Курсовая работа (т): Підсилювач потужності звукової частоти

Описуючи концепцію побудови конструкції проектуємого пристрою в курсовому проекті, необхідно висвітлити такі основні моменти:

1)  форма корпусу у вигляді паралепіпеда;

2)      елементи керування напругою та підсиленням розміщуються на передній панелі;

)        колір корпусу вибирається чорним;

)        корпус та передня панель виготовлені з металу;

)        корпус зварний;

)        проектуємий пристрій відноситься до професійної РЕА, спроектований на одній платі моносхемним методом;

)        монтаж для даного приладу вибирається друкованим, так як він найдешевший і дозволяє автоматизувати виробництво;

)        у пристрої використовуємо односторонній друкований монтаж на платі з одностороннього склотекстоліту;

)        орієнтація плати всередині корпусу горизонтально відносно об’єму корпусу;

)        в корпусі виробу плата закріпляється гвинтами;

)        плата приєднується провідниками;

)        комутуюча плата відсутня;

)        нижчі структурні рівні ЕРЕ (нульовий);

)        трансформатор кріпиться гвинтами в середині корпусу;

)        способом охолодження виступає природна конвекція та використовуються радіатори, так як пристрій потужний, для вентиляції у корпусі передбачені отвори на бокових сторонах;

)        для захисту від механічних навантажень використовуються резинові ніжки - прокладки, які запобігають ковзанню приладу на поверхні.

)        необхідності захисту від інших агресивних зовнішніх факторів немає так як від пилу, бризок, плісняви захищає корпус;

)        проектуємий пристрій живиться від встроєного блоку живлення, який підключається до мережі 220В, 50Гц, який з’єднується з мережею за допомогою кабелю живлення;

)        корпус пристрою заземлення непотребує.

.2 Обґрунтування вибору елементної бази

Елементна база для проектуємого пристрою вибирається з таких міркувань

Елементна база повинна забезпечити необхідні електричні параметри виробу з заданою точністю;

Елементна база визначає габарити і вагу виробу;

Елементна база повинна гарно працювати в заданих кліматичних умовах;

Елементна база визначає надійність пристрою і заданий час його роботи;

Елементна база повинна добре працювати в умовах зміни механічних навантажень;

Теплові режими роботи виробу не повинні діяти на зміну електричних параметрів пристрою;

Елементна база визначає технологію виготовлення виробу і його вартість;

Елементна база визначає технологію регулювання приладу і склад вимірювальних пристроїв;

Елементна база визначає можливості автоматизації і механізації виробництва приладу;

Елементна база повинна визначати можливість захисту приладу найпростішими методами.

В проектуємому пристрої використовуються активні та пасивні елементи. До активних елементів відносяться пристрої, які змінюють потужність сигналу. Пасивні - змінюють рівні сигналів по напрузі та струму. Вони можуть змінюють форму сигналу. Потужність сигналу зменшується, так як її споживає пасивний елемент. Ця потужність перетворюється в тепло.

.2.1 Вибір пасивних елементів

Вибір пасивних елементів проводиться наступних чином:

вибирається величина номіналу елементів;

вибирається величина відхилення в стандартному ряді;

вибираються елемент, з урахуванням розсіюваної потужності на них;

виявляється їх надійність та можливість використання в даних ланцюгах проектуємого пристрою;

визначається можливість праці елементів при дії різних дестабілізуючих факторів.

Резистори металоплівкові типу МЛТ містять резистивний елемент у вигляді тонкої металевої плівки, яка нанесена на керамічну або скляну основу. Цей тип резисторів характеризуєтся високою стабільністю параметрів, які майже не залежать від частоти та напруги. Максимальна робоча температура +70°С, температурний коефіціент опору становить ±1200, рівень шумів не більше 1мкВ/Вт.

Резистори підстоєчні типу СП2-3а: одинарні, однообертові, в дисковому корпусі для навісного монтажу. Діапазон робочих температур від -40 до +70°С.

Резистори дротяні, керамічні типу С5-3а характеризуються високою теплостійкістю. Номінальне відхилення від номінального значення ±20%. ТКС резисторів не перевищує 0,02%/ºС.

