Разработка часов на газоразрядных индикаторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общий раздел

1.1 Анализ технического задания

1.2 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства

1.3 Описание схемы электрической принципиальной

1.4 Выбор элементной базы

2. Расчетный раздел

2.1 Расчет цепи формирования импульса сброса

2.2 Расчет электронного усилителя сигнала индикатора ИН-8

3. Конструкторско-технологический раздел

3.1 Технология изготовления печатной платы

3.2 Описание конструкция изделия

3.3 Выбор и обоснование измерительной аппаратуры

3.4 Порядок настройки и регулировки изделия

4. Охрана труда

4.1 Основные положения

4.1.1 Специальные требования

4.2 Техника безопасности при работе с устройством

4.3 Техника безопасности на рабочем месте

Заключение

Литература



Введение

Темой данного дипломного проекта является проектирование «часов на газоразрядных индикаторах ИН-8».

Тлемющий разрямд -- один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.

В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.

Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.

Присоединим электроды к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт и будем постепенно откачивать из трубки воздух. При атмосферном давлении газ внутри трубки остаётся тёмным, так как приложенное напряжение в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток. Однако когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе -- малинового цвета, в других газах -- других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит электричество.

При дальнейшей откачке светящийся шнур размывается и расширяется, и свечение заполняет почти всю трубку. При давлении газа в несколько десятых миллиметра ртутного столба разряд заполняет почти весь объем трубки. Различают следующие две главные части разряда: 1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название тёмного катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба. При подходящем давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделённые тёмными промежутками, так называемые страты.

Описанная форма разряда называется тлеющим разрядом. Почти весь свет исходит от его положительного столба. При этом цвет свечения зависит от рода газа. При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе всё время поддерживается сильная ионизация. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются электронная эмиссия с катода под действием высоких температур или сильного электрического поля, последующая ионизация молекул газа электронным ударом свободными электронами, вырванными с катода и летящих по направлению к аноду, а также вторичная электронная эмиссия электронов с катода, вызванная бомбардировкой катода положительно заряженными ионами газа.

Индикатор тлеющего разряда получил распространение в вычислительной технике, измерительных устройствах, а в последнее время и в быту, словом, там, где применяется так называемая цифровая индикация. Он представляет собой многоэлектродный прибор тлеющего разряда. У такого индикатора не один, а десять катодов, каждому из которых придана форма какой-либо цифры (от 0 до 9). Поскольку в режиме тлеющего разряда газ около катода светится, то при подаче напряжения к аноду и к одному из катодов в приборе возникает соответствующая светящаяся цифра. Чтобы цифры были хорошо видны, анод делают сетчатым, а верхнюю часть лампы плоской. Конструкция прибора предусматривает снижение экранирующих воздействий катодов друг на друга до необходимых пределов.



1. Общий раздел

1.1 Анализ технического задания

Техническим заданием является разработка часов. Часы должен обладать следующими параметрами:

напряжение питания, В +9, +5;

потребляемый ток, А 1;

потребляемая мощность, Вт 15.

Требования к транспортированию и хранению.

В упакованном виде изделие может транспортироваться речным, воздушным, автомобильном железнодорожном видами транспорта.

Транспортирование должно производится в соответствии с требованиями, изложенными в следующих документах: «Правила перевозки грузов», утвержденными Министерством речного флота; «Руководство по грузовым перевозкам на внутренних воздушных линиях», утвержденными Министерством гражданской авиации; «Общие правила перевозки грузов автотранспортом», утвержденными Министерством автомобильного транспорта; «Правила перевозки грузов», утвержденными министерством путей сообщения (МПС).

Транспортирование железнодорожным транспортом должно производиться в крытых вагонах или контейнерах, при этом крепление грузов должно производиться в соответствии с «Техническими условиями погрузки и крепления грузов», утвержденными МПС.

Изделия должны храниться на стеллажах в закрытых вентилируемых помещениях при температуре окружающей среды от +15 °С до +40 °С и относительной влажности до 80 % и отсутствии в окружающей среде агрессивных примесей.



1.2 Выбор и обоснование функциональной схемы устройства

Целью данного дипломного проекта было разработать такую функциональную схему часов, которую бы мог реализовать малоопытный радиолюбитель. Плюс к этому она должна быть не дорогой при изготовлении и доступной, благодаря использованию наиболее распространённых электрорадиоэлементов, а также радиоэлементов которые легко можно заменить на аналогичные. Ниже представлена функциональная схема часов с газоразрядными индикаторами.

GCT - Генератор тактовых импульсов;

СТ - Счетчик;

ТТ - Триггер типа Т;

DD2 - Преобразователь уровня;

DC - Дешифратор;

HG - Газоразрядный индикатор ИН-8;

DD1 - Логическое НЕ;

VT - Транзисторные ключи;

G1 - Генератор прямоугольных импульсов;

А1 - Преобразователь 9В в 200В;

Электрическая функциональная схема прибора состоит из следующих основных узлов: счетчика имаульсов, генератора счетных импульсов, генератора прямоугольных импульсов, транзисторных ключей, индикаторов, дешифратора, преобразователя напряжения, усилителя.



