Призначення й область застосування виробу. Конструкторська частина

Конструкторська частина

 

Призначення й область застосування виробу

Генератор низької частоти являє собою уніфікований вузол, який можна легко перебудувати під виконання конкретних завдань. Наприклад: за допомогою генератора низької частоти можна керувати ялинкової гірляндою, сигналізатором включення покажчиків поворотів, а також оповіщати про виникнення небезпечної ситуації, сигналізувати про включений стан потужних електронагрівальних приладів і безліч інших застосувань. Вже кілька десятиліть радіоаматори створюють сотні видів різних генераторів звукових і світлових імпульсів. В даний час можна придбати безліч приладів, в яких використовується генератори наприклад: мигалки, гудки тощо.

На жаль, їх робочі параметри зазвичай жорстко задані виробником, тому наприклад, не можна довільно змінити частоту спалахів миготливого світлодіода. В даний час у продажі відсутні «програмовані» миготливі світлодіоди і випромінювачі звуку, для реалізації їх функцій можна збирати нескладні модулі які дозволяють гнучко змінювати параметри їх роботи. Генератори звукових і світлових імпульсів можна збирати не тільки на транзисторах та інтегральних цифрових мікросхемах, наприклад, серій К561, К555, а й на інтегральних операційних підсилювачах і компараторах. Такі генератори зазвичай трохи більш складні, але дозволяють створювати більш «гнучкі» конструкції з розширеним діапазоном живлячих напруг. Нескладний генератор пачок звукових або світлових імпульсів може бути зібраний із застосуванням здвоєного інтегрального компаратора LM393 аналоги LM193, LM293.

 

1.2 Опис конструкції виробу

Генератори низької частоти застосовують для перевірки якості роботи підсилювачів низької частоти, електроакустичних установок, налаштування електромузичних інструментів.

Розглянемо один з таких генераторів. Функціонально генератор складається з трьох вузлів: керуючий генератор на DA1.1, керований генератор на DA1.2 і вузла блокування роботи генераторів, виконаного на транзисторі VT1.

Частота роботи генератора на DA1.2 вище частоти генератора на DA1.1. Форма коливань на виході кожного генератора прямокутна, слабо залежить від напруги живлення. Частота генератора на DA1.1, в основному, залежить від ємності конденсатора С2 і опору резистора R6, при вказаних на схемі номіналах цих елементів частота становить близько 0,8 Гц. Частота другого генератора, в основному, залежить від ємності конденсаторів С6 або С5 і опору резистора R12. При підключеному конденсаторі С5 частота на виході генератора DA1.2 становить близько 3 Гц, світлодіод HL1 видає пакети імпульсів - чотири-шість спалахів - пауза. При відключеному С5 частота цього генератора близько 900...1000 Гц і випромінювач звуку BF1 видає довгі телефонні гудки. Вихід кожного компаратора виконаний за схемою відкритого колектора. Резистори R7, R13- навантаження компараторів. Коли вихідний транзистор компаратора DA1.1 відкритий, напруга на виході DA1.1 (вивід 1) близька до нуля. Це призводить до значного зниження напруги на інвертованому вході компаратора DA1.2, робота генератора DA1.2 переривається. Вихідний транзистор цього компаратора буде закритий, світлодіод HL1 не світить.

Коли вихідний транзистор компаратора DA1.1 закритий, напруга на виводі 1 дорівнює напрузі живлення, керуючий генератор не робить впливу

на роботу керованого генератора. Щоб була можливість управляти роботою генератора, вмикати і вимикати його, встановлено вузол на транзисторі VT1. Коли керуючий вхід нікуди не підключений або напруга на ньому менше 1В,

транзистор VT1 закритий і не робить впливу на роботу генератора DA1.1.

Якщо на вхід управління надійде напруга високого рівня, наприклад, з виходу ТТЛШ або КМОП мікросхеми, транзистор VT1 відкриється, що призведе до зупинки роботи обох генераторів. Споживаний в такому стані пристроєм струм близько 1,2 мА при напрузі живлення 5 В. Діод VD2 – встановлюють у випадку підключення до виходу компаратора індуктивного навантаження. Діод VD3 захищає пристрій від зміни полюсів напруги, яка може відбутися, наприклад, при налагодженні. Конденсатори СЗ, С4 - блокувальні по ланцюгу живлення. Конденсатор С1 перешкоджає проникненню на вхід управління високочастотних перешкод. Резистором R14 можна встановити бажану яскравість спалахів світлодіода при заданій напрузі живлення. Резистор R15 знижує надлишкову гучність роботи випромінювача звуку і зменшує струм навантаження компаратора DA1.2. Вихідний транзистор кожного компаратора ІМС DA1 розрахований на струм навантаження до 20 мА. Його реальне значення для мікросхеми LM393 дещо менше. Тому, коли вам потрібен більший вихідний струм, генератор можна доповнити силовим ключем на транзисторі VT2. Для збільшення струму комутації транзистор VT2 може бути складеним. Опір резистора R16 вказано для напруги живлення вузла до 10 В.

