Курсовая работа: Розробка стабілізатора напруги на базі інформаційних технологій схемотехнічного проектування
Курсовая работа: Розробка стабілізатора напруги на базі інформаційних технологій схемотехнічного проектування
Зміст
Вступ
1
Аналіз функціонування ЗЕМ на базі інформаційних технологій схемотехнічного
проектування.
1.1
Характеристики і умови експлуатації ЗЕМ та його функціональні властивості у
статичному режимі
1.2
Аналіз функціональних властивостей ЗЕМ у часовій та частотній областях
2
Проектування конструкторської реалізації ЗЕМ у формі ГІС.
2.1
Проектування плівкових пасивних елементів і конструкції ГІС…
2.2
Визначення параметрів паразитних елементів ГІС…
3
Аналіз впливу паразитних елементів і забезпечення функціональних властивостей
ЗЕМ на базі СхСАПР
4
Висновки…
Вступ
У
даній курсовій роботі проводиться функціональне моделювання і аналіз
властивостей ЕЗ, моделювання його надійності у температурному діапазоні
експлуатації, а також аналіз і реалізацію функціональних властивостей заданого
електронного модуля (ЗЕМ), аналізу стану ЕЗ у статичному та динамічному
режимах. При цьому потрібно розв’язати задачі з розробки конструкторської
реалізації цифрового електронного модуля з урахуванням впливу
конструктивно-технологічних і експлуатаційних чинників, зокрема паразитних
зв’язків на підложці ГІС та параметрів умов експлуатації (температури, вологи,
тиску), для чого потрібно знати:
-
методику математичного моделювання сигналів та
впливів у середовищі САПР;
-
методику математичного моделювання надійності ЕКЗ з раптових
відмов у заданому температурному діапазоні;
-
методику реалізації ЗЕМ у формі тонко/товстоплівкової ГІС з
урахуванням її конструктивних і схемотехнічних особливостей та умов
експлуатації;
-
методику математичного моделювання і аналізу функціональних
властивостей ЗЕМ у статичному режимі, у часовій області у середовищі СхСАПР. При
цьому треба уміти:
- проводити математичне
моделювання надійності ЕКЗ з раптових відмов у заданому температурному
діапазоні;
-
розробляти технічну реалізацію ЗЕМ у формі тонкоплівкової ГІС з
урахуванням її конструктивних і схемотехнічних особливостей та умов
експлуатації;
-
формувати математичні моделі і проводити аналіз функціональних
властивостей ЗЕМ у статичному режимі, у часовій та частотній областях на базі
СхСАПР;
-
виконувати текстову та графічну документацію для ЗЕМ у формі ГІС.
1 Аналіз функціонування ЗЕМ на базі
інформаційних технологій схемотехнічного проектування
1.1 Характеристики і умови
експлуатації ЗЕМ та його функціональні властивості у статичному режимі
У якості ЗЕМ розглядається мікросхема – стабілізатор напруги
К2ПП241. Схема електрична принципова та схема включення наведені на рисунках
1.1 та 1.2 відповідно.
Рисунок 1.1
Рисунок 1.2
Технічні
дані:
Ток,
що споживається Iпот=2,5 мА;
Вхідна напруга Uвх=5,4÷12 В;
Стабілізована
напруга Uстаб=2,9÷3,9 В
(визначається стабісторами);
Коефіцієнт
стабілізації Кстаб=5.
Умови
експлуатації:
1.
Вібрації 5 – 3000 Гц з прискоренням до 15g;
2.
Багаторазові удари з прискоренням до 35g ;
3.
Поодинокі удари з прискоренням до 150g на протязі 0,2 – 1,0 мс;
4.
Лінійні навантаження: прискорення до 50g;
5.
Температура навколишнього середовища від -60 до +70۫ С;
6.
Відносна вологість при температурі +40۫ С до 98%;
7.
Атмосферний тиск 6,7*102÷3*105.
Аналіз
в статичному режимі проводився для трьох температур:
1.
-60 ۫ С;
2.
27 ۫ С;
3.
+70 ۫ С.
Мікросхема
містить чотири резистори. Для здійснення нормального функціонування виробу було
обрано номінальні опори резисторів:
Позначення
на схемі |
Опір,
Ом |
R1 |
1500 |
R2 |
1000 |
R3 |
1000 |
Базові
дані зі статичного режиму.
Для
режиму роботи при температурі -60°:
Таблиця1.1
Напруги
і струми для стабілітронів:
Таблиця
1.2
Напруги
і струми для транзисторів:
Таблиця
1.3
Для
режиму роботи при температурі 27°
(нормальні умови):
Таблиця
1.4
Напруги
і струми для стабілітронів:
Таблиця
1.5
Напруги
і струми для транзисторів:
Таблиця
1.6
Для
режиму роботи при температурі +70°:
Таблиця
1.7
Напруги
і струми для стабілітронів:
Таблиця
1.8
Напруги
і струми для транзисторів:
Таблиця
1.9
Схеми
принципові з показниками напруг та струмів, промодельовані для трьох температур
знаходяться у Додатку 1.
1.2 Аналіз функціональних
властивостей ЗЕМ у часовій області
Робота
ЗЕМ у значній мірі характеризується динамікою, тобто функціональними
властивостями у часовій області.
