Исследование и разработка методов и технических средств и измерения для формирования статистических высококачественных моделей радиоэлементов (стр. 10 из 17)
— розетку разъема XI для подключения входа векторного вольтметра;
- клеммник разъема Х2 для подключения измеряемого радиоэлемента;
- вилку разъема ХЗ для подключения к ИКУ;
- блокировочные RC-цепочки;
- элементы коммутации (реле К1 на рис. 6.5) для переключения входа векторного вольтметра.
3.6 Обоснованиеэлементнойбазы
В разработанном комплексе применены широко распространенные радиоэлементы:
- в качестве операционного усилителя выбран дешевый прецизионный ОУ К140УД1208 с малым температурным и временным дрейфами нуля, высоким входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала;
- блокировочные конденсаторы применены типа 0805 Y5Vкак наиболее соответствующие требованиям к ВЧ-устройствам;
- резисторы выбраны из тех же соображений, типа 1206 с допуском ± 5%; резистор в токозадающей цепи МЛТ-0,25 с допуском ±10% для обеспечения рассеивания подводимой мощности; подстроенные резисторы типа СПЗ-19аЗ-05 с допуском ±5% - как наиболее подходящие по массогабаритным показателям;
- транзистор типа КТ818 как наиболее дешёвый и удовлетворяющий требованиям в данной ситуации.
3.7 Конструкция ИКУ
Конструкторская проработка ИКУ отражена в АПСР687253.001 и АПСР468364.001. Применение функционально-блочного метода конструирования открывает перспективу развития конструкции, что особенно выгодно на этапе моделирования, повышает унифицированность и ремонтопригодность устройства. Внешний вид блока ИКУ показан на рисунке 3.13.
ИКУ выполнено в виде отдельного настольного блока. Все измерительные приборы подключаются к разъемам, которые установлены на задней стенке корпуса.
На верхней (лицевой) панели расположены переключатели S1... S7, для удобства переключения режимов.
Гнезда разъёмов для подключения ИГ и СРТ расположены на боковых стенках блока, что обеспечивает удобство их смены.
Модули ИГ и СРТ в конструктивном исполнении представляют собой двухсторонние печатные платы, устанавливаемые в соответствующие разъёмы ИКУ.
При конструировании всех модулей были приняты во внимание принципы ВЧ монтажа.
4 Расчетная часть
4.1 Расчет площади и габаритов платы ИКУ
Плата ИКУ является основой конструкции рабочего места для измерения параметров РЭ. Ее размер определяет габариты конструкции в целом, поэтому именно для нее проведем расчет площади и габаритов. Размеры платы РЖУ в основном определяются размерами управляющих элементов (переключателей) и их расположением. Кроме того, необходимо обеспечить возможность расположения всех разъемов и клеммников.
Для расчета площади платы измерительно-контрольного устройства необходимо определить площадь, которую занимают ЭРЭ расположенные на ней непосредственно и места подключения разъемов.
При этом для удобства монтажа и обеспечения требований по тепловому режиму площадь платы должна быть больше площади, занимаемой элементами. Это учитывается коэффициентом заполнения платы по площади (К3п). Тогда площадь платы можно определить по формуле
Sn=-jf—tS., (4-1)
Л 3/7 * = 1
где Sj - площадь каждого ЭРЭ .
Исходные данные для расчета площади платы ИКУ приведены в таблице 4.1.
Суммарная площадь, которую занимают ЭРЭ 919 мм . Коэффициент заполнения платы по площади примем равным 0,3. Определим площадь платы ИКУ по формуле (4.1)
Sn= 919 /0,3 -3063 мм2.
По ширине плата ИКУ ограничена размерами разъемов СНП37-24. Для удобства использования устройства переключатели установлены в один ряд, что ограничивает размер платы по длине. В связи с этим выбираем размерыплаты 120x80 мм. При этом площадь платы составит 9600 мм , что больше расчетной и, значит, коэффициент заполнения платы по площади не больше заданного.
Таблица 4.1 - Исходные данные для расчёта площади платы измерительно-контрольного устройства.
| Тип ЭРЭ | Количество, шт | Размеры, мм. | Площадь, мм2 |
| Резистор 1206 | 7 | 3,048x1,254 | 32,52 |
| Конденсатор 0805 | 2 | 2,032x1,27 | 5,16 |
| Переключатель В i 70G | 7 | 393,75 | |
| Разъем СНП37-24 | 2 | 487,50 | |
| Всего | 919 | ||
4.2 Расчёт теплового режима блока
Расчет теплового режима блока проведём на ЭВМ с помощью программы приведённой в [12].
Исходными данными для расчета являются:
- мощность потребляемая блоком, Вт;
- размеры блока (L1,L2,L3), м;
- коэффициент заполнения блока по объёму;
- площадь перфорационного отверстия (м ) и их количество (шт.);
- давление окружающей среды, МПа;
- температура окружающей среды, °С.
