Слідом за автоматизацією виробництва повстала задача автоматизації інтелектуальної праці.
В проектуванні , так само як і на виробництві ,можна виділити 4 рівня розвитку:ручне, машинне, автоматизоване та автоматичне проектування.
-Машинне проектування дозволяє виконання на ЕОМ окремих операцій.
-Автоматизоване виробництво дозволяє виконання проектних процедур за допомогою ЕОМ. Людина вводить до ЕОМ первинний опис об’єкта і запускає машину. На основі отриманих результатів людина визначає напрямок і характер подальших дій ,приймає відповідне рішення .При цьому здійснюється діалоговий режим взаємодії з ЕОМ.
-При автоматичному проектуванні людина здійснює лише ввод до ЕОМ первинного опису об’єкта , що проектується та запуск машини .Проектування здійснюється в пакетному режимі без участі людини. Автоматичне проектування - вища ступінь організації проектної роботи .
Д/з: Вивчити теоретичний матеріал.
Лекція 2
Тема: Системотехнічне проектування.
План
1. Загальні відомості.
2. Склад курсового проекту.
Література:
1. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. – М: Высшая школа, 1989. - с. 79-80
ГОСТ 2.103—68 устанавливает следующие стадии промышленной разработки изделий: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация.
Техническое предложение — совокупность проектных документов, содержащих обоснование целесообразности разработки изделия на основе анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных исследований. Этапы работы: подбор материалов, разработка технического предложения с присвоением документам литеры «П», утверждение технического предложения.
Эскизный проект — совокупность конструкторских документов, которые содержат принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие его назначение, основные параметры и габаритные размеры. Этапы работы: разработка проекта с присвоением документам литеры «Э», изготовление и испытание макетов (при необходимости), утверждение проекта.
Технический проект — совокупность конструкторских документов, которые содержат окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации. Этапы работы: разработка проекта с присвоением документам литеры «Т», изготовление и испытание макетов (при необходимости), утверждение проекта.
Технический проект служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации, которая содержит необходимые данные для изготовления, испытания, приемки, эксплуатации, транспортирования и хранения изделия. Разработка рабочей документации сочетается с изготовлением по ней последовательно опытных образцов, опытных партий и установочной серии, по
результатам испытаний которых проводится корректировка конструкторской документации.
Допускается исключать стадии эскизного или технического проектирования и вести разработку по схемам: техническое предложение — технический проект — рабочая документация, техническое предложение — эскизный проект — рабочая документация.
Комплектность конструкторских документов, выпускаемых на каждой стадии разработки изделия, установлена ГОСТ 2.102—68.
Указанные стадии определяют наиболее целесообразную организацию проектирования, делят его на уровни. От стадии к стадии объем и стоимость проектных работ увеличиваются, разработка становится все детальнее, все шире определяются различные стороны и свойства ЭА. Можно сказать, деление на стадии изображает проектирование «по вертикали», поскольку базой для каждой последующей стадии разработки служит предыдущая.
Условное деление процесса создания ЭА на три основных этапа: системотехническое проектирование, схемотехническое проектирование и конструкторское проектирование — отражает последовательное изменение содержания проектных процедур. Это «горизонтальная» схема процесса создания ЭА (рис. 2.2).
Этапы, характерные для каждой стадии, показаны толстой стрелкой. Тонкой стрелкой показано обращение к процедурам других этапов. Например, на стадии технического предложения основной является разработка оптимальной структуры, но эта задача не может быть решена без выбора наиболее важных в принципиальном отношении схем элементной базы без определения контуров конструкции.
Как показано на схеме, каждый этап включает последовательное выполнение процедур синтеза С, расчета Р, анализа А, оптимизации О, выпуска технической документации д/ Проектирование на каждом этапе может иметь итерационный характер, т. е. возможно неоднократное возвращение к предыдущим процедурам угапа, если технические требования не удовлетворены. Итерационный характер могут иметь отдельные процедуры, например расчеты. .
2. Склад курсового проекту.
Курсовой проект является учебным проектом, но для приобретения правильных навыков разработки конструкторской документации входящие в него документы следует изготовлять в строгом соответствии с требованиями ЕСКД, которые в необходимом объеме приведены в дан-иом пособии. В курсовой проект не следует включать конструкторские документы, разработка которых не имеет творческого характера, например, такие, как ведомость документов проекта и спецификации.