1.3 Описание схемы электрической принципиальной

Микросхема К176ИЕ12 предназначена для использования в электронных часах (рис. 2). В ее состав входят кварцевый генератор с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц и два делителя частоты: на 32768 и на 60. При подключении к микросхеме кварцевого резонатора по схеме рис. 2 она обеспечивает получение частот 32768, 1024, 128, 2, 1, 1/60 Гц. Импульсы с частотой 128 Гц формируются на выходах микросхемы Т1 - Т4, их скважность равна 4, сдвинуты они между собой на четверть периода. Эти импульсы предназначены для коммутации знакомест индикатора часов при динамической индикации. Импульсы с частотой 1/60 Гц подаются на счетчик минут, импульсы с частотой 1 Гц могут использоваться для подачи на счетчик секунд и для обеспечения мигания разделительной точки, для установки показаний часов могут использоваться импульсы с частотой 2 Гц. Частота 1024 Гц предназначена для звукового сигнала будильника и для опроса разрядов счетчиков при динамической индикации, выход частоты 32768 Гц - контрольный. Фазовые соотношения колебаний различных частот относительно момента снятия сигнала сброса продемонстрированы на рис. 3, временные масштабы различных диаграмм на этом рисунке различны. При использовании импульсов с выходов Т1 - Т4 для других целей следует обратить внимание на наличие коротких ложных импульсов на этих выходах.

Особенностью микросхемы является то, что первый спад на выходе минутных импульсов М появляется спустя 59 секунд после снятия сигнала установки 0 со входа R. Это заставляет при пуске часов отпускать кнопку, формирующую сигнал установки 0, спустя одну секунду после шестого сигнала поверки времени. Фронты и спады сигналов на выходе М синхронны со спадами импульсов отрицательной полярности на входе С.

Микросхема К176ИЕ13 предназначена для построения электронных часов с будильником. Она содержит счетчики минут и часов, регистр памяти будильника, цепи сравнения и выдачи звукового сигнала, цепи динамической выдачи кодов цифр для подачи на индикаторы. Обычно микросхема К176ИЕ13 используется совместно с К176ИЕ12. Стандартное соединение этих микросхем показано на рис. 4. Основными выходными сигналами схемы рис. 4 являются импульсы Т1 - Т4 и коды цифр на выходах 1, 2, 4, 8. В моменты времени, когда на выходе Т1 лог. 1, на выходах 1,2,4,8 присутствует код цифры единиц минут, когда лог. 1 на выходе Т2 - код цифры десятков минут и т. д. На выходе S - импульсы с частотой 1 Гц для зажигания разделительной точки. Импульсы на выходе С служат для стробирования записи кодов цифр в регистр памяти микросхемы К176ИД1, обычно используемую совместно с К176ИЕ12 и К176ИЕ13, импульс на выходе К может использоваться для гашения индикаторов во время коррекции показаний часов. Гашение индикаторов необходимо, поскольку в момент коррекции происходит остановка динамической индикации и при отсутствии гашения светится лишь один разряд с увеличенной в четыре раза яркостью.

На выходе HS - выходной сигнал будильника. Использование выходов S, К, HS не обязательно. Подача лог. 0 на вход ОЕ микросхемы переводит ее выходы 1, 2, 4, 8 и С в высокоимпедансное состояние.

При подаче питания на микросхемы в счетчик часов и минут и в регистр памяти будильника автоматически записываются нули. Для введения в счетчик минут начального показания следует нажать кнопку К3, показания счетчика

Начнут меняться с частотой 2 Гц от 00 до 59 и далее снова 00, в момент перехода от 59 к 00 показания счетчика часов увеличатся на единицу. Показания счетчика часов будут также изменяться с частотой 2 Гц от 00 до 23 и снова 00, если нажать кнопку К4. Если нажать кнопку К5, на индикаторах появится время включения сигнала будильника. При одновременном нажатии кнопок К3 и К5 показание разрядов минут времени включения будильника будет изменяться от 00 до 59 и снова 00, однако переноса в разряды часов не происходит. Если нажать кнопки К4 и К5, будет изменяться показание разрядов часов времени включения будильника, при переходе из состояния 23 в 00 произойдет сброс показаний разрядов минут. Можно нажать сразу три кнопки, в этом случае будут изменяться показания как разрядов минут, так и часов.

Кнопка К1 служит для пуска часов и коррекции хода в процессе эксплуатации. Если нажать кнопку К1 и отпустить ее спустя одну секунду после шестого сигнала поверки времени, установится правильное показание и точная фаза работы счетчика минут. Теперь можно установить показания счетчика часов, нажав кнопку К4, при этом ход счетчика минут не будет нарушен. Если показания счетчика минут находятся в пределах 00...39, показания счетчика часов при нажатии и отпускании кнопки К1 не изменятся. Если же показания счетчика минут находятся в пределах 40...59, после отпускания кнопки К1 показания счетчика часов увеличиваются на единицу. Таким образом, для коррекции хода часов независимо от того, опаздывали часы или спешили, достаточно нажать кнопку К1 и отпустить ее спустя секунду после шестого сигнала поверки времени.

Если показания часов и время включения сигнала будильника не совпадают, на выходе HS микросхемы К176ИЕ13 лог. 0. При совпадении показаний на выходе HS появляются импульсы положительной полярности с частотой 128 Гц и длительностью 488 мкс (скважность 16). При подаче их через эмиттерный повторитель на любой излучатель сигнал напоминает звук обычного механического будильника. Сигнал прекращается, когда показания часов и будильника перестают совпадать.

