Файл: 2. расчетно теоретическая часть 1 Проектирование усилительного модуля.rtf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.11.2023
Просмотров: 96
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
= (1256 – 900,9) х 1000 – 0,15 х 42485,08 = 364100-6372,8=357727 руб.
5.7 Вывод
В результате производственных экономических расчетов установлено, что ожидаемый экономический эффект от внедрения в серийное производство усилительного модуля на полевых транзисторах составил 357727 рублей при выпуске 1000 штук в год.
Расчет освещения при изготовлении УМ
Расчет производится по методу коэффициента использования светового потока, основная формула расчета:
F=(EнKSZ) лм,
где F- световой поток;
К - коэффициент запаса;
Ен - нормированная минимальная освещенность;
S - площадь помещения;
Z - отношение средней освещенности к минимальной (коэффициент неравномерности освещения, Z= 1,1-1,2);
- коэффициент использования светового потока.
Коэффициент запаса зависит от запыленности помещения и учитывает уменьшение светового потока. Выбираем К= 1,3.
Площадь пола освещенного помещения:
S = А В,
где А - ширина помещения, А= 6м
В - длина помещения, В= 8м
S = 6 8 = 48 м2
Для определения коэффициента использования светового потока в начале необходимо найти значение индекса помещения по формуле:
i =S/(h(A+B)),
где h - расчетная величина высоты подвеса светильника над поверхностью.
h = Н - (hl+h2),
где Н - высота пола до потолка, Н=4м
h1 - высота от пол до освещенной поверхности, h1=0,8м
h2 - высота от потолка до нижней части светильника, h2=0,3м
h= 4-(0,8+0,3) = 2,9м
i = 48/(29 (6+8)) = 1,128
Потолок в помещение побелен, следовательно, коэффициент отражения от потолка равен 70%. Стены в помещении окрашены в голубой цвет, следовательно, коэффициент отражения равен 50% .
Определяем коэффициент использования светового потока:
=0,41
F= (200 1,3 48 1,1)/0,41 = 33483 лм.
Для реализации данного светового потока выбираем лампу ЛБ-40 ГОСТ 6825-74, световой поток лампы Fп=3120лм.
Потребляемая мощность - 40Вт. В каждом светильнике находится по две лампы, таким образом, световой поток от светильника составит:F=31202=6240 лм.
Общее число светильников N находим из формулы:
N=Fп/F=5,37.
Общее число светильников будет равным шести. Суммарная потребляемая мощность: Р=NP=480 Вт.
Наиболее удобная установка светильников двухрядная, по три в ряд. Расстояние от стены до светильников рекомендуется принимать: 1 = 0.33L,
где L - расстояние между рядами светильников.
Lh, h=1,4 при расположение светильников в ряд.
1 = 0,33 4 = 1,32 м.
Расчет местной вентиляции.
Для удаления вредных паров необходимо использовать местную вентиляцию. Скорость всасывания через проем определяется веществами, которые используются при пайки плат, и должна составлять 1-1,5 м/с. Расход воздуха удаляемого с монтажного стола, при отсутствии там источников тепловыделения, определяется по формуле :
L=3600F,
где L - объем удаляемого воздуха (м3/ч);
- скорость воздуха в рабочем проёме (м/с);
F - площадь рабочего проёма всасывающей воронки (м2)
F = а b = 0,7 0,4 = 0,28 м2
где a и b - длина и ширина всасывающей воронки (м2).
L =3600 1,5 0,28 = 1512 м3/ч
Определяем параметры поперечного сечения воздухопровода.
Обычно скорость воздуха в воздухопроводе выбирается в пределах 3-10 м/с. Выберем для расчета =7м/с.
Площадь поперечного сечения воздухопровода определяется по формуле:
S = L /(3600) = 1512 / (3600 7) = 0,06 м2.
Расcчитаем диаметр воздуховода:
т.к. S = d2/4, то d2 = 4S/ =0,0764 м2.
Следовательно, диаметр воздухопровода d = 0,276 м .
Общие потери давления в воздухе определяют по формуле:
P=(RL+Z),
где R - потери давления на трение на метр длины (кг/ м3);
L - длина расчетного участка воздухопровода (м);
Z - потери давления на расчетном участке (кг/м3).
Определим потери на трение на 1 метр длины по формуле:
R = ( K/d) (2 j/2q),
где К - коэффициент сопротивления трения;
j - объемный вес воздуха (кг/м3).