В настоящее время состав курсовых проектов по ЭУ п целом одинаков в различных вузах — это пояснительная записка и два листа формата А1 со схемами и чертежами, но в некоторой мере он зависит от профиля специальности, традиций кафедры и от содержания проекта. Бывают проекты с одним или тремя листами чертежей и схем, когда ТЗ предусматривает соответственно большой объем расчетных или конструкторских работ. Такие отклонения характерны для реальных проектов, выполняемых по тематике НИР кафедр и по тематике предприятий.
Д/з: Вивчити теоретичний матеріал
Лекція 3
Тема: Аналіз технічного завдання і синтез структури РЕА.
План
1. Основні відомості.
Приклад аналізу технічного завдання (ТЗ) та синтезу структури електронного пристрою (ЕП).
Розглянемо приклад, який є аналогічним тим, що видають студентам на курсове проектування.
Приклад. Розробити стабілізоване вторинне джерело живлення (ВДЖ). Основні вимоги:
1. Вихідна напруга +12 В.
2. струм навантаження від 0 до 5 А.
3. живлення від однофазної мережі напругою 220 В + 5%.
4. частота живлючої мережі 50 Гц,
5. максимальні відхили вихідної напруги не більше + 0,5 % при вказаній
нестабільності мережі та струму навантаження.
6. повинна бути забезпечена електромагнітна сумісність ВДЖ з чутливою до
завад електронний апарат (ЕА) (споживач має у своєму складі
високочутливий приймач).
7. коло навантаження повинно бути електрично ізольованим від мережі.
8. експлуатація у приміщенні при температурі від +10 до +30 °С
9. конструкція - настольний прилад загального призначення.
Стабілізоване ВДЖ на високому рівні абстракції (перший рівень аналізу та
синтезу) можна розглядати як систему, синтезовану з двох підсистем (рисунок ), кожна з яких виконує функційно завершене перетворення.
Рисунок . структурна схема стабілізованого ВДЖ на першому рівні його аналізу та синтезу.
Підсистема випрямлювач перетворює змінну напругу мережі в постійну напругу. Підсистема стабілізатор напруги послаблює вплив зовнішніх параметрів (напруга мережі та навантаження) на величину вихідного параметру системи, який ця система повинна утримувати в заданих межах. Навантаження впливає на вихід стабілізатора безпосередньо, а напруга мережі впливає на його вхід через випрямлювач. На цьому синтез на високому рівні абстракції завершується. Використана інформація, яка міститься вп.1-513.
На другому, більш низькому рівні абстракції (другий, більш високий рівень аналізу та синтезу) спочатку синтезується структура стабілізатора, а потім випрямлювача.
Для синтезу структури стабілізатора використовуються дані п.1,2,5,6.за ступенпм важливості їх слід розташувати у такому порядку: 2,6,5,1.
В Ύ3 головним, найбільш принциповим пунктом є п.2, вимоги - струм навантаження до 5 А - виключає з розглядання всі слабострумні електронні стабілізатори.
Імпульсні та компенсаційні стабілізатори відповідають п.2 з послідовним включенням регулюючого елементу.
Друга вимога (п.6) - забезпечення електромагнітної сумісності ВДЖ з чутливою до завад ЕА - відсікає всі імпульсні стабілізатори, які звичайно створюють високий рівень перешкод.
Таким чином, π А та б відповідають тільки компенсаційні стабілізатори з послідовним включенням регулюючого елементу.
Третя вимога (п.5) побічно визначає коефіцієнт стабілізації. Стабілізатор повинен послаблювати не тільки повільні змінення постійної складової випрямленої напруги, але й її пульсації. Коефіцієнт пульсацій на виході випрямлювача ТЗ не встановлює, оскільки він відноситься до внутрішніх параметрів системи, який визначає взаємодію її підсистем, та його оптимальне знечання може бути визначено тільки при аналізі електронної схеми.
Якщо прийняти пульсації малої величини, що добре длі стабілізатора, то фільтр випрямлювача буде великим та дорогим. Якщо ж, прагнучи зменшити фільтр, допустити значні пульсації, то зростуть вимоги до стабілізатора і це відіб'ється на параметрах його елементів, знизить його ККД. Таким чином, оптимальне значення коефіцієнта пульсацій може бути встановлено тільки після вирішення багатофакторної оптимізаційної задачі.
У першому приближенно з точністю, що достатня для визначення структури, пульсації можна прийняти рівними коливанням напруги мережі, т.б, - 5 %. Тоді найбільший відхил напруги на виході стабілізатора від його номінального значення складе ± 10 %, а коефіцієнт стабілізації
З четвертої вимоги (/7.1) витікає, що стабілізатор найбільш доцільно побудувати на біполярних транзисторах. Постійне значення вихідної напруги дозволить обрати відносно високу опорну напругу, що збільшить коефіцієнт стабілізації.