Схема согласования выходов микросхем К176ИЕ12 и К176ИЕ13 с индикаторами зависит приведена на рис. 5 подключение индикаторов с общим анодом. Анодные (VT1, VT2, VT3, VT4, VT5, VT6,VT7, VT10) ключи выполнены по схемам эмиттерных повторителей. Импульсные токи транзисторов анодных ключей могут достигать 252 мА, поэтому в качестве анодных ключей можно использовать транзисторы, допускающие указанный ток, с коэффициентом передачи тока базы h21э не менее 120 (серий КТ605АМ).



Если транзисторы с таким коэффициентом подобрать нельзя, можно использовать составные транзисторы (КТ315 + КТ503 или КТ315 + КТ502).

В качестве индикаторов могут использоваться любые одноместные вакуумные люминесцентные индикаторы, а также плоские четырехместные индикаторы с разделительными точками ИН-8-1 и ИН-8, специально предназначенные для часов. В качестве DD5 схемы рис. 6 можно использовать любые инвертирующие логические элементы с объединенными входами.

На рис. 6 приведена схема согласования с газоразрядными индикаторами. Анодные ключи выполнены на транзисторах серий КТ605.

Одноименные катоды индикаторов следует объединить и подключить к выходам дешифратора DD7. Для упрощения схемы можно исключить инвертор DD5, обеспечивающий гашение индикаторов на время нажатия кнопки коррекции.



Преобразователь напряжения собран на микросхемах К561ЛП2 (исключающее ИЛИ), К561ТМ2 (триггер типа D) и К561ЛН2 (инвертор).

С вывода 14 DD1 сигнал с частотой 32768 Гц подается на DD8 (исключающее ИЛИ). Если на вход DD8.1 подана лог. 1, то на выходе DD8.4 будет лог. 0 и триггер DD9 не изменит своего состояния. Если на вход DD8.1 подана лог. 0, то на выходе DD8.4 будет лог. 1 и триггер DD9 переключится. Сигнал с триггера подается на инверторы DD10, которые отпирают или запирают полевые транзисторы VT8, VT9. Эти транзисторы попеременно по переменно подключают то обмотку W1 трансформатора TR1, то обмотку W2 к +9 В, подключенных через диод VD7 на общую точку обмоток W1 и W2. Трансформатор TR1 преобразует 9 В в 200 В.

1.4 Выбор элементной базы

Таблица 1 - Элементная база часов на индикаторах ИН-8

Тип элемента	Количество	Диапазон температур, °С	Влажность	Вибрации в диапазоне часто, Гц с ускорением	Ударные перегрузки, q	Линейные ускорения, q
Конденсаторы К50-24-50В	3	-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5	10
Конденсаторы К53-1-16В	1	-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5	10
Конденсаторы К10-17-630В	1	-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5	10
Резисторы МЛТ	18	-60…+125	98% при 30°С	1…5000 до 40g	20	25
Диоды КД522Б	3	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Диоды КД102А	4	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Диоды КД212	1	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Диодный мост KBU 810	1	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Транзисторы КТ605АМ	9	-20…70	80% при 30°С	1…5000 до 40g	60	25
Транзисторы IRF 630	2	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Микросхема К176ИЕ12	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К176ИЕ13	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К155ИД1	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ПУ4	2	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ТМ3	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ЛН2	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ЛЕ10	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ЛП2	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Микросхема К561ТМ2	1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g	75	25
Тип элемента	Количество	Диапазон температур, °С	Влажность	Вибрации в диапазоне часто, Гц с ускорением	Ударные перегрузки, q	Линейные ускорения, q
Индикаторы ИН-8	4	-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5	10
Разъемы	9	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25
Кнопки	4	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75	25

Из анализа элементной базы часов на индикаторах ИН-8, можно сделать вывод, что все элементы соответствуют параметрам, приведенным в техническом задании.



2. Расчетный раздел

2.1 Расчет цепи формирования импульса сброса

Формирователи импульсов запуска

Для установки цифровых устройств в исходное состояние при включении питания можно применить простейшую RC цепь по схеме на формирующую импульс сброса положительной полярности

,

= 0,1 (с)

Рисунок 8 - Временная диаграмма импульса сброса



2.2 Расчет электронного усилителя сигнала индикатора ИН-8

Исходные данные Uпит, В 200;

Напряжения входа Uвх, В 9;

Транзистор КТ605АМ с параметрами:

Iк max = 0,1 A

Uкэ = 250 В

h21э = 10…40

Рисунок 9 - Электронный усилитель сигнала индикатора ИН-8

Ток анода для засвечивания цифр индикатора 1мА, напряжение питания 200В. Рассчитаем сопротивление коллектора Rк.

Выбираем резистор МЛТ-0,125 220 кОм

Рассчитаем ток базы транзистора:

(3)



Рассчитаем сопротивление базы:

Выбираем резистор МЛТ-0,125 100 кОм.

Выбираем выпрямительный диод КД102А с параметрами:

I пр max = 0,1 А;

I пр и max = 2 А;

U обр max = 250 В;

U пр max = 1 В;

I пр = 0,05 А.

2.3 Расчёт надёжности функционального узла

Исходные данные для расчета надежности изделия.

Надёжностью называется свойство изделия, выполнять заданные функции в течении требуемого промежутка времени, при определённых условиях эксплуатации. электронный усилитель печатный плата

Показатели надежности.

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в заданном интервале времени или объёме работ изделия отказа не произойдёт.

Её практически определяют по результатам испытаний.



P(t)=N(t)/N0

N0 - число изделий работавших в начале интервала времени t.

