Grondbeginselen van computerontwerp en modellering van res. Plaatsing van elementen van RES-knooppunten Verdeling van onderdelen volgens continuïteit

Het leerboek is ontwikkeld voor studenten van de Faculteit MRM van SibGUTI, die de discipline "Fundamentals of computer design and modelling of electronic distribution systems" bestuderen.

Inleiding 8

Hoofdstuk 1. Basisconcepten, definities, classificatie 9

1.1 Begrippen systeem, model en simulatie 9

1.2 Classificatie van radioapparatuur 10

1.3 Belangrijkste soorten problemen in de radiotechniek 12

1.4 Ontwikkeling van het concept van model 14

1.4.2 Modelleren is de belangrijkste fase van doelgerichte activiteit 15

1.4.3 Cognitieve en pragmatische modellen 15

1.4.4 Statische en dynamische modellen 16

1.5 Manieren om modellen te implementeren 17

1.5.1 Abstracte modellen en de rol van talen 17

1.5.2 Materiaalmodellen en soorten gelijkenis 17

1.5.3 Voorwaarden voor het implementeren van de eigenschappen van modellen 18

1.6 Correspondentie tussen model en werkelijkheid in termen van verschil 19

1.6.1 Eindigheid van modellen 19

1.6.2 Vereenvoudiging van modellen 19

1.6.3 Benadering van modellen 20

1.7 Correspondentie tussen model en werkelijkheid in het aspect van gelijkenis 21

1.7.1 Modelwaarheid 21

1.7.2 Over de combinatie waar en onwaar in model 21

1.7.3 Complexiteiten van modelleringsalgoritmen 22

1.8 Belangrijkste typen modellen 23

1.8.1 Het concept van een probleemsituatie bij het creëren van een systeem 23

1.8.2 Belangrijkste soorten formele modellen 24

1.8.3 Wiskundige weergave van het black box-model 28

1.9 Relaties tussen modellering en ontwerp 32

1.10 Simulatienauwkeurigheid 33

Hoofdstuk 2. Classificatie van modelleringsmethoden 37

2.1 Echte simulatie 37

2.2 Mentale modellering 38

Hoofdstuk 3. WISKUNDIGE MODELLERING 40

3.1 Stadia van het maken van wiskundige modellen 43

H.2 Componenten en topologische vergelijkingen van het gemodelleerde object 46

3.3 Component- en topologische vergelijkingen van een elektrisch circuit 46

Hoofdstuk 4. Kenmerken van computermodellen 50

4.1 Computermodellering en computationeel experiment 51

4.2 Computermodelleringssoftware 52

Hoofdstuk 5. EIGENSCHAPPEN VAN HET RADIOSYSTEEM ALS ONDERZOEKSOBJECT MET BEHULP VAN COMPUTERSIMULATIEMETHODEN 57

5.1 Klassen van radiosystemen 57

5.2 Formele beschrijving van radiosystemen 58

Hoofdstuk 6. HET MATHCAD-TOEPASSINGSPAKKET GEBRUIKEN VOOR HET SIMULEREN VAN TELECOMMUNICATIEAPPARATEN 64

6.1 Basisinformatie over het universele wiskundige softwarepakket MathCAD 64

6.2 Basisprincipes van de MathCAD 65-taal

6.2.1 Invoertaaltype MathCAD 66

6.2.2 Beschrijving van het MathCAD 67-tekstvenster

6.2.3 Invoercursor 68

6.2.5 Interface-elementen beheren 70

6.2.6 Gebieden selecteren 71

6.2.7 Wijzigen van de documentschaal 71

6.2.8 Schermupdate 72

6.3 Basisregels voor het werken in de MathCAD-omgeving 79

6.3.1 Wiskundige uitdrukkingen verwijderen 79

6.3.2 Wiskundige uitdrukkingen kopiëren 80

6.3.3 Wiskundige uitdrukkingen overbrengen 80

6.3.4 Tekstcommentaar in het programma invoeren 80

6.4 Grafieken plotten 81

6.4.1 Grafieken plotten in een cartesiaans coördinatensysteem 81

6.4.2 Grafieken plotten in het poolcoördinatensysteem 83

6.4.3 Het grafiekformaat wijzigen 85

6.4.4 Regels voor het traceren van grafieken 85

6.4.5 Regels voor het bekijken van secties van tweedimensionale grafieken 86

6.5 Regels voor berekeningen in de MathCAD-omgeving 87

6.6 Analyse van lineaire apparaten 93

6.6.1 Overdrachtsfunctie, transmissiecoëfficiënt, tijd- en frequentiekarakteristieken 94

6.6.2 Overdrachtscoëfficiënt K(jω) 95

6.6.3 Amplitude-frequentierespons (AFC) 96

6.6.4 Bepaling van transiënte en impulskarakteristieken 98

6.7 Methoden voor het oplossen van algebraïsche en transcendentale vergelijkingen in de MathCAD-omgeving en het organiseren van berekeningen in een cyclus 101

6.7.1 Bepalen van de wortels van algebraïsche vergelijkingen 101

6.7.2 Bepalen van de wortels van transcendentale vergelijkingen 103

6.7.3 Cyclusberekeningen 106

6.8 Gegevensverwerking 108

6.8.1 Stuksgewijze lineaire interpolatie 108

6.8.2 Spline-interpolatie 110

6.8.3 Extrapolatie 112

6.9 Symbolische berekeningen 115

6.10 Optimalisatie in REA-berekeningen 124

6.10.1 Eendimensionale optimalisatiestrategieën 124

6.10.2 Lokale en mondiale extremen 126

6.10.3 Methoden voor het opnemen van onzekerheidsintervallen 127

6.10.4 Optimalisatiecriteria 135

6.10.6 Voorbeeld van het schrijven van een objectieve functie bij het synthetiseren van filters 141

6.11 Animatie van grafisch materiaal in de MathCAD-omgeving 148

6.11.1 Voorbereiden op animatie 149

6.11.2 Voorbeeld van diagramanimatie 149

6.11.3 Animatiespeler oproepen voor grafieken en videobestanden 151

6.12 Verbinding tot stand brengen tussen MathCAD en andere softwareomgevingen 153

Uw goede werk indienen bij de kennisbank is eenvoudig. Gebruik onderstaand formulier

Studenten, promovendi en jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.

Geplaatst op http://www.allbest.ru/

Geplaatst op http://www.allbest.ru/

Voronezh Instituut van het Ministerie van Binnenlandse Zaken van Rusland

Afdeling particuliere beveiliging

TEST

in de discipline "Grondbeginselen van computerontwerp en modellering van radio-elektronische apparatuur"

Onderwerp: “Circuitmodellering van radio-elektronische apparatuur”

Ontwikkeld door: cadet van het 41e opleidingspeloton, particulier politieagent R.G. Vostrikov

Voronezj 2015

Invoering

1. Inleiding tot CAD

2.3 Simulatie van dynamische karakteristieken

2.4 Modellering van frequentierespons

Conclusie

Referenties

Invoering

Een computerondersteund ontwerpsysteem (CAD) is een organisatorisch en technisch systeem dat bestaat uit een reeks ontwerpautomatiseringstools en een team van specialisten van afdelingen van een ontwerporganisatie die computerondersteund ontwerp van een object uitvoeren, dat het resultaat is van de activiteiten van de ontwerporganisatie.

Door het gebruik van computerondersteunde ontwerpsystemen (CAD) kunnen we overstappen van traditionele prototyping van de apparatuur die wordt ontwikkeld naar modellering ervan met behulp van een computer. In dit geval wordt in de regel een end-to-end ontwerpcyclus uitgevoerd, die omvat:

Synthese van de structuur en het schakelschema van een radio-elektronisch apparaat (RES);

Analyse van de kenmerken ervan in verschillende modi, rekening houdend met de spreiding van componentparameters en de aanwezigheid van destabiliserende factoren, uitvoeren van parametrische optimalisatie;

Topologische synthese, inclusief plaatsing van elementen op een printplaat en lay-out van onderlinge verbindingen;

Verificatie (controle) van de topologie van de printplaat;

Vrijgeven van ontwerpdocumentatie.

Problemen met structurele synthese worden opgelost met behulp van zeer gespecialiseerde programma's gericht op apparaten van een bepaald type; er is bijvoorbeeld een groot aantal programma's gemaakt voor de synthese van aanpassingscircuits, analoge en digitale filters. De grootste prestaties bij het construeren van programma's voor structurele synthese en synthese van schakelschema's liggen op het gebied van het ontwerpen van digitale apparaten. De structuur en het schakelschema van de meeste apparaten zijn grotendeels afhankelijk van het toepassingsgebied en de oorspronkelijke ontwerpgegevens, wat grote problemen oplevert bij het synthetiseren van een schakelschema met behulp van een computer. Daarom wordt de eerste versie van het circuit meestal “handmatig” samengesteld door een ingenieur, gevolgd door modellering en optimalisatie op een computer.

