Загрузка...
электрические линии задержки на дискретных элементах
"электрические линии задержки на дискретных элементах"
линия задержка радиоэлектронный аппаратура
Введение
При решении многих задач техники связи и родственных ей областей возникает необходимость в построении электрической цепи, которая запоминала бы аналоговый сигнал, а затем повторяла бы его на выходе цепи через заданное время. Такие цепи называют линиями задержки. Линия задержки — устройство, предназначенное для задержки электромагнитных сигналов на определённый промежуток времени.
Подобные устройства широко применяются в разных областях радиоэлектронных технологий — в радиолокации и радионавигации, измерительной и вычислительной технике,автоматике, электроакустике (ревербераторы), технике связи, в научных исследованиях.
Актуальность применения линии задержки связано с широким внедрением в современную радиоэлектронную аппаратуру дискретных и цифровых фильтров, где требуется задержка электрических сигналов.
1. Электрический расчет
Определяем необходимое число звеньевn по формуле
где tз- время задержки, мкс;
τф- значение длительности фронта, мкс.
Находим расчетное
(2) где tз- время задержки, с; ρ — эквивалентное волновое сопротивление, Ом. Находим расчетное
(3) где tз- время задержки, с; ρ -эквивалентное волновое сопротивление, Ом. Определяем сумму допусков на
(4) где δtз- допуск на время задержки согласно техническому заданию, %. 2. Выбор и основание эскизного проекта конструирования электрическая линия задержки представляет собой некую электрическую схему, реализация которой не имеет какой-либо специфики или исключений относительно электрических схем иного предназначения, поэтому внедрение электрической линии задержки в конструкцию производится методами её компоновки и трассировки. В современных электронных устройствах широкое применение нашла компоновка элементов методом поверхностного монтажа ( SMD -SurfaceMountDevice).Стоит отметить, что поверхностный монтаж на данный момент стал применяться не только в изделиях с малыми габаритами, но и в продукции, где экономия места не требуется. Поверхностный монтаж — это закрепление и монтаж электронных компонентов специальной конструкции непосредственно на поверхность печатной платы. Главная особенность конструкции таких компонентов — отсутствие штырьковых и длинных планарных выводов. На замену им для присоединения к плате используются металлизированные торцы корпусов компонентов, матрица шариковых выводов на нижней поверхности корпуса компонента или настолько миниатюрные планарные выводы, что они лишь в незначительной мере увеличивают площадь платы. К основным преимуществам данной технологии относятся: повышение плотности монтажа электронных компонентов на плате в 4-6 раз; — уменьшение габаритов на 60% и снижение веса в 3-5 раз; возможность монтажа электронных компонентов с двух сторон платы; повышение быстродействия и улучшение электрических характеристик, связанных с длиной выводов электронных компонентов; упрощение автоматизации монтажа электронных компонентов на плате, увеличение производительности процесса в десятки раз; снижение стоимости монтажа печатных узлов вследствие уменьшения трудоемкости и использования меньшего числа простых плат с меньшими размерами и числом слоев; повышение виброустойчивости и вибропрочности печатных узлов в 2 раза; повышенная способность отвода тепла от кристаллов интегральных схем, что очень важно для безотказной работы аппаратуры; — оборудование для технологий поверхностного монтажа проще, надежнее, обладает несравненно большей производительностью и требует в два раза меньше производственных площадей по сравнению с оборудованием для монтажа в отверстия. К недостатками метода поверхностного монтажа относят: ниже ремонтопригодность устройства; высокие начальные затраты (связанные с установкой и настройкой автоматов, а также с более сложным созданием опытных образцов). При компоновке элементов особое внимание необходимо уделить катушке. Катушки индуктивности массового производства по номенклатуре и объему представлены на рынке существенно в меньшей степени, чем конденсаторы. В