Описание структурной схемы

2.3 Описание структурной схемы

Структурная схема часов представлена на чертеже, по ней можно определить принцип работы часов.

Начну описание с блока питания (БП). В этом курсовом проекте блок питания предназначен для преобразования напряжения в сети (которое очень высокое) в нужное для работы индикатора. Для правильной работы АЛУ стоит выпрямитель и стабилизатор напряжения.

Частотозадователь нужен для обеспечения нужной частоты импульсов для АЛУ, где импульсы, следующие с периодом в одну минуту, поступают на первый счетчик минутных импульсов (<<единицы минут>>). Каждый импульс его переполнения увеличивает содержимое второго счетчика (<<десятки минут>>). Максимальное число в этих счетчиках составляет <<59>>. С поступлением следующего минутного импульса эти счетчики обнуляются, и импульс переноса со второго счетчика записывается в третий счетчик (<<единицы часов>>). Следующая единица будет записана в третий счетчик через час. С третьего счетчика каждые 10 часов импульсы переноса заполняют четвертый счетчик (<<десятки часов>>). Максимальное число в четырех счетчиках соответствует времени 23 часа 59 минут. Поступающий после этого минутный импульс вызывает переполнение всех счетчиков – устанавливает их в нуль, начинается счет времени следующих суток.

Для управления АЛУ, в этих часах есть блок управления (БУ) с помощью которого ведется настройка и управление временем, будильниками и позволяет использовать часы как таймер.

Для работы генератора звука собран умножитель напряжения, который питается от напряжения индикатора и умножает его чуть больше чем в 2 раза. Для работы преобразователя стоит выпрямитель, который переводит из переменного напряжения в постоянное. Преобразователь напряжения переводит из положительного напряжения в отрицательное от которого питается генератор звука. Для возбуждения ГЗ микросхема передает импульс.

Все команды во время настройки, управления и вообще работа часов выводится на электроннолучевой индикатор который представляет собой обычное табло состоящие из четырех восьмерок разделяющих на две группы чисел двумя мигающими точками.

3. Расчет схемы электрической принципиальной

3.1 Расчет параметрического стабилизатора

Для расчета схемы параметрического стабилизатора нам необходимы следующие параметры:

­  выходное напряжение U_вых = U_ст = 27 В

­  выходной ток I_вых = I_ст =5 мА

­  не стабильность выходного напряжения (U_вх2 - U_в1 )/ U_вх = ±10%

­  сопротивление нагрузки R_н = U_ст / I_ст =27/ 5 × 10^-3 =5400 Ом

1. По напряжению стабилизации выбираем три стабилитрона типа Д814Б с дифференциальным сопротивлением r_ст = 10 Ом.

2. Сопротивление резистора R₀ = 1 кОм.

3. Определяем необходимое входное напряжение

U_вх = U_вых + R₀ (I_ст + I_вых ) = 27+ 1000(0,005 +0,005) = 32 В

4. Определяем коэффициент стабилизации

k_ст =(1- I_вх R₀ / U_вх )( R_о + r_ст )/ r_ст = (1 – 0,01 × 1000/32)(1000 + 10)/10 = 69

5. Находим нестабильность выходного напряжения

(U_ст1 – U_ст2 )/ U_вых = (U_вх2 - U_вх1 )/ k_ст U_вх = 10/ k_ст = ± 0,15 %

3.2 Расчет однофазного мостового выпрямителя

Выпрямитель содержит четыре диода соединенных по схеме моста. В одну диагональ моста приходит напряжение с умножителя , а от другой диагонали идет питание преобразователя.

Для расчета известны параметры:

U_н. = 12 В; R_н = 20 Ом.

Рассчитаем ток нагрузки:

I_н. = U_н / R_н =12 / 20 = 0,6 А

Среднее значение выпрямленного тока каждого диода:

I_н.VD= 0,5 × I_н = 0,5 × 0,6 = 0,3 А

Действующее значение напряжения выходе умножителя:

U_умн. = 1,11 × U_н. = 1,11 ×12 = 13,32

Максимальное значение обратного напряжения на диоде:

U _обр. = 1,414 ×U_умн. = 1,414 × 13,32 = 18,8 В

3.3 Расчет надежности устройства

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности устройства по известным характеристикам компонентов, составляющих схему.

Интенсивность отказов всего устройства L рассчитывается по формуле:

_m

L= ∑ l_{i ,}

ⁱ⁼¹

m – число компонентов,

l_i- номинальная интенсивность отказов одного компонента (из справочника)

Рассчитываем l_Iдля каждой группы компонентов:

­  Резисторы пленочные: l₁ = l₀₁ · n= 0,03 · 10^-6 ·5 = 0,15 · 10^-6 1/ч

­  Конденсаторы керамические: l₂ = l₀₂ · n= 0,15 · 10^-6 ·6 = 0,9 · 10^-6 1/ч

­  Конденсаторы электролитические: l₃ = l₀₃ · n= 0,35 · 10^-6 ·1 =

o  =0,35 · 10^-6 1/ч

­  Микросхемы: l₄ = l₀₄ · n= 0, 13 · 10^-6 · = 0,13 · 10^-6 1/ч

­  Индикаторы: l₅ = l₀₅ · n= 0,9 · 10^-6 ·1 = 0,9 · 10^-6 1/ч

­  Диоды кремниевые: l₆ = l₀₆ · n= 0,6 · 10^-6 ·3 = 1,8 · 10^-6 1/ч

­  Стабилитроны: l₇ = l₀₇ · n= 1,6 · 10^-6 ·3 = 4,8 · 10^-6 1/ч

­  Плата печатная: l₈ = l₀₈ · n= 0,7 · 10^-6 ·1 = 0,7 · 10^-6 1/ч

­  Провода соединительные: l₉ = l₀₉ · n= 0,015 · 10^-6 ·38 = 0,57 · 10^-6 1/ч

­  Пайка монтажа: l₁₀ = l₀₁₀ · n= 0,01 · 10^-6 ·97= 0,97 · 10^-6 1/ч

­  Резонаторы: l₁₁ = l₀₁₁ · n= 0,1 · 10^-6 ·1 = 0,1 · 10^-6 1/ч

­  Трансформатор: l₁₂ = l₀₁₂ · n= 2,4 · 10^-6 ·1 = 2,4 · 10^-6 1/ч

­  Кнопки: l₁₃ = l₀₁₃ · n= 0,07 · 10^-6 ·9 = 0,63 · 10^-6 1/ч

­  Транзисторы: l₁ = l₁₌₀₁₄ · n= 0,30 · 10^-6 ·2 = 0, 6 · 10^-6 1/ч

Для всего устройства интенсивность отказов составит:

L = l₁ + l₂ +l₃ +l₄ +l₅ +l₆ +l₇ +l₇ +l₈ +l₉ +l₁₀ +l₁₁ +l₁₂ +l₁₃ +l₁₄ = (0,15+ 0,9+ 0,35+ 0,13+ 0,9+ 1,8+ 4,8 + 0,7+ 0,57 + 0,97 + 0,1 + 2,4+ 0,63+ 0,6) · 10^-6 =14,85 · 10^-6 1/ч

Среднее время наработки на отказ определяется по формуле:

Тср = 1/L ч

Для устройства в целом среднее время наработки на отказ составит:

Тср = 1/L = 1/(14,25 · 10^-6) ч = 70175,4 ч