Конденсатори типу К50-35 - оксидні з алюмінієвими обкладками. Діапазон робочих температур від -20 до +70°С. Допустиме відхилення ємності від номінальної від +80 до -20.

Конденсатори керамічні типу К73-17. Діапазон робочих температур від -60 до +125°С. Допустима реактивна потужність 1...40ВА. Допустиме відхилення ємності від номінальної від +50 до -20.

Трансформатор живлення та дросель виготовляються самостійно.

3.2.2 Вибір активних елементів

Вибір активних елементів проводиться з урахуванням наступних вимог:

величина робочої напруги;

максимальна величина струму, що проходить через прилад;

потужність яка розсіюється в приладі;

робоча та гранична частота приладу.

Мікросхема КР140УД1101 відноситься до швидкодіючих. Частота одиничного підсилення цього операційного підсилювача складає 15 МГц, швидкість наростання напруги 50 В/мкс.

Кремнієвий випрямний діод КД521А має такі параметри: максимально допустимий постійний прямий струм 10А, максимально допустима постійна зворотня напруга 400В, постійна пряма напруга 1В, постійний зворотній струм 0,1мА при максимальній зворотній напрузі. Діапазон робочих температур від -60 до +85°С.

Кремнієвий випрямний діод Д223А має такі параметри: максимально допустимий постійний прямий струм 0,2А, максимально допустима постійна зворотня напруга 600В, постійна пряма напруга 1В, постійний зворотній струм 1,5мА при максимальній зворотній напрузі. Діапазон робочих температур від -60 до +130°С.

Кремнієвий стабілітрон КС515 характеризуються напругою стабілізації 15В та струмом стабілізації 5А.

Кремнієвий стабілітрон КС139 характеризується напругою стабілізації 7В. Діапазон робочих температур від -45 до +115°С.

КТ816В - кремнієвий, UКБ=1/40В, UК=5В, IК=5А, потужність розсіювання 60Вт, частота 3МГц, діапазон робочих температур від -40 до +100°С.

КТ819Г - кремнієвий, UКБ=0,05/40В, UК=2В, IК=0,15А, потужність розсіювання 10Вт, частота 3МГц, діапазон робочих температур від -40 до +100°С.

КТ818Г - кремнієвий, UКБ=0,02/40В, UК=5В, IК=0,2А, потужність розсіювання 15Вт, частота 3МГц, діапазон робочих температур від -40 до +130°С.

КТ3102БМ та КТ3107А можуть працювати з мікрострумами з мінімальним струмом колектору, тому імітують роботу германієвих навіть з мінімальним для них зміщенням на базі.

КТ973Б - кремнієвий, UКБ=45В, UК=5В, IК=4А, потужність розсіювання 8Вт, частота 200МГц, діапазон робочих температур від -40 до +100°С.

КТ972Б - кремнієвий, UКБ=50В, UК=6В, IК=10А, потужність розсіювання 50Вт, частота 120МГц, діапазон робочих температур від -60 до +120°С.

КТ817В - кремнієвий, UКБ=45В, UК=2В, IК=5А, потужність розсіювання 10Вт, частота 15МГц, діапазон робочих температур від -40 до +100°С.

КТ502Г - кремнієвий, UКБ=25В, UК=10В, IК=2А, потужність розсіювання 50Вт, частота 3МГц, діапазон робочих температур від -60 до +130°С.

Гніздо Г1 66 обирається тому, що має високі теплові властивості, малі габарити та широко використовується у приладах, що піддаються значному тепловому навантаженню.

.3 Проектування друкованої плати

Передбачає вирішення трьох основних задач:

компоновка плат;

розрахунок параметрів друкованого монтажу;

розробка та оформлення конструкторських документів.

.3.1 Вибір методу виготовлення друкованої плати

Методи виготовлення друкованих плат поділяються на три основні групи:

субтрактивні;

напівадитивні;

адитивні.

