В нормальном режиме работы, то есть когда напряжение на входе включено в правильной полярности и не превышает 5,6 В, стабилитрон VD1 закрыт, и не оказывает никакого влияния на работу остальной части схемы. Если же напряжение на входе превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD1 (5,6 В), последний входит в режим лавинного пробоя и ограничивает подаваемое на остальную часть схемы напряжение на уровне, не превышающем 6 В. Поскольку ограничивающее сопротивление отсутствует, то ток через предохранитель и стабилитрон течет большой, и поэтому предохранитель быстро расплавляется, разрывает питание схемы.
Похожие процессы происходят и при неправильном подключении полюсов источника питания. Предохранитель F1 и в этом случае также быстро расплавляется, разорвав питание схемы.
Для питания стенда необходим внешний источник питания с Uпит=5 В + 0,5 В и током не менее 0,5 А.
2.3. Электрический расчет принципиальной схемы
2.3.1. Расчет дешифратора.
Дешифратор - это электронный узел, осуществляющий микрооперацию преобразования сигналов входного
n - разрядного кода числа в выходной сигнал на одной из m=2
выходных шин. Сигналы, соответствующие переменным входного кода - Х1, Х2, ... Хn, выходные сигналы дешифратора - Y1, Y2, ... Ym ,Ym.
Дешифраторы являются узлами комбинационного типа, в которых каждой комбинации входных аргументов соответствует одна и только одна единичная выходная функция. Выходные функции дешифратора описываются следующей системой логических выражений:
Y1=X1*X2* ... *Xi* ... *Xn *Xn
Y2=X1*X2* ... *Xi* ... *Xn *Xn
Yi=X1*X2* ... *Xi* ... *Xn *Xn
Ym =X1*X2* ... *Xi* ... *Xn *Xn
Ym=X1*X2* ... *Xi* ... *Xn *Xn
Из системы уравнений следует, что для построения дешифратора, преобразующего n - разрядный двоичный код, необходимо иметь m электронных логических элементов И с n входами каждый.
2.3.2. Расчет мультиплексных схем.
Мультиплексные схемы собираются из мультиплексора или демультиплексора.
Мультиплексор - коммутатор, передающий информацию с N -входов на один из выходов в зависимости от двоичного адреса.
Демультиплексор - узел, последовательно распределя-ющий по выходам сигналы, поступающие на его вход. Т.е. передает информацию с единственного входа на один из N - выходов в зависимости от двоичного адреса. С помощью демультиплексора можно осуществить поочередное включение и выключение устройств. Используя это свойство можно экономить на количестве шин.
Мультиплексор устанавливается со стороны передатчика информации, поступающей на входы D1 - D4 при этом количество информационных шин J=2A, где А - число адресных входов.
Демультиплексор устанавливается со стороны приемника информации, причем на его выходах Q1 - Q4 информация воспроизводится поочередно. Таким образом число шин канала связи K = A + 1 (адресные шины плюс одна информационная). Такая схема позволяет экономить шины канала связи в количестве δ=J-K.
Например, при А=4 мультиплексная схема способна передатьдвоичное слово,содержащее 16разрядов(J=24); δ = 16 - (4+1) = 11, т.е. экономится 11шин.
Расчет надежности устройства
2.4.1. Исходные данные.
Электрическая схема устройства и перечень ее элементов. Режимы работы всех элементов. Интенсивность отказов всех элементов в нормальных условиях эксплуатации при нормальной нагрузке. Условия эксплуатации:
- лабораторные;
- температура окружающей среды: 20 ± 5градусов ;
- диапазон относительных давлений: 630 - 800 мм рт.ст.;
- влажность: 60 ± 15 процентов. Средняя наработка до первого отказа не менее: 60000 часов.
2.4.2. Расчет электрической нагрузки элементов.
Таблица 2.1 Карта рабочих режимов резисторов
| Наименование элемента | Ррас,Вт | Рту,Вт | Кн |
| Резистор постоянный МЛТ-0,125 ВТ | 0,1 | 0,125 | 0,8 |
| Резистор переменный СП-0,25 Вт | 0,1 | 0,25 | 0,4 |
Таблица 2.2 Карта рабочих режимов конденсаторов
| Наименование элемента | Uраб,В | Uту,В | Кн |
| Конденсатор электролитический алюминиевый | 5 | 16 | 0,31 |
Таблица 2.3Карта рабочих режимов светодиодов
| Наименование элемента | Uраб,В | Uту,В | Кн |
| Светодиод | 1,5 | 2 | 0,75 |
Таблица 2.4 Карта рабочих режимов микросхем
| Наименование элемента | Ррас,Вт | Рту,Вт | Кн |
| Микросхема интегральная | 0,1 | 0,3 | 0,33 |
Составим схему соединения изделий по надежности.
