Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7975| Назва: | Розробка дводіапазонного приймача радіомовлення стандартів CCIR та OIRT |
| Автори: | Гавриш, Олександр Степанович Яновський, Максим Ігорович |
| Ключові слова: | ЧМ радіомовлення;стандарти ccir та oirt;інтегральна мікросхема |
| Дата публікації: | 2021 |
| Короткий огляд (реферат): | У роботі проаналізовано існуючі схеми дводіапазонних радіоприймачів. Розроблена та проаналізована структурна схема. На її основі синтезована принципова електрична схема, обрані основні мікросхеми для використання в дводіапазонному УКХ ЧМ приймачі. Проведено розрахунки основних вузлів. Розроблений пристрій повністю відповідає поставленому технічному завданню. Завдяки використанню сучасних інтегральних мікросхем приймач має невеликі габаритні розміри. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7975 |
| Розташовується у зібраннях: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_РТ_Яновський_Гавриш_2021.pdf Restricted Access | 1.35 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І
РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
До захисту допущено
завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор __________ В.В. Палагін
"_____" червня 2021 року
Пояснювальна записка
до випускної роботи
освітнього ступеня «бакалавр»
на тему: «Розробка дводіапазонного приймача радіомовлення
стандартів CCIR та OIRT»
Виконав студент 4 курсу, групи СКРТ-97
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та
радіотехніка»
Освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні
Яновський Максисмт еІгмоир»о вич
Керівн Гавриш О.С.
ик робРоетци е нзе Чепинога В.В.
нт
Черкаси 2021
Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра Радіотехніки, телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітній ступінь бакалавр
Спеціальність 172 - Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор Палагін В.В.
« 08 » лютого 2021 р.
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) студенту
Яновському Максиму Ігоровичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка дводіапазонного приймача радіомовлення стандартів
CCIR та OIRT
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « » лютого 2021 р. №
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 25 травня 2021 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи)
діапазони частот: від 65,8 до 74 МГц, від 87,5 до 108 МГц; система безшумної настройки;
вихідна потужність – до 2 Вт.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______
Вступ. 1. Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного аналізу існуючих
аналогів. 2. Розробка та аналіз структурної схеми. 3. Розробка принципової схеми.
4. Розрахунок схеми електричної принципової дводіапазонного УКХ ЧМ приймача.
5. Конструкторсько-технологічний розділ. 6. Охорона праці. Висновки. Список використаної
літератури
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
1. Схема структурна. 2. Схема електрична принципова. 3. Плата друкована.
4. Збірне креслення. 5. Плакат з охорони праці.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Прізвище, ініціали та посада завдання завдання
консультанта видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С., ст. викладач
кафедри безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 08 лютого 2021 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного С т р о к виконання етапів П р имітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
1. Інформаційно-технічний пошук
та огляд літератури 08.02.2021
2. Обґрунтування технічного завдання 22.02.2021
3. Розробка структурної схеми пристрою 05.03.2021
4. Розробка електричної принципової схеми 22.03.2021
5. Розрахунок основних елементів схеми 07.04.2021
6. Розробка конструкторсько-технологічного розділу 18.04.2021
7. Розробка розділу з охорони праці 25.04.2021
8. Оформлення пояснювальної записки та плакатів 18.05.2021
Студент Яновський М.І.
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Гавриш О.С.
(підпис) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
Вступ 4
1. Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного аналізу
існуючих аналогів 5
1.1 Актуальність проектування 5
1.2 УКХ приймач прямого підсилення 5
1.3 Приймач любительського діапазону 7
1.4 Простий трьох діапазонний приймач прямого перетворення 10
2. Розробка та аналіз структурної схеми 17
3. Розробка принципової схеми 20
4. Розрахунок схеми електричної принципової дводіапазонного УКХ ЧМ
приймача 28
4.1 Розрахунок тракту вхідного ланцюга 28
4.2 Розрахунок гетеродина 32
4.3 Активний фільтр ПЧ 33
4.4 ЧМ – детектор та система безшумної настройки 35
4.5 Індикатор налаштування на радіостанцію 36
4.6 Попередній підсилювач звукової частоти 37
4.7 Підсилювач потужності звукової частоти 39
5. Конструкторсько-технологічний розділ 40
5.1 Вибір матеріалів друкованої плати 40
5.2 Вибір та обґрунтування технологічного процесу виготовлення
друкованої плати 46
6. ОХОРОНА ПРАЦІ 53
6.1 Аналіз небезпек і шкідливостей, які виникають в приміщенні
експериментального цеху 53
6.2 Розрахунок системи механічної витяжної вентиляції 59
Висновки 65
Список використаної літератури 66
Додатки
ВСТУП
Ультракороткі хвилі (УКХ) — радіохвилі, з діапазонів метрових,
дециметрових, сантиметрових, міліметрових і дециміліметрові хвиль [1]. Таким
чином діапазон частот УКХ знаходиться в межах від 30 МГц (довжина хвилі
1000 см) до 3 Тгц (довжина хвилі 0,1 мм). Термін УКХ рекомендується
застосовувати для випадків, коли межі використовуваного діапазону не
збігаються з межами стандартних діапазонів [1].
УКХ-діапазон використовується для стереофонічного радіомовлення з
частотною модуляцією і телебачення, радіолокації, зв'язку з космічними
об'єктами (так як вони проходять крізь іоносферу Землі), а також для
аматорського радіозв'язку.
Радіохвилі УКХ-діапазону поширюються практично в межах прямої
видимості, а також, не відбиваючись від іоносфери, йдуть в космічний простір.
Тобто іоносфера для радіохвиль УКХ діапазону прозора. Вважається, що
прийняти приймачем навіть зі спеціальною антеною радіохвилі цього діапазону
можна тільки на відстані прямої видимості. Практично при дуже високому
підйомі приймальної і передавальної антен над поверхнею землі ця відстань не
перевищує 80–100 км. Пояснюється це тим, що ультракороткі хвилі не мають
здатність відбиватися від верхніх шарів атмосфери, як хвилі короткохвильового
діапазону.
Історично так склалося, що радіомовний УКХ діапазон в бувшому СРСР, а
відповідно і в країнах, що утворилися після його розпаду, відрізнявся від
діапазону, що прийнятим в усьому світі. На сьогоднішній день в Україні ведеться
радіомовлення в діапазонах стандартів OIRT (від 65,9 до 74 МГц) та CCIR (від
87,5 до 108 МГц). Як правило приймальна апаратура розрахована лише на один з
цих стандартів, тому розробка дводіапазонного приймача є актуальною задачею.
1. ОБҐРУНТУВАННЯ НЕОБХІДНОСТІ ПРОЕКТУВАННЯ НА
ОСНОВІ КРИТИЧНОГО АНАЛІЗУ ІСНУЮЧИХ АНАЛОГІВ
Актуальність проектування
Самостійне виготовлення хорошого приймача УКХ діапазону пов'язана з
певними проблемами, викликаними перш за все відсутністю досвіду і необхідних
вимірювальних приладів. Широке поширення і невелика вартість мікросхем,
розроблених для побутової приймальної апаратури, дозволяє створювати прості і
доступні для повторення в домашніх умовах конструкції.
Проведемо огляд прототипів та їх технічні характеристики.
УКХ приймач прямого підсилення. Для прийому передач радіомовних
станцій у короткохвильовому діапазоні в наші дні використовують, як правило,
супергетеродинні приймачі. Принципова схема приймача показана на рисунку 1.1.
Не применшуючи переваг таких приймачів, в порівнянні з приймачами прямого
підсилення супергетеродин містять більшу кількість деталей, а головне, вони
значно складніше в налагоджуванні.
Тому в тих випадках, коли не важливі підвищена селективність і стійкість
прийому, радіоаматори віддають перевагу приймачів прямого підсилення.
Приймач виконаний лише на трьох транзисторах і призначений для прийому
радіостанцій УКХ діапазону. Збільшення чутливості і селективності досягнута
рефлексним використанням двох з його транзисторів і введенням регульованого
позитивного зворотного зв'язку. Споживаний приймачем струм не перевищує
12 мА.
Прийняті антеною (мідний дріт довжиною кілька метрів) високочастотні
коливання через конденсатор С1 надходять в ланцюг емітера транзистора V1. Для
сигналів високої частоти цей транзистор включений за схемою ПРО (база з'єднана
по високій частоті із загальним проводом через конденсатори СЗ і С6). Підсилена
першим каскадом напруга ВЧ через котушку зв'язку L1 надходить на коливальний
контур L2C2, яким приймач налаштовують на обрану радіостанцію. Як видно зі
схеми, виділена контуром L2C2 напруга ВЧ надходить на базу транзистора V2,
який в даному випадку виконує функції емітерного повторювача. Діод V4
детектує прийнятий сигнал, тому в ланцюзі емітера транзистора V2 виділяється
напруга НЧ, для якого він включений за схемою ПРО (база з'єднана за змінним
струмом із загальним проводом через конденсатор С4). Навантаженням каскаду
на низьких частотах є дросель L3. Підсилена транзистором V2 напруга НЧ через
конденсатор СЗ подається на базу транзистора V1, який тепер виконує функції
емітерного повторювача. З його навантаження – резистора R3 низькочастотний
сигнал надходить на базу транзистора V3, що працює у вихідному каскаді
приймача. Навантаженням цього каскаду служить динамічна головка В1,
включена в колекторний ланцюг транзистора через трансформатор T1.
Рисунок 1.1 – УКХ приймач прямого підсилення
Позитивний зворотний зв'язок, що підвищує чутливість приймача до
прийнятного рівня, охоплює каскад на транзисторі V2. Напруга цього зворотного
зв'язку знімається з емітера транзистора і через ланцюг C5 R5 L1 L2 C2 вводиться
в його базу. Глибину зв'язки регулюють змінним резистором R6: при переміщенні
його движка вниз (за схемою) чутливість і селективність приймача зростають,
вгору зменшуються.
Приймач любительського діапазону
При розробці цього приймача для любительського діапазону не ставилося
завдання досягнення максимального динамічного діапазону і т.д. Головними
пріоритетами з'явилися:
– простота конструкції і відсутність дефіцитних деталей;
– простота настройки;
– висока посилення приймального тракту для можливості роботи з
сурогатними антенами;
– високоефективна система АРУ;
– ефективний НЧ тракт;
– відсутність підсилювальних каскадів перед першим змішувачем;
Після огляду літератури і тривалих пошуках була розроблена наступна
схема (рисунок 1.2).
Діапазонні смугові фільтри не наводяться. Перший змішувач на діодних
мостах відноситься до змішувачів високого рівня. Бажано використовувати діоди,
вказані на схемі (КД922). Схема узгодження змішувача з кварцовим фільтром
широко відома і являє собою каскад на польовому транзисторі з загальним
затвором з непоганим динамічним діапазоном і узгодженням опорів в широкій
смузі частот, підбір узгоджувальних властивостей визначається режимом роботи
транзистора (точніше, струм каналу транзистора). Для охочих поліпшити
динаміку приймача можна застосувати транзистор КП903А і трансформатор 1:4
замість дроселя L5. Кварцовий фільтр підключається в цьому випадку до
середньої точки трансформатора.
Кварцовий фільтр виготовлений з ТБ резонаторів на частоту 8867,238 кГц..
Для поставлених завдань достатньо селекції, забезпечується чотири кристальним
фільтром. Загасання в смузі прозорості у цього фільтру мінімальні, навіть при
використанні резонаторів з низькою добротністю і якістю, що забезпечує високу
Рисунок 1.2 – Приймач любительського діапазону
чутливість приймача. Узгодження фільтру здійснюється підбором режиму
транзистора VT1 по входу і опору R3 по виходу. Для спрощення схеми було
вирішено відмовитися від резонансних ланцюгів узгодження.
Тракт ПЧ приймача виконаний на мікросхемі К174ХА2 (рекомендовано
замінити її зарубіжним аналогом TCA440 або A240). Даний тракт непогано
описаний в літературі і використовувався багатьма авторами. Вбудований
гетеродин мікросхеми не використовується, кварцовий генератор для другого
змішувача виконаний на транзисторі VT2, налаштуванням котушки L4 регулюють
частоту генератора для налаштувння її на лівий скат АЧХ кварцового фільтру.