N(t) - число изделий работавших в конце интервала времени t.

Интенсивность отказов.

Это вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени, условии, что до этого момента отказа не было.

л=Дn/( N(t)*Дt)

Дn - число изделий отказавших за время Дt.

N(t) - число изделий исправно работавших в конце интервала времени Дt.

Дt - интервал времени, на котором определяется л.

Средняя наработка до первого отказа.

Среднее значение наработки неремонтируемого изделия до первого отказа:

Тср=1/л

л=1/Тср

На этапе конструирования вероятность безотказной работы определяют по формуле распределения Пуассона:

P(t)=e-лt

e - основание натурального логарифма.



Таблица 2 - таблица для расчета надежности

Элементы	Режим работы	Интенсивность отказов л*10-6 час-1	Среднее время работы Тср час	Кол-во
	t°С	Коэф. нагрузки
Резисторы
МЛТ-0,125	60	1	0,1	10*106	18
Конденсаторы
Полярные	60	1	5,5	0.18*106	1
Неполярные	60	1	1,8	0.6*106	2
ИМС
К176ИЕ12	65	1	0,8	1.25*106	1
К176ИЕ13	65	1	0,8	1.25*106	1
К155ИД1	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ПУ4	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ТМ3	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ЛН2	65	1	0,6	1.67*106	2
К561ЛЕ10	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ЛП2	65	1	0,6	1.67*106	1
К561ТМ2	65	1	0,8	1.25*106	1
Индикаторы
ИН-8	65	1	2,0	2*106	4
Провода	70	1	0,01	100*106	82
Диоды
КД522Б	65	1	0,5	2*106	3
КД102А	65	1	0,5	2*106	4
КД212	65	1	0,5	2*106	1
KBU 810	65	1	0,5	2*106	1
Переключатели кнопочные	65	1	1,0	1*106	5
Транзисторы	65	1	2,5	0.4*106	8
Полевые транзисторы IRF 630	65	1	4,0	0.25*106	2
Зажимы для проводов	65	1	0,005	200*106	9
Трансформатор	80	1	3,0	0,33*106	1
Пайки	65	1	0,15	6.67*106	338
Проводники	65	1	0,075	13,3*106	169



Рассчитаем общую интенсивность отказов печатного узла

Л=?лi

Л=(0,1*18 + 5,5*1 + 1,8*2 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,6*2 + 0,8*1 + 0,6*1 + 0,8*1 + 2*4 + 0,01*82 + 0,5*3 + 0,5*4 + 0,5*1 + 0,5*1 + 1*5 + +2,5*8 + 4*2 + 0,005*9 + 3*1 + 0,15*338 + 0,075*169)*10-6 =131,04*10-6 (1/час)

Рассчитаем среднее время наработки до первого отказа печатного узла

Тср=1/Л

Тср=1/(131,04*10-6)= 7631 (час)

Определим вероятность безотказной работы печатного узла за время непрерывной работы в течении 700 часов:

P(t)=e-Лt

P(400)= e(-131,04*700)/1000000=0,91

Такая вероятность безотказной работы приемлема для современного производства.

2.4 Расчёт элементов рисунка печатной платы

Диаметр монтажного отверстия для односторонней печатной платы рассчитываем по формуле:

d= dвmax + T1/2 + (х1 + х2) v2

Диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы

D = d1 + (T1 + T2) /2 + 2b2 + (х2 + х3 + х4) v2

где dвmax - диаметр или диагональ вывода;

х1 - погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для аксиальных выводов х1 = ± 0,025;

х2 - погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для монтажных отверстий х2 = ± 0,05;

х3 - погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для проводников х3 = ± 0,05;

х4 - смещение рисунка ПП относительно отверстий, х4 = 0,2;

х5 - смещение двух рисунков относительно друг друга, х5=0,1;

Sп - толщина защитного покрытия в монтажном отверстии, Sп=0,025;

b2 - занижение контактных площадок не металлизированных отверстий b2?0.2;

b3 - занижение контактных площадок для двухсторонней ПП, b3=0,2;

T1 - допуск на диаметр просверленного монтажного отверстия, T1= ±0,05;

T2 - допуск на размеры элементов рисунка ПП, T2= ±0,05;

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы: МЛТ-0,125; диодов КД522Б, КД102А, КД212; конденсаторов; транзисторов КТ605АМ и IRF630; трансформатора dв max=0.6мм:

d1=0,6+0,05/2+(0,025+0,05) v2=0,7 (мм)

D1=0,7+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) v2=1,6 (мм)

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: зажимов для проводов; проводов dв max=0,8мм:



d2=0,8+0,05/2+(0,025+0,05) v2=1 (мм)

D2=1+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) v2=1,9 (мм)

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: ИМС К176ИЕ12, К176ИЕ13, К155ИД1, К561ПУ4, К561ТМ3, К561ЛН2, К561ЛЕ10, К561ЛП2, К561ТМ2 dв max=0,5мм:

d3=0,5+0,05/2+(0,025+0,05) v2=0,7 (мм)

D3=0,7+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) v2=1,6 (мм)

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: индикаторов ИН8 и диодного моста KBU810 dв max=1 мм:

d4=1+0,05/2+(0,025+0,05) v2=1,2 (мм)

D4=1,2+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) v2=2,1 (мм)

- класс точности печатной платы - 3;

- тип печатной платы - односторонняя без металлизации отверстий;

Таблица 3 - Основные параметры ПП в зависимости от класса точности

Параметры элементов печатного монтажа	Размеры элементов проводящего рисунка для классов плотности
	1	2	3
Ширина проводников,t	0.75	0.45	0.25
Расстояние между проводниками l	0.75	0.45	0.25
Контактный поясок,b	0.3	0.2	0.3

Результаты расчетов сводим в таблице 4.