Moderne CAD-programma's werken in een interactieve modus en hebben een groot aantal servicemodules. CAD-softwarepakketten zijn in staat de meest complexe problemen bij het modelleren van elektronische apparaten op te lossen, zoals voedingen, versterkers, signaalomzetters en andere. De resultaten van de simulatie zijn DC-modi, signaaloscillogrammen, frequentie- en spectrale kenmerken en zelfs elementtemperaturen. In termen van hun mogelijkheden kunnen simulatieprogramma's zelfs meetinstrumenten overtreffen; ze stellen u in staat oscillogrammen van stromen en vermogens in elementen te observeren zonder meetweerstanden aan het apparaat toe te voegen. De verkregen resultaten kunnen helpen bij het identificeren van de oorzaken van mogelijke of echte storingen in het apparaat en bij het vinden van manieren om de kwaliteit ervan te verbeteren. Door het gebruik van simulatieprogramma's kunt u een groot aantal verschillende circuitontwerpopties analyseren en de beste eruit selecteren zonder ook maar één radio-element uit te geven.

De PCB-topologie wordt ontwikkeld nadat de circuitmodellering is voltooid. In deze ontwerpfase worden elementen op de printplaat geplaatst en worden verbindingen gelegd. De meest succesvol ontwikkelde printplaten voor digitale apparaten zijn die waarbij de menselijke tussenkomst in het topologiesyntheseproces relatief klein is. De ontwikkeling van analoge apparaten vereist veel meer menselijke deelname aan het ontwerpproces, correctie en, indien nodig, gedeeltelijke herwerking van computerondersteunde ontwerpresultaten. De grootste moeilijkheid bij het ontwikkelen van analoge apparatuur is het automatiseren van topologiesynthese en het garanderen van de interactie tussen circuitmodellering en topologiesyntheseprogramma's. Bovendien is het vrij moeilijk om talloze aanvullende vereisten voor analoge apparaten te formaliseren, bijvoorbeeld de vereiste voor elektromagnetische compatibiliteit van componenten.

Het belangrijkste doel van het voltooien van de test is het beheersen van de methodologie van computerondersteund ontwerp en circuitmodellering van componenten en blokken van elektronische distributiesystemen met behulp van CAD-tools.

Om dit doel te bereiken dienen de volgende taken:

1) het bestuderen van de mogelijkheden van moderne CAD RES-applicatiepakketten;

2) de vorming van theoretische kennis en praktische vaardigheden bij het gebruik van CAD-tools bij het modelleren van circuits van componenten en blokken van elektronische distributiesystemen.

Tijdens de test is het volgende vereist:

1) analyseer de belangrijkste mogelijkheden van het circuitmodelleringspakket dat bij het testwerk wordt gebruikt;

2) het modelleren van statische, dynamische en frequentiekarakteristieken van RES-knooppunten en -blokken;

3) optimaliseer de parameters en kenmerken van de RES.

1. Inleiding tot CAD

Ontwerpautomatisering neemt een bijzondere plaats in onder de informatietechnologieën. Ten eerste is ontwerpautomatisering een synthetische discipline; vele andere moderne informatietechnologieën zijn de componenten ervan. De technische ondersteuning van computerondersteunde ontwerpsystemen (CAD) is dus gebaseerd op het gebruik van computernetwerken en telecommunicatietechnologieën. CAD maakt gebruik van personal computers en werkstations.

CAD-software onderscheidt zich door de rijkdom en verscheidenheid aan methoden die worden gebruikt in computationele wiskunde, statistiek, wiskundig programmeren, discrete wiskunde en kunstmatige intelligentie. Ten tweede is kennis van de basisprincipes van ontwerpautomatisering en het vermogen om met CAD-tools te werken vereist voor vrijwel elke ontwikkelingsingenieur. Ontwerpafdelingen, ontwerpbureaus en kantoren staan ​​vol met computers. Het werk van een ontwerper aan een gewone tekentafel, berekeningen met een rekenliniaal of het opstellen van een rapport op een typemachine zijn een anachronisme geworden. Bedrijven die zich ontwikkelen zonder CAD of met slechts een klein gebruik ervan blijken niet concurrerend te zijn, zowel vanwege de hoge materiaal- en tijdkosten van het ontwerp, als vanwege de lage kwaliteit van de projecten. Het verschijnen van de eerste programma's voor ontwerpautomatisering in het buitenland en in de USSR dateert uit het begin van de jaren zestig. Vervolgens werden programma's gemaakt om problemen in de structurele mechanica op te lossen, elektronische schakelingen te analyseren en printplaten te ontwerpen.

De verdere ontwikkeling van CAD volgde het pad van het creëren van hardware en software voor computergraphics, het vergroten van de rekenefficiëntie van modellerings- en analyseprogramma's, het uitbreiden van de toepassingsgebieden van CAD, het vereenvoudigen van de gebruikersinterface en het introduceren van elementen van kunstmatige intelligentie in CAD.

Tot op heden is er een groot aantal software- en methodologische complexen voor CAD gecreëerd met verschillende mate van specialisatie en toepassingsoriëntatie. Als gevolg hiervan is ontwerpautomatisering een noodzakelijk onderdeel geworden van de opleiding van ingenieurs met verschillende specialismen; een ingenieur die geen kennis heeft en niet in CAD kan werken, kan niet als een volwaardige specialist worden beschouwd.

De opleiding van ingenieurs met verschillende specialiteiten op het gebied van CAD omvat basis- en speciale componenten. De meest algemene bepalingen, modellen en methoden van computerondersteund ontwerpen zijn opgenomen in het cursusprogramma over de basisprincipes van CAD; een meer gedetailleerde studie van die methoden en programma's die specifiek zijn voor specifieke specialismen wordt gegeven in gespecialiseerde disciplines.

1.1 Basisprincipes van CAD-ontwerp

CAD-ontwikkeling is een groot wetenschappelijk en technisch probleem, en de implementatie ervan vereist aanzienlijke kapitaalinvesteringen. De opgebouwde ervaring stelt ons in staat de volgende basisprincipes voor het bouwen van CAD-systemen te benadrukken.

1.CAD - mens-machine-systeem. Alle ontwerpsystemen die met behulp van een computer zijn gemaakt en gemaakt, zijn geautomatiseerd; een belangrijke rol daarin wordt gespeeld door een persoon: een ingenieur die een ontwerp voor een technisch hulpmiddel ontwikkelt.

Op dit moment, en in ieder geval in de komende jaren, wordt de creatie van automatische ontwerpsystemen niet verwacht, en niets bedreigt het menselijke monopolie bij het nemen van belangrijke beslissingen in het ontwerpproces. Een persoon in CAD moet ten eerste alle problemen oplossen die niet geformaliseerd zijn, en ten tweede taken die een persoon op basis van zijn heuristische vaardigheden effectiever oplost dan een moderne computer op basis van zijn computercapaciteiten. Nauwe interactie tussen mens en computer in het ontwerpproces is een van de principes voor het construeren en bedienen van CAD-systemen.

2.CAD is een hiërarchisch systeem dat een geïntegreerde benadering van automatisering op alle ontwerpniveaus implementeert. De hiërarchie van ontwerpniveaus wordt weerspiegeld in de structuur van speciale CAD-software in de vorm van een hiërarchie van subsystemen.

Er moet vooral de nadruk worden gelegd op de opportuniteit van het waarborgen van het geïntegreerde karakter van CAD, aangezien ontwerpautomatisering op slechts één van de niveaus veel minder effectief blijkt te zijn dan volledige automatisering van alle niveaus. Hiërarchische constructie is niet alleen van toepassing op speciale software, maar ook op CAD-hardware, onderverdeeld in een centraal computercomplex en geautomatiseerde ontwerperwerkstations.

3.CAD - een reeks informatiegecoördineerde subsystemen. Dit zeer belangrijke principe zou niet alleen van toepassing moeten zijn op verbindingen tussen grote subsystemen, maar ook op verbindingen tussen kleinere delen van subsystemen. Informatieconsistentie betekent dat alle of de meeste mogelijke reeksen ontwerpproblemen worden bediend door informatief consistente programma's. Twee programma's zijn informatief consistent als alle gegevens die het verwerkingsobject in beide programma's vertegenwoordigen, zijn opgenomen in numerieke arrays die geen wijzigingen vereisen bij het overschakelen van het ene programma naar het andere. Informatieverbindingen kunnen zich dus manifesteren in het feit dat de resultaten van het oplossen van het ene probleem de initiële gegevens zullen zijn voor een andere taak. Als de coördinatie van programma's een aanzienlijke verwerking van de algemene array vereist met de deelname van een persoon die ontbrekende parameters toevoegt, de array handmatig herschikt of de numerieke waarden van individuele parameters wijzigt, dan zijn de programma's niet informatief consistent. Handmatige herschikking van de array leidt tot aanzienlijke tijdsvertragingen, een toename van het aantal fouten en vermindert daardoor de vraag naar CAD-services. Informatie-inconsistentie verandert CAD in een reeks autonome programma's, terwijl doordat in subsystemen geen rekening wordt gehouden met veel factoren die in andere subsystemen worden beoordeeld, de kwaliteit van ontwerpoplossingen afneemt.

