logo
Готовый Диплом

4.1 Выбор и обоснование элементной базы

Критерием выбора радиоэлементов в любом РЭС является соответст­вие технологических и эксплуатационных характеристик РЭС заданным усло­виям работы и условиям эксплуатации.

Проведем сравнительную оценку заданных условий эксплуатации и до­пустимых эксплуатационных параметров радиоэлементов, используемых в данном изделии.

Из технических условий на РЭС и справочной литературы [8] имеем следующие данные об условиях эксплуатации применяемой элементной базы:

Основными критериями выбора типа конденсаторов являются:

Конденсаторы по возможности следует выбирать с минимальными габа­ритами и массой.

В качестве задающего конденсатора (С9 220пФ 1%) следует выбрать тип К10-43, т.к. только этот тип имеет необходимый допуск на номинальное значение. Остальные конденсаторы типа К10-17 (керамические низко­вольтные). Электролитические конденсаторы типа К50-27, кроме С7 и С8 – К50-35.

Основными критериями выбора типа резисторов являются:

Таблица 4.1 – Основные электрические и габаритные параметры некоторых типов конденсаторов

Тип

Номинальное напряжение, В

Группа ТКЕ

Диапазон номинальных емкостей,

* - пФ

^ - мкФ

Допуск, % (ряд промежу-

точных емкостей)

Габаритные размеры

диаметр (ширина)

длина

Высота

К10-17

25;

50

25;

40

П33

М47

Н50

Н90

2,2…10000*

2,2…12000*

680…2200000*

2200…220000*

5;10;

20

(Е24)

+50/-20;

(Е6)

1,5…12

1,3…8,6

1,8…5,5

К10-43

50

МП0

21,5…44200*

1; 2;5

(Е192)

4…16,5

2,9…12

2,4…6,5

К50-27

160

450

---

10…470 ^

2,2…220 ^

-10/+30

(Е3)

9…34

34…92

---

К50-35

25

---

22…2200 ^

-20/+50

(Е3)

6…18

12…40

---

Таблица 4.2 – Основные климатические и надежностные параметры некоторых типов конденсаторов

Тип

Диапазон рабочих температур, оС

Предельная относи­тельная влажность воздуха

Предельное ат­мосферное дав­ление

Минимальная нараборка, ч.

К10-17

-60…+150

До 95% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

К10-43

-60…150

До 95% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

К50-27

-20…+75

До 95% при 40оС

1,3…2500ГПа

2000*

К50-35

-20…+75

До 95% при 40оС

1,5…2500ГПа

1500*

Примечание: * - при температуре 70 оС.

Рассмотрим три пита постоянных резисторов (Табл. 4.3):

Таблица 4.3 – Основные параметры резисторов типа С2-33Н,С2-10,МЛТ

Тип

Ном. мощ-ность, Вт

Темпер. режим ра­боты, 0С

Пред. отн. Влаж­ность, %

Диапазон ном. сопротивлений

Допуск, %

(ряд пром. знач.)

Габаритные раз­меры, мм

ширина

длина

С2-33Н

0,125

0,25

0,5

1

2

-30…125

98 при 40оС

1ом …3Мом

1ом …5,1Мом

1ом …5,1Мом

1ом …10Мом

1ом …10Мом

1;2;

5; 10

ряд Е24; Е96

2,2

3

4,2

6,7

8,8

6

7

10,2

13

18,5

С2-10

0,125

0,25

0,5

1

2

-20…125

98% при 40С

10ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

1ом …9,88ком

0,1;

0,5;

ряд Е192

2

3

4,2

6,6

8,6

6

7

10,8

13

18,5

МЛТ

0,125

0,25

0,5

1

2

-30…125

98% при 40С

8,2ом …3Мом

8,2ом …5,1Мом

1ом …5,1Мом

1ом …10Мом

1ом …10Мом

2;5; 10

ряд Е24; Е96

2,2

3

4,2

6,6

8,6

6

7

10,2

13

18,5

Из табл. 4.3 видно, что параметры резисторов практически одина­ко­вы.