Определяем: 2- j/2q = 2,2 кг/м2, K/d = 0,85
тогда: R= 0,852,2 = 1,87 кг/м3
Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле: Z =K(2 j/2q),
где К -сумма коэффициентов местных сопротивлений.
К = п К1+К2 +КЗ ,
где К1 - коэффициент местного сопротивления для круглого воздуховода при радиусе поворота 0,7 м;
К2 - коэффициент местного сопротивления на выброс для шахты с зондом;
КЗ - коэффициент местного сопротивления на всасывание для коллектора;
N - число поворотов воздухопровода.
К = 40,12 + 1,05 + 0,5 = 2,03
Z = 2,032,2 +4,46 = 49,35 кг/м3.
При коэффициенте запаса 1,1 давление воздуха равно:
Р = 49,35 1,1 =54,3 кг/м3.
Выберем вентилятор типа ЦЧ-70N3 с электродвигателем мощностью 0,6 кВт и скоростью вращения 28000 об/мин., который удовлетворяет расчетным данным.
Вывод
1. Проведен анализ опасных и вредных факторов при изготовлении и исследовании УМ, а также перечислены методы безопасности от поражения электрическим током при проведении настройки УМ.
2. Проведен расчет местной вентиляции и выбран вентилятор, который удовлетворяет расчетным данным, проведен расчет освещенности и, исходя из размеров помещения, выбрано оптимальное размещение светильников на участке.
3. Определены основные причины возникновения пожара и мероприятия их предотвращения.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. На основе проведенного аналитического обзора литературы были сформулированы цели и задачи дипломного проектирования.
2. Проведен расчет основных параметров модуля: коэффициентов усиления Кр и шума F, потерь, мощности и т. п. Для каждого каскада. Показано, что для достижения заданных параметров: Кр = 30 дБ, F = 3 дБ, выходной мощности Рвых = 30 мВт модуль должен состоять из пяти каскадов, причем первые два – малошумящие, а два последних – усилители средней мощности.
3. Разработана методика проектирования малошумящего каскада усилителя (МШУ), содержащая расчетные и экспериментальные этапы.
4. Предложен метод определения четырех параметров ПТШ, необходимых для построения шумовой модели транзистора. Суть метода заключается в измерении коэффициентов шума транзистора с включенными на его входе трансформатором при нескольких состояниях трансформатора и последующем расчете шумовых параметров Fmin, Rп, GSO, BSO – из решений системы четырех уравнений. Проведены расчеты шумовых параметров для ПТШ типа «Созвездие».
8. На основании разработанной топологии каскада усилителя предложена гибридно – интегральная конструкция каскада, состоящая из двух поликоровых плат, на которых размещены пассивные элементы каскада (планарные резисторы и навесные емкости), соединенные между собой золотыми проволочками. Платы разнесены на металлическом основании, а в зазоре между ними устанавливаются кристаллы полевых транзисторов и навесные емкости. Такая конструкция позволяет сравнительно просто осуществить сборку каскада и обеспечить необходимый тепловой режим выходных каскадов модуля.
9. Обоснован выбор типа корпуса для усилительного модуля. Из трех рассмотренных типов (пенального, чашечного, рамочного) выбран рамочный корпус, позволяющий, в частности, за счет двухстороннего монтажа достичь высокой степени интеграции, упростить сборку, монтаж, ремонт и реставрацию модуля.
10. Обоснован выбор материала для корпуса. Показано, что комплекс параметров, предъявляемых к модулям, расположенным на бортовых системах, удовлетворяет материал – титан. Титан имеет тепловые параметры, близкие к теплопроводности и КЛТР поликора, его плотность в 2 раза меньше плотности ковара.
11. Предложен способ соединения гибридных интегральных схем с металлическим основанием, сочетающий в себе преимущества вибрационной пайки и использование в качестве флюса некоррозионно – активных органических водорастворимых жидкостей, например, глицерина.
12. Проведен выбор способа герметизации модуля, сочетающий в себе микроплазменную сварку плавлением и бесштенгельную откачку и наполнение модуля инертным газом. Выполнена оптимизация времени бесштенгельной откачки. Показано, что для откачки модуля объемом 20 см3 требуется не более 2,5 минут.
13. Приведено описание конструкции модуля, содержащего на входе защитное устройство (ЗУ) на ограничительных диодах, два входных каскада малошумящих усилителей, на ПТШ типа «Созвездие», средний каскад и два выходных каскада усилителей мощности на ПТШ типа «Полет». Такая конструкция позволяет в диапазоне 7…10 ГГц реализовать Кр = 30 дБ, F = 3 дБ, Рвых = 30 мВт и ограничить предельно допустимую мощность на входе в 1 Вт.
