разработка электронного средства или функционально законченного блока

Ниже – представленая электрическая схема нашего устройства, смоделированная в программе Multisim.





Рис. 2.3. Смоделированная в программе Multsim электрическая схема работы микрофонного усилителя


2.2 Проектирование устройства и обоснование конструкции печатной платы

Внешне микрофонный усилитель не должен иметь большой размер, но должен быть достаточно крупным, чтобы поместились элементы питания (батарейки) и печатная плата.
Корпус лучше сделать металлическим, однако если из эстетических соображений будет использован корпус пластмассовый, то конструкцию все равно надо поместить в металлическую емкость, материалом для которой может служить консервная банка, в частности та, в которую упаковывают сгущенку, покрытая слоем олова, что удобно при пайке.
Схема будет питаться от батареек, которые разместим внутри того же корпуса, поэтому вывода на источник питание от корпуса не буде. Но будет один вывод кабеля непосредственно на сам микрофон, а также второй вывод для соединения кабеля с компьютером посредством кабеля с разъемом Джек (3,5мм) на конце.









Рис. 2.1 Внешний вид конструируемого устройства
Отметим, что на рис. 2.1 батарейки расположены как-бы параллельно друг другу, но для увеличения вольтажа до 12 или 18В, как указано на схеме, их надо соединить последовательно.
Печатная плата, которая будет располагаться внутри корпуса устройства, это пластина, выполненная из диэлектрика. На ней сформирована (обычно печатным методом) электропроводящие цепи (по крайней мере 1). Она предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов либо соединения отдельных электронных узлов.
Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка, обычно пайкой, или накруткой, или склёпкой, или впрессовыванием, в результате чего собирается электронный модуль (или смонтированная печатная плата).
При разработке печатной платы нужно помнить следующие этапы:
1) В случае если это не макетная плата, то нужно определить габариты;
2) Нужно выбрать толщину материала платы из ряда стандартных, при этом чаще всего используют материал с 1,55 мм толщины;
3) Нужно вычертить в CAD-программе в слое BOARD габаритов (границ) платы;
4)Нужно расположить крупные радиодетали и разъемы (обычно, в слое TOP(верх)):
5)Если чертежи каждого компонента уже имеются или же есть готовые библиотеки компонентов – то расположить их выводы соответственно;
6) Нужно разбросать остальные компоненты по верхнему
7)Нужно запустить трассировщик и при неудачном результате, переставить компоненты;
8) Нужно проверить платы ошибки (зазоры, замыкания и тд)
9) Нужно экспортировать файл в формат, принимаемый изготовителем печатной платы.
Коме того, при разработке печатной платы нужно помнить о количестве активных компонентов, которые будут на ней использоваться. Исходить из размеров каждого. Вокруг компонента должна быть площадь не менее 2,5 мм с каждой стороны. При проведении монтажа добавляется 30% занимаемой площади.
На печатной плате будет установлено 11 активных компонентов. На рисунке 2.2 представлена монтажная схема нашего конечно устройства.
















Рис.2.2 Монтажная схема конструируемого микрофонного усилителя.

В соответствии с данными справочников [6], размеры каждого 19,5х7,5мм. Площадь, занимаемая компонентом Sкомп = 19,5х7,5=146,25 мм2
Подсчитаем площадь, занимаемую компонентой с учетом места вокруг нее (не менее 2,5 мм с каждой стороны):
Sкомп = 23х11=253 мм2 = 2,53 см2

Площадь, занимаемая 11ю компонентами в совокупности:
Sкомп. полн. = 2,53 *11 = 27,83 см2

Для удобства и обеспечения наличия свободной площади для разводки проводов расположим компоненты в 3 столбца по ширине и 4 элемента по высоте.
Тогда линейные размеры платы по ширине и высоте:
Ш: 23 * 3 = 69 мм 7 см
В: 11 * 4 = 44 мм 5 см
Полная площадь платы:
Sполн. = 7 * 5 = 35 см2 = 3500 мм2
Для проведения монтажа прибавим 30% занимаемой площади:
Sполн. = 35 + 35 * 0,3 = 45.5 см2
Таким образом, общая площадь платы – 45,5 см2
Подсчитаем примерную площадь, занимаемую проводами. Толщина проводника 0,3 мм, зазор между ними – не более 0,3 мм. Число проводов 70. Длина провода не превышает 5 см.
Отсюда максимальная площадь, занимаемая разводкой:
Sразв. = (0,03 + 0,03/2) * 70 * 5 = 15,75 см2
Толщину платы возьмем 1,2 мм (из типовых). Толщина фольги - 36 мкм. Минимальные диаметры необходимых отверстий -0,6 мм. Входные разъемы закреплены на плате.

