Часы на газоразрядных индикаторах

С вывода 14 DD1 сигнал с частотой 32768 Гц подается на DD8 (исключающее ИЛИ). Если на вход DD8.1 подана лог. 1, то на выходе DD8.4 будет лог. 0 и триггер DD9 не изменит своего состояния. Если на вход DD8.1 подана лог. 0, то на выходе DD8.4 будет лог. 1 и триггер DD9 переключится. Сигнал с триггера подается на инверторы DD10, которые отпирают или запирают полевые транзисторы VT8, VT9. Эти транзисторы попеременно по переменно подключают  то обмотку W1 трансформатора TR1, то обмотку W2 к +9 В, подключенных через диод VD7 на общую точку обмоток W1 и W2. Трансформатор TR1 преобразует 9 В в 200 В.

 

2.4 Выбор элементной базы.

Таблица 1 – Элементная база часов на индикаторах ИН-8

Тип элемента	Количество		Диапазон температур, °С	Влажность	Вибрации в диапазоне часто, Гц с ускорением	Ударные перегрузки, q		Линейные ускорения, q
Конденсаторы  К50-24-50В	3		-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5		10
Конденсаторы К53-1-16В	1		-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5		10
Конденсаторы К10-17-630В	1		-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g	5		10
Резисторы МЛТ	18		-60…+125	98% при 30°С	1…5000 до 40g	20		25
Диоды КД522Б	3		-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75		25
Диоды КД102А	4		-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75		25
Диоды КД212	1		-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75		25
Диодный мост KBU 810	1		-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g	75		25
Транзисторы КТ605АМ	9		-20…70	80% при 30°С	1…5000 до 40g	60		25
Транзисторы IRF 630		2	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g		75		25
Микросхема К176ИЕ12		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К176ИЕ13		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К155ИД1		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ПУ4		2	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ТМ3		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ЛН2		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ЛЕ10		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ЛП2		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Микросхема К561ТМ2		1	-55...+90	80% при 30°С	1…5000 до 40g		75		25
Тип элемента		Количество	Диапазон температур, °С	Влажность	Вибрации в диапазоне часто, Гц с ускорением		Ударные перегрузки, q		Линейные ускорения, q
Индикаторы ИН-8		4	-10…+70	98% при 35°С	5…80 до 2,5g		5		10
Разъемы		9	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g		75		25
Кнопки		4	-55…100	98% при 40°С	1…600 до 20g		75		25

 

Из анализа элементной базы часов на индикаторах ИН-8, можно сделать вывод, что все элементы соответствуют параметрам, приведенным в техническом задании.

 

3 Расчетный раздел

3.1 Расчет цепи формирования импульса сброса.

 

Формирователи импульсов запуска

Для установки цифровых устройств в исходное состояние при включении питания можно применить простейшую RC цепь по схеме на формирующую импульс сброса положительной полярности

 

 

  (1)

 

= 0,1 (с)

Рисунок 8 – Временная диаграмма импульса сброса

 

3.2 Расчет электронного усилителя сигнала индикатора ИН-8.

Исходные данные Uпит, В 200;

Напряжения входа Uвх, В 9;

Транзистор КТ605АМ с параметрами:

Iк max = 0,1 A

Uкэ = 250 В

h21э = 10…40

Рисунок 9 – Электронный усилитель сигнала индикатора ИН-8

 

Ток анода для засвечивания цифр индикатора 1мА, напряжение питания 200В. Рассчитаем сопротивление коллектора Rк.

 

   (2)

 

Выбираем резистор МЛТ-0,125 220 кОм

Рассчитаем ток базы транзистора:

 (3) (3)

 

Рассчитаем сопротивление базы:

  (4)

 

Выбираем резистор МЛТ-0,125 100 кОм.

 

Выбираем выпрямительный диод КД102А с параметрами:

I пр max = 0,1 А;

I пр и max = 2 А;

U обр max = 250 В;

U пр max = 1 В;

I пр = 0,05 А.

 

3.3 Расчёт надёжности функционального узла

 

Исходные данные для расчета надежности изделия.

Надёжностью называется свойство изделия, выполнять заданные функции в течении требуемого промежутка времени, при определённых условиях эксплуатации.

 

Показатели надежности.

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в заданном интервале времени или объёме работ изделия отказа не произойдёт.

Её практически определяют по результатам испытаний.

P(t)=N(t)/N0 (5)

N0 – число изделий работавших в начале интервала времени t.

N(t) - число изделий работавших в конце интервала времени t.

 

Интенсивность отказов.

Это вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени, условии, что до этого момента отказа не было.

λ=Δn/( N(t)*Δt) (6)

Δn – число изделий отказавших за время Δt.

N(t) – число изделий исправно работавших в конце интервала времени Δt.

Δt – интервал времени, на котором определяется λ.

 

 

Средняя наработка до первого отказа.

Среднее значение наработки неремонтируемого изделия до первого отказа:

Тср=1/λ (7)

λ=1/Тср (8)

На этапе конструирования вероятность безотказной работы определяют по формуле распределения Пуассона:

P(t)=e-λt (9)

e – основание натурального логарифма.