14. Приведены результаты экспериментального исследования как отдельных блоков, так и модуля в целом. Показано, что потери в ЗУ не превышают 0,8 дБ, а затухание получается более 15 дБ во всей рабочей полосе частот. Коэффициент усиления всего модуля при изменении температуры в пределах –60
0С…+850С изменяется на 6 дБ, но при этом всегда 30 дБ.
15. Рассмотрены особенности процесса сварки корпуса модуля из титана, обладающего высокой химической активностью при нагревании и расплавлении в контакте с окружающей газовой средой. Описана технология изготовления сварных рамок корпуса модуля из титана и приведен технологический маршрут изготовления этих рамок.
16. Разработан технологический маршрут сборки гибридных интегральных схем (микроплат) усилительного модуля.
17. Описана технология вибрационной пайки микросхем усилителя к основанию с использованием в качестве флюса – глицерина.
18. В результате производственных экономических расчетов установлено, что стоимость УМ составляет 1459 руб./шт., а ожидаемый экономический эффект от внедрения в серийное производство усилительного модуля на полевых транзисторах составил 357727 рублей при выпуске 1000 штук в год.
19. Проведен анализ опасных и вредных факторов при изготовлении и исследовании УМ, а также перечислены методы безопасности от поражения электрическим током при проведении настройки УМ.
20. Проведен расчет местной вентиляции и выбран вентилятор, который удовлетворяет расчетным данным, проведен расчет освещенности и, исходя из размеров помещения, выбрано оптимальное размещение светильников на участке.
21. Определены основные причины возникновения пожара и мероприятия их предотвращения.
Проведенная работа полностью соответствует заданию на дипломную работу.
Разработанный усилительный модуль на полевых транзисторах для бортовой системы РПД может найти широкое применение при создании РЭА специального и бытового назначения.
5.7 Вывод
В результате производственных экономических расчетов установлено, что ожидаемый экономический эффект от внедрения в серийное производство усилительного модуля на полевых транзисторах составил 357727 рублей при выпуске 1000 штук в год.
Расчет освещения при изготовлении УМ
Расчет производится по методу коэффициента использования светового потока, основная формула расчета:
F=(EнKSZ) лм,
где F- световой поток;
К - коэффициент запаса;
Ен - нормированная минимальная освещенность;
S - площадь помещения;
Z - отношение средней освещенности к минимальной (коэффициент неравномерности освещения, Z= 1,1-1,2);
- коэффициент использования светового потока.
Коэффициент запаса зависит от запыленности помещения и учитывает уменьшение светового потока. Выбираем К= 1,3.
Площадь пола освещенного помещения:
S = А В,
где А - ширина помещения, А= 6м
В - длина помещения, В= 8м
S = 6 8 = 48 м2
Для определения коэффициента использования светового потока в начале необходимо найти значение индекса помещения по формуле:
i =S/(h(A+B)),
где h - расчетная величина высоты подвеса светильника над поверхностью.
h = Н - (hl+h2),
где Н - высота пола до потолка, Н=4м
h1 - высота от пол до освещенной поверхности, h1=0,8м
h2 - высота от потолка до нижней части светильника, h2=0,3м
h= 4-(0,8+0,3) = 2,9м
i = 48/(29 (6+8)) = 1,128
Потолок в помещение побелен, следовательно, коэффициент отражения от потолка равен 70%. Стены в помещении окрашены в голубой цвет, следовательно, коэффициент отражения равен 50% .
Определяем коэффициент использования светового потока:
=0,41
F= (200 1,3 48 1,1)/0,41 = 33483 лм.
Для реализации данного светового потока выбираем лампу ЛБ-40 ГОСТ 6825-74, световой поток лампы Fп=3120лм.
Потребляемая мощность - 40Вт. В каждом светильнике находится по две лампы, таким образом, световой поток от светильника составит:F=31202=6240 лм.
Общее число светильников N находим из формулы:
N=Fп/F=5,37.
Общее число светильников будет равным шести. Суммарная потребляемая мощность: Р=NP=480 Вт.
Наиболее удобная установка светильников двухрядная, по три в ряд. Расстояние от стены до светильников рекомендуется принимать: 1 = 0.33L,
где L - расстояние между рядами светильников.
Lh, h=1,4 при расположение светильников в ряд.
1 = 0,33 4 = 1,32 м.