У цьому випадку, при напрузі живлення 10 В струм колектора вихідного транзистора DA1.2 становить близько 9 мА при відключених HL1, BF1. Це дозволяє, при коефіцієнті передачі струму бази VT2 більше 100 при максимальному струмі колектора 1А, отримати струм у навантаженні не менше 0,9А, а також підключити в ланцюг колектора VT2, наприклад, динамічну головку, лампу розжарювання, імпульсний трансформатор.

Випромінювач звуку BF1 - будь-який телефонний капсуль з опором не

менше 240 Ом для напруги живлення генератора не більше 8В. Конструкцію можна виготовити так, що при підключенні BF1 один з виводів конденсатора С5 від'єднувався б від загального проводу. Це дозволить автоматизувати перемикання робочої частоти генератора DA1.2. Опір резистора R1 потрібно пропорційно збільшити при вхідній керуючій напрузі більше 3В.

Застосовуючи різні схемо-технічні рішення для зміни характеру взаємодії керуючого і керованого генераторів, можна легко отримувати різні поєднання звукових ефектів, що зазвичай недоступне для аналогічних генераторів побудованих на цифрових мікросхемах малої ступеня інтеграції, наприклад, К561ЛЕ5, КР1533ЛАЗ.

Аналогічні конструкції генераторів можна створювати на основі здвоєних компараторів інших серій, наприклад, LM119, КР597САЗ, MAL319, ICB8001 що мають інші параметри і схеми включення, або, наприклад, на мікросхемі МС3405, що представляє собою два компаратора і два операційних підсилювача в одному корпусі DIP14.

 

1.3 Обґрунтування вибору матеріалу і методу виготовлення друкованої плати

Даний пристрій змонтовано на платі розмірами 80x100 мм. Монтаж низько профільний, загальна висота монтажу склала менше 6 мм. Мініатюрність пристрою дозволяє його легко вбудувати в обмежений простір різної промислової і саморобної апаратури. Пристрій можна було б зменшити ще в 2 -3 рази, але це б значно ускладнило ручний монтаж, і при цьому зайняла набагато більше час. До матеріалів друкованих плат пред’являються наступні вимоги:

- висока електрична міцність;

- великий діапазон робочих температур;

- технологічність;

- підвищена вологостійкість;

- хімічна інертність.

Для виготовлення друкованих плат можуть використовувати: фенопласт, гетинакс, текстоліт, склотекстоліт.

Під час проектування даного пристрою запропоновано використання склотекстоліту СФ-1-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 як найбільш оптимального, який задовольняє вимоги умов роботи та показники надійності роботи у важких умовах відповідають зазначеним вимогам до надійності приладу.

Для виготовлення друкованої плати обрано комбінований позитивний

метод. Даний метод найкраще підходить для серійного виробництва, адже дозволяє автоматизувати процеси по виготовленню друкованої плати: свердлування, підготовка поверхні, експонування, хімічне травлення.

Конденсатор С2 – малогабаритний танталовий.

Діоди 1N914 можна замінити 1N4148 або будь-якими з серій КД512, КД521, КД522. Замість діода КД208А підійде будь-який з серій КД105, КД209, КД243, 1 N4001 -1 N4007. Світлодіод RL50 - UR543 червоного кольору світіння можна замінити будь-яким аналогічним з безперервним світінням.

При установці над яскравих світлодіодів білого, синього або фіолетового кольорів світіння нижня межа живлячої напруги, при якому буде світити такий світлодіод, буде складати 4 В. Транзистор 2SC2410 можна замінити будь-яким із серій 2SC3199, SS9014, КТ3102, КТ645. Замість компаратора LM393 можна застосувати будь-який з серій LM193, LM293, LM393, LM2903, NCV2903, аналог К1401 САЗ.

Всі ці компаратори є високоточними, допускають живлення однополярною напругою в діапазоні 2...36 В.

 

1.4 Аналіз технологічності конструкції

Показники технологічності входять у групу показників якості.

Якість – це сукупність показників, які мають кількісно оцінити відповідність промислової продукції її призначення.

Крім показників технологічності встановлено показники:

- призначення;

- надійності;

- стандартизації та уніфікації;

- естетичності;

- патентно-правові;

- економічні.