Субтрактивні методи. Засновані на травленні фольгованого діелектрика. Найширше застосування мають хімічний негативний та комбінований позитивний методи. Первинною заготовкою їх є фольгований діелектрик з товщиною фольги (hф) переважно 35 або 50 мкм.

Хімічний негативний. Фоторезистом захищають від травлення друковані доріжки, а в місцях, де їх не повинно бути, фольгу стравлюють; наносять захисну лакову маску з вікнами для контактних майданчиків. Для односторонніх друкованих плат, внутрішніх шарів багатошарових, гнучких друкованих шлейфів. Має точну геометрію провідників, високу продуктивність, високу адгезію, але низьку щільність монтажу і низьку надійність пайок, тому не придатний для жорстких умов експлуатації. Для запобігання відшарування контактних майданчиків при цьому методі всі ЕРЕ ставлять впритул до плати. Це інколи вимагає ізоляційних прокладок, призводить до скупчення пилу та вологи під корпусами ЕРЕ. Цей метод добре освоєний на виробництві.

Комбінований позитивний. Фоторезистом захищають прогалини. Потім на всю поверхню плати наносять лакову оболонку, свердлять монтажні отвори і виконують хімічне міднення (в декілька мікрон). Хімреактивом знімається лакова оболонка, а з нею - мідь, (крім того шару, що осів на стінках отворів, бо під ним немає лаку). Далі в гальванічній ванні нарощують мідь в отворах і на незахищених фоторезистом місцях фольги. Потім на провідники та контактні майданчики наносять захисний шар металу і усувають фоторезист з незахищених місць (прогалин). Оголений шар фольги стравлюють. Таким чином, метод поєднує хімічний метод металізації отворів. Метод є основним при виготовленні двосторонніх друкованих плат. Застосовують його для багатошарових ДП з діелектриком, що травиться, для односторонніх ДП з підвищеними вимогами до надійності. ЕРЕ можна встановлювати з щілиною між поверхнею поверхнею плати. Дорожчий від хімічного.

Недоліками субтрактивних методів є неможливість отримати провідники вужче 150мкм, а також великі відходи міді при травленні.

Напівадитивні (гальванохімічні) методи. Заготовкою є нефольгований діелектрик. Його поверхню підтравлюють для підвищеної адгезії. Свердлять отвори. Виконують суцільне хімічне міднення товщиною біля 5 мкм. Потім фарбою захищають прогалини і в гальванічній ванні нарощують мідь у відкритих місцях до потрібної товщини. Усувають захисний рисунок та стравлюють тонкий технологічний шар міді на прогалинах (при цьому слід ретельно дотримуватись розрахованого часу травлення, оскільки одночасно стравлюється і поверхня провідників). Метод забезпечує роздільну здатність 0,1- 0,2 мм, дає економію міді і травників, але вимагає великих діаметрів отворів (d0/Hпл³1/2) і активізації поверхні провідника. Дорогий, застосовується в основному в комбінації з хімічний.

Адитивні методи. Заготовкою є нефольгований діелектрик. Його поверхню покривають шаром адгезиву товщиною 50 мкм. Свердлять отвори. Каталізатором наносять рисунок монтажу. Покривають розчином солі металу: при контактуванні з каталізатором (SnCl2, PdCl2) метал відновлюється і осідає на платі. Товщина провідників у цих методів - 5-20 мкм. Це дозволяє зменшити ширину провідників і зазорини між ними (якщо дозволяють електричні режими), тобто, підвищити щільність монтажу. Невеликі витрати міді. Однорідність структури, чистота міді, висока продуктивність, мало браку, малі отвори (d0/Hпл³1/5). Проблемою є забезпечення високої адгезії. Недоліки - мала швидкість і складність контролю за процесом металізації. Непридатний для дрібносерійного виробництва.

Для виготовлення друкованої плати даного пристрою вибираємо субтрактивний, хімічний негативний метод.