Расчет местной вентиляции.
Для удаления вредных паров необходимо использовать местную вентиляцию. Скорость всасывания через проем определяется веществами, которые используются при пайки плат, и должна составлять 1-1,5 м/с. Расход воздуха удаляемого с монтажного стола, при отсутствии там источников тепловыделения, определяется по формуле :
L=3600F,
где L - объем удаляемого воздуха (м3/ч);
- скорость воздуха в рабочем проёме (м/с);
F - площадь рабочего проёма всасывающей воронки (м2)
F = а b = 0,7 0,4 = 0,28 м2
где a и b - длина и ширина всасывающей воронки (м2).
L =3600 1,5 0,28 = 1512 м3/ч
Определяем параметры поперечного сечения воздухопровода.
Обычно скорость воздуха в воздухопроводе выбирается в пределах 3-10 м/с. Выберем для расчета =7м/с.
Площадь поперечного сечения воздухопровода определяется по формуле:
S = L /(3600) = 1512 / (3600 7) = 0,06 м2.
Расcчитаем диаметр воздуховода:
т.к. S = d2/4, то d2 = 4S/ =0,0764 м2.
Следовательно, диаметр воздухопровода d = 0,276 м .
Общие потери давления в воздухе определяют по формуле:
P=(RL+Z),
где R - потери давления на трение на метр длины (кг/ м3);
L - длина расчетного участка воздухопровода (м);
Z - потери давления на расчетном участке (кг/м3).
Определим потери на трение на 1 метр длины по формуле:
R = ( K/d) (2 j/2q),
где К - коэффициент сопротивления трения;
j - объемный вес воздуха (кг/м3).
Определяем: 2- j/2q = 2,2 кг/м2, K/d = 0,85
тогда: R= 0,852,2 = 1,87 кг/м3
Потери давления на местных сопротивлениях определяются по формуле: Z =K(2 j/2q),
где К -сумма коэффициентов местных сопротивлений.
К = п К1+К2 +КЗ ,
где К1 - коэффициент местного сопротивления для круглого воздуховода при радиусе поворота 0,7 м;
К2 - коэффициент местного сопротивления на выброс для шахты с зондом;
КЗ - коэффициент местного сопротивления на всасывание для коллектора;
N - число поворотов воздухопровода.
К = 40,12 + 1,05 + 0,5 = 2,03
Z = 2,032,2 +4,46 = 49,35 кг/м3.
При коэффициенте запаса 1,1 давление воздуха равно:
Р = 49,35 1,1 =54,3 кг/м3.
Выберем вентилятор типа ЦЧ-70N3 с электродвигателем мощностью 0,6 кВт и скоростью вращения 28000 об/мин., который удовлетворяет расчетным данным.
Вывод
1. Проведен анализ опасных и вредных факторов при изготовлении и исследовании УМ, а также перечислены методы безопасности от поражения электрическим током при проведении настройки УМ.
2. Проведен расчет местной вентиляции и выбран вентилятор, который удовлетворяет расчетным данным, проведен расчет освещенности и, исходя из размеров помещения, выбрано оптимальное размещение светильников на участке.
3. Определены основные причины возникновения пожара и мероприятия их предотвращения.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. На основе проведенного аналитического обзора литературы были сформулированы цели и задачи дипломного проектирования.
2. Проведен расчет основных параметров модуля: коэффициентов усиления Кр и шума F, потерь, мощности и т. п. Для каждого каскада. Показано, что для достижения заданных параметров: Кр = 30 дБ, F = 3 дБ, выходной мощности Рвых = 30 мВт модуль должен состоять из пяти каскадов, причем первые два – малошумящие, а два последних – усилители средней мощности.
3. Разработана методика проектирования малошумящего каскада усилителя (МШУ), содержащая расчетные и экспериментальные этапы.
4. Предложен метод определения четырех параметров ПТШ, необходимых для построения шумовой модели транзистора. Суть метода заключается в измерении коэффициентов шума транзистора с включенными на его входе трансформатором при нескольких состояниях трансформатора и последующем расчете шумовых параметров Fmin, Rп, GSO, BSO – из решений системы четырех уравнений. Проведены расчеты шумовых параметров для ПТШ типа «Созвездие».
