Устройство управления газонатекателями при магнетронном распылении (стр. 4 из 18)
13) время установления рабочего режима 1 ч.
3. Выбор и обоснование компоновочной схемы, метода и принципа конструирования
Разрабатываемое устройство управления гаонатекателями относится к стандартной аппаратуре, которая работает в специальных помещениях: лабораториях и т.п., где создаются условия, обеспечивающие продолжительную и надежную эксплуатацию.
Компоновочные схемы блоков определяются количеством и видом составляющих элементов (модульных узлов) и их расположением .
Разрабатываемое устройство представляет собой одноплатную конструкцию. Преимуществом такой компоновочной схемы являются:
- минимальное число деталей конструкции;
- хорошая ремонтопригодность;
- минимальные габариты изделия.
Существует несколько методов конструирования. Рассмотрим наиболее распространенные из них.
Геометрический метод. В его основу положена структура геометрических и кинематических связей между деталями, представляющая собой систему опорных точек, число и размеры которых зависят от заданных степеней свободы и геометрических свойств твердого тела. Этот метод обычно применяется при проектировании конструкций, в которых должно соблюдаться точное взаиморасположение деталей или обеспечиваться их точное перемещение .
Топологический метод. В основу этого метода положена структура физических связей ЭРЭ. Топологический метод может применяться для выяснения любых связей, однако конкретное его содержание проявляется там, связности элементов может быть сопоставлен граф. Этот метод конструирования применяется для создания пленочных ИС, печатных плат и т.п. Метод проектирования моноконструкций. Он основан на минимизации числа связей в конструкции. Этот метод применяется для создания функциональных узлов, блоков РЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла с оригинальными элементами. Разработка моноконструкций РЭА связана с различными трудностями и имеет ряд недостатков: значительное время конструирования и внедрения в производство; ограниченные возможности типизации и унификации; низкая степень ремонтопригодности и др.
Машиностроительный метод. В основу этого метода конструирования положена структура механических связей между элементами, представляющая собой систему опорных поверхностей. Машиностроительный метод используется для конструирования устройств РЭА, которые несут большие механические нагрузки и в которых вследствие этого неизбежны большие деформации. При этом точечные опоры, принятые в геометрическом методе, могут оказаться целесообразнее, так как могут перегружаться, поэтому их заменяют опорными поверхностями .
Базовый (модульный) метод конструирования. В его основу положен модульный принцип конструирования. Он является основным при проектировании современной РЭА и имеет много преимуществ по сравнению с методом моноконструкций:
- на этапе разработки: сокращает сроки, упрощает отладку и сопряжение узлов в лаборатории, упрощает монтирование, сокращает объем оригинальной документации, дает возможность непрерывно совершенствовать аппаратуру;
- на этапе производства: сокращает сроки освоения серийного производства, упрощает сборку, монтаж, снижает себестоимость аппаратуры благодаря широкой механизации и автоматизации производства и др.;
- на этапе эксплуатации: повышает эксплуатационную надежность РЭА, улучшает ремонтопригодность аппаратуры, облегчает ее обслуживание.
Исходя из выше сказанного, выбираем в качестве метода конструирования базовый метод, а в качестве принципа конструирования – модульный принцип.
4. Выбор и обоснование конструктивных материалов и комплектующих изделий
При проектировании устройства управления газонатекателями одним из самых важных этапов является выбор типов элементов, входящих в конструкцию. Правильно выбранная элементная база позволит: обеспечить надежное функционирование составных частей и всего изделия в целом; снизить вероятность возникновения помех из-за несогласованности входов одних элементов с выходами других; получить высокие эксплуатационные характеристики; уменьшить энергопотребление за счет применения элементов, изготовленных по передовым технологиям; добиться лучших массогабаритных показателей; повысить ремонтопригодность аппаратуры; расширить технические возможности разрабатываемой аппаратуры.
В общем случае критерием выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является соответствие технологических и эксплуатационных характеристик ЭРЭ заданным условиям эксплуатации.
Основными параметрами при выборе ЭРЭ являются:
1) технические параметры ЭРЭ:
- номинальные значения параметров ЭРЭ согласно схеме электрической принципиальной;
- допустимые рабочие напряжения;
- допустимые рассеиваемые мощности;
- диапазон рабочих частот;
- коэффициент электрической нагрузки;
2) эксплуатационные параметры:
- диапазон рабочих температур;
- относительная влажность воздуха;
- давление окружающей среды;
- вибрационные и ударные нагрузки.