Резонатор – такий же як і в кварцовому фільтрі. Можна використовувати й інші
схеми кварцових генераторів з підстроюванням частоти. Сигнал генератора
подається на вивід 4 мікросхеми. На виході підсилювача ПЧ мікросхеми (вихід 7)
включений резонансний контур L3C14, частота якого відповідає вибраним
кварцовим резонаторам фільтра. Вбудований підсилювач РЧ мікросхеми
використовується в якості другого підсилювача ПЧ і його сигнал подається на
другий змішувач (також вбудований в мікросхему). Змішувач досить високої
якості, подвійний балансний.
Сигнал ЗЧ виділяється на виводі 15 і подається на попередній підсилювач
на мікросхемі DA1, необхідний для нормальної роботи АРУ. Коефіцієнт
підсилення встановлений близько 100 і регулюється підбором опору R23. На
виході попереднього підсилювача встановлений активний ФНЧ 3-го порядку (ОУ
DA2), для ослаблення частот вище 3 кГц. З виходу ФНЧ сигнал знімається на
регулятор гучності R31 і на випрямляч системи АРП з регульованим порогом
(R29). Постійна часу АРП R19C30 обрана в результаті експериментів. При
недостатній швидкодії необхідно зменшити ємність конденсатора С30. Схема
крайового підсилювача ЗЧ не наводиться. Вибір операційних підсилювачів не
критичний, підійдуть будь-які середньої точності. Буде потрібно невелике
підстроювання ФНЧ.
ГПД на потужному транзисторі VT3 (КТ606А) встановлений для
нормальної роботи змішувача. Як відомо, подібні змішувачі вимагає напруга
гетеродина близько 1–1,5 вольта на навантаженні 50 Ом.
Налаштування приймача зводиться до підстроювання частоти контура
L3C14 по максимуму сигналу, встановлення порогу АРП резистором R29 і
налаштуванням котушки L4 регулюють частоту генератора для установки її на
лівий скат АЧХ кварцового фільтру (по неспотвореному прийому радіостанції).
Для модернізації в трансивер високого класу необхідно додати:
– реверсивний каскад на КП903 після першого змішувача.
– кварцовий фільтр (ще 4 кристали ідентичний використаному) після
реверсивного каскаду;
– замінити каскад на VT1 на перемикається на двох затворному польовому
транзисторі;
– додати каскад повторювача на вихід кварцового генератора (для сигналу
формування DSB).
Простий трьох діапазонний приймач прямого перетворення
Принципова схема приймача наведена на рисунку 1.3. Сигнал з антенного
роз’єму подається на регульований атенюатор, виконаний на здвоєному
потенціометрі R1. У порівнянні з одиночним потенціометром подібне рішення
забезпечує більшу глибину регулювання ослаблення (більше 60дБ) у всьому КХ
діапазоні, що дозволяє забезпечити оптимальну роботу приймача практично будь
антеною. Далі сигнал через котушку зв'язку L1 надходить на двоконтурний
смуговий фільтр (ПДФ) L2C5, L3C10 з ємнісний зв'язком через конденсатор С9.
Перемикання діапазонів здійснюється тумблером SA1, що має нейтральний
(незамкнутий) стан контактів. У положенні контактів, показаному на схемі
включений перший діапазон. При перемиканні на інші діапазони до контурів
підключаються додаткові конденсатори С1, С3 і С6, С14, зміщення резонансних
частот контурів на середину робочого діапазону. При перемиканні на діапазон
7МГц до контурів ПДФ підключаються не тільки конденсатори С2, С4 і С8, С15,
але і додатковий конденсатор зв'язку С7, що необхідно для отримання
оптимальної форми АЧХ ПДФ на цьому діапазоні.
Навантаженням ПДФ служить однотактний ключовий змішувач на основі
польового транзистора VT1. Це важливий вузол, «серце» приймача, що визначає
його основні параметри і заслуговує особливої уваги.
На частотах верхніх КХ діапазонів добротність цього простого СФ досягає
абсолютно фантастичних величин – тисяч і десятків тисяч! Наприклад:
– При смузі по ЗЧ для прийому SSB сигналу 2,5 кГц – більше 4000 (на
21МГц)
– При смузі по ЗЧ для прийому CW сигналу 0,8 кГц – більше 12000 (на
21МГц).
Більш того, яскраво виражена частотна залежність вхідного опору ключового
змішувача при високоомному навантаженні останнього підвищує селективність
підключеного до нього ПДФ. При цьому на схилах АЧХ вхідного контуру (або
ПДФ) з'являється гострий пік шириною, рівний подвійній смузі пропускання по
НЧ (в даному випадку приблизно 5 кГц).
Центральна частота цього піку збігається з частотою настройки гетеродина і
перелаштовується разом з нею. При цьому ефект підвищення добротності контуру
тим більше, чим вище співвідношення навантаженої і конструктивної добротності,
і фактично дорівнює цьому співвідношенню (при досить великому опорі
навантаження змішувача гетеродинного приймача, або якщо завгодно, СФ). Для
класичної системи узгодження контуру (внесені опори джерела / навантаження
рівні) підвищення добротності контуру не перевищить 2раза. Тому вигідно
зменшувати коефіцієнт включення джерела сигналу – узгодженої антени і
застосувати повне підключення до контуру змішувача, що має в свою чергу,
високоомне навантаження. При цьому позасмугові перешкоди суттєво
послаблюються, чутливість і, відповідно, ДД на увазі виключно малих втрат у
вхідних ланцюгах приймача істотно зростають.
Рисунок 1.3 – Простий трьох діапазонний приймач прямого перетворення
Для реалізації високих селективних властивостей змішувача застосовано
повне підключення до СДФ, а навантаження змішувача в порівнянні з
традиційною підвищена в кілька разів до 5–10кОм. Польовий транзистор VT1,
включений в режимі керованого опору. При малих напругах стік – витік,
незалежно від полярності, канал польового транзистора веде себе як звичайний
опір. Його значення можна змінювати від декількох мегом при закриваючій
напрузі на затворі до десятків ом при відкриваючій напрузі. Таким чином, при
подачі гетеродинної напруги через конденсатор С17 на затвор, вийде майже
ідеальний змішувач. Закриваюча напруга на затворі встановлюється автоматично
через випрямляючу дію p-n переходу (автозміщення) транзистора VT1. При цьому
змінюючи амплітуду гетеродинного напруги, а значить і величину закриваючої
напруги на затворі, ми можемо встановлювати в широких межах відносну
тривалість відкритого стану каналу, або добротність. При перетворенні на
гармоніках для вирівнювання чутливості за діапазонами добротність відкритого
стану обрана близькою до 4, що в даній схемі встановлюється автоматично, тому
що перетворювач спроектований так, що не вимагає кропіткої роботи по підбору
напруги гетеродина. Для цього достатньо лише вибрати польовий транзистор VT1
з напругою відсічення, меншою ніж у VT2, не менше, ніж в 2 рази.
До переваг змішувача ставиться дуже мала потужність, споживана від
гетеродину, тому останній практично не навантажується, що дозволило
відмовитися від буферного каскаду і тим самим спростити схему. Розв'язка
вхідних і гетеродинних ланцюгів однотактного змішувача на польовому
транзисторі при його роботі на основній частоті ГПД в основному визначається
прохідною ємністю сток – затвор транзистора, що в загальному випадку є одним з
істотних його недоліків, що ускладнює успішне застосування його на ВЧ
діапазонах. В даному випадку такої проблеми немає, тому що тільки на першому
діапазоні змішувач працює на основній частоті ГПД, а на другому діапазоні – на
другій гармоніці ГПД, а на третій діапазон – відповідно на третій, при цьому на
верхніх діапазонах реально сигналів з такою частотою немає, а наявний
залишковий сигнал ГПД першого діапазон дуже ефективно приглушується СДФ
діапазонів другого та третьго. Найменше приглушення сигналу ГПД буде на
першому діапазоні, але і тут його приглушення (на антенному вході) перевищує
60дБ – цілком достатньо для нормальної роботи приймача.
Гетеродин виконаний за схемою індуктивної трехточки (схема Хартлі) на
польовому транзисторі VT2. Контур гетеродина містить котушку L4 і
конденсатори С11–С13. Конденсатором змінної ємності (КПЕ) С11 частота
генерації перебудовується в невеликих межах, що відповідає другій гармоніці
діапазону. Зв'язок контуру з ланцюгом затвора VT2 здійснюється за допомогою
конденсатора С16, на якому, завдяки випрямляючої дії p-n переходу транзистора
VT2, утворюється авто зміщення, досить жорстко стабілізуючи амплітуду
коливань. При зростанні амплітуди коливань випрямлена напруга також
збільшується і підсилення транзистора падає, зменшуючи коефіцієнт позитивного
зворотного зв'язку (КПЗЗ). КПЗЗ виходить при протіканні струму транзистора по
частині витків котушки L4. Відведення до витоку зроблений від 1/3 частини
загального числа витків.
Основна фільтрація сигналу в ППЧ здійснюється на низькій частоті
фільтром нижніх частот (ФНЧ) і тому якість роботи приймача багато в чому
визначається селективністю його ФНЧ. Для поліпшення завадостійкості і
селективності приймача на вході ПНЧ застосований двох ланковий ФНЧ
C18L5C19L6C24 з частотою зрізу приблизно 2,7 кГц, складений з двох послідовно
включених П – подібних LC ланок. Конденсатор С21 утворює додатковий полюс
загасання за смугою зрізу і тим самим забезпечує збільшення крутизни спаду
АЧХ до 40дБ. Як котушки ФНЧ застосована магнітофонний ГП, що дозволило
виключити з конструкції ППЧ трудомісткі у виготовленні низькочастотні
котушки. У числі позитивних властивостей цього рішення можна відзначити малі
габарити фільтру, високу лінійність при великих рівнях сигналів завдяки
наявності в магнітопроводі немагнітного зазору, малу чутливість до наведень
завдяки гарному штатному екрануванню. Слід зазначити, що найкраще
придушення (на 3 дБ) в двох ланковому ФНЧ можливо при перехресному
з'єднанні котушок.
Навантаження ФНЧ (вхідний опір ПЗЧ близько 5–10кОм) обраний істотно
більше характеристичного опору ФНЧ (що потрібно для реалізації хороших
селективних властивостей змішувача) неприємного характерного «дзвону»
сигналу не спостерігається, тому що при невеликій добротності котушок форма
АЧХ ФНЧ має лише невеликий підйом в області верхніх звукових частот, що
сприятливо для поліпшення розбірливості мови.
ПЗЧ приймача двокаскадний, з безпосереднім зв'язком між каскадами. Він
зібраний за типовою схемою на сучасних малошумних транзисторах VT3, VT4 з
високим коефіцієнтом передачі струму. Завдяки негативному зворотному зв'язку
по постійному струму режими транзисторів за постійним струмом
встановлюються автоматично і мало залежать від коливань температури і напруги
живлення. Щоб вхідний опір ПЗЧ мало залежав від розкиду параметрів
транзисторів, опір резистора R6 робимо відносно невеликим (15кОм).
Навантаженням ПЗЧ служать високоомні телефони ТОН–2 з опором по
постійному струму 4,4 кОм, які включаються безпосередньо в колекторний
ланцюг транзистора VT4 (через роз'єм Х3), при цьому через їх котушки протікає і
змінний струм сигналу і постійний струм транзистора, що додатково підмагнічує
телефони і покращує їх роботу. Конденсатор С27 спільно з індуктивністю
послідовно включених навушників утворює резонансний контур з частотою
приблизно 1,2 кГц, але через великий активний опір обмоток добротність
останнього невисока – смуга пропускання на рівні–6дБ приблизно 400–2800Гц,
тому його вплив на загальну АЧХ не дуже суттєвий і носить характер допоміжної
фільтрації і невеликої корекції АЧХ. Так любителям телеграфу можна вибрати
С27 = 22–33нФ, тим самим ми змістимо резонанс вниз на частоти 800–1000Гц.