-
Выбрана оригинальная схема МШУ, в которой первый транзистор реализует низкие шумы, а второй – высокий коэффициент усиления. Проведено схемотехническое проектирование усилителя и показано, что один каскад МШУ позволяет реализовать в диапазоне 7…10,5 ГГц следующие параметры: Кр = 9 дБ, F 1,6 дБ, неравномерность Кр 1 дБ. -
Разработана топология каскада усилителя, выполненного на поликоровой подложке ( = 9,6) толщиной 0,5 мм с размерами 9 х 7,5 мм. -
Проведен анализ тепловых моделей ГИС усилителя двух конструкций: при размещении кристалла ПТШ на подложке и с углублением кристалла ПТШ в подложку. Показано преимущество последнего способа перед первым по величине допустимого перегрева кристалла.
8. На основании разработанной топологии каскада усилителя предложена гибридно – интегральная конструкция каскада, состоящая из двух поликоровых плат, на которых размещены пассивные элементы каскада (планарные резисторы и навесные емкости), соединенные между собой золотыми проволочками. Платы разнесены на металлическом основании, а в зазоре между ними устанавливаются кристаллы полевых транзисторов и навесные емкости. Такая конструкция позволяет сравнительно просто осуществить сборку каскада и обеспечить необходимый тепловой режим выходных каскадов модуля.
9. Обоснован выбор типа корпуса для усилительного модуля. Из трех рассмотренных типов (пенального, чашечного, рамочного) выбран рамочный корпус, позволяющий, в частности, за счет двухстороннего монтажа достичь высокой степени интеграции, упростить сборку, монтаж, ремонт и реставрацию модуля.
10. Обоснован выбор материала для корпуса. Показано, что комплекс параметров, предъявляемых к модулям, расположенным на бортовых системах, удовлетворяет материал – титан. Титан имеет тепловые параметры, близкие к теплопроводности и КЛТР поликора, его плотность в 2 раза меньше плотности ковара.
11. Предложен способ соединения гибридных интегральных схем с металлическим основанием, сочетающий в себе преимущества вибрационной пайки и использование в качестве флюса некоррозионно – активных органических водорастворимых жидкостей, например, глицерина.
12. Проведен выбор способа герметизации модуля, сочетающий в себе микроплазменную сварку плавлением и бесштенгельную откачку и наполнение модуля инертным газом. Выполнена оптимизация времени бесштенгельной откачки. Показано, что для откачки модуля объемом 20 см3 требуется не более 2,5 минут.
13. Приведено описание конструкции модуля, содержащего на входе защитное устройство (ЗУ) на ограничительных диодах, два входных каскада малошумящих усилителей, на ПТШ типа «Созвездие», средний каскад и два выходных каскада усилителей мощности на ПТШ типа «Полет». Такая конструкция позволяет в диапазоне 7…10 ГГц реализовать Кр = 30 дБ, F = 3 дБ, Рвых = 30 мВт и ограничить предельно допустимую мощность на входе в 1 Вт.
14. Приведены результаты экспериментального исследования как отдельных блоков, так и модуля в целом. Показано, что потери в ЗУ не превышают 0,8 дБ, а затухание получается более 15 дБ во всей рабочей полосе частот. Коэффициент усиления всего модуля при изменении температуры в пределах –60
0С…+850С изменяется на 6 дБ, но при этом всегда 30 дБ.
15. Рассмотрены особенности процесса сварки корпуса модуля из титана, обладающего высокой химической активностью при нагревании и расплавлении в контакте с окружающей газовой средой. Описана технология изготовления сварных рамок корпуса модуля из титана и приведен технологический маршрут изготовления этих рамок.
16. Разработан технологический маршрут сборки гибридных интегральных схем (микроплат) усилительного модуля.
17. Описана технология вибрационной пайки микросхем усилителя к основанию с использованием в качестве флюса – глицерина.
18. В результате производственных экономических расчетов установлено, что стоимость УМ составляет 1459 руб./шт., а ожидаемый экономический эффект от внедрения в серийное производство усилительного модуля на полевых транзисторах составил 357727 рублей при выпуске 1000 штук в год.
19. Проведен анализ опасных и вредных факторов при изготовлении и исследовании УМ, а также перечислены методы безопасности от поражения электрическим током при проведении настройки УМ.
20. Проведен расчет местной вентиляции и выбран вентилятор, который удовлетворяет расчетным данным, проведен расчет освещенности и, исходя из размеров помещения, выбрано оптимальное размещение светильников на участке.
21. Определены основные причины возникновения пожара и мероприятия их предотвращения.
Проведенная работа полностью соответствует заданию на дипломную работу.
Разработанный усилительный модуль на полевых транзисторах для бортовой системы РПД может найти широкое применение при создании РЭА специального и бытового назначения.