Предварительный усилитель мощности коротковолнового передатчика мощностью 40 Вт

Перегрев полупроводниковых приборов можно уменьшить, путем увеличения теплоотдающей поверхности, т.е. установкой их на радиатор. Методика расчета приведена в [2].

Исходными данными при проектировании или выборе радиатора являются: предельная температура рабочей области транзистора tp=100С; мощность рассеиваемая на приборе Р=25Вт; температура окружающей среды t0=35С; внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей зоной транзистора и корпусом Rвн=0,425С/Вт.

- Определим перегрев места крепления прибора с радиатором:

где Rк - тепловое сопротивление контакта между прибором и радиатором, С/Вт,

,

Sк= 0,4210-3м2 - площадь контактной поверхности.

С/Вт

С

- определим в первом приближении средний перегрев основания радиатора:

С

- Выбираем тип радиатора в первом приближении с помощью графиков представленных на рисунке 4.21 [2].

В соответствии с графиком выбираем ребристый радиатор в условиях вынужденного охлаждения.

- определим коэффициент теплоотдачи радиатора по графикам на рисунке 4.25 [2]. В соответствии с графиком эф=125Вт/м2град

- находим площадь основания радиатора

м2

- Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближении

где ; ;

р - коэффициент теплопроводности материала радиатора, Вт/мград;

Sp - толщина основания радиатора, м.

Выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого р=208 Вт/мград, а толщина основания р=0,023м.

tS=0.008м2

Из сделанных расчетов можно сделать вывод, что суммарная площадь радиатора всех транзисторов не будет выходить за пределы габаритных размеров блока и мы можем применить данную схему охлаждения транзисторов.

В зависимости от условий эксплуатации определим группу жесткости по ОСТ4.ГО.077.000 обслуживающие соответствующие требования к конструкции печатной платы, используемому материалу основания проводящему рисунку и т.д. Для нашей платы выбираем вторую группу жесткости.

Двусторонняя печатная плата с металлизированными монтажными отверстиями и переходными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного монтажа с проводящим рисунком платы, относительно высокой стоимостью конструкции. Для платы усилителя выбираем двустороннюю печатную плату с металлизированными и переходными отверстиями.

Габаритные размеры печатной платы должны соответствовать ГОСТ10317-79 при максимальном соотношении сторон 5:1. Согласно ГОСТ10317-79 выбираем прямоугольную форму платы. Размеры печатной платы определяются типом применяемых навесных элементов и размерами модуля. Для нашего блока выбираем платы размерами 110170 мм и 80100мм.

Сопрягаемые размеры контура печатной платы должны иметь предельные отклонения по 12 квалитету ГОСТ 25347-82, несопрягаемые размеры контура печатной платы должны соответствовать предельным отклонениям по14 квалитету ГОСТ25347-82.

Толщину печатной платы определим исходя из используемой элементной базы и действующей механической нагрузки. Толщину печатной платы устанавливаем по ТУ на исходный материал ГОСТ10316-78.

Материал основания печатной платы выбираем согласно ГОСТ10316-78, ГОСТ23751-79 или ТУ. Для печатной платы эксплуатируемой в условиях соответствующих группе 1.6 по ОСТ4.ГО.077.000 рекомендовано применять материалы но основе текстолита. Платы усилителя изготавливаем из стеклотекстолита СФ-2-50-2 ГОСТ10316-78 фольгированная с двух сторон. Толщина фольгированного слоя 35 мкм толщина платы 2 мм.

Проведем расчет печатного монтажа платы предварительного усилителя. Методика расчета приведена в [2]. Расчет произведем в следующей последовательности:

- Исходя из технологических возможностей производства, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы. Класс точности 3 по ГОСТ 23752-79.

Определим ток наиболее нагруженного элемента:

- Определяем минимальную ширину (мм) печатного проводника по постоянному току для цепей питания.

,

где jдоп= 48 А/мм2 - допустимая плотность тока, выбирается по таблице 4.5 [2]; t=35мкм - толщина проводника.

мм

Определим номинальное значение монтажных отверстий d:

где dэ=0,7 мм - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ; dn.o=0.1 мм - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра таблица 4.6 [2]; Г=0,,2 - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода.

мм

- Рассчитываем диаметр контактных площадок для двусторонней печатной платы, изготовленной комбинированным позитивным методом

где D1min - минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

где bm=0.05 мм - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки; d=0.08 мм и р=0,2 мм - допуски на расположение отверстий и контактных площадок; dmax - максимальный диаметр посверленного отверстия:

где d=0.05 - допуск на отверстия таблица 4.6 [2]:

мм

мм

мм

- Определим ширину проводников

мм

- Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка:

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

где L0=2.5 мм - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, l=0.05 - допуск на расположение проводников таблица 4.6 [2]; Dmax - максимальный диаметр контактной площадки:

мм

мм

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

мм

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

мм

Рассчитаем конструкцию индуктивностей L1=L2. Определим уточненные значения индуктивностей для типовых значений емкостей на частоте f=30МГц по формуле:

,

нГн

Рассчитываем диаметр провода катушек:

,

где I - радиочастотный ток, А;

f - частота тока, МГц;

- разность температуры провода и окружающей среды, Т=40К.