Якщо сигнал глухуватий і для поліпшення розбірливості мовного сигналу
потрібно забезпечити підйом верхніх частот, можна взяти С27 = 2,2–4,7 нФ, що
підніме резонанс вгору до 1,8–2,5 кГц.
В цьому розділі було розглянуто різноманітні існуючі схемні рішення радіо
приймачів. Розглянуті радіоприймачі не задовольняють вимогам технічного
завдання тому, що в розглянутих схемах не використовується автоматичне
підстроювання гетеродину та нема безшумного налаштування на станцію. В
даних схемах багато намоточних вузлів, що погіршує виготовлення та
налаштування. В зв’язку з тим, що існуючі схеми не задовольняють цим вимогам
виникла потреба в розробці малогабаритного дводіапазонного УКХ ЧМ
радіоприймача.
2. РОЗРОБКА ТА АНАЛІЗ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ
У принципі можливі два різних підходи до проектування УКХ-ЧМ
приймача. Один використовує однократне, інший - подвійне перетворення
частоти. При відносно високій проміжній частоті більшість транзисторів не
можуть забезпечити стійке підсилення та й круті скати резонансної кривої
отримати важко. Це є недоліком однократного перетворення. Двократне
перетворення з низькою другою проміжною частотою виключає цю трудність.
Додатковою перевагою двократного перетворення є та обставина, що загальне
підсилення приймача розподіляється по декількох частотах. При цьому помітно
зменшується небезпека самозбудження приймача через різні паразитні зв'язки.
Для тісного монтажу в малогабаритних приймачах зазначена перевага є особливо
важлива.
Однак у всехвильових мовних приймачах, що містять також тракт АМ,
застосування двократного перетворення є зазвичай невиправданим через
складність тракту ЧМ, так як неможливо використовувати комбіновані каскади
АМ-ЧМ. Тому двократне перетворення частоти можна рекомендувати, якщо
потрібно отримати показники приймача вище, ніж для першого класу, тобто:
SeЗК> 36 дБ.
Крутизна схилу:
SК> 0,25 дБ/кГц.
Згідно завдання ці параметри рівні:
SeЗК= 23 дБ,
SК= 0,24 дБ/кГц
Отже, для спрощення схеми приймача, обираємо схему з однократним
перетворенням частоти.
Розглянемо структурну схему дводіапазонного ЧМ приймача з однократним
перетворенням частоти дводіапазонного УКХ ЧМ приймача (рисунок 2.1). Сигнал
з антени надходить на узгоджувальний широкосмуговий вхідний ланцюг, що
пропускає тільки смугу частот двох діапазонів УКХ ЧМ радіомовлення, і
потрапляє на вхід високо частотного підсилювача. Далі підсилений сигнал
надходить до перетворювача частоти. Перетворювач частоти складається з
змішувача і гетеродина. Гетеродин – це малопотужний генератор, що виробляє
частоту fг. На вхід змішувача подається напруга частоти сигналу fс і напруга з
виходу гетеродина fг. У результаті взаємодії двох цих частот на виході змішувача
з'являється сигнал, що містить безліч комбінаційних складових, у тому числі і
складову, частота якої дорівнює різниці двох цих частот fс-fг. Величина цієї
різниці може бути вище або нижче частоти сигналу, але обов'язково вище частоти
модуляції, тому її називають проміжною. Після змішувача сигнал проміжної
частоти підсилюється активним фільтром проміжної частоти, який також виділяє
проміжну частоту і відсіює сусідні станції. Проміжна частота детектується
частотним детектором. Після детектора сигнал звукової частоти підсилюється
підсилювачем НЧ та попереднім підсилювачем НЧ і потрапляє в підсилювач
потужності. До підсилювача під'єднаний гучномовець.
При відсутності сигналу каскад безшумного налаштування вимикає
підсилювач НЧ та відключає автоматичне налаштування гетеродину. Таким
чином при переналагодженні приймача з однієї станції на іншу в гучномовці
відсутні шуми. Зміна параметрів: (навколишнього середовища, напруги живлення
тощо) викликає зміну параметрів резонансного ланцюга (L, C, варикап). В
результаті змінюється частота, відбувається зсув частотної характеристики
(погіршується селективність), тому використовується АПЧГ. АПЧГ вимикається
для того, щоб було можливо переналаштувати приймач на іншу станцію.
Рисунок 2.1 – Структурна схема дводіапазонного ЧМ приймача з однократним перетворенням частоти.
3. РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ
При розробці принципової схеми радіо приймача обираємо інтегральну
мікросхему КР174ХА34АМ, тому що, в ній вмонтовано всі необхідні каскади. Для
підсилювача звукової частоти обираємо мікросхему TDA2003.
Загальний опис КР174ХА34АМ
Інтегральна схема КР174ХА34АМ (ІС) являє собою радіоприймальний
пристрій для прийому і обробки сигналів з частотною модуляцією і попереднього
підсилення демодульованого сигналів низької частоти. Забезпечує прийом
радіомовних ЧМ – стереорадіосігналов і дозволяє створювати спільно з ІС
К174ХА35 мініатюрні економічні стереофонічні радіоприймачі з низькою
напругою живлення. Конструкція К174ХА34АМ має ряд оригінальних
схемотехнічних рішень які дозволили створити монолітну ІС, яка містить всі
необхідні елементи на одному кристалі, з мінімальним числом зовнішніх навісних
елементів для побудови УКХ ЧМ – приймача, в якому єдиними намотувальними
елементами є індуктивності вхідного і гетеродинного контурів. До таких
конструктивних особливостей відносяться: побудова тракту ППЧ на активних RC
– фільтрах без котушок індуктивності (проміжна частота знижена до 70 кГц)
застосування кореляційної системи безшумної настройки для придушення
паразитних сигналів і перешкод під час настроювання приймача; впроваджена
системи частотної синхронізації, яка знижує значення девіації частоти з 75 до 15
кГц і забезпечує малі нелінійні спотворення сигналу при низьких значеннях
проміжної частоти, менших за абсолютною величиною значень девіації частоти
передавальної радіостанції (в цій схемі f - 70 кГц при fm - 75 кГц). Виконана ІС за
епітаксіальною технологією на біполярних транзисторах з ізоляцією елементів
назад зміщеними р-n переходами. Містить 277 інтегральних елементів.
Конструктивно оформлена в полімерному корпусі типу 2103.16-8. Маса не більше
1,5 г.
ІС працює при напрузі живлення 2,7 В – 3,3 В. Налаштування мікросхеми
на станцію, здійснюється шляхом зміни частоти настройки коливного контуру LC
виводу гетеродина за допомогою конденсатора змінної ємності або варикапу.
Еквівалентна ємність контуру гетеродина – 35 пФ для частоти вхідного сигналу
69 Мгц. Необхідна вибірковість по ПЧ забезпечується RC фільтрами та
конденсаторами, що підключаються до виводів 6, 7, 8, 10, 11 ІС. На виводі 9
мікросхеми формується постійна напруга, обернено пропорційна рівню несучої
частоти. Ця напруга може бути використана для індикації напруженості поля в
магнітній антені і для плавного включення режиму "СТЕРЕО" в стерео декодері.
Допускається вхід від антени (з узгоджувальним опором) підключати
послідовно з конденсатором безпосередньо до виводу 12.
На виводі 14 формується вихідна напруга НЧ. Допускається підключати
навантаження (Рн 100 Ом, наприклад, телефон) безпосередньо до виводу 14.
Вивід 16 може бути не підключений, при цьому вихідна напруга НЧ
зменшується.
Між виводами 2 і 3 може бути підключено послідовний ланцюг
відключення безшумної настройки (БШН), що складається з вимикача і резистора
10 Ком, при цьому чутливість поліпшується, але з'являються міжстанційні шуми і
паразитні канали прийому.
На рисунку 3.1 зображено структурну схему мікросхеми КР174ХА34АМ.
Рисунок 3.1 – Структурна схема КР174ХА34АМ
В таблиці 3.1 наведено опис, назва сигналів та опис виводів мікросхеми
КР174ХА34АМ.
Таблиця 3.1 – Опис виводів мікросхеми КР174ХА34АМ
Вивід Сигнал Опис
1 Filter LF / 1 Вивід 1 фільтра низької частоти
2 Filter LF / 2 Вивід 2 фільтра низької частоти
3 OV Загальний вивід
4 Ucc Вивід живлення від джерела
напруги
5 GET Вивід підключення контуру
гетеродина і блокувального
конденсатора
6 DEC 1 Вивід блокування 1
7 Filter 1 IF / 1 Вивід 1 першого активного
фільтра проміжної частоти
8 Filter 1 IF / 2 Вивід 2 першого активного
фільтра 1 проміжної частоти
9 E Вивід рівня напруженості поля
10 Filter 2 IF / 1 Вивід 1 другого активного
фільтра проміжної частоти
11 Filter 2 IF / 2 Вивід 2 другого активного
фільтра фільтра проміжної
частоти
12 IN HF Вхід ВЧ
13 DEC 2 Вивід блокування 2
14 OUT SF Вихід звукової частоти
15 IN RC Вхід зворотного зв'язку взвукової
частоти
16 DEC 3 Вивід блокування 3
підключення блокувального
конденсатора (інверсний вхід
диференціального каскаду ПНЧ).
На рисунку 3.2 зображено зовнішній вигляд та розміри мікросхеми
КР174ХА34АМ.
Рисунок 3.2 – Зовнішній вигляд мікросхеми КР174ХА34АМ
Загальний опис К174УН14
Мікросхема (бКО.348.824ТУ) являє собою підсилювач потужності низької
частоти з номінальною вихідною потужністю 4,5 Вт на навантаженні 4 Ом.
Підсилювач має вбудований теплову захист і захист від коротких замикань на
виході. Призначена для використання в автомобільній та стаціонарної побутової
звуковідтворювальної апаратури.
На рисунку 3.3 зображено функціональний склад мікросхеми К174УН14.
Призначення виводів:
1 – неінвертуючий вхід; 2 – інвертуючий вхід; 3 – загальний (- Uп); 4 – вихід;
5 – Живлення (+ Uж).
Рисунок 3.3 – Структурна схема мікросхеми К174УН14
Функціональний склад мікросхеми К174УН14:
I – пристрій захисту від перевантажень; II – попередній підсилювач; III –
керуючий каскад; IV – вихідний каскад потужності; V – тепловий захист.
На рисунку 3.3 зображено Типова схема підключення мікросхеми
К174УН14.
Рисунок 3.4 – Типова схема підключення мікросхеми К174УН14
Допускається змінювати опір резисторів R1 і R2 (R2 = 22 Ом) з метою зміни
коефіцієнту підсилення схеми. Ланцюг R4C7 підключається у разі самозбудження
підсилювача.
В мікросхемі використовується корпус типу 1501Ю.5-1 (рисунок3.5). Маса
не більше 2,5 г.
Рисунок 3.5 – Зовнішній вигляд мікросхеми КР174ХА34АМ
Електричні параметри:
Номінальна напруга живлення 13,5 В
Струм споживання при Uж = 16,5 В, Uвх = 0, Т = +25 °С 10 ... 80 мА
Номінальна вихідна потужність при Uп = 13,5 В, f = 1 кГц,
КГ = 10%, Rн = 4 Ом, T = +25 °С, не менше 4,5 Вт
Коефіцієнт підсилення по напрузі при Uж = 15 В, Uвх = 10 мВ, f = 1 кГц,
Rн = 4 Ом, T = +25 °С, не менше 40 дБ
Вихідна напруга при f = 1 кГц, Rн = 4 Ом, Т = + 25 °С:
при Uп = 15 В, Uвх = 47 мВ 3,6 ... 4,6 В
при Uп = 13,5 В, Uвх = 10 мВ, не менше 1 В
Коефіцієнт гармонік при f = 1 кГц, Rн = 4 Ом:
при Рвих = 0,05 Вт, Uж = 13,5 В, Uвих = 0,45 В, T = +25 °С, не більше 0,05%
типове значення 0,15%
при Рвих = 2,5 Вт, Uж = 13,5 В, Uвих = 3,16 В, Т = +25 °С, не більше 0,5%
при Рвих = 5,5 Вт, Uж = 15 В, Uвих = 4,7 В, T = +25 °С, не більше 10%
Вхідна напруга при Uж = 13,5 В, f = 1 кГц, U вих = 3,16 В,
Rн = 4 Ом, T = +25 °С 20 ... 50 мВ
В даному розділі були обрані основні мікросхеми для використання в
дводіапазонному УКХ ЧМ приймачі. Наведені основні технічні характеристики
обраних мікросхем. Розкрита внутрішня структура ІС, що сильно спрощує
пояснення принципу роботи кожної з мікросхем. Також наведено опис кожного
виводу мікросхеми та наведено креслення габаритних розмірів ІС.