4.CAD is een open en zich ontwikkelend systeem. Er zijn minstens twee goede redenen waarom CAD een tijdvariërend systeem zou moeten zijn. Ten eerste duurt de ontwikkeling van zo'n complex object als CAD lang, en is het economisch winstgevend om delen van het systeem in gebruik te nemen zodra ze klaar zijn. De in opdracht gemaakte basisversie van het systeem wordt verder uitgebreid. Ten tweede leidt de voortdurende vooruitgang van technologie, ontworpen objecten, computertechnologie en computationele wiskunde tot de opkomst van nieuwe, meer geavanceerde wiskundige modellen en programma's die oude, minder succesvolle analogen zouden moeten vervangen. Daarom moet CAD een open systeem zijn, dat wil zeggen dat het de eigenschap moet hebben dat het gemakkelijk is om nieuwe methoden en hulpmiddelen te gebruiken.

5.CAD is een gespecialiseerd systeem met maximaal gebruik van uniforme modules. De vereisten voor hoge efficiëntie en veelzijdigheid zijn meestal tegenstrijdig. Met betrekking tot CAD blijft deze bepaling van kracht. Hoge efficiëntie van CAD, voornamelijk uitgedrukt in lage tijd- en materiaalkosten bij het oplossen van ontwerpproblemen, wordt bereikt door specialisatie van systemen. Het is duidelijk dat het aantal verschillende CAD-systemen groeit. Om de kosten voor het ontwikkelen van veel gespecialiseerde CAD-systemen te verlagen, is het raadzaam deze te bouwen op basis van maximaal gebruik van gestandaardiseerde componenten. Een noodzakelijke voorwaarde voor unificatie is het zoeken naar gemeenschappelijke kenmerken en voorzieningen bij het modelleren, analyseren en synthetiseren van heterogene technische objecten. Uiteraard kunnen er nog een aantal andere principes worden geformuleerd, die de veelzijdigheid en complexiteit van het CAD-probleem benadrukken.

1.2 Systematische benadering van ontwerp

De basisideeën en principes van het ontwerpen van complexe systemen komen tot uiting in de systeembenadering. Voor een specialist op het gebied van systeemtechniek zijn ze voor de hand liggend en natuurlijk, maar de naleving en implementatie ervan gaat vaak gepaard met bepaalde problemen als gevolg van ontwerpkenmerken. Net als de meeste hoogopgeleide volwassenen die hun moedertaal correct gebruiken zonder gebruik te maken van grammaticaregels, gebruiken ingenieurs een systeembenadering zonder hun toevlucht te nemen tot handleidingen voor systeemanalyse. Een intuïtieve benadering zonder de regels van systeemanalyse toe te passen, is echter mogelijk niet voldoende om steeds complexere technische problemen op te lossen.

Het belangrijkste algemene principe van de systeembenadering is het beschouwen van de delen van een fenomeen of complex systeem, rekening houdend met hun interactie. De systeembenadering onthult de structuur van het systeem, de interne en externe verbindingen.

1.3 CAD-structuur

Zoals elk complex systeem bestaat CAD uit subsystemen. Er zijn ontwerp- en onderhoudssubsystemen.

Ontwerpsubsystemen voeren rechtstreeks ontwerpprocedures uit. Voorbeelden van ontwerpsubsystemen zijn subsystemen voor geometrische driedimensionale modellering van mechanische objecten, productie van ontwerpdocumentatie, circuitanalyse en routering van verbindingen in printplaten.

Onderhoudssubsystemen zorgen voor het functioneren van ontwerpsubsystemen; hun geheel wordt vaak de CAD-systeemomgeving (of schil) genoemd. Typische servicesubsystemen zijn subsystemen voor ontwerpgegevensbeheer, CASE (Computer Aided Software Engineering) subsystemen voor softwareontwikkeling en onderhoud, en trainingssubsystemen waarmee gebruikers technologieën kunnen beheersen die in CAD zijn geïmplementeerd.

1.4 Soorten CAD-software

De structurering van CAD in verschillende aspecten is bepalend voor het ontstaan ​​van soorten CAD-software. Het is gebruikelijk om zeven soorten CAD-software te onderscheiden:

· technisch (TO), inclusief diverse hardware (computers, randapparatuur, netwerkschakelapparatuur, communicatielijnen, meetinstrumenten);

· wiskundig (MO), dat wiskundige methoden, modellen en algoritmen combineert om ontwerp uit te voeren;

· software vertegenwoordigd door CAD-computerprogramma's;

· informatie (IO), bestaande uit een database, DBMS, maar ook andere gegevens die bij het ontwerp worden gebruikt; merk op dat de volledige set gegevens die bij het ontwerp wordt gebruikt het CAD-informatiefonds wordt genoemd, de database samen met het DBMS wordt een databank genoemd;

· taalkundig (LO), uitgedrukt in de communicatietalen tussen ontwerpers en computers, programmeertalen en talen voor gegevensuitwisseling tussen technische CAD-tools;

· methodologisch (MetO), inclusief diverse ontwerptechnieken; soms bevat het ook wiskundige software;

· organisatorisch (OO), vertegenwoordigd door personeelsschema's, functiebeschrijvingen en andere documenten die het werk van de projectonderneming reguleren.

1.5 Soorten CAD

CAD-classificatie wordt uitgevoerd op basis van een aantal criteria, bijvoorbeeld op basis van toepassing, beoogd doel, schaal (complexiteit van de taken die worden opgelost) en de aard van het basissubsysteem - de CAD-kern.

Per toepassing zijn de volgende CAD-groepen de meest representatieve en meest gebruikte:

· CAD voor gebruik in algemene technische industrieën. Ze worden vaak mechanische CAD-systemen of MCAD-systemen (Mechanical CAD) genoemd;

· CAD voor radio-elektronica: ECAD (Electronic CAD) of EDA (Electronic Design Automation) systemen;

· CAD op het gebied van architectuur en constructie.

Bovendien is er een groot aantal gespecialiseerde CAD-systemen bekend, die ofwel in deze groepen zijn ingedeeld, ofwel een onafhankelijke tak van de classificatie vertegenwoordigen. Voorbeelden van dergelijke systemen zijn CAD-systemen voor grootschalige geïntegreerde schakelingen (LSI); Vliegtuig-CAD; CAD van elektrische machines, enz.

Electronics Workbench is de internationale marktleider in het ontwikkelen van 's werelds meest gebruikte circuitontwerpsoftware. Het bedrijf heeft meer dan 15 jaar ervaring in de automatisering van het ontwerp van elektronische apparaten en apparaten en was een van de pioniers op het gebied van computerondersteunde elektronica-ontwikkeling. Momenteel wordt Electronics Workbench-apparatuur op meer dan 180.000 werkplekken gebruikt. De Electronics Workbench-productsuite omvat tools voor circuitbeschrijving, circuitemulatie (SPICE, VHDL en gepatenteerde co-simulatie), evenals PCB-ontwerp en geautomatiseerde routering. Gebruikers ontvangen een werkelijk uniek product, de gemakkelijkst te gebruiken tools in de branche, geïntegreerd in één geheel. Het Support and Upgrade Utility (SUU) controleert en installeert automatisch de benodigde updates via het netwerk, zodat uw software altijd op het hoogste niveau draait. Electronics Workbench en National Instruments-producten bieden de nauwste integratie tussen CAD-ontwerp-, verificatie- en testtools voor elektronica die momenteel beschikbaar zijn.

Multicap 9 is de meest intuïtieve en krachtige tool voor het maken van diagrammen die beschikbaar is. De nieuwste Multicap-tools besparen u veel tijd, dankzij modusloze bewerking, eenvoudige connectiviteit en een uitgebreide database die in logische delen is opgesplitst, rechtstreeks op uw bureaublad. Met deze tools kun je vrijwel onmiddellijk een ontwerp programmatisch beschrijven nadat je er een algemeen idee van hebt. Dezelfde reeks acties worden automatisch uitgevoerd, zonder tijd te verliezen bij het maken, controleren en verbeteren van het circuit, waardoor de output ideale producten zijn met minimale ontwikkelingstijd.

Figuur 1 - Relatie met Electronics Workbench-software

Multisim is 's werelds enige interactieve circuitemulator, waarmee u in minder tijd betere producten kunt maken. Multisim bevat een versie van Multicap, waardoor het ideaal is voor programmatische beschrijving en onmiddellijk daaropvolgend testen van circuits. Multisim 9 ondersteunt ook interoperabiliteit met LabVIEW en SignalExpress van National Instruments voor een nauwe integratie van ontwikkelings- en testtools.

De voordelen van geïntegreerde beschrijving en emulatie Multisim is de unieke mogelijkheid om vanuit één ontwikkelomgeving een circuit te ontwikkelen en te testen/emuleren. Er zijn veel voordelen aan deze aanpak. Beginners met Multisim hoeven zich geen zorgen te maken over de complexe SPICE-syntaxis en -opdrachten (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), terwijl gevorderde gebruikers de mogelijkheid hebben om alle SPICE-parameters aan te passen. Dankzij Multisim is circuitbeschrijving nog nooit zo eenvoudig en intuïtief geweest. Met de spreadsheetweergave kunt u tegelijkertijd de kenmerken van een willekeurig aantal elementen wijzigen: van een printplaatdiagram tot een SPICE-model. Modeless editing is de meest efficiënte manier om componenten te plaatsen en te verbinden.