Количество однотипных диаметров отверстий подсчитываем по чертежу «Плата печатная».

Таблица 4 - Параметры отверстий

Условное обозначение отверстий	Диаметр отверстия, мм	Наличие металлизации отверстий	Количество отверстий	Минимальный диаметр контактной площадки, мм
	0,7	Нет	225	1,6
	1	Нет	40	1,9
	1,2	Нет	73	2,1

Определяем номинальное значение ширины проводника

t=2 tмд +tно ,

где: tмд - минимально допустимая ширина проводника, tмд = 0,25мм;

tно - нижнее предельное отклонение ширины проводника

tно =0,05мм,

t = 2*0,25+0,05=0,55(мм)

Ширина проводника составила: t.=0,55мм,

Определяем номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка

S = 2Sмд+ tво ,



где Sмд - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка, Sмд = 0,25мм;

tво - верхнее предельное отклонение ширины проводника,

S = 2*0,25+0,05=0,55(мм)

Таким образом мы рассчитали все элементы рисунка печатной платы.



3. Конструкторско-технологический раздел

3.1 Технология изготовления печатной платы

Часы выполнен на четырёх печатных платах.

Печатные платы для устройства имеют не большую толщину печатных проводников, небольшие расстояния между соседними контактными площадками. Каждая плата выполнении на одностороннем стеклотекстолите. Ниже приведена методика изготовления печатной платы.

Сверление.

При сверлении отверстий необходимо использовать сверла с диаметром от 0,7 до 1,2 мм и вертикальный станок - движение сверху вниз самое оптимальное с точки зрения нагрузки на инструмент.

Формирование фотошаблона.

Необходимый фотошаблон формируется с помощью компьютерных программ семейства PCAD или пригодных для этой цели графических пакетов.

Фотошаблон должен быть распечатан таким образом, чтобы при экспонировании сторона, на которую наносятся чернила, была повернута к поверхности ПП, для обеспечения минимального зазора между изображением и ПП.

Материалом фотошаблона является калька плотностью 120 грамм на кв. метр. Калька обладает хорошей проницаемостью для ультрафиолетового излучения и по способности удерживать чернила близка к чертежной пленке, а по свойствам не искажаться при нагреве.

Устройство вывода - лазерный принтер легко обеспечивает наилучшее разрешение, доступен и быстр. Используемый принтер должен иметь разрешение не менее 600dpi для всех ПП. Принтер производит хорошие черные отпечатки без вкраплений тонера.

Экспонирование.

Плату, покрытую фоторезистом, необходимо подвергнуть облучению ультрафиолетовым излучением через фотошаблон, используя УФ-установку.

Для проведения экспонирования ПП необходимо повернуть фотошаблон печатной стороной вверх на стекле установки, удалить защитную пленку и положить ПП чувствительной стороной вниз поверх фотошаблона. ПП должна быть прижата к стеклу, чтобы получить минимальный зазор для лучшего разрешения.

После облучения ПП видно изображение топологии на пленке фоторезиста.

Проявление.

В качестве проявителя используется раствор, произведенный на основе эфира кремневой кислоты, который продается в виде жидкого концентрата. Его химический состав - Na2SiO3*5H2O4. В нем очень трудно передержать ПП и он почти не изменяет своих свойств при перепадах температур. Этот раствор также имеет очень большой срок хранения, и его концентрация сохраняется постоянной не менее двух лет. Отсутствие проблемы передержки в растворе позволит увеличить его концентрацию для уменьшения времени проявления ПП.

Можно контролировать процесс проявки погружением ПП в хлорид железа на очень короткое время - медь тотчас же потускнеет, при этом можно различить форму линий изображения. Если остаются блестящие участки или промежутки между линиями расплывчаты, плату необходимо промыть и подержать в проявочном растворе еще несколько секунд. На поверхности недодержанной ПП может остаться тонкий слой резиста, не удаленный растворителем. Чтобы удалить остатки пленки нужно мягко протереть ПП бумажным полотенцем, шероховатость которого достаточна, чтобы удалить фоторезист без повреждения проводников.

Можно использовать либо фотолитографическую проявочную ванну, либо вертикальный бак для проявки - ванна удобна тем, что она позволяет контролировать процесс проявки, не вынимая ПП из раствора. Не понадобятся нагреваемые ванны или баки, если температура раствора будет поддерживаться не меньше 15 градусов.

Травление.

В качестве травителя используется хлорид железа. Это очень вредное вещество, но его легко получать и оно намного дешевле, чем большинство аналогов. Хлорид железа травит любой металл, включая нержавеющие стали. Испарение раствора обычно происходит не очень интенсивно, но когда ванны или бак не используются, их лучше накрывать.

Чтобы увеличить скорость процесса можно использовать нагреваемые емкости для травления. Со свежим горячим FeCl ПП будут полностью вытравливаться за 5 минут при температуре раствора 30-50 градусов. При этом получается лучшее качество края и более равномерная ширина линий изображения. Вместо использования ванн с подогревом можно поместить травильный поддон в емкость большего размера, наполненную горячей водой.