Моделювання
проводиться в системі OrCad
9.2, в програмі Pspice Schematics.
Для
моделювання задаємо наступні параметри:
1.
У вікні Analisis Setup вибираємо пункти Temperature і Transient.
2.
Натискуємо кнопку Temperature
і зписуємо через кому три значення температури: -60, +25, +60.
3.
Натискаємо кнопку Transient
і вводимо наступні дані Print Step(Крок
друку) задаємо 10нс, Final Time(Кінцевий
час відліку) - 1 с, Step Ceiling – 10ms.
4.
Як джерела сигналів обираємо джерело постійної напруги (VDC). Встановлюємо рівень сигналу DC=12V.
5.
Запускаємо моделювання натиснувши Simulate.
Роздруковані
часові діаграми приведені в додатку 2.
2 Проектування конструкторської
реалізації МС К2ПП241 у формі ГІС
2.1 Проектування плівкових пасивних
елементів і конструкції ГІС
Основна задача даного розділу - розрахунок і розробка
топології і конструкції функціональних вузлів радіоелектронної апаратури у
вигляді ГІС, в даному випадку – мікросхеми К2ПП241.
Вибір технології виготовлення ГІС базується на аналізі
виробу:
- функція виготовляємої ГІС;
- масштаб виробництва;
- умови експлуатації;
- та ін.
і здійснюється відповідно до принципової схеми з
урахуванням конструктивно-технологічних обмежень.
У
залежності від способу формування плівкових елементів, ГІС підрозділяють на:
- тонкоплівкові;
- товстоплівкові.
Різноманітні методи формування конфігурації елементів
у тонкоплівковій технології забезпечують формування плівкових елементів у
широкому діапазоні значень їх параметрів із достатньо високою точністю і відтворенням.
Для даної мікросхеми було обрано саме тонкоплівковий
метод.
Вихідні дані для розрахунку наведені у таблиці 2.1.
Так як номінал усіх
резисторів лежить в межах 1 – 10 кОм, обираємо один резистивний матеріал для
забезпечення необхідного опору.
Визначаємо оптимальне значення питомого опору резистивного
матеріалу по формулі 2.1:
(2.1)
де – номінал і-го резистора,
n – число резисторів.
Отримуємо оптимальне значення питомого упору 1145,644 Ом/кв.
Обираємо резистивну пасту із питомим опором, найближчим
до розрахованого: сплав РС-3001 з питомим опором 1 кОм/кв та питомою потужністю
розсіювання Р0=20 мВт/мм2
Таблиця 2.1
Позначення
на схемі |
Номінальний
опір, Ом |
Потужність,
Вт |
R1 |
1500 |
0,059 |
R2 |
1000 |
0,007 |
R3 |
1000 |
0,0007 |
Конструктивний розрахунок
тонкоплівкових резисторів полягає у визначенні форми, геометричних розмірів і
мінімальної площі, що займають резистори на підкладці. При цьому необхідно, щоб
резистори забезпечували розсіювання заданої потужності при дотримуванні
необхідної точності в умовах існуючих технологічних
можливостей.
Необхідно перевірити
правильність вибору матеріалу з точки зору точності виготовлення резисторів.
Повна відносна похибка
виготовлення плівкового резистора
складається із суми похибок:
, (2.2)
де - похибка коефіцієнта форми і
відтворення розміру
резистивної плівки відповідно;
-
температурна похибка; - похибка, обумовлена старінням
плівки; -
похибка перехідних опорів контактів.
Похибка коефіцієнта форми
залежить від похибок геометричних
розмірів (довжини і ширини ) резистора:
(2.3)
Похибка відтворення питомого
поверхневого опору залежить від умов напилювання і
матеріалу резистивної плівки. В умовах серійного виробництва її значення не
перевищує 5%.
Температурна похибка залежить від ТКО
матеріалу плівки:
, (2.4)
де - ТКО матеріалу плівки, 1/oС
або 1/K.
Похибка
обумовлена
старінням плівки за рахунок повільної зміни структури плівки з часом і її
окислювання. Вона залежить від матеріалу плівки та ефективності захисту, а
також від умов зберігання і експлуатації.
,
(2.5)
де
– час; - коефіцієнт
старіння плівкового резистора, що визначає тимчасову нестабільність його опору.
Похибка
сплаву
РС-3001 становить ±0,5%
Похибка
перехідних опорів контактів визначається технологічними
умовами напилювання плівок, питомим опором резистивної плівки і геометричними
розмірами контактного переходу: довжиною перекриття і шириною резистора. Її
значення Якщо
матеріал контактних площадок обраний відповідно до табличних даних, то цією
похибкою можна знехтувати.
Значення
похибок для даного випадку знаходяться у таблиці 2.2
Допустима похибка коефіцієнта форми:
(2.6)
Таблиця
2.2
|
|
|
|
|
0,15 |
-2,60E-03 |
0,005 |
0,02 |
0,005 |
Оскільки отримане значення не є
від’ємним, то можемо продовжувати розрахунки.
Визначаємо коефіцієнт форми:
(2.7)
|
|
R1 |
1,5 |
R2 |
1 |
R3 |
1 |
При
рекомендується
конструювати резистор прямокутної форми типу “смужка”, у якого довжина більше ширини
.
Страницы: 1, 2
|