Werken met analoge en digitale componenten is intuïtief en eenvoudig. Naast de traditionele SPICE-analyse stelt Multisim gebruikers in staat virtuele instrumenten op het circuit aan te sluiten. Het concept van virtuele instrumenten is een eenvoudige en snelle manier om het resultaat te zien door gebeurtenissen uit het echte leven te simuleren. Multisim heeft ook speciale componenten, interactieve onderdelen genaamd, die u tijdens de emulatie kunt wijzigen. Interactieve elementen zijn onder meer schakelaars en potentiometers; de kleinste veranderingen in een element worden onmiddellijk weerspiegeld in de simulatie. Wanneer complexere analyses vereist zijn, biedt Multisim meer dan 15 verschillende analysefuncties. Enkele voorbeelden zijn AC-, Monte Carlo-, worst case- en Fourier-analyse. Multisim bevat Grapher, een krachtig hulpmiddel voor het bekijken en analyseren van emulatiegegevens. De circuitbeschrijving en testfuncties in Multisim zullen elke circuitontwerper helpen, hem tijd besparen en hem behoeden voor fouten tijdens het circuitontwikkelingsproces.

Micro-Cap is een universeel circuitanalyseprogramma dat is ontworpen om een ​​breed scala aan problemen op te lossen. Kenmerkend voor dit programma, evenals voor de hele Micro-Cap-familie, is de aanwezigheid van een handige en gebruiksvriendelijke grafische interface, wat het vooral aantrekkelijk maakt voor een niet-professioneel publiek. Ondanks de vrij bescheiden vereisten voor pc-software en hardware (processor niet lager dan Pentium II, Windows 95/98/ME of Windows NT4/2000/XP, geheugen niet minder dan 64 MB, monitor niet slechter dan SVGA), zijn de mogelijkheden behoorlijk groot. Het kan worden gebruikt om niet alleen analoge maar ook digitale circuits te analyseren. Gemengde modellering van analoog-digitale elektronische apparaten, evenals filtersynthese, is ook mogelijk.

U kunt zelfs zonder diepgaande beheersing van het programma aan de slag met Micro-Cap. Het is voldoende om vertrouwd te raken met de ingebouwde demovideo en de basisvoorbeelden te bekijken (er zitten er ongeveer 300 in de kit). Ervaren gebruikers kunnen complexe elektronische systemen analyseren met behulp van een uitgebreide bibliotheek met componenten en eigen macromodellen. Door het juiste gebruik van vereenvoudigde aannames kan men de werkingsmodi van complexe apparaten met een vrij hoge mate van nauwkeurigheid berekenen.

Micro-Cap 9, 10 verschillen van de jongere vertegenwoordigers van hun familie in meer geavanceerde modellen van elektronische componenten en berekeningsalgoritmen. In termen van is het vergelijkbaar met de geïntegreerde pakketten ORCAD en PCAD2002 - tamelijk complexe tools voor het analyseren en ontwerpen van elektronische apparaten, die voornamelijk professioneel gebruik impliceren. Volledige compatibiliteit met SPICE-modellen en SPICE-circuits, gecombineerd met geavanceerde conversiemogelijkheden, stelt u in staat om in Micro-Cap alle ontwikkelingen en modellen te gebruiken die voor deze pakketten bedoeld zijn, en de verworven modelleringsvaardigheden stellen u in staat om indien nodig snel professionele modelleringspakketten onder de knie te krijgen.

Micro-Cap 9, 10 bieden uitgebreide mogelijkheden voor het analyseren van stroomomvormerapparaten. Het programma heeft instellingen, waarvan de opname algoritmen voor het berekenen van stroomcircuits optimaliseert; de bibliotheek met componenten bevat een groot aantal gegeneraliseerde PWM-controllers en continue modellen van de belangrijkste typen spanningsomzetters voor het analyseren van de stabiliteit van gestabiliseerde voedingen die daarop zijn gebaseerd.

De genoemde voordelen maken het Micro-Cap-programma zeer aantrekkelijk voor het modelleren van elektronische apparaten van gemiddelde complexiteit. Dankzij het gebruiksgemak, de lage eisen aan computerbronnen en de mogelijkheid om elektronische apparaten met een voldoende groot aantal componenten te analyseren, kan het met succes worden gebruikt door zowel radioamateurs als studenten, maar ook door ontwikkelingsingenieurs. Bovendien worden Micro-Cap-familieprogramma's actief gebruikt bij onderzoeksactiviteiten.

De eerste versies van Micro-Cap waren inderdaad behoorlijk primitief en ongeschikt voor het oplossen van echte technische problemen bij het ontwerpen van circuits. Ze maakten het mogelijk om alleen eenvoudige analoge circuits te berekenen. Om digitale apparaten te berekenen, werd een ander programma van hetzelfde bedrijf gebruikt: MicroLogic (later werd het geïntegreerd in Micro-Cap). Maar zelfs dit was voldoende om studenten de basisbeginselen van elektronica te leren.

Ik zou vooral de programma-interface willen opmerken. De ontwikkelaars nemen dit probleem zeer serieus, te beginnen met de jongere versies. Het volstaat te zeggen dat zelfs vóór de wijdverbreide distributie van Windows de versie van Micro-Cap IV, uitgebracht in 1992, al een zeer handige grafische interface met vensters had, wat helemaal niet typerend was voor programma's uit die tijd. Dankzij deze interface kon DOS bijna alle gemakken verkrijgen die Windows-gebruikers momenteel hebben.

Met behulp van het Micro-Cap-programma kunt u niet alleen de werking van elektronische schakelingen bestuderen, maar ook vaardigheden verwerven bij het opzetten van elektronische apparaten. De basismethoden voor het verkrijgen van een werkmodel verschillen niet van de methoden voor het in gebruik nemen van echte elektronische apparaten. Het zijn deze eigenschappen die het mogelijk maken om het vooral aan te bevelen aan studenten en radioamateurs.

geautomatiseerd programma radio-elektronische frequentie

2. Circuitmodellering van RES

2.1 Beschrijving van het proces van het voorbereiden van RES voor modellering

Het elektrische schakelschema van de gesimuleerde RES wordt weergegeven in de figuur.

Deze RES is een selectieve versterker (audiofrequentieversterker). De simulatie werd uitgevoerd in Micro-Cap 9, een SPICE-achtig programma voor analoge en digitale simulatie van elektrische en elektronische schakelingen met een geïntegreerde visuele editor.

Om de RES te modelleren, heb ik het volgende gedaan:

1) Als ingangssignaalbron werd een sinusoïdale spanningsgenerator met een spanningsamplitude van 0,5 V en een oscillatiefrequentie van 5 kHz gebruikt;

2) Het eindapparaat werd weergegeven door een belastingsweerstand van 4 Ohm, wat overeenkomt met de grootte van de eindapparaten van vergelijkbare versterkers, zoals een luidsprekerluidspreker;

3) De operationele versterker K140UD8 stond niet in de Micro-Cap-programmabibliotheek. Een analoog van deze versterker zal worden beschouwd als de operationele versterker MC1558, die qua parameters het dichtst bij de K140UD8 ligt;

4) Analogen werden geselecteerd voor transistors KT310V, KT3107V, KT815V, KT814V. Een paar complementaire transistors KT310V - KT3107V werd vervangen door een paar complementaire transistors bc107BP - bc178AP.

Tijdens het analyseren van de schakeling is gebleken dat in deze RES het ingangssignaal wordt versterkt doordat het door een op-amp gaat die is aangesloten via een inverterend versterkercircuit. De laatste fase bestaat uit een spanningsdeler en twee paar complementaire transistoren die zijn verbonden in een circuit met een gemeenschappelijke collector. De noodzaak om paren complementaire transistoren te introduceren is te wijten aan de ontoelaatbaarheid van vervorming van het ingangssignaal, dus we moeten dezelfde versterking verkrijgen voor zowel de positieve als de negatieve halve golven van het ingangssignaal. Door verbinding te maken volgens een circuit met een gemeenschappelijke collector kunt u een winst in stroom en dus in vermogen verkrijgen.

2.2 Simulatie van statische karakteristieken

De statische kenmerken van de RES worden weergegeven in de figuur.

De grafiek laat zien dat het ingangssignaal in het negatieve gebied wordt versterkt. Dit wordt verklaard door het feit dat een op-amp-aansluiting wordt gebruikt in een inverterende versterkerschakeling.

2.2 Simulatie van dynamische karakteristieken

De dynamische kenmerken van de RES worden weergegeven in de figuur.

Uit de grafiek blijkt dat er sprake is van een lichte vervorming van het ingangssignaal. De fase van het signaal veranderde niet in de tegenovergestelde richting, aangezien er gebruik werd gemaakt van een op-amp-aansluiting volgens een niet-inverterende versterkerschakeling. Het uitgangssignaal is een geschaalde kopie van het ingangssignaal.

Op basis van het bovenstaande kunnen we concluderen dat het versterkercircuit zijn functie vervult door het ingangssignaal te versterken en zonder er vervorming in te introduceren.

2.3 Modelleren van frequentiekarakteristieken

De frequentierespons van de versterker wordt weergegeven in de figuur.

Uit de frequentiekarakteristieken van de eerste trap blijkt duidelijk dat de op-amp signaalversterking levert bij frequenties vanaf 5 Hz. We kunnen concluderen dat de frequentieband die door de versterker wordt doorgegeven ongeveer gelijk is aan die van een typische audiofrequentieversterker en in het bereik van 1 kHz tot 30 kHz ligt. Omdat de op-amp-aansluiting werd gebruikt volgens het inverterende versterkercircuit, zien we een verandering in de fase van het signaal naar de tegenovergestelde.

Conclusie

Op basis van de resultaten van de test zijn de volgende resultaten behaald:

Beheersen van methoden voor computerondersteund ontwerp en circuitmodellering van RES-knooppunten en -blokken met behulp van CAD-tools.

De mogelijkheden van moderne CAD RES-applicatiesoftwarepakketten zijn bestudeerd;

Vorming van theoretische kennis en praktische vaardigheden bij het gebruik van CAD-tools bij het modelleren van circuits van componenten en blokken van elektronische distributiesystemen.

De belangrijkste mogelijkheden van het circuitmodelleringspakket dat bij het testwerk wordt gebruikt, worden geanalyseerd;

Simulatie van statische, dynamische en frequentiekarakteristieken van RES-knooppunten en blokken werd uitgevoerd;

De parameters en kenmerken van de RES werden geoptimaliseerd.

Nu de aanvankelijk gestelde doelstellingen zijn bereikt, beschouw ik het testwerk als voltooid en is de bestudeerde RES geschikt voor gebruik in praktische activiteiten.

Referenties

1. Razevig V.D. Circuitmodellering met behulp van Micro-CAP 7. - M.: Hot Line-Telecom, 2003. - 368 pp., ill.

2. Razevig V.D. End-to-end ontwerpsysteem voor elektronische apparaten Design Lab 8.0. - Moskou, “Solon”, 2003.

3. Amelina M.A., Amelin S.A. Circuitmodelleringsprogramma Micro-Cap 8. - M.: Hot Line-Telecom, 2007. - 464 p. ziek.

4. Gorbatenko S.A., Gorbatenko V.V., Sereda E.N. Grondbeginselen van computerontwerp en modellering van radio-elektronische apparatuur: richtlijnen voor cursusontwerp. Voronezh: Voronezh Instituut van het Ministerie van Binnenlandse Zaken van Rusland, 2012. ? 27 blz.

5. Automatisering van het ontwerp van radio-elektronische apparatuur: leerboek. handleiding voor universiteiten / O.V. Aleksejev, A.A. Golovkov, I.Yu. Pivovarov en anderen; Ed. OV Alekseeva. - Aanbevolen Ministerie van Defensie van de Russische Federatie. - M.: Hogere school, 2000. - 479 p.

6. Antipensky R.V. Circuitontwerp en modellering van radio-elektronische apparaten / R.V. Antipensky, AG Fadin. - M.: Technosphere, 2007. - 127 p.

7. Kardashev G.A. Digitale elektronica op een personal computer / G.A. Kardashev. - M.: Hotline - Telecom, 2003. - 311 p.

8. Petrakov O.M. Creatie van analoge PSPICE-modellen van radio-elementen / O.M. Petrakov. - M.: RadioSoft, 2004. - 205 p.

Geplaatst op Allbest.ru

Soortgelijke documenten

Kenmerken van CAD-applicatiepakketten. Het bestuderen van de operationele kenmerken van SCADA-systemen, die het proces van het creëren van software op het hoogste niveau aanzienlijk kunnen versnellen. Analyse van de Genie-toolkit voor het verzamelen en besturen van applicaties.

samenvatting, toegevoegd 06/11/2010


Berekening van de parameters van radio-elektronische middelen van verschillende partijen bij het radio-elektronische conflict. Voor- en nadelen van bepaalde methoden voor elektronische storing en bescherming van elektronische zones. Analyse van de effectiviteit van het gebruik van jamming- en geluidsbeschermingsmiddelen.

cursuswerk, toegevoegd op 19-03-2011


Creatie van een sprin een informatiseringsfaciliteit. Manieren om akoestische, akoestisch-radio-elektronische, akoesto-optische, radio-elektronische datalekkanalen te blokkeren. Technische middelen om informatie te beschermen tegen afluisteren en opnemen.

cursuswerk, toegevoegd op 08/06/2013


Overzicht van circuitontwerpoplossingen voor frequentieselectie-apparaten in het ultrahoge frequentiebereik. Computerondersteunde ontwerpsystemen voor driedimensionale modellen. Wiskundig model van constructieve implementaties van frequentiefilters, computermodellering.

proefschrift, toegevoegd 07/09/2012


Berekening van de ACS-versterking en eigenschappen van externe statische kenmerken. Constructie van frequentiekarakteristieken van automatische besturingssystemen en karakteristieke wortels. Simulatie van voorbijgaande kenmerken en testen van ACS op stabiliteit. Synthese van een correctieapparaat.

cursuswerk, toegevoegd 04/08/2010


Identificatie van elektromechanische systeemparameters. Modellering van niet-lineaire objecten. Optimalisatie van PID-regelaarparameters voor besturingsobjecten met niet-lineariteiten met behulp van het Nonlinear Control Design (NCD) Blockset-toepassingssoftwarepakket.

laboratoriumwerk, toegevoegd 25/05/2010


Kenmerken en parameters van de ontwikkelde laagfrequente versterker. Beoordeling en analyse van apparaten voor soortgelijke doeleinden. Ontwikkeling van een functioneel diagram. Berekening van invoer-, tussen-, eindtrappen, fouten. Circuitmodellering.

cursuswerk, toegevoegd op 06/10/2013


De plaats van het probleem van de betrouwbaarheid van radio-elektronische systemen in de ontwerptheorie. Beoordeling van de betrouwbaarheid en betrouwbaarheidsindicatoren van de elektronische eenheid van een radio-elektronisch apparaat - een kortegolfvermogensversterker, algemene aanbevelingen om deze te verbeteren.

cursuswerk, toegevoegd op 14-12-2010


Methodologie voor het ontwerpen van een meertraps AC-versterker met feedback. Berekening van statische en dynamische parameters van de versterker, modellering ervan op een computer met behulp van het MicroCap III-softwareproduct, aanpassing van parameters.

cursuswerk, toegevoegd op 13-06-2010


Bepaling en modellering van de optimale controle van een object gespecificeerd door een systeem van vergelijkingen gebaseerd op de kwadratische kwaliteit functioneel, nauwkeurigheid, Krasovsky-criterium en prestatie. Resultaten van het werk van wiskundige pakketten MathCAD en Matlab.

UDC-621.396.6

Modellering van elementen en assemblages van elektronische distributiesystemen: programma van de academische discipline en richtlijnen voor het voltooien van de test./Samengesteld. AV Pechatkin; RGATA. – Rybinsk, 2007. – 60 p. – (Correspondentiecursus van RGATA).

COMPILER

Kandidaat Technische Wetenschappen, universitair hoofddocent A.V. Pechatkin

BESPROKEN

tijdens een bijeenkomst van de afdeling Radio-elektronische en Telecommunicatiesystemen (RTS)

Hoofd RIO M.A. Salkova

Computerindeling – E.V. Schlein

Licentie-ID nr. 06341 gedateerd 26 november 2001

Getekend voor zegel ________

Formaat 60´84 1/16 Academische editie l. 4. Oplage ____. Volgorde _____

Kopieerlaboratorium RGATA 152934, Rybinsk, st. Poesjkin, 53

ã A.V. Pechatkin, 2007

RGATA, 2007

Voorwoord. 4

1 Fundamentele organisatorische kwesties.. 4

2.1 Algemene bepalingen. 7

2.1.1 Signaalmodellering. 8

2.1.2 Versterkingsapparaten. 9

3 De procedure voor het voltooien van de test. 10

3.1 Registratie van de proefwerkzaamheden. 12

3.2 Werken met elektronische sjablonen en elektronische documenten. 13

3.2.1 Basisregels voor het werken met elektronische sjablonen: 14

3.2.2 Registratie en identificatie van elektronische documenten. 14

4 Korte theoretische informatie. 15

4.1 Berekening van een aperiodieke cascade op een bipolaire transistor. 15

4.1.1 Berekening van een aperiodische cascade op een veldeffecttransistor. 18

4.1.2 Berekening van resonante versterkers met enkele en gekoppelde oscillatiecircuits. 20

Bijlage A... 25

Bijlage B. 26

Bijlage B... 27

Bijlage D. 30

Bijlage D.. 32

Bijlage E. 33

Bijlage G.. 35

Bijlage I... 36

Bijlage K... 37

Bijlage L.. 48

Voorwoord

De discipline “Modellering van elementen en componenten van elektronische distributiesystemen” behoort tot de cyclus van algemene wiskundige en natuurwetenschappelijke disciplines van specialiteit 210201 “Ontwerp en technologie van elektronische distributiesystemen” en is een van de disciplines gericht op het beheersen van informatietechnologieën ter ondersteuning van -to-end elektronisch ontwerp. Het in deze handleiding uiteengezette disciplineprogramma en de eisen voor het afleggen van de test komen volledig overeen met de staatsonderwijsstandaard van het hoger beroepsonderwijs en de eisen voor specialiteit 210101 “Ontwerp en technologie van elektrische energiedistributiesystemen”.