Таблица 2.5 Схема соединений изделий по надежности
| Наименование | Количество элементов, шт. | Интенсивность отказов номинальная | Поправочный коэффициент a | |
| Резистор постоянный МЛТ-0,125 Вт | 51 | 0,4 | 0,8 | |
| Светодиод | 34 | 5 | 0,9 | |
| Микросхема | 6 | 1,5 | 0,1 | |
| Микропереклю чатель | 12 | 30 | 0,1 | |
| Гнезда контактные | 31 | 0,2 | 0,07 | |
| Пайка | 234 | 0,004 | 0,1 | |
2.4.3. Расчет зависимости вероятности безотказной работы от наработки проведен на IBM.
Программа вычисления наработки до первого отказа:
10 PRINT "ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО НАИМЕНОВАНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ"
20 INPUT M
30 FOR I = 1 TOM
40 PRINT "ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕМЕНТОВ"
50 INPUT X
60 PRINT "ВВЕДИТЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ НОМИНАЛЬНУЮ"
70 INPUT Y
80 PRINT "ВВЕДИТЕ ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ"
90 INPUT Z
100 LET A = X * Y * Z + A
110 NEXT I
120 LET B = A * 1E - 6
130 PRINT "ВВЕДИТЕ ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ НА УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ"
140 INPUT C
150 LET D = B * C
160 LET E = 1/D
170 PRINT "СРЕДНЯЯ НАРАБОТКА ДО ПЕРВОГО ОТКАЗА";E
180 PRINT "ВВЕДИТЕ ЧИСЛО ТЕКУЩИХ ЗНАЧЕНИЙ ВРЕМЕНИ"
190 INPUT Q
200 FOR S = 1 TO Q
210 PRINT "ВВЕДИТЕ ТЕКУЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ВРЕМЕНИ"
220 INPUT T
230 LET K = D * T
240 LET P = 1/EXP(K)
250 PRINT "ВЕРОЯТНОСТЬ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ";P
260 NEXT S
270 END
Средняя наработка до первого отказа Тср=71281,93часа.
Расчет надежности стенда на IBM.
10 CLS
20 SCREEN 2
30 PRINT "РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ РЭА "
40 PRINT "----------------------------------------"
50 PRINT " НАЖМИТЕ ПРОБЕЛ "
60 PRINT "----------------------------------------"
80 IF INKEY$ <> " " THEN GOTO 80
90 CLS
95 SCREEN 1
100 PRINT "ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО НАИМЕНОВАНИЙ";
110 INPUT N
120 IF N <= 0 OR INT(N) <> N THEN GOTO 90
130 CLS
140 FOR I = 1 TO N
150 PRINT "НАИМЕНОВАНИЕ НОМЕР ("; I; ")"
160 PRINT "
170 PRINT "
180 PRINT "
190 PRINT "ВВЕДИТЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕМЕНТОВ";
200 INPUT X
210 PRINT "ВВЕДИТЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ";
220 INPUT Y
230 PRINT "ВВЕДИТЕ ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ";
240 INPUT Z
250 A = X * Y * Z + A
260 NEXT I
270 PRINT "ВВЕДИТЕ ПОПРАВОЧНЫЙ КОЭФФ. НА УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ";
280 INPUT C
290 IF C = 0 THEN GOTO 270
300 PRINT "ВВЕДИТЕ СРЕДНЮЮ НАРАБОТКУ ДО ПЕРВОГО ОТКАЗА ЗАДАН-
НУЮ";
310 INPUT TSRZ
320 D = A * .000001 * C
330 G = 1 / D
340 CLS
350 PRINT "СРЕДНЯЯ НАРАБОТКА ДО ПЕРВОГО ОТКАЗА Tср.р.="; G;
"ЧАС."