Під технологічністю конструкції розуміють сукупність властивостей конструкції виробів, виявлених у можливостях оптимальних витрат праці матеріалів, часу при технологічній підготовці виробництва, виготовлення експлуатації та ремонті порівняно з відповідними показниками однотипних конструкцій виробів того ж призначення при забезпеченні встановлених значень показників якості та прийнятих умов виготовлення, експлуатації та ремонту.

Встановлене технічне завдання та вимоги служб галузі застосування даного виробу зумовлюють знаходження оптимального конструктивного технічного рішення, яке задовольнить показники надійності та економічності при виробництві та експлуатації даного приладу.

Важливим показником економічності виготовлення виробу є знаходження оптимального рішення щодо технологічності конструкції. При виготовленні виробу з високим показником технологічності знижується трудомісткість виготовлення кожної складальної одиниці, і як наслідок знижується ціна на готовий виріб, що дає перспективи покращення доступності та більш широкого застосування пристрою.

Отже, завданням розробника пристрою електроніки є досягнення максимального коефіцієнту технологічності. Показники технологічності характеризують ефективність конструкторсько-технологічних рішень для забезпечення високої продуктивності праці при виготовленні та ремонті виробів електроніки.

Технологічність конструкції – це сукупність якостей конструкції виробу, що визначають її застосовність для досягнення оптимальних витрат при виробництві, технічному обслуговуванні, ремонті для заданих показників якості, об’єму випуску та умов виконання робіт.

Технологічність конструкції визначається за показниками технологічності. Технологічність конструкції виробу характеризується конструкторськими та технологічними показниками технологічності.

До конструкторських показників технологічності даного виробу належать:

- коефіцієнт повторюваності елементів;

- коефіцієнт установочних розмірів;

- коефіцієнт складності складання;

- коефіцієнт автоматизації та механізації монтажних з'єднань;

- коефіцієнт механізації підготовки елементів до монтажу.

Оскільки усі елементи, установчі розміри, вузли та монтажні з’єднання блоку керування є типовими, то:

- коефіцієнт повторюваності дорівнює одиниці;

- коефіцієнт установчих розмірів рівний одиниці;

- коефіцієнт складності складання дорівнює нулю;

- коефіцієнт автоматизації та механізації монтажних з'єднань дорівнює одиниці;

- коефіцієнт механізації підготовки елементів до монтажу дорівнює одиниці.

До технологічних показників технологічності відносять матеріалоємність, металоємність, трудоємність, ефективність технічних рішень.

Матеріалоємність продукції – відношення суми матеріальних витрат до вартості виробленої продукції – показує, яку кількість матеріальних витрат необхідно, здійснити або яка кількість витрат фактично доводиться на виробництво одиниці продукції. Металоємність – витрати металу на виконання технологічних процесів виготовлення, технічного обслуговування і ремонту виробів.

Трудоємність характеризує затрати робочого часу на виготовлення одиниці продукції, відображає ефективність затрат живої праці й безпосередньо пов'язаний із собівартістю продукції.

Забезпечення ефективності технологічних рішень – комплекс робіт по зниженню трудоємності та собівартості. А саме:

- підвищення серійності за допомогою стандартизації, уніфікації;

- зменшення номенклатури складових частин, матеріалів;

- застосування освоєних в виробництві конструктивних рішень;

- використання продуктивних та безвідходних технологій;

- застосування стандартних засобів технологічного оснащення, що забезпечують рівень автоматизації та механізації;

- використання рішень, забезпечуючи транспортування виробів у зібраному вигляді;

- зменшення номенклатури матеріалів, інструментів, допоміжного обладнання;

- застосування сортаменту та марок матеріалів;

- розробку раціональної компоновки виробу;

- уніфікація, взаємозамінність блоків.

Технологічність виробів засобів автоматизації оцінюється коефіцієнтом уніфікації, що розраховується за формулою:

 

 

де n – загальна кількість типорозмірів складальних частин;

n₀ кількість типорозмірів оригінальних складальних частин.

Отже, коефіцієнт уніфікації блоку керування світлодіодним табло становить:

 

 

Або інакше, коефіцієнт уніфікації можна подати у відсотках, тобто 96%. Оскільки в схемі наявна 1 оригінальна складальна частина.

Перелік деталей, що виключають з розрахунку К_у:

- деталі для кріплення (гвинти, болти, гайки, шайби, заклепки, скоби);

- заглушки, пробки;

- рим-болти, крючки, підвіски;

- прокладки, накладки, планки, пломби;

- слюсарно-складальний інструмент;

- приналежності;

- деталі тари і упаковки;

- лепестки, перемички, наконечники, хомути;

- кільця установчі, регулюючі.

Отриманий коефіцієнт уніфікації даного виробу дає підстави вважати конструкцію даного виробу технологічною та оптимальною для серійного виробництва.