AFDELING RADIO-ELEKTRONICA

Akoestisch relais op een veldeffecttransistor

Toelichting

voor cursuswerk in het vakgebied:

FKRE 467.740.001.PZ

Voltooide kunst. gr. 220541 Galkin Y.A.

Hoofd Ovchinnikov A.V.

Federaal Agentschap voor Onderwijs

Tula Staatsuniversiteit

Afdeling Radio-elektronica

voor cursuswerk op de cursus

“Grondbeginselen van computerontwerp en modellering van elektronische distributiesystemen”

student gr. 220541 Galkin Y.A.

1. Onderwerp: Akoestisch relais op een veldeffecttransistor

2. Initiële gegevens: Elektrisch schakelschema.Het apparaat is bedoeld voor gebruik binnenshuis bij een bedrijfsluchttemperatuur van +10 0+ 40 0 ± 5 0ºC, atmosferische druk 86,6-106,7 kPa en de bovenste waarde van de relatieve vochtigheid 80% bij een temperatuur van 25 0 C.MTBF-30 jaar. De betrouwbaarheid na 5000 bedrijfsuren moet groter zijn dan 0,8.

3. Lijst met kwesties die nadere uitwerking behoeven Ontwikkel een printplaat voor dit apparaat, selecteer de plaat- en behuizingsmaterialen, bereken de ontwerpparameters van de plaat, bereken de maakbaarheid en bereken de betrouwbaarheid.

4. Lijst met grafisch materiaal: Elektrisch schakelschema, printplaat.

5. Hoofdbibliografie: Akimov I.N. “Weerstanden, condensatoren. Directory", Romanycheva ET. en anderen Ontwikkeling en uitvoering van ontwerpdocumentatie voor REA: naslagwerk, Ontwerp en productie van printplaten: leerboek. toelage/ L.P. Semenov.

De taak aanvaard Galkin Ya.

(handtekening) (volledige naam)

De taak uitgegeven Ovchinnikov A.V.

(handtekening) (volledige naam)

Annotatie

In dit cursusproject analyseer ik de technische specificaties, op basis daarvan selecteer ik een methode voor het vervaardigen van een printplaat, bereken ik het ontwerp en de technologische parameters van een printplaat, selecteer ik elementen en materialen en bereken ik de betrouwbaarheid.

Naast het rekengedeelte ontwikkelt het cursusproject een technologisch proces voor het vervaardigen van een printplaat en vult het operationele kaarten in voor het productieproces van een printplaat.

Alle documentatie moet voldoen aan de ESKD-normen.

De toelichting bevat 25 vellen.

Elektrisch schakelschema van een akoestisch relais op een veldeffecttransistor (A3-formaat);

Lijst met elementen (A4-formaat).

Inleiding…………………………………………………………………….6

1. Analyse van technische specificaties………………………………...7
2. Selectie en verantwoording van de gebruikte elementen en materialen…..9
3. Selectie en rechtvaardiging van ontwerpoplossingen.............................10
4. Selectie en rechtvaardiging van de productiemethode voor een printplaat....11
5. Beschrijving van het apparaatontwerp……………………..12
6. Berekening van de maakbaarheid van het ontwerp.............................15
7. Berekening van ontwerpparameters van een printplaat….….18
8. Betrouwbaarheidsberekening…………………………………….….20
9. Conclusie……………………………………………….….23

Referentielijst…………………….….24

Invoering

Ontwerpdocumentatie (CD) is een reeks ontwerpdocumenten die, afhankelijk van hun doel, de gegevens bevatten die nodig zijn voor de ontwikkeling, fabricage, controle, acceptatie, levering, bediening en reparatie van een product. De ontwerpdocumentatie bevat niet alleen tekeningen, maar beschrijft ook methoden voor het maken van afzonderlijke onderdelen en het assembleren van samenstellingen.

De hoofdtaak van het ontwerp is de selectie van optimale oplossingen voor bepaalde vereisten gespecificeerd in de technische specificaties (specificaties). Dergelijke vereisten kunnen zijn: prijs, betrouwbaarheid, prevalentie (van materialen en (of) elementen), enz.

Het ontwerp van radio-elektronische apparatuur (REA) verschilt van andere door de eigenaardigheid van de interne verbindingen tussen onderdelen: naast ruimtelijke en mechanische verbindingen moeten complexe elektrische, thermische en elektromagnetische verbindingen tot stand worden gebracht. Dit kenmerk is zo belangrijk dat het het ontwerp van elektronische apparatuur in een afzonderlijke technische richting scheidt.

1. Analyse van technische specificaties

In dit cursuswerk is het nodig een akoestisch relais te ontwikkelen op basis van een veldeffecttransistor. Om het elektronische deel van het apparaat samen te stellen, wordt een enkelzijdige printplaat gebruikt, die in een plastic behuizing is bevestigd.

Dit relais heeft de volgende parameters:

De behuizing van het apparaat moet comfortabel in de hand te houden zijn en de bedieningselementen moeten zo worden geplaatst dat het voor de operator niet moeilijk is om het model te besturen.

Het apparaat moet betrouwbaar werken onder de volgende omstandigheden:

Dit apparaatcircuit maakt gebruik van een microfoon en een versterker op basis van transistor VT1 om het relais te openen, het versterkingsvermogen wordt geregeld met behulp van trimweerstand R6. Het relais kan ook worden geopend door één keer op de S1-knop te drukken.

Het openen wordt uitgevoerd met behulp van de lading die is verzameld op condensator C5. Na opening worden deze condensator, evenals condensator C9 (deze regelt de openingstijd van het relais) ontladen via de weerstanden R10, R11. Transistor VT4 wordt ook gebruikt om de ontlading te versnellen.

Wanneer het relais opent (transistor VT5 gaat open), stopt de stroom in circuit R12, HL1, wordt de microfoonversterker spanningsloos en daalt de spanning op condensator C4 naar 0.

Het relais sluit nadat de VT5-transistor sluit. Na het sluiten wordt de stroom naar de LED- en microfoonversterker hersteld - het apparaat keert terug naar de oorspronkelijke staat.

Alle elementen zijn redelijk betrouwbaar in gebruik, goedkoop en voldoen aan alle operationele en elektrische vereisten, en hebben ook acceptabele afmetingen.

1. Selectie en verantwoording van elementen en materialen.

2.1 Selectie van weerstanden.

Om het apparaat te vervaardigen, zullen we weerstanden van het MLT-type selecteren, de meest voorkomende in de industriële productie, met een nominaal dissipatievermogen van 0,125 W. Deze weerstanden zijn ontworpen om te werken bij een omgevingstemperatuur van -60 uur +70 °C en een relatieve vochtigheid. tot 98% bij een temperatuur van +35°C, wat voldoet aan de technische specificaties. Sommige weerstanden hebben volgens technische specificaties meer vermogen nodig, in overeenstemming met de vereisten, we selecteren krachtigere.

Wij kiezen voor de afstemweerstand type SP3 - 19.

Om ruimte te besparen heb ik ook weerstanden K1-12 gebruikt - open frame.

De nominale weerstand van alle weerstanden wordt aangegeven in de lijst met elementen. Ze komen overeen met het standaardbereik van weerstanden dat wordt aanbevolen voor dit type weerstand.

2.2 Selectie van condensatoren.

We kiezen elektrolytische condensatoren van het K50-type, omdat ze vrij goedkoop en gebruikelijk zijn. Om de afmetingen te verkleinen, kiezen we indien mogelijk open-frame condensatoren van het K10-type. Er zijn ook hoogspanningscondensatoren vereist, we selecteren condensatoren die aan deze voorwaarde voldoen - K73. We hebben ze gekozen op basis van het feit dat ze geschikt zijn voor de nominale spanning en relatief klein zijn; ze zijn ook geschikt voor het bedrijfstemperatuurbereik. Elektrolytische condensatoren zijn oxide-elektrolytische condensatoren ontworpen voor gebruik in gelijkstroom- en gepulseerde stroomcircuits met omgevingstemperaturen van -20 uur +70 °C en een minimale bedrijfstijd van 5000 uur, ontworpen voor montage op een printplaat.

2.3 LED-selectie.

De rode LED HL1 AL307 wordt gebruikt als indicator voor de werking van het apparaat, omdat dit het goedkoopste, eenvoudigste en meest betrouwbare is.