Дополнительными критериями выбора ЭРЭ являются: надежность, унификация ЭРЭ, масса и габариты, стоимость. Выбор элементной базы по вышеназванным критериям позволит обеспечить стабильную работу на протяжении всего срока службы изделия.
Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и допустимых эксплутационных параметров радиоэлементов, используемых в разрабатываемом устройстве управления газонатекателями.
Из справочной литературы имеем следующие данные об условиях эксплуатации конденсаторов следующих типов:
1) К50-35 -конденсатор алюминиевый оксидно-электролитический. Предназначен для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока. Изготавливаются в исполнении для умеренного и холодного климата и всеклиматическом. Выпускаются полярные и неполярные.
Предельные эксплуатационные данные:
- интервал рабочих температур от -25 до +70 оС;
- относительная влажность при температуре +25 оС до 98%;
- атмосферное давление воздуха от 6,6 до 2942 Па.
- вибрации в диапазоне частот от 5 до 1000 Гц с ускорением до 10 g;
- многократные удары с ускорением до 75g при длительности ударов 2-6 мс;
- линейные нагрузки с ускорением до 50 g;
- акустические шумы в диапазоне частот от 50 до 10000 Гц с уровнем звукового давления до 140 дБ.
Основные электрические характеристики:
1. Допустимое амплитудное значение напряжения переменной составляющей пульсирующего тока в диапазоне частот от 50 до 10000 Гц при номинальной емкости 2200 мкФ и номинальном напряжении 63В, не должно превышать 90В при температуре 20оС и 72В при температуре окружающего воздуха 40оС.
2. Допустимые отклонения емкости от номинальной - +50% и -20%.
3. Допускаемое изменение емкости относительно измеренной в нормальных условиях при температуре +70оС - +25%.
4. Тангенс угла потерь в нормальных условиях - 19%.
5. Ток утечки в нормальных условиях для конденсаторов емкостью 2200мкФ и при номинальном напряжении 65В, не более 2,77 мА.
6. Минимальная наработка -10000 часов.
2) Конденсатор К73-17 – конденсаторы полиэтилентерефталатые. Предназначены для работы в цепях переменного, постоянного и пульсирующего токов. Изготавливаются в исполнениях для умеренного и холодного климата. Выпускаются в цилиндрических и прямоугольных металлических корпусах. Сопротивление изоляции вывод-ввод в нормальных климатических условиях (до 0,25 мкФ) не менее 6000 МОм. Сопротивление изоляции вывод-корпус не менее 30000 МОм.
Предельные эксплуатационные данные:
-температура окружающей среды от минус 60 до плюс 125°C;
-относительная влажность воздуха при температуре плюс 35°C до 98%;
-пониженное атмосферное давление 0,0000013гПа (1
мм рт.ст.).-минимальная наработка на отказ 20000 часов.
Из справочной литературы имеем следующие характеристики используемых резисторов:
1) МЛТ - резисторы постоянные непроволочные, общего назначения с металлоэлектрическим проводящим слоем. Предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов в качестве элементов навесного монтажа.
Предельные эксплуатационные данные:
- номинальная мощность 0,125 и 0,25 Вт;
- диапазон номинальных сопротивлений
;- масса 0,15 г;
- уровень собственных шумов 1, 5
;- температура окружающей среды при нормальной электрической нагрузке от -60 до +70
;-относительная влажность воздуха при температуре
до 98 ٪;- пониженное атмосферное давление до 133 Па;
- предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока 200 В;
- минимальная наработка 25000 ч;
- срок сохраняемости 25 лет.
2) Резисторы СП5-2 - резисторы подстроечные многооборотные с круговым перемещением подвижной контактной системы. Изменение сопротивления от минимального до максимального значения производится за сорок полных оборотов. Резисторы предназначены для работы в цепях постоянного и переменного токов.
Предельные эксплуатационные данные:
-температура окружающей среды при номинальной электрической нагрузке от минус60 до плюс 70°С; при снижении электрической нагрузки до 0,1Рн - от минус 60 до плюс 125°С.
-относительная влажность воздуха при температуре 35°С до 98%.
-пониженное атмосферное давление до 667 Па (5 мм рт.ст.).
Минимальная наработка 2000 часов.
Из справочной литературы имеем данные об условиях эксплуатации следующих типов применяемых транзисторов и диодов:
1) КТ 361Г - кремниевый планарно-эпитаксиальный транзистор n-p-n. Предназначен для работы в усилителях и генераторах электрических сигналов ВЧ и НЧ диапазонов в аппаратуре широкого применения и имеет характеристики: