп = 5476,4 + 295 = 6462,4 (руб.)

б) Розничная цена определяется как:

Црозн = Цотп + Нторг (руб.)

где Нторг - наценка торговых организаций, она составляет 25 % от отпускной цены предприятия

Нторг = 0,25 · Цотп (руб.)

Нторг = 0,25 · 6462,4 = 1615,6 (руб.)

тогда Црозн = 6462,4 + 1615,6 = 8078 (руб.)

Технико-экономические показатели.

Технико-экономические показатели проектируемого ФПУ и аналога приведены в таблице 6.5.

Таблица 6.5

Наименование показателей, ед. измерений	Условные обозначения	Требования Т.З.	Проектир. ФПУ ДЦВ	Аналог ФПУ КВ
1. Динамический диапазон, дБ.	D	? 50дБ	60	40
2. Диапазон частот, МГц.	F	150 ? 450	150 ? 450	1,5 ? 10
3. Используемая длина волны, мкм.	л	1,3	1,3	1,3
4. Элементная база(тип микросх)			М45121-2	--
5. Время наработки на отказ, ч.	Т		50.000	35.000
6. Потребляемая мощность, мВт.	Р		260	200
7. Габариты, мм.			90?55?30	100?50?35
8. Масса, кг.	М		0,45	0,5
9. Отпускная цена, руб.	Цопт.		8078	--

Анализ технико-экономического расчета.

В результате проведения технико-экономического расчета был сделан анализ себестоимости разрабатываемого ФПУ и сравнение его основных технических характеристик с коротковолновым аналогом “Базис - 5”.

Все расчеты сведены в таблицу. Калькуляция себестоимости изделия показала, что наибольший удельный вес затрат приходится на материальные затраты - 77,6 % . Поэтому снижение себестоимости связано со снижением цен на детали. Единственным путем, которым это можно осуществить, является улучшение технологичности производства.

Внедрение в эксплуатацию нового ФПУ открывает возможность для освоения нового диапазона с частотой - 450 МГц, что немаловажно при нынешней плотности загрузки линий связи.

7. Обеспечение безопасности жизнедеятельности

7.1 Анализ характеристик объекта проектирования трудовой деятельности человека, производственной среды

Фотоприемное устройство является модулем приемной части волоконно-оптической системы передачи. Надежность и безопасность работы этого устройства очень важна. ФПУ устанавливается в стойку оконечного оборудования, или в кабельной шахте, в качестве ретрансляторов.

Нормальное функционирование ФПУ обеспечивается в диапазоне температур от -30?С до +30?С, относительной влажности от 20% до 99%,атмосферным давлением от 400 до 900 мм.рт.ст. Питающие напряжения равно +12В. Электропитание ФПУ осуществляется на оконечной станции, от стабилизированного источника постоянного напряжения, подключенного к однофазной, трехпроходной с заземленной нейтрально 220В 50Гц сети. Конструктивно, устройство размещается в фрезерованном латунном корпусе 70х55х30мм, что обеспечивает прочность конструкции. Масса устройства около 300г.

Трудовая деятельность человека при работе с устройством заключается либо в изготовлении, настройке, либо в ремонте.

Все эти виды деятельности являются алгоритмизированными. Настройка и ремонт производятся при использовании испытательного стенда (при настройке возможно применение слесарного инструмента).

Все работы с устройством производятся в закрытом помещении, либо на специально оборудованных рабочих местах, снабженных вытяжной вентиляцией, для удаления вредных, для здоровья человека паров свинца, возникающих при пайке, либо на автоматических линиях.

Освещение рабочего места искусственное или совмещенное. В связи с тем, что питающие напряжения равно +12В, человек при работе с ними опасному воздействию не подвержен.

Особенностью технического процесса являются малые размеры элементов устройства.

Для ремонта и настройки ФПУ требуются следующие инструменты и приборы:

· Паяльник 42В, пинцет, отвертка, узкогубцы;

· Источник монохроматического света с длиной волны 1,3 мкм, модулируемый по интенсивности в диапазоне до 1 ГГц;

· Измеритель комплексных коэффициентов передачи Р4-11;

· Ампервольтметр В7-22;

· Осциллограф С7-13;

· Измеритель оптической мощности;

· Стабилизированный источник питания, присоединенный к шине зануления в одной точке.