связи с этим выбор катушки будет проводится первым, и максимально возможный процент допуска выделим для индуктивности. анализ литературных источников показывает, что номинальные значения SMDкатушек индуктивности различных производителей в основном принадлежат ряду Е12, который состоит из следующих значащих чисел: 1,0; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2;.2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2 и могут иметь допуск на номинальное редко встречаются катушки с допуском ± 2 %. Расчетное значение индуктивности катушки как правило не совпадает с каким-либо номинальным значениемLн. В случае незначительной разницы между расчетным и ближайшим номинальным значениями можно использовать катушку с этим номинальным значением как искомую.В нашем случае расчетное значение индуктивности равняется Lp= 7,2∙10-6 Гн = 7,2мкГн. ближайшее номинальное значение индуктивности 6,8 мкГн. Допуск на индуктивность для расчетного значения возьмем равный 10 % и рассчитаем допуск на индуктивность для номинального значения в% по формуле (6) Расположение катушек индуктивности на печатной плате должно быть таковым, чтобы свести к минимуму их взаимное влияние через взаимодействие магнитных потоков этих катушек. минимальное взаимодействие катушек будет в том случае, когда их магнитные потоки перпендикулярны. То есть перпендикулярная последовательность катушек будет наиболее верна. Параллельно к индуктивности ставим емкость. Расчетное либо номинальным значениемСн. SMDконденсаторы по номенклатуре и объему достаточно широко представлены на рынке товаров. Расчетное значение емкости равняется 80 пФ. В случае незначительной разницы между расчетным и ближайшим номинальным значениями можно использовать конденсатор с этим номинальным значением как искомый, однако, аналогов для данного расчетного значения емкости в номинальной ряду не имеется. В этом случае конденсатор реализуется путем комбинации из последовательно или параллельного соединения двух конденсаторов. В моем случае искомый конденсатор будет составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов фирмы Murata с номинальными емкостями 12 пФ и 68 пФ и допусками 2 %. 3. Конструктивный расчет В проектируемой линии задержки число звеньев n= 50. Индуктивность одного звена составляет 6,8 мкГн. Параллельно индуктивности ставим конденсаторы 12 пФ и 68 пФ. таким образом, проектируемая линия задержки представляет собой 50 последовательно соединенных звеньев. В техническом задании размеры печатной платы не более 30х30х20 мм. Рассчитаем площадь, занимаемую элементами L и C. В качестве индуктивности будет использоваться катушка Viking — NL05JT6R8 (2×1,25×1,2 мм, размеры контактных площадок 1,14×1,25), с точностью 5 %. более удобные для восприятия данные представлены на рисунке 1.
рисунок 1 — Контактная площадка для катушки таким образом, площадь индуктивности в одном звене, мм2 SL= 3,175 ∙ 1,25 = 3,97. В качестве емкостей используем конденсаторы Murata -GRM1885C1H680FA01D и Murata-GRM1885C1H120FA01D(1,6 × 0,8 × 0,9 мм, размеры контактных площадок 0,89 × 1,016 мм), с точностью 2 % . более удобные для восприятия данные представлены на рисунке 2.
рисунок 2 — Контактные площадки для конденсатора Площадь емкостей в одном звене, мм2 SC = 1,016 ∙ 2,415 ∙ 2 = 4,91. В таком случае занимаемая площадь одного звена печатной платы, мм2 Sзв= 3,97 + 4,91 = 8,88. Общая площадь элементов линии задержки с учетом 50 звеньев, мм2 Sобщ= 8,88 ∙ 50 + 3,97 ∙ 2 =451,94. Для обеспечения электрического контакта изделия с остальной схемой должны быть предусмотрены контактные устройства. Их будет 4 по углам платы. Дли них используется лист латуни толщиной 0,5 мм. Из него вырезается полоса шириной 2 мм с разрешенным полем допуска от -0,1 до -0,2 мм. далее методом гибки получают форме и покрывают припоем. Эскиз контакта представлен на рисунке 3.
рисунок 3 — Контакт для печатной платы Для каждого контакта подразумевается наличие двух отверстий с размерами 0,5 × 2 мм каждый с полем допуска от +0,2 доминус 0,1. На рисунке 4 представлен эскиз расположения контактных отверстий с более подробными характеристиками.