4. РОЗРАХУНОК СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ
ДВОДІАПАЗОННОГО УКХ ЧМ ПРИЙМАЧА
Задачі проектування, побудови та розрахунку радіоприймачів слід
проводити поетапно, починаючі з вхідного ланцюга і закінчуючи кінцевим
пристроєм (зліва-направо). Проведемо необхідні розрахунки.
На рисунку 4.1 зображено спрощену структурну схему КР174ХА34АМ
Рисунок 4.1 – Спрощена структурна схема КР174ХА34АМ
4.1 Розрахунок тракту вхідного ланцюга
Вхідні ланцюги (ВЛ) призначені для передачі сигналу з антени в наступні
ланцюги, попереднього подавлення завад і селекції корисного сигналу.
ВЛ – це звичайний пасивний чотириполюсник, який містить один або
декілька частотно-селективних ланок (резонансних контурів) що зображено на
рисунку 4.2.
Розглянемо принципову електричну схему мініатюрного УКХ ЧМ -
приймача. вхідний сигнал з антени надходить на узгоджувальний
широкосмуговий вхідний контур L1, що пропускає тільки смугу частот УКХ
радіомовлення, і далі через виводи 12 та 13 – на вхід високо частотного
підсилювача і потім на змішувач.
Рисунок 4.2 – Схема електрична принципова вхідного ланцюга
радіоприймача
Наведемо призначення елементів ВЛ:
C7, C8, L1 – коливний контур;
R1 – узгоджувальний резистор;
С5 – ємність для
Згідно з технічним описом мікросхеми КР174ХА34АМ допускається вхід
від антени (з узгоджувальним опором) підключати послідовно з конденсатором
безпосередньо до виводу IN HF, 12 вивід мікросхеми.
Між виводами 12 та 13 мікросхеми підключений коливний контур. Ємність
конденсаторів беремо з технічної документації мікросхеми:
С7 (КМ-6 82 пФ+10%-25В);
С8 (КМ-6 100 пФ+10%-25В);
С5 (КМ-6 330 пФ+10%-25В).
Зазвичай вхідний контур преселектора виконують широкосмуговим з
настроюванням на fсер, яка визначається за формулою:
fminfmax
fсер .
2
де fсер – середня частота робочого діапазону приймача, МГц
f min – мінімальна частота робочого діапазону приймача, МГц
f max – максимальна частота робочого діапазону приймача, МГц
Коливний контур вхідного ланцюга налаштований на середину двох
діапазонів. Перший діапазон частот УКХ ЧМ радіомовлення знаходиться в межах
від 65,8 до 74 МГц, а другий від 87,5 до 108 МГц.
Тому середина двох діапазонів буде:
10865,8
fсер = = 87 (МГц).
2
Розрахуємо індуктивність L1, ємність антени не беремо в розрахунок.
Конденсатори С7 = 82 пФ та С8 = 100 пФ з’єднані послідовно, тому ємність
контуру:
С7С8 82100
С = = =45,05 (пФ).
С7С8 82100
З формули Томсона виразимо індуктивність;
1
f0 ;
2 LC
1
L ;
42f02С
1;4π2 · (87 · 106)2 · 45
L1= = 0,07 (мкГн),
05 · 10-12
Індуктивність котушки L1 обираємо 0,1 мкГн+10%.
Розрахуємо кількість витків котушки L1:
0,01DKw2
L
l
0,44
DK
де L – індуктивність котушки, мкГн;
DК – діаметр котушки, мм.;
l – довжина котушки, мм;
w – кількість витків.
Для розрахунку оберемо: DК = 5…10 мм, l4 мм., діаметр проводу =
0,4…0,8мм. Із таблиці [2, с. 90] орієнтовного значення індуктивності та діаметра
котушки приймемо DК = 6.
Найбільшу індуктивність отримують з наступного співвідношення
D
2,5.
l
Тоді l ≈ DК / 2,5 ≈ 6 / 2,5 ≈ 2,4 мм.
Із наступної формули можна розрахувати кількість витків:
L106( l
D 0,44)
w к
0,001D
кількість витків котушки L1:
w(L1)9
З підсилювача ВЧ сигнал в середині мікросхеми потрапляє в змішувач.
Змішувач змішує підсилений сигнал станції з частотою гетеродину. Змішувач
виконаний за схемою подвійного балансного перетворювача з симетричними
входами.
4.2 Розрахунок гетеродина
Гетеродин виконаний по схемі генератора керованого напругою. Гетеродин
має симетричний вихідний сигнал, а його частота визначається зовнішнім
навісним контуром L2 та варикапом VD1, котрі підключені до виводів 4 та 5
рисунок 4.3.
Рисунок 4.3 – Схема електрична принципова гетеродинного контуру
Живлення гетеродина здійснюється напругою від додаткового стабілізатора
вмонтованого в ІС. Напруга живлення (Ucc) стабілізована мікросхемою DA2,
тому використовується також для живлення варикапу VD1. Обираємо роздільний
конденсатор С10 таким чином, щоб він не впливав на загальну ємність контуру -
конденсатор К10-17М-100 мкФ+10%-25В, а для опору R2 обираємо резистор С5-
37-0,125 100 кОм+5%.
Варикап служать для отримання негативного зворотного зв'язку по частоті в
системі частотної синхронізації. Для переналаштування гетеродину обираємо
варикап КВ132А. Кремнієві варикапи КВ132А призначені для застосування в
телевізійній і радіопередавальній апаратурі.
4.3 Активний фільтр ПЧ
З виходу змішувача сигнал проміжної частоти 70 кГц надходить на
активний фільтр ПЧ, і підсилювач-обмежувач, який одночасно є активним RC-
фільтром нижніх частот. Активний RC-фільтр поглинає паразитні частоти
гетеродина та прийняті сусідні станцій та їх комбінаційні складові. Посилений
сигнал проміжної частоти надходить на частотний демодулятор і далі через
підсилювач і керований електронний вимикач системи безшумної настройки на
попередній підсилювач низької частоти, вихід якого підключений до виводу 14
інтегральної схеми.
Розглянемо докладніше функціональні вузли інтегральної схеми та
розрахункові співвідношення, що визначають вибір номіналів навісних елементів.
Активний фільтр проміжної частоти двох каскадний. Перший каскад являє собою
активний фільтр нижніх частот другого порядку (схема Саллена-Кі), частота зрізу
якого визначається зовнішнім конденсатором С9, внутрішніми резисторами
Rm8Rm9 і конденсатором С9. При R8 = R9 частота зрізу
Fзр = 1/2Rm8Cm3C9.
При вибраних значеннях С9 = 3300пф, Сm3 = 150пФ, Rm8 = Rm9 = 2.2 кОм
частота зрізу дорівнює 95 кГц, а добротність системи:
Q = 0,5 (C9/Cm3) = 2,1
.Другий каскад становить собою активний смуговий фільтр другого порядку.
Частота нижнього зрізу визначається номіналами внутрішнього резистора Rm12 і
зовнішнього конденсатора С13:
fзp,н = 1/2 Rm12C13,
а верхнього
fcp.в = l/2RmllC12.
При вибраних значеннях С13 = 330 пф, С12 = 0,1 мкф, R11 = R12 -4,7 кОм
частота нижнього зрізу дорівнює 7,2 кГц, а верхнього 103 кГц.
На виході активного фільтра проміжної частоти підключений пасивний
фільтр нижніх частот, що складається з внутрішніх резистора Rm10 і
конденсатора Сm2. Частота зрізу цього фільтру визначається як:
fcp = 1/2Cm2Rm10.
При вибраних номіналах його елементів Сm2 - 150 пФ і Rm10 - 12 кОм
дорівнює 88, 4 кГц.
Таким чином, весь фільтр проміжної частоти складається з фільтра нижніх
частот четвертого порядку і фільтра верхніх частот першого порядку.
При використанні в процесі перетворення прийнятого сигналу низьких
значень проміжної частоти (у нашому випадку 70 кГц) при девіації частоти
більшої, ніж значення самої проміжної частоти (75 кГц), неминуче виникають
сильні спотворення низькочастотного сигналу на виході ЧМ - демодулятора. Тому
при перетворенні вхідних сигналів в сигнали проміжної частоти в ІС К174ХА34
передбачена можливість зменшення значення девіації частоти за допомогою
системи частотної синхронізації. Склад цієї системи показаний на рисунку 4.1.
Система частотної синхронізації використовує вихідну напругу звукової частоти
на виході ЧМ - демодулятора для зміщення частоти гетеродина в протифазі
відхиленню частоти сигналу. Принцип дії системи пояснений на рисунку 4.1. При
вибраних значеннях коефіцієнтів передачі і перетворення елементів системи
частотної синхронізації, девіація частоти сигналу проміжної частоти зменшується
з 75 до 15 кГц, тобто в 5 разів. Ефективність роботи системи може бути
охарактеризована величиною гармонійних спотворень низькочастотного сигналу
на виході інтегральної схеми; при девіації частоти 22, 5 кГц коефіцієнт гармонік
не перевищує 0,7%, а при девіації частоти 75 кГц не більше 2, 3%.
4.4 ЧМ – детектор та система безшумної настройки
Система безшумної настройки створена двома фазовим демодулятором,
корелятором і керованим електронним вимикачем. Вимикач відкриває тракт
звукових частот тільки при наявності сигналу прийнятої радіостанції та
достатньому рівні цього сигналу. Наявність корисного сигналу встановлюється
завдяки появі кореляційного відгуку між виходами двох фазових демодуляторів, а
його рівень визначається порівнянням з напругою вбудованого в склад корелятора
генератора шуму.
До складу системи частотної синхронізації входять ЧМ – демодулятор
звукового сигналу, підсилювач і фільтр нижніх частот на його вході (конденсатор
С2, підключений до виводу 1 мікросхеми). Напруга з виходу підсилювача через
резистор Rm4 надходить до варикапів, які знаходяться в гетеродині. Створюється
негативний зворотний зв'язок за частотою, що зменшує в 5 разів девіацію частоти
прийнятого сигналу.
Коефіцієнт стиснення девіації частоти визначається крутизною
перетворення ЧМ-демодулятора і вольт - фарадної характеристики варикапів
гетеродина і може бути визначений як відношення коефіцієнтів перетворення
розімкненого ланцюга системи частотної синхронізації до замкнутої:
Кстисн = 1 D • b,
де D = -3,6 В / МГц - крутизна перетворення ЧМ - демодулятора;
b = A1Sfo/2C0 - коефіцієнт зворотного зв'язку;
A1 = -1,06 - коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку;
S - крутизна вольт-фарадні характеристики варікапа;
С0 – Сзовн + Спар + Сд - 49 пф;
fo – 96 МГц
4.5 Індикатор налаштування на радіостанцію
Для індикації точного налаштування на частоту прийнятої радіостанції
служить світолодіод VD1 (Рисунок4.4). Якщо приймач не налаштований на
станцію, то напруга на виводі 9 максимальна, через резистор R5, потрапляє на
дільник з резисторів R6 R7 база транзистора VT1 і закриває його світлодіод не
світитися. У момент точного налаштування на прийняту радіостанцію напруга на
виводі 9 знижується до 0,1 В, транзистор відкривається, і світлодіод починає
світиться.)