Для обеспечения здоровых условий труда работающих по настройке и ремонту необходимо определить параметры окружающей среды, воздействующей на человека, необходимые мероприятия для обеспечения безопасных условий труда, мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

7.2 Мероприятия по эргономическому обеспечению

ФПУ работает в автоматическом режиме. В связи с этим вводятся следующие меры по обеспечению труда в процессе ремонта:

- на поверхности печатной платы нанесены позиционные обозначения элементов;

- выделенные контрольные точки для быстрого определения неисправного узла по характерным параметрам сигнала;

- конструкция выполнена в легко доступной форме, крышки экранов легко отпаиваются, открывая доступ к элементам ФПУ.

Простота схемного решения усилителя фотоприемника, удобная компоновка элементов на плате и соответствующая маркировка элементов, сокращают время отыскания неисправностей, и регулировки ремонтируемого изделия, не перегружая внимание регулировщика по чтению ремонтируемой схемы. Незначительное напряжение питания устройства и токи снижают опасность подведения действием электрического тока на ремонтника.

Все перечисленные факторы позволяют быстро, без ошибок найти неисправность и отрегулировать фотоприемное устройство специалистом четвертого разряда.

В зону рабочего места настройщика входят: стол, стул и стеллаж. Конструктивно стол выполнен из гнутых по форме стальных труб, облицованных деревом и пластиком. Стол имеет секции общей вентиляции, а также секции электропроводки с колодками - зажимами для подключения измерительных приборов. Большие удобства дают выдвижные ящики стола с левой стороны от оператора, в них хорошо хранить различные элементы и к ним обеспечивается быстрый и легкий доступ (особенно, если они находятся в неглубоких ячейках). Стеллаж располагается над столом на высоте 300 мм, где устанавливается блок питания В5-12. Генератор сигналов расположен слева на столе, а справа помещается паяльник и инструмент, необходимый при настройке и регулировке ремонтируемого блока.

Рабочее пространство, высота и расположение органов управления измерительных приборов создают, удобную зону для работы настройщика в пределах досягаемости вытянутой руки.

В связи с тем, что при пайке выделяются вредные для человека пары свинца, рабочее место оборудовано вытяжной вентиляцией, а все помещение приточно-вытяжной.

Так как работоспособность человека снижается при низких и высоких температурах воздуха в помещениях, рационально применять кондиционеры.

Определим нормы на температуру, относительную влажность и скорость движения воздуха. Характер выполняемых работ - легкий (механизированный, сидячий труд). Производственное помещение с незначительным избытком явного тепла, поэтому на рабочем месте оптимальными будут: температура 18?210C, относительная влажность 40?60%, скорость движения воздуха 0,1..0,2 м/с, атмосферное давление 750..770 мм.рт.ст., содержание кислорода в воздухе 19-20% и 1% углекислого газа.

В помещении, в котором производится настройка, регулировка блока предусмотрена система отопления. Она обеспечивает достаточное, постоянное и равномерное нагревание воздуха в помещении в холодный период года. При этом колебании температуры в течение суток не должны превышать 2-30С.

Нормы освещенности выбираются в соответствии с коэффициентом отражения фона и объекта, а также исходя из точности работы, определяемой по наименьшему объекту различимости в мм. Принимая для печатной платы коэффициент отражения равным .Вычисляем коэффициент контрастности К:

где - коэффициент отражения от светлого фона,

- коэффициент отражения от темного фона.

Данное значение соответствует средней контрастности. Исходя из этих данных, при размере объекта различимости равном 0,5 мм, наименьшая освещенность при комбинированном освещении должна составлять 300 лк.

Для обеспечения нормальных условий работы при настройке и регулировке ФПУ освещение используется искусственное или комбинированное. Для создания высокого уровня освещенности может быть использовано местное освещение.

Разработанное ФПУ выполнено по гибридной технологии на дискретных элементах с использованием ИМС. Это значительно улучшило повторяемость конструкции и позволило снизить затраты времени на настройке и ремонте ФПУ.

7.3 Мероприятия по технике безопасности

В связи с тем, что питание измерительных приборов осуществляется от сети напряжением 220В и не исключается возможность одновременного прикосновения человека к корпусам оборудования, имеющих соединения с землей и токоведущими частями, ремонтное помещение относится к категории помещений с повышенной опасностью поражения электрическим током.