2.2. Расчет надежности
Надёжностью назвается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя значения эксплуатационных параметров в допустимых приделах в соответствии с установленными нормами его эксплуатации, ремонта, технического обслуживания и транспортировки. При расчете надёжности требуется определить следующие основные параметры:

а) Интенсивность отказа изделий. Определяется по формуле:

ƛобщ = Ʃƛio * ni

Где n – число группы “компонентов надёжности”, имеющие разные интенсивности отказов. io – интенсивность отказа элементов в i – ой группе.
ni – количество элементов в i – ой группе.

б) Время наработки на отказ определяется по формуле:
T = 1/ ƛобщ

в) Вероятность безотказной работы определяется по формуле:
P (t) = e – ƛобщ *t

где t – время работы изделия. Ниже приведены показатели надёжности изделий.



Группа элементов Интенсивность отказа 1/час Количество элементов io ni 1/час
ИМС 0.01 . 10-5 5 0.05 . 10-5
Контактные разъемы 0.02 . 10-5 11 0.22 . 10-5

Пайка 0,01 . 10-5 70 0,7 . 10-5
Печатная плата 0.06 . 10-5 1 0.06 . 10-5
Конденсаторы 0,0002 . 10-5 2 0,0004 . 10-5

По формуле для ƛобщ получим интенсивность отказов для всего изделия:
ƛобщ =1.03 * 10-5 1\час
По формуле для Т определим время наработки на отказ:
Т = 97087,37 час
По формуле для Р определим вероятность безотказной работы для 100 часов, 1000 часов и 10000 часов.
P (100) = 0.99, P(1000) = 0.99 , P(10000) = 0.90





Заключение
Микрофонный усилитель сам по себе не является сложным устройством. Существует огромное количество усилителей уже собранных радиолюбителями. Он помогает усилить звук не в профессиональной сфере, но для бытового применения. Рассмотренные аналоги и построенная схема микрофонного усилителя дает хорошие результаты в работе и , прежде всего, служит для тренировки в конструировании и применению на практике полученных теоретических знаний.

Список использованной литературы:
Информатика. Теория и практика. Учеб. Пособие. , Острецковский В.А., Полякова И.В.-М.: Издательство Оникс, 2008- 608с., стр.111.
Угрюмов Е. «Цифровая схемотехника», СПб, изд. «БХВ-Петербург», 2004;
Потемкин И.С. «Функциональные узлы цифровой автоматики», М, 1988;
Нефедов А.В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник» Том 2, М, 2000
Кирина М, Фомина К., Описание программы Мультисим,

Приложение А
Техническое задание
на курсовую работу по дисциплине
«Конструирование радиоэлектронных средств»
Студент Божков М.А.. Код 150012
Название изделия:
Микрофонный усилитель.
Назначение изделия:
Изделие предназначено для усиления низкочастотного сигнала, формируемого на выходе микрофона.
Технические требования:
Комплектность изделия:
Микрофонный усилитель.
3.2 Технические характеристики изделия:
1. Напряжение питания 12…18В.
2. Коэффициент гармоник 10% 3. Диапазон воспроизводимых частот от 20…20000 Гц
4. Отношение сигнал \ шум 60 Дб.

Требования стойкости и устойчивости к внешним воздействующим факторам:
Усилитель звука нельзя воздействовать следующим факторам:
– превышение напряжения питания выше указанного диапазона.
– диапазон воздействующих температур – -25…+50 ºС.
– относительная влажность – 90% при температуре +25 ºС.
Требования к изделию:
– выключатель позволяющий включать и отключать устройство.
– разъемы для подключения питания, входного и выходного сигнала.
Объем выпуска: 1000 шт.
Перечень необходимых чертежей:
-схема электрическая принципиальная;
-сборочный чертеж;
-сборочный чертеж печатного узла;
-чертеж печатной платы.
Срок выполнения работы – «01» июля 2017г
Студент ________ Божков М.А.
Руководитель ________ Тугарев А.С.
«__»______2017г






































32





Джек 3,5mm

Микрофон

регулировка

Элементы питания

Печатная плата

Корпус

R1

R3

R2

R4

R5

C1

C2

C3

N

T=t

Приложение В

+12-18В

+




C1 100 мкФ

C2 47 мкФ
+

+

C3 470 мкФ

R4
2,2 кОм

R5 100 кОм

R2 470*

VT1 КТ3102

VT1 КП303Е


С0

VT2 КП303Е

R3 470*

R1 10….200кОм

Лист Листов

Лит. Масса Масштаб

ППров.
лол

Разраб. Божков М.А.

Изм. Лист № докум. Подп. Дата

Микрофонный усилитель

КР.150012.01 ЭЗ

ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева, кафедра ЭРиСС