Резисторы выбираем типа С2-33Н, т.к. они имеют более широкий диапа­зон рабочих температур, в этом типе есть резисторы точные +/- 1% и об­щего назначения +/-10%, диапазон номинальных сопротивлений шире, чем у остальных типов резисторов.

Два резистора R2 (47Ком) и R24 (2,2Ком) – переменные. Основные требо­вания, предъявляемые к ним следующие: соответствие номинальной мощ­ности, диапазон номинальных сопротивлений, габаритные размеры.

Рассмотрим некоторые типы переменных резисторов (см. таблицу 4.4):

Таблица 4.4 – Основные параметры переменных резисторов типа СП5-16ВА, СП3-1, СП5-16ВВ

Тип

Ном. мощ-ность, Вт

Диапазон ном. сопротивлений

Допуск, %

(ряд пром. знач.)

Габаритные размеры

ширина, мм

длина, мм

высота, мм

СП5-16ВА

0,25

0,5

1

3,3ом …22Ком

3,3ом …33Ком

4,7ом …47Ком

5; 10

Е6;

11

13

16,5

11,5

11,5

11,5

---

СП3-1

0,25

470ом…1Мом

20; 30

Е6;

15,5

16,5

8,2

СП5-16ВВ

0,125

0,05

10ом …6,8Ком

47ом …47Ком

---

8

6

6

4,2

---

Выбираем резисторы типа СП5-16ВВ. Их главное преимущество: мини­мальные габаритные размеры и, следовательно масса.

Основными критериями выбора типа диодов являются:

Таблица 4.5 – Основные параметры диодов типа КД 209А, КД 247А,

КД 522Б.

Тип

Iпр.ср.,А

Uобр.max.,В

Uпр.ср.,В

Iпр.ср.,А

Iобр.ср.,mA

Масса, г

КД 209А

0,7

400

1

0,7

0,1

0,5

КД 247А

0,3

200

1

0,4

0,05

0,5

КД 522Б

0,1

60

1,1

0,1

5

0,15

Данные диоды удовлетворяют требованиям прямого и обратного предель­ного напряжение и тока, обладают небольшой массой и габаритными раз­мерами. Внешний вид диодов типа КД 209А, КД 247А, КД 522Б пред­ставлен на (рис 4.1) [9]:

Рис 4.1 Внешний вид диодов КД 209А, КД 522Б, КД 247А

Выбираем стабилитрон VD13 на 5,6В. Это КС 456А (рис 4.2), его ос­нов­ные параметры:

Рис 4.2 Внешний вид стабилитрона КС 456А

В ССД все транзисторы, кроме VT1 используются в режиме ключей, по­этому основными параметрами для выбора являются:

VT1 используется как в режиме ключа, так и в режиме усиления, поэтому кроме перечисленных параметров, для него важной характери­стикой яв­ляется коэффициент усиления. В качестве транзисторов выби­раю КТ 6114А, КТ6115Б.

Таблица 4.6 – Основные параметры транзисторов типа КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А

Тип

Uкбо(и),В

Uкэо(и), В

Iкmax(и), мА

Iкбо, мкА

Pкmax(т), Вт, при t=25оС

Масса, г

КТ 6115Б

p-n-p

40

25

1500

 150

1

0,25

КТ 6114А

n-p-n

40

25

1500

 150

1

0,25

КП 505А

p-n-p

300

300

1000

 100

1

0,25

Таблица 4.7 – Основные климатические и надежностные характеристики транзисторов типа КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А.

Тип

Диапазон рабо­чих температур, оС

Предельная относи­тельная влажность воздуха

Предельное ат­мосферное дав­ление

Минимальная нараборка, ч.

КТ 6115Б

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

КТ 6114А

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

КП 505А

-20…+125

До 98% при 35оС

10-6…800мм р.ст.