Рассчитаем коэффициент заполнения блока по объёму по формуле
К3 = Уэ / V, (4.2)
где Уэ - суммарный объём элементов установленных в блоке, м ;
V - объём блока, м . Исходные данные для расчета:
- мощность потребляемая блоком Р = 5 Вт;
размеры блока Ll= 0,12 м., L2 = 0,08 м., L3 = 0,032 м.;
рассчитаем коэффициент заполнения блока по объёму по формуле
(5.2)
К3 = 1,55-10° / 2,88-10-" - 0,054;
- давление окружающей среды Р = 0,1 МПа;
- температура окружающей среды Т = 20 °С;
- площадь перфорационного отверстия S = 0,0096 м .
Результаты расчета теплового режима блока:
- температура корпуса блока Тк = 20,25 °С;
- температура нагретой зоны Т3 = 20,74 °С;
- средняя температура воздуха в блоке Тв = 20,42 С.
4.3 Расчёт надёжности блока
Расчет надежности проведём на ЭВМ с помощью программы приведённой в [12] и данных содержащихся в [13].
Исходные данные для расчета приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2.- Исходные данные для расчёта надёжности
| Тип ЭРЭ | Количество, шт | Интенсивность отказов, 1/чхКГ6 | Коэффициент нагрузки |
| 1 Конденсаторы | 2 | 0,035 | 0,5 |
| 2 Резисторы | 7 | 0,02 | 0,6 |
| 3 Разъемы | 7 | 0,3 | 0,8 |
| 4 Переключатели | 7 | 0,15 | 0,6 |
| 5 Провод | 14 | 0,015 | 0,5 |
| 6 Пайка | 70 | 0,05 | 0,5 |
| 7 Плата печатная | 4 | 0,56 | 0,8 |
В ходе выполнения расчёта были получены следующие результаты:
- интенсивность отказа блока: 6,076-10~6 1/ч;
- время наработки на отказ: 56179 ч;
- вероятность безотказной работы блока при наработке на отказ указанной в ТЗ (10000 ч): 0,94.
Результаты расчета зависимости вероятности безотказной работы блока от времени его работы приведены на рисунке 4.1.
5 Экспериментальная часть
5.1 Условия эксперимента
Экспериментальная часть содержит сведения об испытании некоторых устройств в области измерения параметров моделей ДП на высоких частотах с целью показа работоспособности разработанного рабочего места. Были испытаны первое и второе устройства для измерения ДП (рисунки 3.1 - 3.2)
С помощью первого устройства частотные характеристики пленочного резистора параметров модели показанная на рисунке 2.56 в диапазоне частот от 10 до 90 Мгц.
Второе устройство, предназначенное для исследования нелинейных элементов, было использовано для определения частотных характеристик параметров диода типа КД521А в диапазоне частот от 10 до 100 Мгц, Оба выбранных элемента предназначены для работы в области высоких частот. Рабочая точка диода КД521А в аналоговом режиме согласно справочным данным должна быть смещена не более на 50 мА.
5.2 Частотные характеристики испытуемых резисторов номиналом 51 Ом
Были определены статистические характеристики параметров плёночного резистора типа ... в диапазоне от 10 до 90 мГц. Объем партии 10 штук. Гистограммы основного параметра R и пара дозитного параметра lct, приведенные на рисунках 5.1 и 5.2. Листинги статистической обработки приведены в приложении А.
Результаты статистического исследования основного параметра резистора МЛТ-0,125-51 Ом
Рисунок 5.1 Гистограммы основного R параметра пленочного резистора:
а) 10 МГц; б) 50 МГц; с) 90 МГц.
Результаты статистического исследования паразитного параметра резистора МЛТ-ОЛ25-51Ом
с) Рисунок 5.2 Гистограммы паразитного L параметра плёночного резистора
а) на частоте 10 МГц; б) на частоте 50 МГц; с) на частоте 90 МГц;
Основной параметр резистора в выбранном диапазоне частот имеет разброс в пределах допуска - менее ± 10 %. Качественно гистограммы отвечают нормальному закону распределения, так как очевидна группировка элементов выборок к центрам группировок. Это подтверждается количественной оценкой исследования по критерию Пирсона. Для статических исследований закономерно примение нормального закона распределения. Из частотных характеристик выборочных средней, приведенных на рисунке 5.3, следует, что основной параметр, мало зависят от частоты, расхождения в заданном диапазоне составляют в 3-м знаке. Отдельные реализации основных параметров (рисунок 5.3) практически параллельны друг другу, что свидетельствует о существовании высокой разрешающей способности измерительного устройства.
Паразитный параметр изменяется более существенно, от 5 до 18 нГн (отклонение от среднего значения « 15%). Его значении реактивная составляющая на f = 10 МГц равна 0,3 Ом и увеличивается на частоте 90 МГц до 5,0 Ом. Поэтому если на частоте 10 Мгц можно пренебречь, то на частоте больших 90 МГц влияние этой индуктивности будет заметно проявляться.
Отдельные реализации частотных характеристик паразитного параметра, приведенных на (рис. 5.46), показывают, что они практически параллельный друг другу , что также наблюдается высокая устойчивость измерений. Наблюдаемый индуктивный характер полного сопротивления исследуемого резистора полностью соответствует литературным данным, наблюдается при R<200 Ом [3]. Факт малого изменения активной составляющей сопротивления можно использовать для применения плёночных резисторов в качестве образцовой меры при аттестации реактивной составляющей этой меры способом, применённым в устройстве по а.с.№ 1580282 СССР