Реферат: Разработка конструкции АМ-ЧМ приемника с низковольтным питанием

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ А. Н. ТУПОЛЕВА

Кафедра конструирования и производства микроэлектронной аппаратуры

Сапарову О.К.

Гр.5403

Разработка конструкции АМ-ЧМ приемника с низковольтным питанием

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине

Основы эргономики и дизайна

Руководитель : Ю.И. Фетистов

Казань 2008 г.

Реферат

В работе были произведены расчеты платы печатной, внутренних размеров корпуса, размеров лицевой панели.

В данной пояснительной записке приведен набор документации, состоящий из схемы электрической принципиальной и перечня элементов, чертежа общего вида и электромонтажного чертежа, а также таблицы соединений начальных и конечных пунктов проводов, их марок и диаметров сечения. Обоснованно выбран способ конструирования, конструкция корпуса прибора, состав лицевой панели.

Рисунок прибора представлен в приложении.

Содержание

Введение 7

1. Анализ задания 9

2. Обоснование выбранного способа конструирования 12

2.1. Выбор конструкции корпуса прибора 13

2.2. Состав лицевой панели прибора 15

3. Расчетная часть 17

3.1. Расчет платы печатной 19

3.2. Определение внутренних размеров корпуса 22

3.3. Расчёт размеров надписей 24

3.4. Расчет размеров функциональных групп 25

3.5. Расчет размеров лицевой панели 28

Заключение 30

Список литературы 31

Приложение 1. Рисунок прибора 32

Приложение 2. Перечень элементов 33

Приложение 3. СЭП 35

Приложение 4. Таблица общего вида 37

Приложение 5. Таблица соединений 38

Введение

Радиоприемником называется устройство, предназначенное для приема энергии колебаний высокой частоты, усиления и преобра­зования их в колебания низкой частоты и подведении усиленных колебаний низкой частоты к воспроизводящему устройству.

По назначению приемники разделяют на две основные группы: радиовещательные и профессиональные. Радиовещательные при­емники предназначены для приема программ, передаваемых стан­циями радиовещания, а профессиональные приемники — для рабо­ты на линиях связи, в радиолокационных и радионавигационных установках.

По виду модуляции принимаемых сигналов радиовещательные приемники делятся на приемники амплитудно-модулированных (AM) сигналов, частотно-модулированных (ЧМ) сигналов и прием­ники, позволяющие вести прием с амплитудной модуляцией на ДВ, СВ и KB, а также с частотной модуляцией на УКВ.

По виду схемы различают радиоприемники прямого усиления, супергетеродинные, регенеративные и супергенеративные. В насто­ящее время радиовещательные приемники промышленного изготовления собираются исключительно по супергетеродинной схеме, которая обладает более высокими качественными показателями.

Радиоприемники разделяют на ламповые и транзисторные. В ламповых приемниках усиление сигналов осуществляется с по­мощью электронных ламп, а в транзисторных — с помощью тран­зисторов. Возможны и комбинированные приемники с использова­нием электронных ламп, транзисторов и полупроводниковых диодов. Для работы радиоприемников необходимы источники пита­ния. По способу питания они разделяются на сетевые с питанием от электросети, батарейные, получающие электроэнергию от галь­ванических или аккумуляторных батарей, и с универсальным пита­нием — для работы от любого из этих источников питания.

Радиовещательные приемники делятся на стационарные и пе­реносные. Стационарные приемники рассчитаны для работы в ком­натных условиях. Сюда относятся радиолы, представляющие радио­вещательный приемник с устройством для проигрывания граммо­фонных записей, и магнитолы, состоящие из радиовещательного приемника и магнитофона.

Переносные приемники рассчитаны на работу в любых услови­ях. Они выпускаются трех типов: чемоданные с питанием от сети переменного тока, портативные ламповые с питанием от батарей и миниатюрные на транзисторах (в том числе и карманные).

Отдельную группу составляют автомобильные приемники, сконструированные в расчете на установку и эксплуатацию в авто­машинах.

Мой приемник является радиовещательным батарейным переносным транзисторным.

1.Анализ задания

В задании приведен приемник, предназначенный для настройки на АМ-ЧМ радиостанцию. Причем настройку должен делать конечный пользователь, вскрывая корпус изделия. Антенна представляет из себя провод, с двух сторон которого присоединятся штекеры. Они подсоединяются в соответствующие гнезда на боковой панели корпуса.