На цьому етапі студент повинен знов звернутися до літератури, якщо він недостатньо добре знайомий зі схемами компенсаційних стабілізаторів, або переходити до складання структурної схеми.
Структурна схема складається в послідовності (рисунок ), що визначається функцій ними зв'язками її елементів. Першим повинен бути .зображений регулюючий транзистор РТ (рисунок а), т.я. ефект стабілізації напруги виникає завдяки його вихідній провідності. Вхідне коло РТ живиться струмом від струмостабілізуючого двополюсника ТД (рисунок б). Керується провідністю РТ підсилювач, у вихідне коло якого відходить деяки частина стабільного струму.
На вхід підсилювача поступає сигнал розузгодження з виходу схеми порівняння (нуль-органа НО) (рисунок в). Цей сигнал змінює струм РТ і в результаті змінює вихідну провідність РТ. Нуль-орган виробляє сигнал розузгодження при порівнянні опорної напруги ОН з вихідною напругою стабілізатора, зниженої до рівня ОН (рисунок r). Lie зниження виконує подільник напруги ПД.
Сучасні компенсаційні стабілізатори послідовного типу обов'язково мають швидкодіючий захист РТ від теплового пробоя при його перевантаженні. Тому структурна схема стабілізатора доповнена елементами захисту (рисунок д):датчиком сигналу струмового перевантаження ДП та схемою захисту від перевантаження СЗ. При перевантаженні схема захисту перехоплює на себе весь стабільний струм, в результаті чого РТ запирається. В обслуговуванні сильнострумових стабілізованих ВДЖ бажаний захист без самоповернення до робочого режиму (захист "з застібкою"), при якій ВДЖ після усунення причини перевантаження приводиться в робочий стан, наприклад, натисненням та відпущенням кнопочного вимикача на лицевій панелі ВДЖ.
Для синтезу структури випрямлювача використовуються вимоги п.З та 7. аналіз цих вимог 73, а також додаткових вимог, які розробник обов'язково повинен для себе сформулювати: пульсації випрямленої напруги , габарити та маса випрямлювача повинні бути мінімальними - вимогам 73 відповідає однофазна мостова схема з мереженим трансформатором,
При синтезі стабілізатора пульсацій на виході випрямлювача були прийняті рівними 5 %. Так як власне пульсації однофазної мостової схеми складають 48 %, то на виході випрямлювача повинен бути поставлений фільтр низької частоти з коефіцієнтом згладжування пульсацій не менше 10.
Структурна схема випрямлювача показана на рисунку , на якій зліва направо зображені длоки мереженого трансформатора МТ, випрямлювача та фільтру низьких частот.
рисунок - Структурна схема випрямлювача.
Д/з: Вивчити теоретичний матеріал.
Лекція 4
Тема: Схемотехнічне проектування
План
1. Вибір елементної бази
1.1 Транзистори.
1.2 Напівпровідникові діоди
1.3 Резистори
1.4 Конденсатори
1.5 Мікросхеми
2. Розробка принципових схем блоків структурної схеми.
Література:
Воробьев Н.И. Проектирование злектронньїх устройств. - М.: Вьісшая школа, 1989.- с. 46-49
Після вивчення теоретичного матеріалу студенти повинні:
Знати технічні параметри елементів схеми;
Вміти розробляти принципові та структурні схеми
1 Вибір елементної бази.
Після розробки структурної Схеми з'являється можливість вибору елементної бази електронного пристрою (ЕП). В першу чергу необхідно вирішувати, які функціональні частини електронного пристрою можуть бути побудовані на інтегральних мікросхемах (ІМС), а які побудовані на дискретних електрорадіоелементах (ЕРЕ).
Якщо яка-небудь функціональна частина чи весь ЕП можуть бути побудовані на ІМС, то необхідно обирати саме їх зважаючи на значні переваги, які пов'язані з розробкою, виробництвом та експлуатацією мікроелектронної апаратури (МЕА).
Можливі три типи елементної бази: ІМС, дискретні ЕРЕ, ІМС та дискретні ЕРЕ. Практично будь-який ЕП, побудований на ІМС, має деяку кількість дискретних ЕРЕ. Однак якщо всі основні функції в ЕП виконують ІМС, а дискретні ЕРЕ виконують допоміжні функції (фільтри в ланцюгах живлення, узгодження за допомогою потужних транзисторів, тірісторів чи оптронів виходів ЕП з навантаженнями тощо), то такий ЕП є , безсумнівно, мікроелектронним. На ІМС зазвичай будують ЕП, що переробляють інформацію на низькому рівні напруги та потужності. Змішану елементну базу мають ЕП, що містять як малопотужні.