На фольгований діелектрик наноситься фоторезист, на який потім контактним методом експонується з негативу зображення доріжок та контактних майданчиків. Після проявлювання та задублювання фоторезисту він залишається у твердому стані на тих ділянках плати, де повинні бути контактні майданчики та з'єднуючі доріжки. На незахищених ділянках під час проявлення та задублювання фоторезист розчиняється та змивається і ці дільниці плати оголюються, залишаючи відкриту фольгу, а на місцях майбутніх з'єднань залишається шар твердого, нерозчинного фоторезисту, який захищає майбутні провідники та контактні майданчики від стравлювання. Після цього плати занурюють у ванни з травильним розчином (хлорне залізо, персульфат амонію чи хлорна мідь), де фольга стравлюється з незахищених фоторезистом місць і таким чином створюється малюнок комутації на платі, після чого залишки фоторезисту видаляються за допомогою спеціальних розчинників. Цей метод виготовлення використовується для односторонніх плат побутової РЕА і забезпечує високу продуктивність, достатню точність, добру адгезію провідників та добре засвоєний на виробництві, що сприяє його використанню при невеликій щільності монтажу для простої апаратури.

.3.2 Вибір матеріалу основи друкованого монтажу і провідникового матеріалу

Як матеріал основи застосовують діелектрики або покриті діелектриком метали. Діелектрики підрозділяють на шаруваті і не шаруваті.

Шаруваті бувають фольговані та нефольговані. У якості основи у шаруватих пластиках використовується електроізоляційний папір або склотканина. Їх просочують фенольною або феноло-епоксидною смолою. Фольгування діелектриків з однієї чи з двох сторін здійснюється пресуванням при температурі 160... 180°С та тиску 5... 15 Мпа. Ці діелектрики випускаються промисловістю з проводячим покриттям з тонкої мідної ( рідше нікелевої або алюмінієвої) електролітичної фольги, яка для поліпшення зчеплення з діелектричною основою з однієї сторони оксидована або покрита шаром хрому (1... Змкм). Товщину фольги стандартизовано і вона має значення 5, 18, 35, 50, 70, 105 мкм.

Найчастіше застосовують гетинакс і текстоліт. Гетинакс дешевий, добре підлягає обробці, але діелектричні та інші властивості невисокі. Підходить для застосування в невідповідальній РЕА, коли механічні навантаження невисокі, а також відсутні високі температури і робоча частота не висока. Склотекстоліт має високу механічну міцність, термостійкість, низькі втрати, високий поверхневий опір, але в декілька разів дорожче гетинаксу.

Нешаруваті матеріали виготовляють із полімерів з наповнювачами. Перевагою є дуже мале виділення газів при сильному нагріванні.

Метали мають хороший тепловідвід, високу міцність, низьку вартість, ТКЛР узгоджений з корпусами ЕРЕ.

Виходячи з того, що наш прилад піддається значному тепловому навантаженню, вибираємо для друкованої плати склотекстоліт фольгований мідною електролітичною фольгою односторонній

СФ-1-35-1.5 ГОСТ 10316-78.

Вибираючи матеріал, звертається увага на:

для побудови РЕА застосовують ОДП та БДП на основі дешевих матеріалів і гетинаксу, текстоліту, емальованої сталі;

для плат джерел живлення, мікрокалькуляторів, плат складної форми та при значних механічних навантаженнях застосовують метали;

для бортової РЕА необхідні БДП. Застосовують склотекстоліт, поліамідні плівки, кераміку за 3-м і вище класами точності, виготовлення адитивним або напівадитивним методом.

.3.3 Вибір класу точності плати та щільності друкованого монтажу

Згідно ГОСТ23751-86 встановлено 5 класів точності:

Плати 1-го та 2-го класів найбільш прості у використанні, надійні в експлуатації та мають мінімальну вартість. Застосовують ОДП і ДДП з дискретними ЕРЕ при низькій та середній щільності їх компоновка. Максимальні розміри плати для цих класів - мм. Рекомендуються для побутової РЕА та РЕА, некритичної до габаритів.

-ій клас застосовується для друкованих плат з мікросхемами та мікрозбірками. Максимальний розмір плат для цього класу -  мм.

-ий клас використовується при високій щільності компоновки.

5-ий клас використовується для особо малогабаритної РЕА.