Корпус из пластмассы удобен способностью создания любые формы, малым весом и дешевизной. Данный приемник портативный и может применяться в бытовых условиях. По характеру прибора, предполагается, что он будет часто переносится с места на место. Ручка для переноски не нужна, так как прибор умещается на ладони, а его вес менее 500 г.

Для печатной платы используется материал СФ2-35-1. Выберем метод изготовления платы комбинированный, так как плата двухсторонняя.

Экранированные контурные катушки ПЧ тракта АМ (L5) и (L2), гетеродина АМ (L9), ЧМ дискриминатора (L7) – импортные, размерами 10х10х13 мм. Катушки имеют следующую маркировку: L2 – оранжевую, L5 – желтую, L7 – зеленую (или синюю), L9 – красную. Конденсаторы С1, С2 и С15 – встроенные.

При указанной на схеме емкости КПЕ С10 катушка L9 содержит 95 –100, а L8 – 9 – 10 витков провода ПЭВ-0,1. Контурная катушка намотана поверх катушки связи.

Сборку и налаживание радиоприемника начинают с усилителя ЗЧ. После его проверки приступают к распайке деталей ВЧ тракта. Настроившись на какую-либо станцию в диапазоне СВ, с помощью подстроечника контура L5С2 добиваются максимальной громкости приема. Затем производят укладку СВ диапазона. Настройку ЧМ тракта начинают при отключенной антенне. Вращая подстроечник, настраивают контур L2С1 ПЧ, ориентируясь на максимальной уровень шума на выходе приемника. Затем подключают внешнюю антенну и настраивают ЧМ тракт.

Также пластмассовый корпус вынуждает использовать сетевой переключатель, который крепится на пластмассовых зажимах.

Заполним таблицу элементов:

Таблица 1. Таблица элементов

Исходя из работы схемы и анализа работы оператора с прибо­ром, можно определить функции прибора и элементы, выполняющие эти функ­ции, которые представлены в таблице

Таблица 2. Таблица функций

Исходя из принципа работы прибора, составлена схема электрическая функциональная

Рис. 1: Схема электрическая функциональная

Рассмотрим габаритные размеры элементов, расположенных в приборе. Это необходимо при расчете зазоров внутри корпуса.

Таблица № 3 Сортировочная таблица

2. Обоснование выбранного способа конструирования.

2.1. Выбор варианта конструкции корпуса .

Рассмотрим возможные варианты формы корпуса прибора, которые представлены на рис. 2.1.1. Оценим достоинства и недостатки приведённых вариантов и выберем из них лучший.

Рис. 2 Варианты формы корпуса.

Вариант корпуса на рис 2.а хорош при размещении у музыкального центра или хранении на полке, он занимает мало места. Но при этом прибор будет неустойчив из-за большой высоты и малого основания. Печатную плату придется изготавливать с коэффициентом формы 2,5-3 и располагать ее вертикально в корпусе. Дополнительную неустойчивость будут вносить органы управления на лицевой панели.

Вариант корпуса на рис. 2б. характеризуется малой высотой. Печатная плата будет располагаться в корпусе горизонтально. На одной из торцевых сторон корпуса размещаются органы управления. Внутри корпуса мало не использованного пространства, следовательно, размеры корпуса минимальны. Этот вариант обладает большой устойчивостью.

Вариант корпуса на рис.2.в не совсем подходит для данной разработки. Размеры корпуса значительно увеличиваются, ради лучшего обзора органов управления. Но поскольку приемник не предполагает частой регулировки, то не имеет смысла применять такой вариант конструкции.

Взвесив все за и против я выбираю вариант корпуса на рисунке 2.б.

Такой вариант прибора, на мой взгляд, оптимален, так как по суммарные габариты его меньше.

Рассмотрим детальнее выбранный вариант конструкции и составные части прибора. Конструкция прибора приведена на рис. 3.