Лужение.

Нанесения олова на поверхность ПП проводится для облегчения пайки. Операция металлизации состоит в осаждении тонкого слоя олова (не более 2 мкм) на поверхности меди.

Подготовка поверхности ПП является очень важной стадией перед началом металлизации. Прежде всего необходимо снять остатки фоторезиста, для чего можно использовать специальные очищающие растворы. Наиболее распространённый раствор для снятия резиста - трёхпроцентный раствор KOH или NaOH, нагретый до 40 - 50 градусов. Плату погружают в этот раствор, и фоторезист через некоторое время отслаивается от медной поверхности. Процедив, раствор можно использовать повторно.

Нельзя касаться поверхности платы пальцами после очистки. В процессе пайки олово может смачиваться расплавом припоя. Паять лучше мягкими припоями с бескислотными флюсами. Следует обратить внимание, что если между технологическими операциями существует некоторый промежуток времени, то плату необходимо декапировать, чтобы удалить образовавшийся окисел меди: 2-3с в 5% растворе соляной кислоты с последующей промывкой в проточной воде. Достаточно просто осуществлять химическое лужение, для этого плату опускают в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделение олова на поверхности медного покрытия происходит при погружении в такое раствор соли олова, в которой потенциал меди более электроотрицателен, чем материал покрытия.

3.2 Описание конструкция изделия

Конструкция часов с газоразрядными индикаторами ИН-8 представляет собой короб, склеенный из оргстекла (Рисунок 10). Платы устанавливаются в корпус горизонтально. Индикаторы выступают над верхней крышкой. На задней стенке прибора находится разъем, к которому с внешней стороны подключается питание 9В и на верхней крышке находятся кнопки управления.

3.3 Выбор и обоснование измерительной аппаратуры

Осциллограф типа С1-78, или подобный.

Параметры.

Количество лучей(каналов) ЭЛТ: Однолучевой

Диапазон измеряемых напряжений: 15 мВ - 300 В

Диапазон измеряемых интервалов времени: 0,04 мкс - 5 сек

Полоса пропускания: 0 - 35 Мгц

Погрешность измерения амплитуды сигнала: Не более 5 %

Погрешность измерения интервалов времени: Не более 5 %

Чувствительность канала: 5 мВ/дел-5 В/дел

Универсальный вольтметр типа В7-27.

Основные технические характеристики прибора В7-27А:

Напряжение постоянного тока: 100 мкВ-1000 В.

Напряжение переменного тока: 300 мкВ-300 В в диапазоне часто 20 Гц-100 кГц.

Сопротивление постоянному току: 0,001 Ом-10 МОм.

3.4 Порядок настройки и регулировки изделия

Наладку часов следует начинать с проверки на обрыв всех без исключения соединительных проводников печатной платы, затем проверить на отсутствие замыкания соседних на печатной плате соединительных проводников. Сразу же после подачи питания на часы проконтролируйте ток потребления по напряжению +9В, +5В и +200В. Он не должен превышать 250 мА. Затем измерьте частоту сигналов на выводе 14 микросхемы К176ИЕ12 она должна быть равна 32768 Гц, на выводах 1, 2, 3 и 15 равна 128 Гц, на выводе 6 - 2 Гц, на выводе 4 - 1 Гц, на выводе 11 - 1024 Гц. При безошибочном монтаже, исправных деталях и отсутствии ошибок в программе окончательное налаживание прибора заключается в точной настройке времени.



4. Охрана труда

4.1 Основные положения

К самостоятельному выполнению радиомонтажных работ допускаются лица не моложе 18 лет, имеющие теоретическую и практическую подготовку, прошедшие инструктаж по технике безопасности на рабочем месте и усвоившие методы и приемы работы.

К сборочно-монтажным работам допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование и не имеющие противопоказаний.

Выполняется только та работа, которая поручена мастером участка или непосредственным руководителем.

К работе приступают при наличии на рабочем месте предварительно изученной технологической документации, необходимой для выполнения поставленной работы.

Работа производится только на исправном оборудовании, используя исправное инструментами только по их назначению.

При работе нельзя касаться находящихся в движении частей механизмов, неисправных и неизолированных электропроводов и токоведущих частей оборудования.

Находящиеся под напряжением токоведущие части электрооборудования должны быть заземлены.

При обнаружении неисправности блока питания паяльника, микроскопа, электропроводки работа должна быть прекращена и сообщено мастеру, до устранения неисправности к работе не приступают.

Необходимо соблюдать правила личной гигиены: принимать пищу в помещениях, предназначенных для этого (столовая, буфет), хранить спецодежду и личную одежду в установочных местах (индивидуальных шкафах), так как при выполнении работ используются припои оловянисто - свинцовые, при работе с которыми выделяются вредные пары неорганических соединений свинца, которые, попадая в организм, могут вызвать нарушение функций почек.

Без производственной необходимости не следует находится в других цехах и участках.

Необходимо соблюдать правила передвижения в цехах и на территории предприятия, не перелазать и не переходить через конвейеры, ограждения, тару, отходы производства. При движении транспорта и перемещении грузов отходить в сторону и с пути их движения; не проходить и не стоять под поднятым грузом или стрелой грузоподъемного устройства.

Заметив нарушение инструкции кем - либо, не оставайтесь к этому безучастным, а предупредите о необходимости правил техники безопасности.

Не следует находиться в рабочей одежде в помещении по приему пищи, столовой, буфете, за приделами участка.