2.4 Keuze van behuizingsmateriaal.

We zullen een gegoten plastic behuizing kiezen als de lichtste, die voldoende structurele sterkte en kleine afmetingen biedt in overeenstemming met de technische specificaties.

2.6 Een energiesysteem selecteren.

Dit apparaat wordt via de belasting gevoed via een netwerk van ~220 V, 50 Hz.

2.7 Selectie van printplaatmateriaal.

Dit apparaat maakt gebruik van een printplaat gemaakt van glasvezel. Dit materiaal is genomen omdat het vaak wordt gebruikt bij de productie. Het is mechanisch sterker en heeft ook verzwakte capacitieve verbindingen in vergelijking met andere materialen (bijvoorbeeld getinax).

3. Selectie en verantwoording van de ontwerpoplossing.

Gedrukte bedrading wordt veel gebruikt bij het ontwerp van elektronische stroomdistributiesystemen. Het wordt gemaakt in de vorm van printplaten of flexibele gedrukte kabels. Een diëlektrisch of diëlektrisch gecoat metaal wordt gebruikt als basis voor een printplaat, en een diëlektricum wordt gebruikt voor flexibele gedrukte kabels. Om gedrukte geleiders te maken, wordt het diëlektricum vaak bedekt met koperfolie met een dikte van 35...50 µm, of koper- of nikkelfolie met een dikte van 5...1 0 µm. Vanwege de complexiteit van het apparaat kunnen we geen enkelzijdige printplaat gebruiken; we gebruiken een dubbelzijdige printplaat. Gedrukte installatie wordt uitgevoerd met behulp van de eenvoudige gecombineerde positieve methode (met voorboren van gaten). Deze methode is gebaseerd op de processen van galvanische afzetting van koper.

Bij het bepalen van het bordoppervlak, de afmetingen en de beeldverhouding werd rekening gehouden met de volgende factoren: het oppervlak van de op het bord geplaatste elementen en het oppervlak van de hulpzones; aanvaardbare afmetingen in termen van technologische mogelijkheden en bedrijfsomstandigheden. Bij het bepalen van de oppervlakte van het bord wordt de totale oppervlakte van de daarop geïnstalleerde elementen vermenigvuldigd met een desintegratiecoëfficiënt gelijk aan 1,5...3, en aan dit gebied wordt het oppervlak van de hulpzones toegevoegd. Desintegratie wordt uitgevoerd om ruimte te creëren voor het plaatsen van communicatielijnen en het afvoeren van warmte. Een overmatige verkleining van de openingen tussen de elementen op de plaat kan leiden tot een toename van de thermische spanning.

Samen met de overige onderdelen wordt het bord met bevestigingsschroeven in de kast geplaatst.

Omdat het specifieke vermogensverlies laag is, wordt gebruik gemaakt van natuurlijke koeling.

4. Selectie en rechtvaardiging van de productiemethode voor printplaten.

Afhankelijk van het aantal aangebrachte geleidende lagen worden printplaten (PCB's) verdeeld in enkelzijdig, dubbelzijdig en meerlaags. Dubbelzijdige PP's worden gemaakt op een reliëfgegoten basis zonder metallisatie of met metallisatie. Ze worden gebruikt voor de installatie van huishoudelijke radioapparatuur, voedingen en communicatieapparatuur.

Methoden voor de vervaardiging van PP zijn verdeeld in twee groepen: subtractief en additief, evenals gecombineerd (gemengd). Bij subtractieve methoden worden foliediëlektrica gebruikt als basis voor gedrukte bedrading, waarop een geleidend patroon wordt gevormd door folie van niet-geleidende gebieden te verwijderen. Additieve methoden zijn gebaseerd op de selectieve afzetting van een geleidende coating, waarop eerst een laag lijmsamenstelling kan worden aangebracht.

Ondanks de voordelen wordt het gebruik van de additieve methode bij de massaproductie van PP beperkt door de lage productiviteit van het chemische metallisatieproces, het intense effect van elektrolyten op het diëlektricum en de moeilijkheid om metaalcoatings met goede hechting te verkrijgen. Subtractieve technologie is dominant in deze omstandigheden, maar de meest voordelige (aangezien deze voordelen uit beide methoden haalt) wordt gecombineerd.

De belangrijkste methoden die in de industrie worden gebruikt om een ​​printontwerp te maken zijn offsetdruk, rasterdruk en fotodruk. De keuze voor de methode wordt bepaald door het ontwerp van de printplaat, de vereiste nauwkeurigheid en installatiedichtheid, de prestaties van de apparatuur en de procesefficiëntie.

Omdat de PCB dubbelzijdig is, de installatiedichtheid niet hoog is (de minimale breedte van de geleiders is niet minder dan 1 mm) en de productie zeker serieel is, wordt in dit cursuswerk de plaat vervaardigd met behulp van een mesh-chemische methode . Deze methode wordt veel gebruikt bij de massa- en serieproductie van printplaten gemaakt van glasvezel. In de regel wordt de productie van printplaten uitgevoerd op universele gemechaniseerde lijnen, bestaande uit individuele automatische en halfautomatische machines die consequent technologische procesbewerkingen uitvoeren.

Het hele productieproces van printplaten bestaat uit de volgende belangrijke technologische bewerkingen:

1. Materiaal snijden en blanco planken maken;

2. Het schema tekenen met zuurbestendige verf;

3. Etsen;

4. Verwijderen van de beschermlaag;

5. Kratsovka;

6. Aanbrengen van een beschermend epoxymasker;

7. Heet vertinnen van soldeerpunten;

8. Stempelen;

9. Markering;

10. Bestuurscontrole.

Om de mechanisatie en automatisering van het proces te maximaliseren, worden alle printplaten vervaardigd (on-line verwerkt) op een van de dimensionale technologische plano's.

Het technologische proces wordt in meer detail beschreven in de bijlage.

5. Beschrijving van het apparaatontwerp.

Het apparaat is gemaakt volgens de technische specificaties, geplaatst in een behuizing van kunststof. Afmetingen behuizing 1359545. Alle radio-elementen zijn op een horizontaal geplaatste printplaat geplaatst. Het bord wordt met een schroefverbinding aan de behuizing bevestigd. Het behuizingsdeksel wordt met twee schroeven aan de behuizing bevestigd.

Aan de zijkant van de behuizing is een groef uitgesneden voor de uitlaat van de netwerkkabel. Er is een gat in de bovenkant van de behuizing geboord voor het installeren van een LED-indicator, en er is ook een gleuf waardoor geluidsgolven toegang kunnen krijgen tot de luidspreker in het apparaat. Om de uitvoeringskosten te verlagen, heb ik voor een rode LED gekozen.

6. Berekening van de maakbaarheid van het ontwerp.

In de praktijk is het, vanwege het feit dat maakbaarheid een van de belangrijkste kenmerken is, nodig om deze te evalueren bij het kiezen van de beste optie voor de vervaardiging ervan uit verschillende mogelijke opties.

Er zijn veel verschillende indicatoren op basis waarvan zowel het geheel als de afzonderlijke componenten worden beoordeeld. Laten we er een paar bekijken.

6.1 Verdeling van de delen door successie

Op basis van Tabel 1 worden de volgende coëfficiënten bepaald:

Nsh.n.— aantal niet-bevestigingsonderdelen;

Nsh.p.s.— aantal standaardonderdelen;

Nsh.k.— aantal bevestigingsmiddelen;

Nsh.v.- het aantal van alle onderdelen.

Nsh.z.— het aantal onderdelen dat is geleend van andere producten;

Nsh.k.- aantal bevestigingsmiddelen.

Nsh.s.— het aantal onderdelen dat speciaal voor dit product is vervaardigd;

Nd.s.- het aantal soorten onderdelen dat speciaal voor dit product is vervaardigd.

Nsh.p.— aantal niet-standaard onderdelen.

1. Normalisatiefactor

2. Leningratio:

3. Herhaalbaarheidsfactor:

4. Continuïteit:

6.2 Verdeling van knooppunten naar complexiteit en uitwisselbaarheid binnen een knooppunt

Hier worden, op basis van Tabel 2, de volgende coëfficiënten bepaald:

1. Complexiteitsfactor van de assemblage:

2. Uitwisselbaarheidscoëfficiënt binnen knooppunten:

7 . Berekening van ontwerpparameters van een printplaat.

Als initiële gegevens moet u beschikken over: het ontwerp van de printplaat, de methode voor het verkrijgen van het patroon, de minimale afstand tussen de gaten, de steek van het coördinatenraster, de vorm van de contactvlakken, de montagedichtheid. Als resultaat worden de diameter van het contactvlak, de breedte van de geleider en de afstand tussen de geleidende elementen berekend.

