Розробка стабілізатора напруги на базі інформаційних технологій схемотехнічного проектування (стр. 1 из 3)
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.