Рисунок 4 — Расположение контактных отверстий на печатной плате установка и фиксация контактов на печатной плате производится путем вставки контакта в печатную плату и его дальнейшего загиба. Визуально этот процесс представлен на рисунке 5. рисунок 5 — Установка и фиксация контакта в печатной плате Площадь контактной площадки на поверхности монтажа, мм2 Sк = 4,25 ∙ 3 = 12,75. Таким образом, площадь всех контактных площадок на поверхности монтажа, мм2 Sко= 12,75 ∙ 4 = 51. Площадь всей поверхности монтажа, учитывая размеры, данные в техническом задании, то есть 30 х 30 х 20 мм, рассчитывается, мм2 S = 30 ∙ 30 = 900. Площадь занимаемая всеми элементами на плате, мм2 SЭ = 451,94 + 51 = 502,94. Площадь занимаемой поверхности с учетом коэффициента заполнения 1,5, мм2 SРП = 502,94 ∙ 1,5 = 754,41. таким образом, S ≥ SРП, а значит, все элементы можно разместить без использования двухсторонней печатной платы. 4. Выбор и обоснование материалов Для изготовления печатной платы используется стеклотекстолит, толщиной 1 мм, облицованный с одной стороны медной оксидированной фольгой ГОСТ 10316-78. основным критерием выбора данного материала послужило то, что он обладает хорошей стабильностью электрических свойств при высокой влажности, высокой механической прочностью. Ко всему прочему стеклотекстолит широко используется для изготовления печатных плат с поверхностным монтажом компонентов. В качестве материала для контакта выбираем латунную полосу Л63 ГОСТ 12920-67, так как она обладает достаточной прочностью и отлично обрабатывается давлением, применяется для изготовления деталей холодной листовой штамповкой и глубокой вытяжкой. Латунь Л63 используется для изготовления крепежных деталей. Покрываем латунную полосу материалом О-Ви ГОСТ 9073-77, именно это покрытие обеспечивает наилучшую коррозионную стойкость. Для защиты поверхности изделия от воздействия внешней среды применяем лак МЛ-92 ГОСТ 15865-70. Для наилучшей защиты изделие покрыть в 2-3 слоя. Пайка производится припоем ПОС- 61ГОСТ 21931-76. 5.Методика контроля основных электрических параметров Контроль основных электрических параметров производится на двух этапах: на этапе проектирования и на этапе производства. На первом этапе проектирования производится контроль измерения времени задержки tз и длительность фронта τф. Время задержки должно быть равным 0.5 мкс с допуском ±10%. Измерение этих параметров производится на стенде, приведенном на рисунке 6. В его состав входят генератор 1 импульсных сигналов, исследуемая линия задержки 2 и двухлучевой осциллограф 3. Импульс с выхода генератора 1 попадает на вход линии 2 и первый вход осциллографа 3. Синхронизация осциллографа осуществляется импульсом, поступающим с выхода генератора. Формирование радиоимпульсов производится путем импульсной модуляции сигналов, поступающих с выхода ГСС типа Г4-103, входящего в состав стенда. Рисунок 6 — Структурная схема стенда для проверки параметров печатной платы На втором этапе проверки мы проводим проверку всех размеров нашего изделия. В связи с тем, что в техническом задании тип производства указан как единичный, использовать калибровочные стенды нецелесообразно. В связи с этим для проверки будет использоваться достаточно распространенный в обиходе инструмент, называемый штангенциркулем. Заключение В данном курсовом проекте была разработана и спроектирована линия задержки для малогабаритной аппаратуры. При расчётах параметров и выборе элементов для линии задержки были учтены все габаритные и эксплуатационные особенности конструкции. Выбор материалов проводился согласно ГОСТам, исходя из экономической целесообразности в условиях единичного производства. Все выбранные материалы отвечают техническим требованиям изделия с учётом представленной в техническом задании 2 группы эксплуатации. В ходе проектирования линии задержки были получены знания по разработке печатных плат в целом и методам и особенностям расположения элементов наподобного рода изделиях в отдельности. В ходе курсового проектирования использовалась система моделирования COMPAS-3DV-13. список литературы . Баев Е.Ф. Миниатюрные электрические линии задержки / Е.Ф. Баев, Е.И. Бурылин. — М.: Сов.радио, 1977.- 248 с. . Бокунаев А.А. Справочная книга радиолюбителя-конструктора/А.А. Бокуняев, Н.М. Борисов, Р.Г. Варламов и др.; Под ред. Н.И. Чистякова.-М.: Радио и связь, 1990.- 624 с.: ил . Захарьящев Л.И. Конструирование линий задержки / Л.И. Захарьящев. — М.: Сов.радио, 1972.- 192 с. . Покровский Ф.Н. Материалы и компоненты радиоэлектронных устройств / Ф.Н. Покровский.- М.: Горячая линия — Телеком, 2005. — 350 с.
Учебная работа. Электрические линии задержки на дискретных элементах