Таблица 2 – таблица для расчета надежности

Элементы	Режим работы		Интенсивность отказов λ*10-6 час-1	Среднее время работы Тср час	Кол-во
	t°С	Коэф. нагрузки
Резисторы
МЛТ-0,125	60	1	0,1	10*106	18
Конденсаторы
Полярные	60	1	5,5	0.18*106	1
Неполярные	60	1	1,8	0.6*106	2
ИМС
К176ИЕ12	65	1	0,8	1.25*106	1
К176ИЕ13	65	1	0,8	1.25*106	1
К155ИД1	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ПУ4	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ТМ3	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ЛН2	65	1	0,6	1.67*106	2
К561ЛЕ10	65	1	0,8	1.25*106	1
К561ЛП2	65	1	0,6	1.67*106	1
К561ТМ2	65	1	0,8	1.25*106	1
Индикаторы
ИН-8	65	1	2,0	2*106	4
Провода	70	1	0,01	100*106	82
Диоды
КД522Б	65	1	0,5	2*106	3
КД102А	65	1	0,5	2*106	4
КД212	65	1	0,5	2*106	1
KBU 810	65	1	0,5	2*106	1
Переключатели кнопочные	65	1	1,0	1*106	5
Транзисторы	65	1	2,5	0.4*106	8
Полевые транзисторы IRF 630	65	1	4,0	0.25*106	2
Зажимы для проводов	65	1	0,005	200*106	9
Трансформатор	80	1	3,0	0,33*106	1
Пайки	65	1	0,15	6.67*106	338
Проводники	65	1	0,075	13,3*106	169

 

Рассчитаем общую интенсивность отказов печатного узла

Λ=∑λi (10)

Λ=(0,1*18 + 5,5*1 + 1,8*2 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,8*1 + 0,6*2 + 0,8*1 + 0,6*1 + 0,8*1 + 2*4 + 0,01*82 + 0,5*3 + 0,5*4 + 0,5*1 + 0,5*1 + 1*5 + +2,5*8 + 4*2 + 0,005*9 + 3*1 + 0,15*338 + 0,075*169)*10-6 =

=131,04*10-6 (1/час)

Рассчитаем среднее время наработки до первого отказа печатного узла

Тср=1/Λ (11)

Тср=1/(131,04*10-6)= 7631 (час)

Определим вероятность безотказной работы печатного узла за время непрерывной работы в течении 700 часов:

P(t)=e-Λt (12)

P(400)= e(-131,04*700)/1000000=0,91

Такая вероятность безотказной работы приемлема для современного производства.

 

 

 

3.4 Расчёт элементов рисунка печатной платы

Диаметр монтажного отверстия для односторонней печатной платы рассчитываем по формуле:

d= dвmax + T1/2 + (υ1 + υ2) √2  (13)

Диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы

D = d1 + (T1 + T2) /2 + 2b2 + (υ2 + υ3 + υ4) √2    (14)

где  dвmax  - диаметр или диагональ вывода;

υ1 – погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для аксиальных выводов υ1 = ± 0,025;

υ2  - погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для монтажных отверстий υ2 = ± 0,05;

υ3 – погрешность расположения относительно идеальной координатной сетки. Для проводников υ3 = ± 0,05;

υ4 – смещение рисунка ПП относительно отверстий, υ4 =  0,2;  

υ5 – смещение двух рисунков относительно друг друга, υ5=0,1;    

Sп – толщина защитного покрытия в монтажном отверстии, Sп=0,025;

b2 – занижение контактных площадок не металлизированных отверстий b2≥0.2;

b3 – занижение контактных площадок для двухсторонней ПП, b3=0,2;

T1 – допуск на диаметр просверленного монтажного отверстия, T1= ±0,05;

T2 – допуск на размеры элементов рисунка ПП, T2= ±0,05;

 

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней  печатной платы: МЛТ-0,125; диодов КД522Б, КД102А, КД212; конденсаторов; транзисторов КТ605АМ и IRF630; трансформатора dв max=0.6мм:

d1=0,6+0,05/2+(0,025+0,05) √2=0,7 (мм)

D1=0,7+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) √2=1,6 (мм)

 

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: зажимов для проводов; проводов  dв max=0,8мм:

d2=0,8+0,05/2+(0,025+0,05) √2=1 (мм)

D2=1+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) √2=1,9 (мм)

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: ИМС К176ИЕ12, К176ИЕ13, К155ИД1, К561ПУ4, К561ТМ3, К561ЛН2, К561ЛЕ10, К561ЛП2, К561ТМ2 dв max=0,5мм:

d3=0,5+0,05/2+(0,025+0,05) √2=0,7 (мм)

D3=0,7+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) √2=1,6 (мм)

Рассчитаем диаметр монтажного отверстия и диаметр контактной площадки для односторонней печатной платы под установку: индикаторов ИН8 и диодного моста KBU810 dв max=1 мм:

d4=1+0,05/2+(0,025+0,05) √2=1,2 (мм)

D4=1,2+(0,05+0,05)/2+2*0,2+(0,05+0,05+0,2) √2=2,1 (мм)

- класс точности печатной платы – 3;

- тип печатной платы – односторонняя без металлизации отверстий;

 

Таблица 3 – Основные параметры ПП в зависимости от класса точности

Параметры элементов печатного монтажа	Размеры элементов проводящего рисунка для классов плотности
	1	2	3
Ширина проводников,t	0.75	0.45	0.25
Расстояние между проводниками l	0.75	0.45	0.25
Контактный поясок,b	0.3	0.2	0.3

 

Результаты расчетов сводим в таблице 4.

Количество однотипных диаметров отверстий подсчитываем по чертежу «Плата печатная».

Таблица 4 - Параметры отверстий

Условное обозначение отверстий	Диаметр отверстия, мм	Наличие металлизации отверстий	Количество отверстий	Минимальный диаметр контактной площадки, мм
	0,7	Нет	225	1,6
	1	Нет	40	1,9
	1,2	Нет	73	2,1

 

Определяем номинальное значение ширины проводника

 

    t=2 tмд +tно , (15)

 

 где: tмд – минимально допустимая ширина проводника, tмд = 0,25мм;

        tно – нижнее предельное отклонение ширины проводника