10000

Рис 4.3 Внешний вид корпуса транзисторов КТ 6114А, КТ 6115Б, КП 505А

Выбираемый микроконтроллер должен обладать минимум 16 циф­ро­выми ли­ниями ввода вывода и шестью аналоговыми. Также он должен до­вольно легко програм­мироваться (по возможности без программатора).

С точки зрений программирования очень привлекательны микро­кон­тролле­ры, в которых реализована так называе­мая ISP-технология (In-System Programming — внутри­схемное програм­мирование). Для того чтобы загру­зить в микроконтроллер новый про­граммный код, его не нужно выни­мать из платы: программирование производится внут­рисхемно через специ­альные выводы. Более того, для некоторых модификаций не нужен даже про­грамма­тор — "про­шивка" осуществляется через парал­лельный порт компью­тера. Есте­ственно, что наиболее приемлемое решение — использование в системе именно такого микроконтроллера, который не требует дополнитель­ных средств для прошивки.

Для реализации поставленной за­дачи выбран микроконтроллер PIC16F870-4/4IP.

Он имеет 8 Кбайт внутрисхемно програм­мируемой флэш-памяти про­грамм с ре­сурсом 1000 циклов перезаписи, 2 Кбайт встроенной EEPROM (электри­чески стираемой программи­руемой по­стоянной памяти), 256 байт ОЗУ, 16 ли­нии ввода/вывода, три тай­мера, сторо­жевой таймер, аппаратно поддержива­ет SPI интерфейс. Тактовая час­тота — 0...24 МГц (один машин­ный цикл выполняется за 12 тактов, следовательно, мак­симальная про­изводи­тельность — два миллиона операций в секунду).

Выбор именно этого микроконтрол­лера обоснован следующим. Мик­рокон­трол­леры имеют обширный набор инструкций, что об­легчает програм­мирование на низком уровне (на­пример, поддерживаются операции над от­дельными битами). ISP-техноло­гия ускоряет отладку и об­легчает разработ­ку, аппаратная поддержка SPI интерфейса позволяет под­ключать флэш-память без дополнительного про­токола. 2 Кбайт встроенной EEPROM можно ис­пользовать для хранения ин­формации, со­хран­ность которой должна быть обеспечена независимо от наличия внешнего пита­ния. 16-х линий ввода/вы­вода вполне достаточно для реализации описы­ваемой системы.

Сторожевой таймер гарантирует ра­ботоспособность системы при воз­дей­ствии силь­ных электромагнитных помех, которые могут привести к зави­санию кон­троллера. Сто­рожевой таймер пред­ставляет собой независи­мую подсистему в микро­контроллере, ко­торая каждые N тактов проверяет состоя­ние одного бита в статус-регистре микро­процессо­ра. Если этот бит, ус­танов­лен, происхо­дит сбрасывание микро­контроллера в начальное состоя­ние, а если сбро­шен, — устанавливается в 1 и проверка прекращается. Соот­ветст­венно выполняемая программа должная с периодичностью не более N тактов сбрасывать этот бит. Если этого не происходит, значит, работа мик­ро­кон­троллера была нарушена внешней помехой и при сле­дующем срабатыва­ний сторо­жевого таймера микроконтроллер будет сброшен в начальное со­стоя­ние.

Структурная схема микроконтроллера PIC16F870-4/IP приведена на рис.4.4 [10].

Проведем анализ приведенных характеристик ЭРЭ на предмет их со­от­ветствия заданным условиям работы изделия.

Рис 4.4 Структурная схема микроконтроллера PIC16F870-4/IP

Заданный температурный диапазон -10…+60С. Очевидно, что все эле­менты удовлетворяют данному требованию, т.к. их интервалы рабочих тем­ператур шире заданного. То же имеем и с диапазоном давлений и относи­тельной влажностью воздуха – задано 80% влажность, а большинство эле­ментов работают при влажности до 98%.