Рисунок 4.4 – Схема електрична принципова і
ндикатора налаштування на радіостанцію
4.6 Попередній підсилювач звукової частоти
Підсилювач побудований за схемою з загальним емітером. На рисунку 4.5
показана схема підсилювача на транзисторі типу n - p - n. Статичний режим
(точка спокою) задається резистором R9, та резистором зворотного зв’язку R11.
Резистор R11 в емітерному ланцюзі забезпечує термостабілізацію струму
колектора спокою за рахунок негативного зворотного зв'язку по постійному
струму. Завдяки негативному ОС схема має високу стабільність точки спокою і
при зміні параметрів транзистора (в першу чергу, коефіцієнта h 21е) статичний
режим практично залишається незмінним. Резистори R11 та R9 є елементами
негативного зворотного зв'язку не тільки по постійному, а й за змінним струмом,
тому знижують коефіцієнт підсилення до заданого значення, покращуючи
стабільність параметрів підсилювального каскаду. R10 резистор колекторної
загрузки. Розділові конденсатори С15 і С21 здійснюють розв'язку по постійному і
змінному струму в ланцюгах зв'язку входу підсилювача з джерелом сигналу і
навантаження з виходом підсилювача. Конденсатор С15 з'єднує ланцюг бази з
джерелом сигналу по змінному струмі і в той же час ізолює вхід каскаду по
постійному струму. Конденсатор С21 виконує таку ж функцію по відношенню до
виходу каскаду і навантаженні. Обидва конденсатора повинні мати достатньо
малий опір на частоті сигналу. Обираємо транзистор КТ315Б.
Рисунок 4.5 – Схема попереднього підсилювача звукової частоти
Для отримання вихідного сигналу з мінімальними нелінійними
спотвореннями слід вибрати такий стан робочої точки, при якому кожному
новому миттєвому значенню вхідного сигналу UБЕ буде відповідати нове миттєве
значення вихідного. Напругою постійного зміщення. UБЕ = 0,75В робоча точка
виводиться на середину прямолінійної ділянки вхідної характеристики
транзистора. У режимі спокою базовий струм транзистора IБрс = 0,015 мА, а
колекторний
IКрс = h21Е · IБрс = 50 · 0, 15 = 0,75 мА,
так як середнє значення h21Е даного транзистора дорівнює 50.
Колекторна ланцюг транзистора складається з двох ділянок: проміжку
колектор - емітер і резистора R10 навантаження між якими напруга колекторного
джерела Ucc розподіляється наступним чином:
Ucc = UКЄ + UR10= UКЄ + IКрс · R10
Для кращого використання транзистора напругу UКЄ приймаєм рівною
0,5UКЄ. Тоді при колекторній напрузі Ucc рівній 5В, опір навантаження
розрахуємо за формулою:
0,5Е 0,55
R10 = к = 3,3 кОм.
ІКрс 0,75
4.7 Підсилювач потужності звукової частоти
Дана схема має повний набір функцій ЧМ РПУ, однак не забезпечує заданої
для розрахунку вихідної потужності. Тому необхідно вибрати ІМС в якості ПЗЧ,
яка б задовольняла заданим параметрам.
Обираємо в якості вихідного підсилювача потужності звукової частоти
мікросхему К174УН14 (TDA2003), тому, що вона призначена для роботи при
напрузі джерела живлення 5-18 В і опорі навантаження не менше 2 Ом. При
цьому досягається рівномірний підсилення сигналу в смузі частот 30 Гц - 20 кГц,
а струм спокою становить 40-60 мА. Чутливість підсилювача - близько 50 мВ.
Мікросхема забезпечена власним тепловідводом, що допускає роботу з вихідною
потужністю не більше 2 Вт Для отримання більшої потужності обов'язково
потрібна установка додаткового пластинчастого або ребристого або голчастого
радіатора. Коефіцієнт підсилення в усій смузі відтворних частот стабілізовано за
рахунок наявності на виході підсилювача дільника напруги сигналу 1:100 і
подачею з нього напруги негативного зворотного зв'язку на інверсний вхід
підсилювача. Схема включення ІС типова (Рисунок 3.4), параметри всіх елементів
включення беремо з технічного опису.
В даному розділі наведені розрахунки основних вузлів: тракту вхідного
ланцюга; гетеродина; активного фільтра ПЧ; ЧМ – детектора та системи
безшумної настройки; індикатора налаштування на радіостанцію; попереднього
підсилювача звукової частоти; підсилювача потужності звукової частоти.
5. Конструкторсько-технологічний розділ
5.1 Вибір матеріалів друкованої плати
Для виготовлення друкованої плати необхідно вибрати наступні матеріали:
матеріал для діелектричної основи друкованої плати;
матеріал для друкованих провідників;
матеріал для захисного покриття від дії вологи.
Усі матеріали, що використовуються для конструктивної побудови плат,
можна умовно поділити на три групи:
неорганічні матеріали;
органічні матеріали;
комбіновані матеріали.
Матеріал основи друкованих плат повинен забезпечити можливість
механічної обробки свердлуванням, штампуванням, розпилюванням без
утворення тріщин, відшарувань і розщеплення та інших дефектів, що впливають
на електричні та експлуатаційні параметри плат. Таким чином, матеріали для
виготовлення основ плат обираються з урахуванням забезпечення оптимальності
термічних, механічних та електричних характеристик.
Сучасні плати поряд з достоїнствами та перевагами мають і недоліки.
Жодна з застосовуваних систем не може задовольнити усіх вимог виробництва.
Отже, необхідний компромісний варіант, що найбільшою мірою відповідає
вимогам встановлення компонентів і забезпечення надійності виробу.
Застосовувані плати варіюються від звичайних плат до дуже складних
систем з посиленою основою. Існують деякі критерії вибору матеріалів, що є
загальними для всіх випадків. Для вибору матеріалу можна скористатися
таблицею 5.1, в який зазначено конструктивні параметри і характеристики
матеріалів, що впливають на вибір. На основі цих матеріалів можуть бути
виготовлені плати з різними властивостями, що залежать від вибору конкретних
складів, товщини шару, методів обробки. При цьому розширення по X та Y
конкретизується підбором складу і спеціально введених шарів, тільки вісь Z
вільна для необмеженого розширення, а матеріали використовуються лише за
відповідності необхідним вимогам.
Таблиця 5.1 – Конструктивно-технологічні характеристики плат,
виготовлених на різних матеріалах
Вид
Основні переваги Основні недоліки Область застосування
матеріалу
Використовуються в
Обмежені розміри мультичіпах, модулях
основ, живлення, для
Мають довгострокову неможливість виготовлення схем з
Керамічні стабільність, гарну повторної обробки, великим
основи тепловіддачу, низький велика маса, висока розсіюванням
КТР, високу надійність вартість, крихкість, електроенергії, у
висока діелектрична великих аналогово-
постійна цифрових схемах
комбінованого типу
Застосовуються для
виготовлення
Немає обмежень щодо гібридних
розмірів, висока інтегральних схем,
механічна міцність, НВЧ інтегральних
Металеві
стабільність розмірів, Велика маса схем, ламп-спалахів,
основи
технологічність, гарна, телевізійної
теплопровідність, апаратури,
низька вартість виробництва
автомобілів,
електродвигунів
Немає обмежень щодо Використовується як
розмірів, мала маса, Низька об’ємний монтажний
Скло-
високі діелектричні теплопровідність, матеріал в плоских
епоксид
властивості, висока високий КТР радіоприймачах,
технологічність портативних
відеомагнітофонах,
автомобільних
стереомагнітофонах
Використовується як
об’ємний монтажний
Немає обмежень щодо Низька
матеріал в плоских
розмірів, мала маса, теплопровідність,
Скло- радіоприймачах,
високі діелектричні високий КТР,
полімід портативних
властивості, високе
відеомагнітофонах,
ремонтоспроможність вологопоглинання
автомобільних
стереомагнітофонах
Використовується як
Немає обмежень щодо об’ємний монтажний
Погана
розмірів, низький КТР матеріал в плоских
теплопровідність,
Епоксид- по осях X-Y, мала маса, радіоприймачах,
високий КТР по
арамід високі діелектричні портативних
осі Z, високе
властивості, відеомагнітофонах,
вологопоглинання
ремонтоспроможність автомобільних
стереомагнітофонах
Використовується як
Немає обмежень щодо Погана об’ємний монтажний
розмірів, низький КТР теплопровідність, матеріал в плоских
Полімід- по осях X-Y, мала маса, високий КТР по осі радіоприймачах,
арамід високі діелектричні Z, високе портативних
властивості, вологопоглинання, відеомагнітофонах,
ремонтоспроможність мікротріщини автомобільних
стереомагнітофонах
Погана
Використовується як
теплопровідність,
Немає обмежень щодо об’ємний монтажний
неможливість
розмірів, низький КТР матеріал в плоских
свердлування,
Полімід по осях X-Y, мала маса, радіоприймачах,
погана
плавлений високі діелектричні портативних
приступність,
властивості, відеомагнітофонах,
висока вартість,
ремонтоспроможність автомобільних
низький вміст
стереомагнітофонах
смоли
Скло- Немає обмежень щодо Погана Використовується в
волокно розмірів, низький КТР теплопровідність по якості об’ємного
арамідне, по осях X-Y, мала маса, осях X-Y, високе монтажного матеріалу
змішане високі діелектричні вологопоглинання в плоских
волокно властивості, радіоприймачах,
ремонтоспроможність, портативних
відсутність тріщин радіоприймачах,
автомобільних
стереомагнітофонах
Низька
теплопровідність,
Скло- Мала діелектрична великий КТР,
Застосовується у
волокно постійна, здатність низька
високошвидкісних
тефлоновий витримувати великі температурна
логічних схемах
шар температури стабільність,
великий КТР по
осях X та Y
Висока вартість,
Невелика маса,
Гнучкий високий КТР по осі
мінімальний КТР,
діелектрик Z, обмеження щодо
гнучкість
розмірів
Порівнюючи дані характеристики, можна зробити висновок про те, що для
виготовлення друкованої плати доцільно було б використовувати епоксидний
склотекстоліт.
В якості фольги, що використовується для фольгування діелектричної
основи можна застосовувати мідну, алюмінієву або нікельовану фольгу. Однак,
алюмінієва фольга поступається мідній через погану паяємість, а нікелієва – через
високу вартість. Тому в якості фольги обираємо мідь.
Мідна фольга випускається різної товщини. Стандартними значеннями
товщини фольги, які отримали найбільше поширення – 17,5; 35; 50; 105 мкм. За
час травлення міді по товщині травиться зі сторони бокових кромок також і та
фольга, що знаходиться під фоторезистом, викликаючи так зване підтравлення.
Для того, щоб його зменшити, зазвичай використовують більш тонку мідну
фольгу. З другого боку, для того, щоб провідник друкованої плати був здатний
витримувати більший струм, треба збільшувати його площу перерізу, що
призводить до того, що при зменшенні товщини провідника, необхідно буде
збільшувати його ширину, що у випадку використання елементів поверхневого
монтажу не завжди є прийнятним. Тому обираємо мідну фольгу товщиною 35
мкм.
Отже, для виготовлення друкованої плати обираємо фольгований
склотекстоліт марки СФ 2-35 товщиною 1,5 мм, що дозволить отримати плату з
невисокою вартістю та достатньо високими механічними властивостями.
Хоча пристрій, що проектується, і буде використовуватись у нормальних
умовах при температурі біля 25°С та відносній вологості повітря 40-60%, було б
доцільно використовувати захисне покриття від вологи. Це обумовлюється тим,
що навіть при нормальній вологості повітря всі тіла покриті тонкою (від 0,001 до
0,01 мкм) плівкою вологи. При зростанні відносної вологості, що має місце
наприклад, при зменшенні температури оточуючого середовища, товщина плівки
зростає, різко зменшуючи поверхневий опір ізолятора. Це може призвести до
шунтування елементів, появі гальванічних зв’язків між ними, зростання втрат в
конденсаторах та трансформаторах та ін., що викликає погіршення роботи
пристрою в цілому а деяких випадках може призвести навіть його вихід із ладу
через електричні пробої.