360 IF G < TSRZ THEN PRINT "Tср.р. НЕ СООТВЕТСТВУЕТ ТУ";
370 IF G >= TSRZ THEN PRINT "Tср.р. СООТВЕТСТВУЕТ ТУ";
380 IF G < 1000 THEN GOTO 420
390 IF G < 10000 THEN GOTO 440
400 IF G < 100000 THEN GOTO 460
410 IF G < 1000000 THEN GOTO 480
420 S = (INT(G / 100) + 1) * 100
430 GOTO 490
440 S = (INT(G / 1000) + 1) * 1000
450 GOTO 490
460 S = (INT(G / 10000) + 1) * 10000
470 GOTO 490
480 S = (INT(G / 100000) + 1) * 100000
490 PRINT
500 PRINT "ТАБЛИЦА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКА
ЗАВИСИМОСТИ P(T)=EXP(-T/Tср.)"
510 FOR I = 0 TO S STEP S / 10
520 PRINT " X="; I, "Y="; 1 / EXP(D * I)
530 NEXT I
540 PRINT
550 PRINT "ПОСЛЕ ТОГО КАК ВЫ ЗАПИШИТЕ, ДЛЯ ВЫВОДА ГРАФИКА НАЖМИТЕ ПРОБЕЛ";
560 IF INKEY$ <> " " THEN GOTO 560
570 CLS
580 SCREEN 2
590 PRINT " ГРАФИК ФУНКЦИИ P(T)=EXP(-T/Tср.р.)"
600 LINE (0, 200)-(0, -200)
610 LINE (0, 0)-(600, 0)
620 PSET (0, 0)
630 FOR I = 0 TO S STEP S / 10
640 X =I / 10
650 Y = (1 / EXP(D * 1)) * 100
660 IF X >= 600 THEN GOTO 690
670 LINE -(X, Y)
680 NEXT I
690 LINE -(600, Y)
700 IF INKEY$ <> " " THEN GOTO 700
710 SCREEN 1
720 CLS
730 PRINT "РАСЧЕТ ФУНКЦИИ P(T)=EXP(-T/Tср.р.) ДЛЯ ЛЮБЫХ (T)"
740 PRINT "ВВЕДИТЕ (T) ЗАДАННОЕ ОТ "; 0; " ДО"; S
750 PRINT "Tз.=";
760 INPUT TZ
770 IF TZ < 0 OR TZ > S THEN GOTO 760
780 PRINT "ПРИ Tз.="; TZ; " ФУНКЦИЯ P(T)="; 1 / EXP(D * TZ)
790 PRINT
800 PRINT " ПРОДОЛЖИТЬ ВЫЧИСЛЕНИЯ (Y/N)";
810 INPUT A$
820 IF A$ = "Y" THEN GOTO 720
830 GOTO 10
2.4.5. Разработка печатной платы стенда
Компоновка печатной платы (размещение в пространстве или на плоскости) элементов, имеющих электрические соединения в соответствии с принципиальной схемой, и обеспечение допускаемого минимума паразитных взаимодействий, которые не нарушают значение расчетных выходных параметров РЭА.
Оптимальное размещение элементов преследует две важнейшие цели: снижение искажений сигналов и повышение технологичности изготовления конструктивных единиц за счет создания благоприятных условий для трассировки меж соединений элементов.
Наибольшее распространение получили критерии размещения, позволяющие прямо или косвенно достичь цели, то есть получить наименьшую суммарную длину всех соединений схемы либо числа пересечений проводников, либо наибольшей суммарной длины соединений источника сигнала.
Печатная плата стенда была разработана на основе этих требований. Она представляет собой прямоугольник фольгированного стеклотекстолита СФ - 2, размерами 400х260мм, с прямоугольным вырезом в правом верхнем углу, размерами 65х65мм для переключателя рода работ.
Кроме крепежных отверстий и отверстий для пайки радиокомпонентов плата имеет 83 отверстия диаметром 6мм, в которых размещены светодиоды, впаянные непосредственно в плату. Это позволило не применять громоздкий монтаж, для распайки светодиодов, а также в плате укреплены (для распайки элементов) гнезда, под которые просверлены отверстия диаметром 6,5мм. Все радиоэлементы, за исключением коммутационных устройств, располагаются на печатной плате стенда. С монтажной платы на металлический корпус вынесены все переключатели и кнопки. Это позволило избежать воздействия на монтажную плату механических нагрузок.