Рабочая одежда меняется и сдается в стирку не реже одного раза в неделю.

В случае заболевании или получения даже незначительной травмы, прекратить работу, лично или через товарища сообщите об этом мастеру и обратитесь к здравпункт. Оказать первую медицинскую помощь пострадавшему.

4.1.1 Специальные требования

Перед началом работы.

Надеть хлопчатобумажный халат ГОСТ 12.4.131 - 83, ГОСТ 12.4.132 - 83, шапочку, так, чтобы спецодежда не стесняла движения и не имела развивающихся и свивающихся концов, и тапочки.

Внимательно осмотреть рабочее место и привести его в порядок:

вытрите влажной тряпкой с мыльным раствором;

уберите все лишние и мешающие работе предметы;

проверьте целостность изолированных ручек на инструменте, отвертках, иглодержателях;

инструмент, приспособления, нагревательные столики расположить в порядке, обеспечивающем безопасность работы и удобства использования им;

установить сиденье в положение, удобное для работы, чтобы при выполнении рабочих операций не приходилось делать лишний движений руками и корпусом тела.

Проверить визуально заземление микроскопа, блока питания, паяльника, одеть заземляющий браслет и положить заземляющую пластину.

Включите местную вытяжную вентиляцию и убедитесь в ее действии. Скорость воздуха на рабочем месте пайки должна быть не менее 0,6 м/с.

Во время работы.

Поддерживать на рабочем месте чистоту и порядок.

Паяльные работы в блоках, стойках, шкафах и других изделиях производить, убедившись в полном снятии с них напряжения.

При отсутствии приспособления для механической подачи припоя пользоваться пинцетом.

Во избежание ожогов при паяльных работах, флюс наносится слоем, лишний припой с жала паяльника не стряхивается, а удаляется специально предназначенными для этого салфетками.

Припаиваемый провод придерживается пинцетом.

Во избежание отравления токсичными газами и парами, выделяющимися при зачистке концов проводов методом обжига, а также при пайке, маркировке и склеивании, работу производится только при включенной местной вентиляции.

Паяльник в перерывах между пайкой держится на металлической подставке или специально оборудованном для него месте, в зоне действия вытяжной вентиляции.

При работе с режущими инструментами (ножницами, монтажным ножом, скальпелем) следить за положением острых частей, чтобы в случае срыва инструмента не нанести телесных повреждений.

При пользовании боковыми кусачками, провода откусываются от себя во избежание травмы.

При выполнении работ пользуются только тем инструментом, который предусмотрен тех процессом для выполнения данной операции.

При затруднительном снятии трубок, деталей, протаскивания проводов и т.д. пользуются инструментом с приложением усилия от себя во избежание ранение частей тела применяемым инструментом.

При работе на конвейере необходимо:

внимательно следить за сигнализацией, предупреждающей о его включении;

при получении сигнала прекратить работу, убрать инструмент и руки из движущейся зоне конвейера;

выключить конвейер в случае возникновения опасности, грозящей окружающим;

не принимать и не передавать что - либо через работающий конвейер.

Растворители (спирт, ацетон, бензин), применяемые для обезжиривания и промывки мест пайки, а также клей.

Краски для маркировки хранить в небьющейся таре с наличием этикеток с указанием содержимого в стороне от паяльника. Соблюдать нормы сменного запаса ЛВЖ.

Не отвлекаться самому и не отвлекать других от работы посторонними разговорами и делами.

По окончании работ.

Отключить паяльник, обжигающие устройство и нагревательный столик от электросети.

Протереть инструменты и приспособления и убирать в специально отведенные места (паяльник должен быть холодным).

Очистить рабочее место от припоя, канифоли, протереть мыльным раствором поверхность стола.

Салфетки и остатки проводов уберите в специально предназначенное для них емкости.

Остатки растворителей, клея и маркировочную краску сдать в условное место.

Снять спецодежду, сполоснуть руки в однопроцентном растворе уксусной кислоты, затем вымыть их горячей водой с мылом, прополоснуть рот, почистить зубы, принять душ.

4.2 Техника безопасности при работе с устройством

Техника безопасности при наладке и ремонте

К обслуживанию допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр при приеме на работу. Повторные медицинские осмотры персонала проводятся не реже одного раза в два года.

Со вновь принимаемыми на работу лицами проводят вводный инструктаж.

Обслуживающий электротехнический персонал должен изучить действующие Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ), а также знать приемы освобождения пострадавшего от действия электрического тока и оказания доврачебной помощи.

Ремонтные и наладочные работы на действующих электроустановках допускаются при полном снятии напряжения, при частичном снятии напряжения или без снятия напряжения в зависимости от производственных условий и характера работы.

Все подключения и отключения приборов, требующих разрыва электрических цепей, находящихся под напряжением, должны производиться при полном снятии напряжения. Если присоединение и отсоединение не требует разрыва электрических цепей, то разрешается указанные операции производить без снятия напряжения, применяя при этом провод с повышенной изоляцией (ПВЛ) и специальными наконечниками с изолирующими ручками. Изолирующие ручки должны быть рассчитаны на рабочее напряжение. Измерения следует производить в диэлектрических перчатках, очках и галошах.

Электроинструмент при эксплуатации должен быстро включаться и отключаться.

За невыполнение настоящей инструкции виновные привлекаются к дисциплинарной ответственности согласно правилам внутреннего трудового распорядка, а так же к уголовной ответственности согласно действующему законодательству.