Засоби захисту апаратури від дії вологого повітря можна поділити на
активні та пасивні. Пасивний захист полягає в тому, що створюються бар’єри, які
або сповільнюють проникнення вологи, або повністю ізолюють пристрій від
вологого повітря. В першому випадку це досягається просочуванням або
покриттям об’єкту різними речовинами (смолами, лаками, компаундами), в
другому – поміщенням його в герметичний корпус (металевий корпус, скляний
або керамічний балон). Активний захист полягає в поглинанні вологи
адсорбентами, що знижують відносну вологість повітря у кожусі пристрою до
безпечного рівня.
В сучасній радіотехніці в основному використовуються пасивні способи
захисту. Однак, повна герметизація пристроїв зазвичай не застосовується через
велику вартість, значну матеріаломісткість, збільшення маси і об'єму пристрою,
складність ущільнення осей ручок управління, погану ремонтопридатність та ін.
Найпоширеніший і дешевий спосіб захисту гетинаксових та склотекстолітових
друкованих плат - покриття їх бакелітовими, епоксидними і іншими лаками або
епоксидною смолою. Найбільш стійкою до дії вологи є покриття з епоксидної
смоли, яке забезпечує найвищий поверхневий опір. Дещо гірше захисні
властивості перхлорвінілових, фенолових і епоксидних лаків. Погано захищає
пристрій покриття з полістиролу, але на відміну від інших, при приміщенні
виробу в нормальні умови воно швидко відновлює свої властивості.
Найбільш поширеними матеріалами, що вживаються для захисних
покриттів є наступні.
Лак СБ-1, що виготовлюється на основі фенонолформальдегідної смоли,
після нанесення на поверхню сохне при температурі 60°С протягом 4 год.
Зазвичай наносять до 5 шарів цього лаку з сушкою після кожного шару, внаслідок
чого виходить щільна еластична плівка товщиною до 140 мкм.
Лак УР-231 відрізняється підвищеною еластичністю, вологостійкістю і
температуростійкістю, тому може застосовуватися для гнучких основ. Лак
готують перед нанесенням відповідно до інструкції і наносять на поверхню
пульверизацією, зануренням або пензликом. Зазвичай наносять чотири шари з
сушкою після кожного шара при температурі 18-23°С протягом 1,5 год.
Для апаратури, що працює в тропічних умовах, в якості захисного покриття
застосовують лак на основі епоксидної смоли Э-4100. Перед покриттям в лак
добавляють 3,5% отвердителю №1, змішують і розводять сумішшю, що
складається з ацетону, етилцелозольва та ксилолу до в'язкості 18-20 сек по
віскозиметру ВЗ-4. Після змішування рідину фільтрують через марлю, складену в
декілька шарів. В отриману суміш занурюють чисту висушену апаратуру. Після
кожного занурення струшують надлишки суміші і ставлять сушити на 10 мін,
таким чином наносять шість шарів. Це покриття має малу усадку і щільну
структуру.
Отже, на підставі всього вище зазначеного обираємо для захисного
покриття від вологи лак УР-231. Виготовлена плата з встановленими на неї
елементами поміщується в пластмасовому корпусі, обраному серед стандартних
корпусів.
5.2 Вибір та обґрунтування технологічного процесу виготовлення
друкованої плати
Існують різноманітні методи виготовлення друкованої плати, які
відрізнябться один від одного способом створення провідного покриття.
Найбільше застосування в промисловості отримали методи виготовлення
друкованої плати, що можуть бути об'єднані по технологічних ознаках в три
основні групи.
Перша група – отримання друкованих провідників осадженням
електролітичної міді на ізоляційну основу. Ці методи отримали назву адитивних.
Окремим випадком адитивного методу є метод перенесення. В цьому випадку
рисунок струмопровідних елементів формують на тимчасовому носії, а потім
переносять на діелектричну основу. Перевагами цього методу є те, що друкована
плата піддається мінімальній дії хімічних реагентів. До недоліків можна віднести
велику трудомісткість і тривалість технологічного процесу, обумовлену
операціями сушки і полімеризації, а також складність механізації технологічного
процесу.
Друга група – отримання друкованих провідників травленням фольгованого
ізоляційного матеріалу. Для цього використовують наступні методи:
фотохімічний;
офсетнохімічний;
сітковохімічний.
Третя група – комбіновані методи виготовлення друкованої плати. Для
виготовлення двосторонньої друкованої цими методами друковані провідники
одержують хімічним травленням фольги, а міжшарові електричні з'єднання –
шляхом металізації монтажних отворів.
Існують два різновиди комбінованого методу:
негативний варіант;
позитивний варіант.
В негативному варіанті друковані провідники одержують з негатива їхнього
зображення. Проте позитивний варіант забезпечує деякі переваги. При
позитивному варіанті комбінованого методу основні операції проводять до
хімічного травлення фольги, що забезпечує наступні переваги цього методу:
неможливість зриву друкованих провідників і контактних майданчиків
при свердленні монтажних отворів, тому що свердлення проводиться до
формування провідників у фользі заготівлі;
для гальванічної металізації отворів не потрібно контактного
пристосування;
під час металізації отвору значно скорочується шкідлива дія сильних
хімічних реагентів на діелектрик друкованої плати.
Таким чином, враховуючи програму випуску – дрібносерійне виробництво
друкованих плат, а також з метою підвищення надійності монтажних та
перехідних отворів і підвищення електроізоляційних властивостей можна зробити
висновок про те, що самим оптимальним і економічним є позитивний
комбінований спосіб виготовлення плати.
Технологічний процес виготовлення друкованої плати комбінованим
позитивним методом складається з наступних операцій:
1. Розрізання заготовок;
2. Пробивка базових отворів;
3. Підготовка поверхні заготовок;
4. Нанесення сухого плівкового фоторезисту;
5. Нанесення захисного лаку;
6. Свердління отворів;
7. Хімічне обміднення;
8. Зняття захисного лаку;
9. Гальванічне затягування;
10.Електролітичне обміднення і нанесення захисного покриття УР-231;
11.Зняття фоторезисту;
12.Травлення друкованої плати;
13.Освітлення друкованої плати;
14.Оплавлення друкованої плати;
15.Механічна обробка.
Розглянемо кожну операцію більш детально.
Фольговані діелектрики випускаються розмірами 1000-1200 мм, тому
першою операцією практично будь-якого технологічного процесу при
виготовленні друкованої плати є розрізання заготівель необхідних розмірів з
припуском на технологічне поле по 10 мм з кожної сторони. Розрізання не
повинне викликати розшарування діелектричної основи, утворення тріщин,
відколів, а також подряпин на поверхні заготівель. Після цього з торців заготівлі
напилком знімаються задирки для уникнення пошкодження рук під час
технологічного процесу.
Далі для фіксації плати під час технологічного процесу необхідно пробити
базові отвори. Це одна з самих трудомістких і важливих операцій. Оскільки
стеклотекстолит є високоабразивним матеріалом, то для свердлення необхідно
застосовувати твердосплавні свердла.
Наступним етапом є підготовка поверхні заготівель, оскільки від стану
поверхні фольги і діелектрика багато в чому визначається адгезія покриттів, що
наносяться згодом. Якість підготовки поверхні має важливе значення як при
нанесенні фоторезиста, так і при осадженні металу.
Широко використовують хімічні і механічні способи підготовки поверхні
або їхнє поєднання. Консервуючі покриття легко знімаються органічним
розчинником, з подальшою промивкою у воді і сушкою. Окисні плівки, пилові і
органічні забруднення віддаляються послідовною промивкою в органічних
розчинниках (ксилолі, бензолі, хладоне) і водних розчинах фосфатів, соди, їдкого
натру. В даному технологічному процесі підготовка поверхні заготовок
проводиться декапіруванням заготовок в 5% соляної кислоти і обезжиренням
венським вапном.
Від фоторезисту дуже часто потрібний високе розрізнення, а це досягається
тільки на однорідних та без проколів плівках фоторезистів, що мають добре
зчеплення з фольгою. От чому пред'являються такі високі вимоги до попередніх
операцій. Необхідно звести до мінімуму вміст вологи на платі або фоторезисті,
оскільки вона може стати причиною проколів або поганої адгезії. Всі операції з
фоторезистом потрібно проводити в приміщенні при відносній вологості не
більше 50%. Для видалення вологи з поверхні платні застосовують сушку в
термошафах.
Залежно від вживаного фоторезисту існують декілька методів його
нанесення на поверхню фольгованого діелектрика. Проте, зростаючі вимоги до
точності і якості схем, необхідність автоматизації процесів і зростання об'ємів
випуску плат привели до широкого упровадження сухих плівкових фоторезистів
(СПФ), тому практично всі провідні підприємства-виготівники друкованих плат в
даний час мають в своєму розпорядженні все необхідне технологічне та
контрольне устаткування для їхнього застосування. В даному технологічному
процесі буде застосовуватися сухий плівковий фоторезист СПФ-2.
Рисунок схеми провідників в даному випадку одержують методом
фотодруку.
Для захисту плати від процесу хімічного обміднення на її поверхню
наноситься лак, який повинен мати високу вологостійкість, гарні діелектричні
параметри (малу діелектричну проникність і тангенс кута діелектричних втрат),
температуростійкість, хімічну інертність та механічну міцність. При виборі лака
для захисного покриття потрібно також ураховувати властивості матеріалів,
використаних для виготовлення основи друкованої плати і для приклеювання
провідників, щоб при полімеризації покриття не сталося зміни властивостей цих
матеріалів. В даному технологічному процесі в якості захисного покриття будемо
застосовувати лак УР-231.
Самий трудомісткий і складний процес в механічній обробці друкарської
платні – отримання отворів під металізацію. Їх виконують головним чином
свердленням, оскільки зробити отвори штампуванням у платі, виготовленої з
склопластику, який вживається у нашому випадку, досить важко. Після
свердлення необхідно видалити стружку і пил з плати і продути отвори стислим
повітрям. Після цього потрібно перевірити кількість отворів і їхні діаметри,
перевірити якість свердлення. При свердленні не повинні утворюватися відколи
та тріщини.
Хімічне обміднення є першим етапом металізації отворів. При цьому
можливе отримання плавного переходу від діелектричної основи до металевого
покриття, що мають різні коефіцієнти теплового розширення. Хімічне обміднення
можна проводити тільки після спеціальної підготовки – каталітичної активації,
яка може проводитися одноступінчатим та двоступінчатим способом.
Шар хімічно осадженої міді зазвичай має невелику товщину (0,2 – 0,3 мкм),
рихлу структуру, легко окислюється на повітрі, непридатний для
струмопроходження, тому його захищають гальванічним нарощуванням
(“затягуванням”) 1-2 мкм гальванічної міді, але перед цим необхідно зняти шар
захисного лака з поверхні плати. Електролітичне обміднення доводить товщину в
отворах до 25 мкм, на провідниках – до 40-50 мкм.
Щоб при травленні провідники і контактні майданчики не стравлювалися їх
необхідно покрити захисним металевим покриттям. Існують різні металеві
покриття (в основному сплави), що використовуються для захисного покриття. В
даному технологічному процесі застосовується сплав олово-свинець, який є
стійким до дії травильних розчинів на основі персульфата амонію, хромового
ангідриду і інших, але руйнується в розчині хлорного заліза, тому розчин
хлорного заліза застосовувати не можна.
Перед операцією травлення фоторезист з поверхні плати необхідно зняти.
При великому об'ємі випуску плат це потрібно робити в установках зняття
фоторезисту, але при невеликій кількості плат його можна знімати в металевій
кюветі щетинною кистю в розчині хлористого метилену.
Процес травлення потрібний для видалення незахищених ділянок фольги з
поверхні плати з метою формування малюнка схеми.
Існують декілька методів травлення:
травлення зануренням;
травлення з барботажем;
травлення розбризкуванням;
травлення розпиленістю.
Для збільшення швидкості травлення частіше за все застосовується метод
травлення з барботажем, який полягає в створенні в об'ємі травильного розчину
великої кількості пухирців повітря, які приводять до перемішування травильного
розчину у всьому об'ємі.