Так как питающее напряжение ФПУ равно +12В оно практически безопасно для оператора. Однако, все приборы (а также их корпуса), применяемые в испытательном стенде, на котором производится настройка, должны быть обязательно занулены во избежание несчастных случаев с людьми, либо порчи устройства.

Применяемые на оконечных станциях блоки питания обязательно имеют электронную защиту по току, кроме того обязательно применение калибровочных, плавких вставок для ограничения токов в цепи питания 220 В. Для предотвращения случайных прикосновений к токоведущим частям высокого напряжения, все эти цепи надежно изолированы.

Надежное зануление всех приборов обеспечит требуемую защиту рабочему персоналу.

7.4 Мероприятия по пожарной безопасности

На рабочем месте могут быть следующие наиболее вероятные причины пожара:

- небрежное обращение с открытым огнем;

- короткое замыкание в силовой сети;

- короткое замыкание из-за недостаточной жесткости конструкции;

- искрение.

Короткое замыкание может произойти либо при пробое изоляции, либо при нарушении изоляции, вследствие посторонних причин, например: расплавлении при попадании провода на горячее жало паяльника. Сечение проводов в устройстве необходимо выбирать с учетом возможных перегрузок (для тока 0,1А требуется провод с площадью сечения не менее 0,05мм2 (диаметр 0,12мм), при плотности тока 5А/мм2, запас равен 2,5).

Искрение возникает в местах ненадежных соединений (разболтанные или окислившиеся контакты). Для его предотвращения необходимо постоянно следить за состоянием разъемов и контактов, вовремя их чистить или заменять.

Для предотвращения пожаров необходимо содержать рабочее место в чистоте и порядке, не допускать на рабочем месте скопления бумаги, а ЛВЖ хранить в специально отведенных местах.

Применение открытого огня на рабочем месте является нарушением техники безопасности и потому не рассматривается.

Необходимо нахождение в помещении одного - двух углекислотных огнетушителей типа ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8, а также пожарной сигнализации ТЛО-30, которая подает сигналы о пожаре в случае, если люди в помещении отсутствуют.

Выводы

1. Разработанное устройство отвечает эргономическим требованиям.

2. Применяемые меры по электробезопасности исключают поражения электрическим током.

3. Меры пожарной профилактики исключают возникновения пожара в разработанном устройстве.

Заключение

Основными элементами при построении волоконно-оптической линии связи являются: усилитель модулятор, лазерный или светодиодный излучатель, волоконно-оптический кабель, фотоприемное устройство. ВОСПИ, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, т. е. удовлетворять заданному динамическому и частотному диапазонам.

Для удовлетворения этих требований всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнения каждым элементом ВОСПИ: лазерным излучателем, УМ, ВОК, ФПУ.

В данном дипломном проекте разработано фотоприемное устройство, обеспечивающие необходимые требования: динамический диапазон ? 60 дБ, малые собственные шумы.

Технико-экономический расчет показал, что разработанное фотоприемное устройство целесообразно для внедрения в эксплуатацию.

Литература

1. Р.Р. Убайдулаев “Волоконно-оптические сети”- М., “Эко - трендз”, 2000 г.

2. Э.А. Швецов, М.Е. Белкин “Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи” -М., “Радио и связь” 1992 г.

3. Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов, ЛЭИС, 1985 г.

4. П.К. Чео “Волоконная оптика” - М., Энергоиздат, 1988 г.

5. Д. Гауэр “Оптические системы связи” -М., “Радио и связь”, 1989 г.

6. Под редакцией У. Генича “Техника оптической связи фотоприемника” - М., “Мир” , 1988 г.

7. С. Гонда , Д. Сэко “Оптоэлектроника в вопросах и ответах” - Л., Энергоиздат , 1989 г.

8. Н.А. Гроднев, С.М. Верник “Линии связи” - М., “Радио и связь” , 1988 г.

9. Г.В. Войшвилло “Усилительные устройства” - М., “Радио и связь” , 1989 г.

10. Методические указания по разработке вопросов охраны труда в дипломных проектах, ЛЭИС, 1982 г.

11. Н.И. Бакланов и др. “Охрана труда на предприятиях связи” - М., “Радио и связь”, 1985 г.

12. Т. Окоси и др. “Волоконно-оптические датчики” - Л., Энергоиздат, 1991г.

Размещено на Allbest.ru

...