Het bord wordt vervaardigd met behulp van de mesh-chemische methode volgens de tweede klasse van nauwkeurigheid. De belangrijkste ontwerpparameters zijn als volgt:

Minimale waarde van de nominale geleiderbreedte t H =1 mm;

Nominale afstand tussen geleiders S H =0,5 mm;

Verhouding gatdiameter tot plaatdikte ≥ 0,33;

Gattolerantie ∆d=±0,05 mm;

Tolerantie geleiderbreedte mm;

Tolerantie voor gatlocatie mm;

Tolerantie voor de locatie van contactvlakken mm;

Tolerantie voor de locatie van geleiders mm;

De waarde van de geleiderbreedte wordt bepaald door de formule:

waar is de ondergrensafwijking van de geleiderbreedte. In dit geval t=1,05 mm.

De diameter van de montagegaten wordt als volgt berekend:

waar is de diameter van de uitlaat van het geïnstalleerde element; - ondergrensafwijking van de nominale diameter van het montagegat; - het verschil tussen de minimale gatdiameter en

maximale diameter van de geïnstalleerde uitlaat.

Dan d 1 = 0,5 mm, d 2 = 0,8 mm, d 3 = 1 mm, d 2 = 1,1 mm.

Laten we de diameter van de contactvlakken bepalen:

waar is de bovengrensafwijking van de gatdiameter; - bovengrensafwijking van de geleiderbreedte.

Dan is D1 =1,8 mm, D2 =2 mm, D3 =2,2 mm, D2 =2,3 mm.

Laten we de waarde vinden van de minimale afstand tussen aangrenzende elementen van het geleidende patroon:

Als we de waarde vervangen, krijgen we dat

De berekende parameters komen overeen met de tekening van de printplaat. Met de gekozen productiemethode voor een printplaat kunt u een bord met de verkregen parameters produceren.

8. Berekening van de betrouwbaarheid.

Betrouwbaarheidsberekening bestaat uit het bepalen van kwantitatieve indicatoren voor de systeembetrouwbaarheid op basis van de waarden van de betrouwbaarheidskenmerken van de elementen.

Afhankelijk van de volledigheid van het in aanmerking nemen van de factoren die de betrouwbaarheid van het systeem beïnvloeden, kunnen een geschatte betrouwbaarheidsberekening, een geschatte berekening en een bijgewerkte berekening worden uitgevoerd.

Geschatte berekeningen worden uitgevoerd in de ontwerpfase, wanneer er nog geen schematische diagrammen van de systeemblokken zijn. Het aantal elementen in blokken wordt bepaald door het ontworpen systeem te vergelijken met soortgelijke, eerder ontwikkelde systemen.

Betrouwbaarheidsberekeningen bij het selecteren van soorten elementen worden uitgevoerd na de ontwikkeling van elektrische schakelschema's. Het doel van de berekening is om de rationele samenstelling van de elementen te bepalen.

Betrouwbaarheidsberekeningen bij het verduidelijken van de werkingsmodi van elementen worden uitgevoerd wanneer de belangrijkste ontwerpproblemen zijn opgelost, maar de werkingsmodi van de elementen kunnen nog steeds worden gewijzigd.

De resultaten van de geschatte betrouwbaarheidsberekening worden gepresenteerd in de vorm van een tabel.

De gemiddelde tijd tussen storingen is:

De betrouwbaarheidsgrafiek is opgebouwd volgens de exponentiële wet

Deze grafiek wordt getoond in figuur 1.

Afb.1. Betrouwbaarheidsgrafiek van het apparaat.

Deze resultaten voldoen aan de TK-voorwaarde.

9. Conclusie.

Bij het uitvoeren van cursussen over het onderwerp "Akoestisch relais op een veldeffecttransistor" werden berekeningen gemaakt van het ontwerp en de technologische parameters van de printplaat en de betrouwbaarheid van het circuit. De keuze en rechtvaardiging van de productiemethode van de printplaat en elementen werd gemaakt.

Als resultaat van de werkzaamheden is een apparaat ontwikkeld dat volledig voldoet aan de technische specificaties.

Op basis van de rekenresultaten kunnen we concluderen dat het apparaat zonder enige beperking zowel serieel als individueel geproduceerd kan worden.

Lijst met gebruikte literatuur.

1. Beknopt naslagwerk voor de ontwerper van radio-elektronische apparatuur. Ed. RG Varlamova. M., “Sov. radio", 1973, 856 blz.

2. Pavlovsky V.V., Vasilyev V.P., Gutman T.N., Ontwerp van technologische processen voor de productie van REA. Gids voor cursusontwerp: Proc. handleiding voor universiteiten. - M.: Radio en communicatie, 1982.-160 p.

3. Ontwikkeling en uitvoering van ontwerpdocumentatie voor radio-elektronische apparatuur: Directory / E.T. Romanycheva, A.K. Ivanova, A.S. bewerkt door DIT. Romanycheva. -2e druk, herzien. en extra - M.: Radio en Communicatie, 1989. - 448 p.

4. Verzameling van taken en oefeningen over REA-technologie: C32 Textbook/Ed. E. M. Parfenova. - M.: Hoger. school, 1982. - 255 p.

5. Weerstanden: (referentieboek) / Yu. N. Andreev, A. I. Antonyan, enz.; Ed. I.I. - M.: Energoizdat, 1981. - 352 p.

6. Verzameling van problemen met betrekking tot de betrouwbaarheidstheorie. Ed. A.M. Polovko en I.M. Malikova. M., Uitgeverij "Sovjetradio", 1972, 408 blz.

7. Technologie en automatisering van de productie van radio-elektronische apparatuur: leerboek voor universiteiten / I.P. Dautov, AP Dostanko en anderen; Ed. A.P. Dostanko, Sh.M. Chabdarova. - M.: Radio en Communicatie, 1989. - 624 p.

8. Geïntegreerde schakelingen: Directory / B.V. Tarabrin, L.F. Lunin en anderen; Ed. B.V. Tarabrina. - M.: Radio en communicatie. 1984 - 528 p.

stel het iteratieve grafiekalgoritme in

De taken van het plaatsen van elementen en het routeren van hun verbindingen zijn nauw verwant en worden gelijktijdig opgelost met conventionele, “handmatige” ontwerpmethoden. Tijdens het plaatsen van elementen worden de verbindingsroutes verfijnd, waarna van enkele elementen de positie kan worden aangepast. Afhankelijk van het aangenomen ontwerp, de technologische basis en de circuitbasis worden verschillende criteria en beperkingen gebruikt bij het oplossen van deze problemen. Alle specifieke varianten van de genoemde problemen houden echter verband met het probleem van het optimaliseren van verbindingsdiagrammen. Het resultaat is een exacte ruimtelijke rangschikking van de afzonderlijke elementen van een structurele eenheid en een geometrisch gedefinieerde methode voor het verbinden van de aansluitingen van deze elementen.

Kwaliteitscriteria en beperkingen die verband houden met specifieke plaatsings- en routeringstaken zijn gebaseerd op specifieke ontwerp- en technologische kenmerken van de implementatie van het schakelgedeelte van het knooppunt. De volledige reeks criteria en beperkingen kan in twee groepen worden verdeeld in overeenstemming met de metrische en topologische parameters van het ontwerp van knooppunten en circuits.

Metrische parameters omvatten de afmetingen van de elementen en de afstanden daartussen, de afmetingen van het schakelveld, de afstanden tussen de aansluitingen van de elementen, toegestane verbindingslengtes, enz.

Topologische parameters worden voornamelijk bepaald door de methode die in een bepaald ontwerp wordt toegepast voor het elimineren van kruispunten van verbindingen en de relatieve locatie van verbindingen op het schakelveld. Deze omvatten: het aantal ruimtelijke kruispunten van verbindingen, het aantal overgangen tussen de lagen, de nabijheid van brandstofelementen of elektromagnetisch incompatibele elementen en verbindingen met elkaar.

Bij specifieke problemen kunnen deze parameters in verschillende combinaties de belangrijkste optimalisatiecriteria zijn of als beperkingen fungeren.

In dit opzicht worden ze bij een algoritmische benadering om ze op te lossen meestal afzonderlijk beschouwd. Eerst worden de elementen geplaatst en vervolgens worden de verbindingen gerouteerd. Indien nodig kan dit proces worden herhaald met een andere opstelling van afzonderlijke elementen.

Het belangrijkste doel van plaatsing is het creëren van de beste omstandigheden voor de daaropvolgende routering van verbindingen, terwijl wordt voldaan aan de basisvereisten die de werking van de circuits garanderen.

Het criterium is in de meeste gevallen het criterium van de minimale gewogen lengte (MSL) van verbindingen, waarbij integraal rekening wordt gehouden met de talrijke vereisten voor de rangschikking van elementen en routes van hun verbindingen. Dit komt door een aantal factoren:

Het verkleinen van de verbindingslengtes verbetert de elektrische parameters van het circuit;

Hoe korter de totale lengte van de verbindingen, des te eenvoudiger is de implementatie ervan tijdens het routeringsproces gemiddeld;

Het verminderen van de totale lengte van verbindingen vermindert de complexiteit van bedradingsschema's voor de productie, vooral bedradingsschema's;

Dit criterium is vanuit wiskundig oogpunt relatief eenvoudig en stelt u in staat indirect rekening te houden met andere parameters van de circuits door gewichten toe te kennen aan individuele verbindingen.