Існують декілька видів розчинів для травлення – розчин хлорного заліза,
розчин персульфату амонію, розчин хромового ангідриду та інші. В даному
технологічному процесі в якості захисного покриття використовувався сплав
олово-свинець, який руйнується в розчині хлорного заліза. Тому будемо
застосовувати розчин на основі персульфату амонію.
Швидкість травлення найбільше залежить від концентрації розчину. При
сильно- та слабоконцентрованому розчині травлення відбувається повільно.
Найкращі результати травлення виходять при густині розчину 1,3 г/см3. Процес
травлення залежить також і від температури. При температурі вище 250°С процес
прискорюється, але псується захисна плівка. При кімнатній температурі мідна
фольга розчиняється за 30 сек до 1 мкм.
Освітлення покриття олово-свинець проводиться в розчині двохлористого
олова, соляної кислоти і тіомочевини.
Оплавлення друкарської плати проводиться з метою покриття провідників і
металізованих отворів олов'яно-свинцевим припоєм.
Механічна обробка необхідна для обрізання друкованої плати по розмірах
(відрізка технологічного поля) і зняття фаски. Існують два основні способи
механічної обробки друкарської платні по контуру – із зняттям стружки та
безстружечна. Безстружечна обробка друкованої плати по контуру відрізняється
низькими витратами при використанні спеціальних інструментів, при цьому
виключається нагрів оброблюваного матеріалу, проте двостороння друкована
плата цим методом не обробляються, оскільки є велика можливість розшарування.
Обробка такої плати по контуру виконується із зняттям стружки і здійснюється на
спеціальних дискових пилах, а також на верстатах для зняття фаски.
Після виготовлення друкована плата прямує на вихідний контроль, що
складається з наступних операцій:
контроль зовнішнього вигляду;
інструментальний контроль геометричних розмірів і оцінка точності
виконання окремих елементів, суміщення малюнка на сторонах плати;
перевірка металізації отворів і їхньої стійкості до струмового навантаження;
визначення цілісності струмопровідних кіл та опору ізоляції.
Після проходження контролю плата прямує на збірку, де відбувається
встановлення елементів на неї і остаточна збірка приладу.
6. ОХОРОНА ПРАЦІ
6.1 Аналіз небезпек і шкідливостей, які виникають в приміщенні
експериментального цеху
В даній роботі розробляється проект приймача радіомовлення. Подібний
пристрій містить багато різноманітних блоків та систем, що виконують
різноманітні функції. Для виготовлення складових цього пристрою
використовують складне обладнання багатьох ділянок підприємства.
Для виготовлення корпусу приймача необхідно використовувати
різноманітні матеріали, зокрема, пластики, обробляючи які необхідно
дотримуватись правил техніки безпеки при холодній обробці матеріалів.
Важливим чинником, який погіршує умови праці в механічних цехах, є шум, який
випромінюється працюючим устаткуванням. Відповідно ДСН 3.3.6.037-99
допустимий рівень шуму в приміщенні цеху, де відбувається збірка, монтаж,
повинен складати 80 дБА.
При роботі обладнання, зокрема розпиловочних верстатів, рівень шуму
досягає 95-100 дБА. Тому працівники, які працюють з цим обладнанням,
використовують засоби індивідуального захисту від шуму: антифони та «беруші».
Інше обладнання не випромінює шум більше ніж 70-75 дБА.
При виготовленні друкованих плат блоків керування системи
використовується хімічне очищення, яке проводиться розчинами фосфатів,
натрієвої соди і іншими. При постійній роботі з розчинами, можливі різні хронічні
захворювання шкіри. Дуже небезпечне попадання на шкіру навіть малої кількості
їдкого натру. Для захисту відкритих ділянок шкіри використовується спецодяг,
відповідно ГОСТ 12.4.016-83.
В процесі хімічного міднення плат в складі різноманітних розчинів
містяться шкідливі речовини, зокрема, сірчана, соляна, азотна кислоти, хлорна
мідь, хлористий паладій, трихлоетилен. Для витравляння міді з елементів плат
використовуються ряд травників: хлорне залізо, персульфат амонію, хлорна мідь,
сплав «Розі», хромовий ангідрид з сірчаною кислотою. До роботи з цими
травниками допускаються особи, навчені безпечним прийомам роботи і які
пройшли інструктаж на робочих місцях з роботи зі шкідливими і отруйними
речовинами.
Роботу з травниками слід проводити в спецодягу (халат, фартух ГОСТ
12.4.016-83, поліетиленові, бавовняні і гумові рукавички Тип КР) і захисних
окулярах ДСТУ EN 166:2017.
Одним з найшкідливіших технологічних процесів є процес монтажу
друкованої плати. Він полягає в установці радіоелементів на друковану плату і
паяння паяльником або паяльною станцією. Для своєчасного видалення диму і
парів припою, шкідливих і токсичних речовин - робочі місця повинні бути
обладнані витяжною вентиляцією для своєчасного їх видалення. Вентиляція
побудована за принципом системи витяжної вентиляції на кожному робочому
місці з об'єднанням, потім, в загальний вентиляційний потік. Процес паяння
супроводжується забрудненням повітряного середовища, робочих поверхонь,
одягу і шкіри рук, що працюють з свинцем. Це може привести до свинцевих
отруєнь організму і викликати зміни складу крові, нервової системи і судин. З
метою попередження отруєння свинцем, ділянки паяння обладнуються відповідно
вимог НПАОП 28.52-1.32-2014 «Правила охорони праці під час паяльних робіт».
В приміщеннях, де проводиться паяння припоєм, який містить свинець, для
запобігання попадання свинцю в організм не дозволяється берегти особисті речі,
приймати їжу, палити, а також стирати робочий одяг удома. Робоче місце
монтажника обладнується місцевою витяжною вентиляцією, яка забезпечує
концентрацію свинцю в робочій зоні не більше ГДК – 0,01 мг/м3. Для запобігання
опіків і забруднення свинцем шкіри рук працюючих, їм видані серветки для
видалення зайвого припою з жала паяльника, а також пінцети для підтримки
дроту, який припаюється, і для подачі припою до місця паяння, якщо відсутня
автоматична подача.
При монтажних роботах, пов'язаних з небезпекою засмічення опіку або очей,
передбачена видача працюючим окулярів за ДСТУ EN 166:2017. Для захисту від
окислення місць паяння застосовують флюси, каніфольно-спиртовий, хлористий
цинк при паянні і при лудінні припоями ПОС. Каніфоль подразнює шкіру, може
викликати сип, а хлористий цинк може викликати сильне подразнення, пропалити
шкіру і слизові оболонки.
Після паяльних робіт, виконаних вручну паяльником і для попередження
професійних захворювань необхідно після закінчення роботи полоскати руки
однопроцентним розчином оцтової кислоти, мити їх гарячою водою з милом,
прополіскувати рот, чистити зуби і приймати теплий душ. Для знежирювання
деталей застосовуються органічні або поверхнево-активні речовини-добавки.
При використанні легкозаймистих рідин (ЛЗР) в процесі виготовлення
деталей системи, вентиляція повинна бути виконана у вибухонебезпечному
виконанні, що здорожує проект в цілому. Використання місцевої витяжної
вентиляції засновано на уловлюванні шкідливих речовин і видаленні їх
безпосередньо у джерела їх утворення. ГОСТ 12.1.005-88 визначає вимоги до
змісту речовин в робочій зоні і вплив їх на організм людини. Примусова
вентиляція забезпечує:
- досить ефективне відсмоктування пари і токсичних речовин;
- потік повітря не повинен порушувати комфортність роботи;
- оптимальна швидкість повітря дорівнює 1,0 м/с.
Особливе значення також має правильне улаштування робочих місць
монтажників електромонтажних схем (ЕМС), параметри яких повинні відповідати
ДСТУ 8604:2015. В механічному цеху основні параметри робочих місць наступні:
- висота робочого місця 730 мм;
- висота сидіння стільця регулюється залежно від зросту працівників цеху;
- кут нахилу спинки стільця регулюється у межах 0-15 град.
В результаті проведення ергономічного дослідження цеху можна
затверджувати, що параметрів робочих місць монтажників значних відхилень від
допустимих не мають.
Відповідно ДСН 3.3.6.042-99 «Повітря робочої зони. Загальні санітарно-
гігієнічні вимоги» робота монтажників відноситься до 1-й категорії важкості
праці, сидячи, стоячи і пов'язаних з ходьбою, але не вимагає систематичної
фізичної напруги або підняття тяжкості (енерговитрати 150кал/год). Параметри
мікроклімату приміщення цеху, відповідно ДСН 3.3.6.042-99 мають наступні
значення:
- температура повітря в теплий період року (середньодобова температура
зовнішнього повітря перевищує 10 градусів) складає +23 градуса по Цельсію, а в
холодний період року +21 градус по Цельсію;
- значення вологості повітря 55%;
- значення швидкості повітря 0,2 м/с.
Фактичні значення метеорологічних параметрів цеху знаходяться у межах
допустимих. Тому можна зробити висновок, що при роботі в розглянутому цеху
параметри його мікроклімату відповідають нормативним.
Для захисту робітників від ураження електричним струмом, в цеху
використовуються системи занулення і заземлення. Опір ізоляції
струмопровідних частин електрообладнання - не менше 0,5 МОм. Опір системи
заземлення не перевищує 0,1 Ом, що відповідає ДСТУ Б В.2.5-82:2016.
Живлення електроустаткування здійснюється від мережі напругою не вище
380 В при частоті 50 Гц. Заземлюючі затиски відповідають вимогам НПАОП 40.1-
1.07-01. Болти і гвинти, які виконують роль кріпильних деталей, не
використовується для заземлення.
Болти заземлення встановлюються на виробі в безпечному, зручному для
підключення провідника місці і в цьому місці встановлюється знак заземлення.
Оскільки можливе ослаблення контактів між заземлюючим провідником і болтом,
то для заземлення вживаються наступних заходів:
- навкруги болта встановлюється контактний майданчик для з'єднання
заземлюючого провідника;
- майданчик захищений від корозії і не має поверхневого фарбування;
- для вибору болта і контактного майданчика враховується величина
струму замикання;
- болт для провідника, який заземляє, виконаний з металу, стійкого до
корозії або покритий металом, який оберігає його від корозії і не має
поверхневого фарбування.
Робочі місця в монтажному цеху розташовані так, що немає можливості при
роботі одночасного дотику до системи опалення і струмопровідних частин.
В цеху використовуються додаткові розетки, які розташовані на монтажних
столах. Дроти підведені до розеток в трубах.
В цеху використовується природне освітлення разом з штучним. Природне
освітлення поступає через 8 віконних прорізів розміром 1.5x1.625м. Як джерело
світла при штучному освітленні використовуються газорозрядні люмінесцентні
лампи типа ЛБ-40. Кількість світильників 10, вони розташовуються в два ряди.
Оскільки робота монтажників є роботою високої точності (світлий фон, не
високий контраст об'єкту, розмір від 0,3-0,5 мм), то відповідно санітарних норм,
норма освітленості для такого цеху 200 Лк. Фактичне значення освітленості
складає 300 Лк, коефіцієнт природного освітлення складає 40-45%. Рівень
штучного та природного освітлення відповідає ДБН В.2.5-28-2018.
Для групових освітлювальних мереж застосовують щитки з автоматичними
вимикачами. Даний цех підключений до системи автоматичного відключення
освітлення автоматичними вимикачами серії А-3163. Це виконано для того, щоб
всі освітлювальні мережі були захищені від струмів короткого замикання. Дані
вимикачі мають відповідну кратність щодо довгостроково допустимих
перевантажень.
Монтажний цех підключений до загальної системи автоматичного
захисного відключення. При короткому замиканні спрацьовує захисне
відключення. Струм спрацьовування захисних автоматів серії А3100 рівний 25 А.
