Расчет надежности малошумящего предусилителя для низкоомных датчиков

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         

Содержание 

1 Задание 

1.1Техническое задание на курсовую работу                               2

1.2 Анализ технического задания                                                                            3

2 Электрический  анализ схемы                                                                                     

2.1 Принцип  работы схемы                                                                                      4 

2.2 Расчёт  схемы электрической принципиальной                                                4   

2.3 Выбор  элементной базы                                                                                     6

3 Расчёт  надёжности по внезапным отказам                         

3.1 Расчёт  коэффициентов электрической нагрузки                                             8                                    

3.2 Расчёт  интенсивностей отказов элементов                                                      10          

3.3 Оценка надёжности прикидочным методом                                                    11                                      

3.4 Оценка  надёжности ориентировочным методом                                            11

3.5 Оценка  надёжности окончательным методом                                                 11

4 Расчёт  коэффициента оперативной готовности                                                13

5 Расчёт  параметрической надёжности 

5.1 Составление  уравнения погрешностей                                                           15            

5.2 Определение допуска на выходной параметр с гарантированной        

надежностью и коэффициентом запаса                                           16

6 Библиографический список                                                                                 21                                                                         

         
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                            
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    

          1Задание 

        1.1 Техническое задание на курсовую работу по дисциплине

                «Основы надежности электронных средств» 

студент Захаров  А.А. группы АСР 08-1

вариант задания  08 журнал «Радио » №7,2006, стр.37

1. Назначения узла - Ремонтируемая РЭС с ненагруженным резервом  порядка

2. Условия эксплуатации – Железнодорожный транспорт

   а) диапазон температур:    -20⁰С до +40 ⁰С

   б) влажность:                      98% при 25 ⁰С

   в) вибрация:                        2-100 Гц а=2g

   г) высота:                             0

3. Перечень подлежащих  разработке вопросов:

   а) расчёт  надежности прикидочным, ориентировочным, окончательным методами.

   б) расчёт коэффициента оперативной готовности.

  в) расчёт параметрической надёжности на входной параметр: 

          Перечень графического материала

1. Схема электрическая  принципиальная, перечень элементов 
 

Дата выдачи задания:                                          « 15 » марта 2011г. 

Преподаватель________________      Студент__________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          

 

          1.2 Анализ технического задания 

      Необходимо  рассчитать надёжность безотказной  работы малошумящего

предусилителя тремя методами: прикидочным, ориентировочным и окончательным.

           Прикидочный метод позволяет  судить о принципиальной возможности  обеспечения требуемой надёжности  изделия и применяется в следующих  случаях:

        - при проверке  требований по  надёжности , выдвинутых заказчиком  в техническом задании (ТЗ) на проектирование изделия;

        - при расчёте нормативых данных  по надёжности отдельных блоков, устройств и приборов системы (расчёт норм надёжности отдельных частей системы);

        - для определения минимально  допустимого уровня надёжности элементов проектируемого изделия;

       - при сравнительной оценке надёжности  отдельных вариантов изделия  на этапах предэскизного и  эскизного проектирования.

          Ориентировочный метод расчёта  надёжности используется на этапе  эскизного проектирования после разработки принципиальных электрических схем изделий. Этот расчёт позволяет определить рациональный состав элементов изделий  и наметить пути повышения надёжности изделия на стадии эскизного проектирования.

          Окончательный расчёт надёжности производится по электрической принципиальной схемпе на этапе технического проектирования по опытному образцу РЭС. Для расчёта необходимо знать условия эксплуатации, режимы работы всех элементов,  а также конструктивное оформление изделия. [1] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       

     

    2 Электрический анализ схемы. 

          2.1 Принцип работы схемы

          Предварительный усилитель непосредственно подключён к источникуисигналов без разделительного конденсатора. Источником сигнала для предварительного усилителя служит фоторезистор R2. Фоторезистор включён в замкнтую цепь, состоящую из резисторов R1, R9 и внешнего источника питания.

          При попадании на чувствительный  элемент фоторезистора модулированного оптического излучения на нём появляется переменное напряжение. Одновременно с этим на фоторезисторе имеется постоянное напряжение смещения, которое не является полезным сигналом и не подлежит усилению. Переменное напряжение с фоторезистора поступает на инвертирующий вход операционных усилителей DA1,DA2 через резистор R6, а на их неинвертирующий вход это напряжение подано через ФНЧ, состоящий из резистора R7 и конденсатора С2.

          Постоянная составляющая сигнала  проходит на вход операционного  усилителя через резисторы R6, R7 соответственно. Операционные усилители усиливают разностное напряжение на их входах, которое для постоянной составляющей сигнала стремится к нулю, а для переменной – увеличивается с увеличением частоты, в результате чего коэффициент усиления предварительного усилителя для переменной составляющей сигнала существенно больше, чем для постоянной.

          Резисторы R3,R4,R5,R8 и транзистор VT1 предназначены для балансировки предварительного усилителя по постоянному току путём компенсации постоянной составляющей входного напряжения (напряжения смещения фоторезистора R2). Биполярный транзистор VT1 включён по схеме эмиттерного повторителя и служит для снижения выходного сопротивления делителя напряжения R3,R4. Кроме того, транзистор обеспечивает предсказуемый по знаку отрицательный температурный дрейф постоянной составляющей выходного напряжения усилителя, что облегчает согласование предварительного усилителя по постоянному току с последующими узлами.

          Конденсаторы С1,С2, С4 и С6 –  фильтрующие в цепях питания  фоторезистора и операционного усилителя соответственно. Фоторезистор питается от отдельного стабилизатора напряжения с низким уровнем собственного шума.

     Предварительный усилитель смонтирован на печатной плате, помещённой в металлическую  коробку, обеспечивающую экранирование от электрических и магнитных полей. [8]       

          2.2 Выполним электрический расчет схемы по постоянному току.[3]

          Определим мощность, рассеиваемую  на резисторах, по формуле

           ,                                                                                              

  Мощность, рассеиваемая на резисторе R₁

           , 
 
 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₃   

           , 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₄ 

          ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₅    

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₆

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₇

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₈

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₉

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₁₀

           , 

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₁₁

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₁₂

           ,

Мощность, рассеиваемая на резисторе R₁₃

           .

          На конденсаторах определим падение  напряжения        

Напряжение на конденсаторе 

           ,

Напряжение на конденсаторах

             , 
 

Напряжение на конденсаторах  

           . 

          Для биполярного транзистора  определим напряжение коллектор-эмиттер  (U_КЭ) и наибольший ток коллектора в данной схеме (I_kmax).

Напряжение коллектор-эмиттер  на транзисторе VT1

                

Коллекторный  то через транзистор VT1

                     

        На микросхемах определим допустимое сопротивление.

 На микросхеме  DA1                                                    

             

 На микросхеме  DA2