Корпус приемника выполнен в форме шкатулки, которая состоит из основания с четырьмя стенками и плоской крышки. Все элементы располагаются на основании. На основании установлена печатная плата. Крепление печатной платы и крышки к корпусу происходит следующим образом: в процессе производства корпуса (заливания в форму пластмассы) в корпусе закрепляют гайки. В итоге мы получаем надежное винтовое соединение. На основании сделаны специальные усеченные конусы на которые и крепится плата. Органы управления крепятся на боковых стенках. Между корпусом и элементом вставляется пвх прокладка во избежание разрушения корпуса при установке элемента. В корпусе также имеется отсек для батарейки на 3 вольт. Он образован при литье корпуса и не имеет крышки, так как находится внутри корпуса. Антенна представляет собой обычный длинный провод. По рекомендации автора статьи второй конец провода исполняет роль «земли».

Рис №3. Примерный вид корпуса.

2.2. Состав лицевой панели

Варианты компоновки лицевой панели приведены на рис 4-6. При разработке лицевой панели следует стремиться получить равновесие форм и удобство пользования прибора.

Рис.4 Вариант лицевой панели.

Рис.5 Вариант лицевой панели.

Рис.6 Вариант лицевой панели.

Рассмотрим рисунок №4. является представителем ассиметричных лицевых панелей. Большая рекламная надпись привлекает внимание, но это приводит к тому, что элементы приходится располагать на разном уровне. Это не желательно.

На лицевой панели на рисунке 5 настройка частоты и остальные элементы разделены между собой. В центре панели большая рекламная надпись. Это привлекает внимание. Ручки настройки частоты расположены вертикально, это вынуждает располагать надпись перпендикулярно относительно остального текста. Такое расположение увеличивает высоту корпуса. Иначе не будет казаться, что надпись относится только к одной из ручек. Под рекламной надписью, много свободного места

Лицевая панель на рис № 6. рекламная надпись уменьшена, элементы располагаются на одной линии. Элементы находятся на достаточном расстоянии, чтобы не задевать их при регулировке соседнего .

Итак, выбираю лицевую панель, показанную на рисунке №6. Данный вариант наиболее привлекателен и функционален.

3.Расчетная часть

3.1 Расчет платы печатной

Покажем размещение и размеры областей на печатной плате

Рис.10

Краевые поля X1,X2,Y1,Y2 – необходимые для удобства изготовления и закрепления платы. Размеры краевых полей X1,Y2,Y2 выбираются, прежде всего, исходя из способа закрепления платы в приборе. Крепление осуществляется винтами, значит в месте установки винтов размеры полей должны превышать диаметр головки винта, а в остальных местах ширина поля выбирается кратной шагу координатной сетки.

Для платы был выбран шаг координатной сетки 2,5 мм.

Для обеспечения минимизации размеров печатной платы, а следовательно, и всего прибора выберем X1=X2=Y2=1.25мм.

Краевое поле Y1 учитывая наличие с этой стороны коммутационной зоны, выбирается минимальным и составит 0,2 мм.

Определим размер зоны присоединения, на которой размещаются контактные площадки, обеспечивающие электрическое соединение с внешними цепями.

Xпр = N*DK1+(N+1)*SZпр = 20*1,8 + (20+1)*1,2 = 51,2 мм.

Yпр = DK1+6 Tпп = 1,8 + 6*1 = 7,8 мм.

Теперь определим размеры коммутационной зоны, на которой дорожки подходят к краю платы

YK = (N-1)*XA/2+SZ(N+1)/2=(20-1)*0,5/2+1,2*(20+1)/2 = 15,85 мм.

XK = XF

Функциональная область XF*YF=SF, где размещаются элементы электрической схемы и соединительные проводники.

Чтобы определить размеры ФУ, нужно выписать из справочника размеры элементов XU, YU, ZU, Z0 и занести их в таблицу:

Таблица 5. Установочные размеры элементов

Площадь всех элементов на плате SE = 1674мм² .

Собственно размеры печатного узла XP*YP – определяются суммой краевых полей, функциональной области и коммутационной областью. А именно

XP = X1+XF+X2

YP = Y1+YF+YK+Yпр+Y2

Размеры печатного узла по третьей координате Z образуется размерной цепью.

ZP = ZU_max + h + ZO_max = 1+1+13 = 21мм.

ZU_max = max (ZU₁ ,…,ZU_k )

ZO_max = max (ZO₁ ,…,ZO_k )

h - толщина материала платы

ZU_k , ZOk – высота монтажа элементов с обоих сторон платы (установочные размеры).