4.3 Техника безопасности на рабочем месте

Рабочее место монтажника должно быть обеспечено: подставкой для паяльника, тарой для хранения припоя, флюса и инструмента, жесткой вытяжкой вентиляцией, паяльник и обжигающие устройства должны иметь напряжение не выше 36 В.

Пред началом работы:

- Привести в порядок свою одежду. Обшлага рукавов застегнуть у кистей рук. Заправить одежду так, чтобы не было развивающихся концов убрать волосы под облегающий головной убор.

- Проверить внешним осмотром исправность оборудования, не допускать соприкосновение проводов с металлическими предметами, горячими и влажными поверхностями.

- Убрать все лишние и мешающие работе предметы. Требующиеся инструменты, приспособления расположить в удобном и безопасном порядке.

- Убедиться в исправности монтажного инструмента. Стержень паяльника не должен качаться, ручка его не должна иметь трещин, шнур не должен иметь нарушенной изоляции.

- Включить жесткую вытяжную вентиляцию и убедиться в ее действии.

Во время работы.

- Поддерживать на рабочем месте чистоту и порядок. Следить за тем, чтобы руки, одежда и обувь были всегда чистыми и сухими.

- Не отвлекаться самому и не отвлекать других от работы посторонними разговорами и делами. Регулярно проветривать рабочее помещение. Выполнять правила личной гигиены и делать производственную гимнастику по распорядку работы.

- В помещении, где проводится пайка, запрещается приём и хранение пищи, питьевой воды.

- Мыть руки перед принятием пищи и курением во избежание попадания свинцовых соединений в организм.

Техника безопасности при наладке и ремонте:

- К обслуживанию допускаются лица, прошедшие медицинский осмотр при приеме на работу. Повторные медицинские осмотры персонала проводятся не реже одного раза в два года.

- Со вновь принимаемыми на работу лицами проводят вводный инструктаж.

- Обслуживающий электротехнический персонал должен изучить действующие Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ и ПТБ), а также знать приемы освобождения пострадавшего от действия электрического тока и оказания доврачебной помощи.

- Ремонтные и наладочные работы на действующих электроустановках допускаются при полном снятии напряжения, при частичном снятии напряжения или без снятия напряжения в зависимости от производственных условий и характера работы.

- Все подключения и отключения приборов, требующих разрыва электрических цепей, находящихся под напряжением, должны производиться при полном снятии напряжения. Если присоединение и отсоединение не требует разрыва электрических цепей, то разрешается указанные операции производить без снятия напряжения, применяя при этом провод с повышенной изоляцией (ПВЛ) и специальными наконечниками с изолирующими ручками. Изолирующие ручки должны быть рассчитаны на рабочее напряжение. Измерения следует производить в диэлектрических перчатках, очках и галошах.

- Электроинструмент при эксплуатации должен быстро включаться и отключаться.

За невыполнение настоящей инструкции виновные привлекаются к дисциплинарной ответственности согласно правилам внутреннего трудового распорядка, а так же к уголовной ответственности согласно действующему законодательству.



Заключение

В данном дипломном проекте был разработаны часы на газоразрядных индикаторах. Была рассмотрена современная элементная база, проанализировано техническое задание и разработана функциональная схема устройства. В работе был рассмотрен принцип действия, как всего устройства, так и его отдельных функциональных блоков. В результате работы была разработана схема электрическая принципиальная часов.

В результате работы было спроектированы простые в выполнении, часы. Были соблюдены все пункты технического задания.



Литература

1. Аимов Н.Н., Ващуков Е.П. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммуникационные устройства РЭА: Справ. Мн: Беларусь 2000. - 591с., ил.

2. ГОСТ 2.104 - 68 ЕСКД. Основные надписи.

3. ГОСТ 2.105 - 95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

4. ГОСТ 2.109 - 68 ЕСКД. Основные требования к чертежам.

5. ГОСТ 2.701 - 84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы, общие требования к их выполнению.

6. ГОСТ 2.702 - 75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

7. ГОСТ 2.709 - 72 ЕСКД. Системы обозначения цепей в электрических схемах.

8. Грумбина А.Б. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств М.: Энергоатомиздат 2005

9. Ермолаев Р.С. Цифровые измерительные приборы. Л., Энергия, 2001г.

10. Контрольно-измерительная техника. Под ред. Б.И. Горбунова. - М.: Высшая школа, 2003г.

11. Перебаскин А.В. Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Том1. - М.: Физматлит, 2001. 240 с., ил.

12. Попов В.С. Электрические измерения. Учебник для техникумов. - М.: Энергия, 2000 г.

13. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов электросвязи и в радиоэлектронике. - Москва: Радио и связь, 2002. - 247 с.

14. Справочная книга радиолюбителя конструктора под редакцией Н.И. Чистякова. Радио и связь 2000г.

15. Ткачук К. Н. , Сабарно Р. В. , Степанов А. Г. , Шкляренко Е. Г. Охрана труда и окружающей среды в радиоэлектронной промышленности: Учеб. Пособие - Высшая школа, 2000 - 240 с , ил

16. Усатенко С.Т., Караченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем ЕСКД. - Москва: Издательство стандартов, 2004. - 324 с.

17. Хоровиц П., У. Хилл Искусство схемотехники Издание 3-е, стереотипное Перевод с английского под редакцией М. В. Гальперина М.: МИР 2001

Размещено на Allbest.ru

...