Функції, що виконуються логічними елементами і тригерами, можуть бути визначені по їх умовних графічних позначеннях, і якщо схема має прийнятну складність, то по ній можна провести аналіз роботи ІМС. До функціональних слід відносити також схеми, на яких одна з декількох однакових частин структури ІМС показана на рівні логічних елементів і тригерів, а інші - у вигляді крупніших структур.
Структурна і функціональна схеми не дають уявлення про фізичні процеси в логічних елементах. Ці уявлення для кожної серії ІМС дають принципові схеми їх базових логічних елементів.
Для аналогових ІМС, що мають менший ступінь інтеграції, чим цифрові, на мікрорівні розробляють звичайно тільки принципові схеми, на яких у вигляді окремих ЗРЗ показують інтегровані елементи ІМС.
На макрорівні розробляють схеми для МЕУ. Принципова схема МЕУ є системою умовних графічних позначень ІМС, об'єднаних лініями електричного зв'язку (рис. 3.11). Ланцюги живлення на принципових схемах МЕУ не показують
- мається на увазі, що вони є. Біля висновків проставляють номери відповідно до її цоколівки. На принциповій схемі МЕУ кожні ІМС зображають її умовним графічним позначенням, що має форму прямокутника. Мікросхеми, що є наборами непов'язаних функціональних елементів, для спрощення зображення схеми часто зображають відповідною кількістю віддалених один від одного прямокутників (рис. 3.9).
Принципова схема МЕУ визначає повний склад ЕРЕ і електричних зв'язків між ними, вона є основою для конструкторської розробки МЕА, використовується при ремонті МЕА, але на відміну від принципових схем ЕП на дискретних ЕРЕ вона не дає повного уявлення про принципи роботи МЕУ, оскільки графічні позначення ІМС не дають відомостей про принцип їх дії. Недостатню інформацію дають схеми, що входять в документацію на ІМС.
Виключенням є принципові схеми МЕУ, що складаються з одних логічних елементів, або з тригерів і логічних елементів. Ці принципові схеми аналогічні функціональним схемам більш інтегрованих мікросхем і по ним можна одержати детальне уявлення про функціонування МЕУ.
При класифікації схем, очевидно, потрібно брати до уваги співвідношення частин, представлених на ній схемами різного вигляду, і її призначення. Якщо, наприклад, значна частина схеми класифікується як принципова, а невелика функціональна частина, на яку є своя принципова схема, показана блоком структурної схеми, то, природно, така схема повинна бути віднесена до принципових, а не до функціональних. При зворотному співвідношенні частин - схему правильніше вважати функціональною.
потужні функціональні елементи. Наприклад, змішану елементну базу мають підсилювачі, в яких є каскади попереднього підсилення напруги сигналу (ІМС) та потужні каскади (транзистори).
На дискретних елементах створюють ЕП, які не можуть бути побудовані на ІМС по слідуючим двом основним причинам: а) значення деяких електричних параметрів не можуть бути отримані з застосуванням ІМС; б) промисловість не випускає ІМС даного функціонального призначення.
Якщо елементною базою є цифрові ІМС, даний етап завершується вибором конкретної їх серії. В інших випадках він завершується лише встановленням типу елементної бази (дискретні ЕРЕ чи дискретні ЕРЕ та ІМС), а вибір конкретних типів ЕРЕ відбувається при розробці принципіальної схеми та розрахунку параметрів її елементів.
При проектуванні виникає задача вибору ЕРЕ з надзвичайно широкого їх асортименту. При промисловому проектуванні ця задача завдяки правовому обмеженню номенклатури ЕРЕ, діючому у галузі, на підприємства чи при
розробці визначених видів електронних апаратів (ЕА), досвіду розробників не
уявляється складною.
При курсовому проектуванні студенту, що не має необхідних знань та досвіду, правильно обрати ЕРЕ з довідників дуже важко. В зв'язку з цим нижче надані рекомендації по вибору основних типів ЕРЕ.
Вважається, що стандартний ЕРЕ обраний вірно, якщо номінальні значення його параметрів знаходяться у допустимих відношеннях (дорівнюють, більше чи менше) із розрахунковими значенням цих параметрів, а умови експлуатації відповідають ТУ.