С учетом зазоров между элементами, общая площадь для элементов электрической схемы можно представить как площадь функциональной поверхности SF:

SF = SE / CZ

CZ – коэффициент заполнения (0,1<CZ<0,2 в схемах, где нет микросхем)

Для определения размеров функциональных областей необходимо ввести коэффициент формы платы CF.

CF = XF ^. YF = (1…3)

XF = √ (SF ^. CF)

YF = √ (SF / CF)

Вычислим площадь функционального узла SF и найдем размеры печатного узла при различных коэффициентах заполнения CZ и коэффициентах формы CF:

На моей печатной плате 1 коммутационная область, поэтому размеры печатного узла находятся по следующим формулам:

XP = X1+ XF +X2

YP = Y1+YF+YK+Yпр.+Y2

Таблица 6 Возможные размеры платы

Наиболее оптимальным для данной платы будет выбор CZ=0,2 и CF=1,75, Так как размеры печатной платы в этом случае будут минимальными.

Окончательные размеры платы согласно ОСТ 4.010.020-83. составят: XP1хYP1хZP1 = 130х90х13 мм.

3.2.Определение внутренних размеров корпуса

Определим внутренние размеры корпуса, внутри которого размещена печатная плата с размерами XP1´YP1´ZP1=130х90х13 мм.

Составим компоновочный рисунок прибора.

Рис.11 Компоновочная модель корпуса. Вид сверху.

Рис.12 Компоновочная модель корпуса. Вид сбоку.

По данным сортировочной таблицы (см. таблица 3) можно определить максимально выступающие элементы, которые будут влиять при расчетах зазоров внутри корпуса.

При механической сборке зазор можно представить в виде совокупности слагаемых:

где GZ - гарантированный зазор (GZ = 2⁺ 0,5 мм)

Xi, X i+1 - допуски на размеры Xi, X i+p (если рассматривают зазор между деталью и корпусом, то второй деталью считают корпус без зазоров)

Xi = 0, 01×Xi

Xip, X (i+1)p - допустимый прогиб i и i+1 частей

Xip = 0,01× max (Yi,Zi)

Для расчета зазоров находятся приближенные размеры корпуса при условии равенства нулю зазоров между частями прибора.

Корпус без зазоров:

XK= XP1+XGB +XXS = 130+15+10 = 155 мм.

YK=YP1+YR = 90+14 = 74 мм.

ZK= ZP1 = 13мм.

Длина

X1 X2

Ширина

Y1 Y2 Y3

Y4 Y5

Высота

Z1=Z2

Z3 Z4

Размеры корпуса:

XK= X1+ XP1+X2+ XGB = 15+4,17+130+3,74+10= 162,91 мм

YK=YR+Y1+YP1+Y2 = 14+3,86+90+5,59 = 113,45 мм

ZK= Z1+ZP1+Z2+Z3+Z4 = 4,67+13+4,67+8.52+8.57= 39,34 мм

Окончательно после округления и придерживаясь рекомендованного стандарта ГОСТ 6636-68 и размерного ряда Ra20 мы получаем размеры корпуса 180´120´40 мм.

3.3.Расчёт размеров надписей

Для расчетов размеров лицевой панели необходимо произвести расчет функциональных групп. Так как все группы содержат надписи, произведем расчет их размеров. Для выполнения надписей на приборах наиболее распространенным является прямой рубленный шрифт ГОСТ 2330-76.

Таблица№7 Значения параметров при расчете надписей

Результаты вычислений в таблице

Таблица 8 Расчет надписей

3.4.Расчет размеров функциональных групп .

Расстояние по координате X между элементами функциональной группы, а также краевые поля выбираются по следующему принципу:

X_imin =Xs

Минимальное расстояние между строчками надписи Yi выбирается из условия: Yi=0,5Ys. Также вычисляются краевые поля. В функциональных группах №3 и №5 X3 предпочтительно выбрать 10мм., так как необходимо обеспечить минимальные размеры функциональной группы с одной стороны, и удобство регулировки с другой стороны.