мм

Шаг намотки, при котором достигается наименьшее активное сопротивление катушки току радиочастоты:

g=2d

g=21.4=2.8 мм

Рассчитываем число витков спирали катушки:

,

где Lрасч - Расчитанное значение индуктивности, мкГн; D - диаметр катушки, см; F(C/D) - коэффициент формы катушки, определяемый по графику на рисунке 10.3 [3].

витка

рассчитаем катушки L5=L6. Определяем уточненный номинал индуктивности:

нГн

Рассчитаем диаметр провода катушек:

мм

Рассчитаем шаг намотки:

g=23=6 мм

Рассчитаем число витков спирали катушки:

витка

4. Оценка качества

Прикидочный расчет

В начале для определённого класса объектов выбирается один из типов показателей надёжности: интервальный, мгновенный, числовой таблица 6 в [1]. Из нее выбираем, с учетом вида объекта (ремонтируемый с допустимыми перерывами в работе), числовые показатели надежности, т.е. mt - средняя наработка между отказами, mB - среднее время восстановления объекта, КГ - коэффициент готовности. Таким образом, при конструкторском проектировании РЭС не требуется рассчитывать все ПН, необходимо, прежде всего, определить вид объекта и выбрать те ПН, которые наиболее полно характеризуют надёжностные свойства разрабатываемого объекта.

Для дальнейшего выбора показателей надежности установим шифр из четырёх цифр, по рекомендации таблицы 7 [1]: 2312. Что соответствует: по признаку ремонтопригодности -- ремонтируемому (2), по признаку ограничение продолжительности эксплуатации-- режим использования по назначению - непрерывный (1), по признаку доминирующий фактор при оценке последствий отказа - факт выполнения или не выполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме(2).

Исходя из этих данных по таблице 8 [1] определяются показатели надежности. Полученные результаты сравниваем с таблицей 6 [1]. Окончательно получаем, что в связи с тем, что приёмник ремонтируемый, восстанавливаемый, с допустимыми перерывами в работе, то ПН будут mt, mв, Кг, Т. е. мы выбрали числовые ПН: наработку на отказ - mt, среднее время восстановления объекта - mв, коэффициент готовности - Кг.

Ответственным этапом в проектировании надёжности РЭА является обоснование норм, т. е. допустимых значений для выбранных показателей надежности. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, от правильности результатов данного этапа зависит успех и смысл всех расчётов надёжности, т. к. здесь мы определяем, какое значение показателей надежности можно считать допустимым. Во-вторых, нет общих правил и рекомендаций для установления норм надёжности различных объектов, многое зависит от субъективных факторов и опыта конструктора. В-третьих, любая ошибка на данном этапе ведёт к тяжёлым последствиям: занижение нормы ведёт к повышению потерь от ненадёжности, завышение - от дороговизны. Итак, из таблицы 9 [1] мы определяем исходя из группы аппаратуры по ГОСТ 16019-78 - возимая на автомобилях; по числу ЭРЭ (??700), что mt допустимая равна 3000 часов.

Надёжность РЭА в значительной степени определяется надёжностью элементов электрической схемы (ЭЭС) и их числом. Поэтому точность расчёта ПН проектируемого объекта относительно отказов, обусловленных нарушениями ЭЭС, имеет большое значение. Заметим, что к ЭЭС следует относить места паек, контакты разъёмов, крепления элементов и т. д. При разработке РЭА можно выделить три этапа расчёта: прикидочный расчёт, расчёт с учётом условий эксплуатации и уточнённый расчёт. Прикидочный расчёт проводится с целью проверить возможность выполнения требований технического задания по надёжности, а также для сравнения ПН вариантов разрабатываемого объекта. Прикидочный расчёт может производиться, и когда принципиальной схемы ещё нет, в этом случае количество различных ЭЭС определяется с помощью объектов аналогов. Исходные данные и результаты расчёта представлены в таблице 1. По данным таблицы рассчитываются граничные и средние значения интенсивности отказов, а также другие показатели надёжности.

Следует учесть то, что после нахождения интенсивности отказов элементов одной платы необходимо для определения ? всего приёмника произвести умножение на 8, что и будет отражаться в расчёте.

Таблица 2.

Исходные данные для прикидочного расчета надежности РЭА

Произведём вычисления:

Расчёт с учётом условий эксплуатации.

Расчёт безотказности конструируемого объекта с учётом условий эксплуатации аппаратуры, т.е. влияние механических воздействий, высотности и климатических факторов производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по одной из следующих формул: ;

где ?оэ - интенсивность отказов j-го элемента в номинальном режиме ( температура окружающей элемент среды 20?С, коэффициент нагрузки равен 1);

- поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно воздействия вибрации, ударных нагрузок, климатических факторов (влажности и температуры) и высоты; k1,2,j- коэффициент, учитывающий одновременно воздействие вибрации и ударных нагрузок.

Значения интенсивностей ?оj и поправочных коэффициентов k?,j берутся из научно-технической литературы по надёжности РЭА. Для наиболее распространённых элементов и условий эксплуатации эти значения приведены в приложении [2].

Обозначим произведение поправочных коэффициентов для j-го элемента через , тогда

Исходные данные интенсивности отказов для расчёта электрической схемы с учетом условий эксплуатации заносятся в таблицу 2. Если в объекте имеется nj однотипных элементов, имеющих одинаковые значения и , то для всей электрической схемы интенсивность определяется по формуле На основе этого значения определяются другие показатели с учётом условий эксплуатации:

Страницы: 1, 2, 3