Приміщення механічного цеху відноситься до зони класу П-II-а. За
вибухопожежонебезпекою ділянка відноситься класу "В" відповідно ДСТУ Б
В.1.1-36:2016. Для забезпечення пожежної безпеки цеху допомогою передбачені
наступні заходи:
- для забору води на протипожежні потреби з водопровідної мережі
встановлені пожежні гідранти (відстань між ними 100 м);
- для запобігання впливу на людей небезпечних чинників пожежі
передбачена можливість евакуації працівників з будівлі;
- для ліквідації вогнища пожежі силами працівників, цех оснащений
пожежними кранами, з пожежними рукавами завдовжки 20 м, а також є в
наявності ручні вогнегасники типа ВВК-3,5;
- для повідомлення про пожежу в цеху встановлена пожежна сигналізація з
димовими датчиками типа ДІП212.
Протипожежна безпека в механічному цеху виконана відповідно вимогам
НАПБ А.01.001-2014.
З метою підвищення ефективності і продуктивності праці необхідно вжити
заходів для забезпечення безпечної роботи при збірці і монтажі комплексу.
Розроблений і проведений комплекс заходів щодо забезпечення електро- і
пожежної безпеки на робочих місцях і в цеху в цілому. Для забезпечення
безпечних умов праці, цех для монтажу і збірки друкованої плати необхідно
обладнати централізованою системою вентиляції.
6.2 Розрахунок системи механічної витяжної вентиляції
Монтажний цех має такі параметри: довжина - 10 м; ширина - 6 м; висота - 4
м. В приміщенні є 10 монтажних столів, які необхідно обладнати централізованою
системою місцевої витяжної вентиляції. Необхідно обладнати дані робочі місця
витяжними пристроями. Сумарна витрата повітря (М) через витяжні пристрої
повинна бути не менше трьох об'ємів приміщення (V) в годину:
V=abh=1064=240 м3 (6.1)
M=V3 =2403=720 м3/год (6.2)
Необхідно розрахувати втрату тиску в системі вентиляції і фільтри.
Коли переміщуване повітря забруднено пилом або димом, необхідно
підтримувати достатньо високу швидкість руху повітря, щоб уникнути осідання
частинок на внутрішніх стінках повітроводів. Прийнятною вважається швидкість
- 10-15 м/с.
Втрата тиску в системі повітроводів може бути понижена за рахунок
збільшення перетину повітроводів, що забезпечує відносно однакову швидкість
повітря у всій системі. На рис.6.1 показано як можна забезпечити відносно
однакову швидкість повітря в мережі повітроводів при мінімальній втрати тиску.
Об'єм повітря, що видаляється, одним витяжним пристроєм M1, взятий - 72 м3/год
M1=M/10=720/10=72 м3/год (6.3)
Рисунок 6.1 - Змінний діаметр повітроводу
- на ділянці А об'єм переміщуваного повітря рівний 72 м3/год при його швидкості
в цьому перетині 11 м/с;
- на ділянці В об'єм переміщуваного повітря рівний 144 м3/год при його швидкості
в цьому перетині 11 м/с;
- на ділянці З об'єм переміщуваного повітря рівний 216 м3/год при його швидкості
в цьому перетині 11 м/с.
В системах, об'єднуючих велику кількість місцевих відсмоктувачів,
доцільно розміщувати вентилятор або повітряний фільтр в середині вентиляційної
системи. Таке рішення має декілька переваг - з одного боку, знижуються втрати
тиску, а з другого боку, можна використовувати повітроводи меншого перетину.
Рисунок 6.2 - Типова вентиляційна система
Розрахунок почнемо зі складання ескізу системи з вказівкою місць
розташування місцевих відсмоктувань, центрального вентилятора, а також
довжин ділянок повітроводів між ними (рис.6.3), потім визначимо витрату повітря
через кожну ділянку мережі, враховуючи що витрата повітря через кожну
повітроприймальну воронку витяжного пристрою рівна 72 м3/год, і розрахуємо
втрати тиску і діаметри повітроводів для кожної з ділянок 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
і 1’, 2’, 3’, 4’, 5’, 6’, 7’, 8’, 9’, 10’.
Визначимо втрати тиску для ділянок 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 і 1’, 2’, 3’, 4’,
5’, 6’, 7’, 8’, 9’, 10’.
Рисунок 6.3 - Розміщення вентиляції і повітроводів в приміщенні
Скориставшись графіком втрати тиску в круглих повітроводах, визначимо
необхідний нам діаметр повітроводу і втрату тиску в кожній з ділянок схеми, за
умови, що необхідно забезпечити швидкість руху забрудненого повітря в межах
10-15 м/с, витраті повітря визначаються підсумовуванням витрат повітря у всіх
попередніх повітроводах.
- Ділянка 1: довжина повітроводу l1=1,75 м, витрата повітря – m1=72 м3/год,
вибираємо діаметр повітроводу і визначаємо швидкість: d1=80 мм, v1=12 м/с,
втрата тиску p1=20Па/м 1.75м=35Па.
- На ділянках 2,3,4,5,1’,2’,3’,4’,5’ – параметри d, v, p вибираються рівними
відповідним параметрам ділянки 1.
- Ділянка 6: довжина повітроводу l6=2 м, витрата повітря – m6=m1=72 м3/год,
вибираємо діаметр повітроводу і визначаємо швидкість: d6=80 мм, v6=12 м/с,
втрата тиску p6=20Па/м 2м=40Па.
- Ділянка 7: довжина повітроводу l7=2 м, витрата повітря – m7=m1+m2=144
м3/год, вибираємо діаметр повітроводу і визначаємо швидкість: d7=80 мм,
v7=13 м/с, втрата тиску p7=19Па/м 2м=39Па.
- Ділянка 8: довжина повітроводу l8=2 м, витрата повітря – m8=m1+m2+m3=216
м3/год, вибираємо діаметр повітропроводу і визначаємо швидкість: d8=100 мм,
v8=11 м/с, втрата тиску p1=18Па/м 2м=36Па.
- Ділянка 9: довжина повітроводу l9=2 м, витрата повітря –
m9=m1+m2+m3+m4=288 м3/год, вибираємо діаметр повітроводу і визначаємо
швидкість: d9=100 мм, v9=12 м/с, втрата тиску p9=15Па/м 2м=30Па.
- Ділянка 10: довжина повітроводу l10=5 м, витрата повітря –
m10=m1+m2+m3+m4+m5=360 м3/год, вибираємо діаметр повітроводу і
визначаємо швидкість: d10=125 мм, v10=11 м/с, втрата тиску p10=14Па/м
5м=70Па.
На ділянках 6’,7’,8’,9’,10’ – одержуємо параметри аналогічні ділянкам 6, 7,
8, 9, 10.
Рисунок 6.4 - Графік втрати тиску в круглих повітроводах
Проведемо розрахунок втрат тиску в з'єднаннях повітроводів. В нашому
випадку всі з'єднання відбуваються під кутом 900.
- Відведення 1-6, 2-7, 3-8, 4-9, 5-10, 1’-6’, 2’-7’, 3’-8’, 4’-9’, 5’-10’ мають
однакові параметри d=80мм, тому скориставшись графіком втрат тиску в
круглих відведеннях визначаємо р1-6=p2-7=p3-8=p4-9=p5-10=p1’-6’=p2’-
7’=p3’-8’=p4’-9’=p5’-10’=10Па.
- Відведення 10-10, 10‘-10‘, 10-10‘ також мають однакові розміри d=125мм,
тому скориставшись графіком втрат тиску в круглих відведеннях
визначаємо р10-10=p10‘-10‘=p10-10‘=4Па.
Рисунок 6.5 - Графік втрати тиску в круглих відведеннях
Тепер складемо всі величини втрати тиску для прямих ділянок повітроводів
і відведень. Загальна втрата тиску буде рівна сумі втрат тиску у всіх повітроводах.
P=P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 + P10 + P1’ + P2’ + P3’ +
+ p4’ + p5’ + p6’ + p7’ + p8’ + p9’ + p10’ + p1-6 + p2-7 + p3-8 + p4-9 +
+ p5-10 + p1’-6’ + p2’-7’ + p3’-8’ + p4’-9’ + p5’-10’ + p10-10 +
+ p10’-10’ + p10-10’ (6.4)
P=35+35+35+35+35+40+39+36+30+70+35+35+35+35+35+40+39+36+
+30+70+10+10+10+10+10+10+10+10+10+10+4+4+4=892 Па
Розраховано систему вентиляції, забезпечено однакові швидкості уздовж
всієї довжини каналів і визначено, що в системі потрібен вентилятор, що видаляє
720 м3/год повітря, при опору мережі 892 Па. Враховуючи можливості
універсального монтажу і характеристик системи, що вимагаються для роботи, в
системі встановлюється вентилятор ВРАН6-2,8.
Рисунок 6.6 - Зовнішній вигляд вентилятора ВРАН6-2,8
Рисунок 6.7 - Основні геометричні параметри вентилятора ВРАН6-2,8
Q, м3/год х 1000
Рисунок 6.8 - Області аеродинамічних параметрів вентилятора
радіального ВРАН6-2,8
ВИСНОВКИ
У випускній роботі розглянуто різноманітні існуючі схемні рішення радіо
приймачів. Також була розроблена та проаналізована структурна схема. Були
обрані основні мікросхеми для використання в дводіапазонному УКХ ЧМ
приймачі. Наведені основні технічні характеристики обраних мікросхем. Розкрита
внутрішня структура ІС, що сильно спрощує пояснення принципу роботи кожної з
мікросхем. Також наведено опис кожного виводу мікросхеми та відображено
креслення габаритних розмірів ІС. Були розроблені розрахунки основних вузлів:
тракту вхідного ланцюга;
гетеродина;
активного фільтра ПЧ;
ЧМ – детектора та системи безшумної настройки;
індикатора налаштування на радіостанцію;
попереднього підсилювача звукової частоти;
підсилювача потужності звукової частоти.
Розроблений пристрій повністю відповідає поставленому технічному
завданню. Завдяки використанню сучасних інтегральних мікросхем приймач має
невеликі габаритні розміри. Активний фільтр проміжної частоти виконано на
активних RC-фільтрах.
В розділі охорони праці проведено аналіз небезпек і шкідливостей, які
виникають в приміщенні експериментального цеху, проведено розрахунок
системи механічної витяжної вентиляції.
ЛІТЕРАТУРА
1. ГОСТ 24375-80 Радіозв'язок. Терміни та визначення .
2. Атаев Д.И. «Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой
радиопаратуры» Москва «МЭЧ», 1991 г.
3. Семьян А.П. «500 схем для радиолюбителя».Приёмники / под ред. С.М.
Янковского – СПБ.: Наука и Техника, 2004. – 192 с.: ил.
4. Опадчій Ю.Ф. Аналогова та цифрова електроніка (Повний курс): Підручник
для вузів, 2002. - 768 с.
5. Полятыкин П. Микросхема КР174ХА34А — однокристальный УКВ/ЧМ
радиовещательный приёмник. — Радио, 2001, №9, с. 45.
6. Гвоздев С. Микросхема К174ХА34. Справочный листок. - Радио, 1995, №
10, с. 62; №11, с. 45
7. Горюнова Н.Н. Полупрововодниковые приборы : диоды, тиристоры,
оптоэлектронные приборы : cправочник / под общ. ред. – 2-е изд., перераб. –
М. : Энергоатомиздат, 2009. – 744 с.
8. ГОСТ 2.104–68. ЕСКД. Основные надписи.
9. ГОСТ 2.109–73. ЕСКД. Основные требования к чертежам.
10. ГОСТ 2.105–95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
11. Интегральные схемы для бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Каталог.
– М.: ЦНИИ «Электроника», 1983, вип. 3–40с.
12. Клокова Н. П. Тензорезисторы. М.: Maшиностроение. 1990. – 224с
13. Кононович Л.М. Современный радиовещательный приемник - М.: Радио и
связь, 1986. –354 с.
14. Мячин Ю.А. 180 аналоговых микросхем (справочник). - М.: Изд-во
"Патриот", 1993. - 152 с.: ил. (приложение к журналу "Радио").
15. Новаченко И.В. Микросхемы для бытовой радиоапаратуры Москва «Радио
и связь», 1989 г.
16. Поляков В. Усилитель радиочастоты для УКВ приёмника. // Радио, 2001,
№7, с. 58.