Сначала определим размеры функциональных групп на лицевой панели

Необходимо определить минимальные размеры функциональных групп для лицевой и задней панелей, представленных на рисунках 13-17:

Функциональная группа №1

Рис.13

XF1=X1+XSA+X2=2,4+10+2,4=14,8мм

YF1= Y1+YN+YI+YSA+Y2 =2+4+2+18,5+8=34,5 мм

Функциональная группа №2

Рис.14

XF2=X1+XSA+X2=2,5+10+2,5=15мм

YF2= Y1+YN+YI+YSA+Y2 =2+4+2+18,5+8=34,5 мм

Функциональная группа №3

Рис.14

XF3= X1+XL+X3+XC+X2 = 2,4+15+10+13+2,4 = 42,8 мм.

YF3=Y1+YN+Yi +YR+Y2=2+4+2+13+2 =23 мм

Функциональная группа №4

XF4=X1+ XN +X2 = 2,4+26,4+2,4=31,2 мм.

YF4=Y1+YN+Yi+YI+YI +YR+Y2=

=2+4+2+2+2+22+2 = 36 мм

Рис.15

3.5.Расчет размеров лицевой панели

Лицевая панель - основная рабочая поверхность, которая содержит четыре функциональных групп. Задача - определить размеры, занимаемые функциональными группами на лицевой панели. Эскиз лицевой панели приведен на рис. 4 Составим компоновочную модель лицевой панели.

Рис.18 Компоновочная модель лицевой панели

Размеры, по которым определяются габариты лицевой панели, помещены в

таблицу

Таблица 9 Определение размеров лицевой панели

Размеры Xi и Yi нужны для разделения функциональных групп друг от друга, правильной компоновки групп на лицевой панели, а также это крайние поля. Они нужны, так как информация на самом краю лицевой панели будет плохо восприниматься. Размеры краевых полей выбираются, как правило, кратными шагу координатной сетки: 2,5; 5,0; 7,5; 10,0 и т.д., в зависимости от размеров прибора, функциональных групп и плотности размещения.

Размеры лицевой панели по координате Y немного больше рассчитанных ранее размеров корпуса, поэтому требуется увеличить размеры корпуса в соответствие с ГОСТом.

В соответствии с ГОСТ 6636-68 окончательные размеры корпуса равны 180´120´45 мм Габариты же всего прибора вместе с ножками и органами регулировки составляют: 180х140х50 мм.

Заключение

В данной работе произведена разработка конструкции приемника. Были выполнены соответствующие расчеты и предоставлен сокращенный набор конструкторской документации.

Таким образом, на основании выполненной работы можно сделать следующие выводы:

- Выбрана и обоснована конструкция прибора, его форма, элементная база, материалы;

- Выполнены расчеты размеров печатной платы, лицевой панели, корпуса прибора, подтверждающие правильность выбранного способа конструирования;

- Внешнее оформление прибора сделано в соответствии с нормами дизайна и эргономики;

- Подготовлен набор конструкторской документации согласно теме задания.

При разработке учтены технологические возможности сборки и разборки узлов прибора, доступ инструментов, ремонтопригодность.

Список используемой литературы

1. Лавренов О. П. Введение в конструирование радиоэлектронных средств. Казань: ОАО «Радиоприбор» , 2002г., 86с.

2. Ю.И.Фетистов, Лавренов О. П.,Самигуллина Г.Р. Проектирование и технология радиоэлектронных средств. Основы художественного конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Казань. КАИ-КГТУ им А.Н.Туполева.2007г., 126с

3. Конденсаторы: Справочник/ под ред. И.И Четверткова, М. Н. Дьяконова, Радио и связь, 1993, 392с.

4. Резисторы: Справочник/ под ред. И.И Четверткова, М. Н. Дьяконова и др., Радио и связь, 1991, 528с.

5. Лавренов О. П., Гулин В. И. Методические указания по выполнению пояснительной записки к курсовому проекту: КАИ, 1988, 23с.

6. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник

Под ред. Горюнова, Москва, Энергоатомиздат 1985г.

7. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. Под ред. Горюнова, Москва, Энергоатомиздат 1983г.

8. Электронный магазин радиоаппаратуры www . Platan . ru

9. ГОСТ 21937-91

10. Программный продукт «Полупроводниковые приборы№2» Справочник по отечественным и импортным полупроводниковым приборам

Авторы: Шульгина О.Б, Шульгин О.А., Воробьев А. Б.

Рисунок прибора