Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

В.И. Даниленко, а.В. Исаев, в.А. Кондусов

СИСТЕМЫ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С РАДИОКАНАЛОМ

В работе проведён анализ и сравнительные технические характеристики существующих систем охранных сигнализаций с радиоканалом как отечественных, так и ведущих зарубежных фирм. Особое место уделено новым принципам конструирования датчиков обнаружения, используемых последние достижения науки и техники, принципиально новые технологии, такие как запатентованная технология «Time-of-Arrival Zone Processing» - обработка акустических сигналов из контролируемой зоны (компания «C&K Systems Inc», США), технологии космоса и армии, реализующие беспроводные системы охранной сигнализации, использующие шумоподобные сигналы для передачи информации, состоящей, например из 126 элементов разных частот, со спектром, распределенным в широкой полосе частот. Со спектральной точки зрения такой сигнал выглядит как шум. Поэтому крайне сложно не только зафиксировать его параметры, используя соответствующую аппаратуру, но даже обнаружить факт работы системы. При ширине рабочей полосы частот 2,4 МГц и выходной мощности передатчиков 100 мВт средняя мощность на полосу частот 10 кГц (как в обычной узкополосной системе) составляет 0,417 мВт. Длительность сигнала равна 7,6 мс.

Структура используемого сигнала обеспечивает также высокую помехоустойчивость системы. Для подавления сигнала необходимо создать помеху в широкой полосе частот (более половины ширины спектра), что достаточно сложно технически. Но даже при постановке такой помехи система зафиксирует тревогу. Это объясняется тем, что для этого необходимо решить противоречивую задачу. С одной стороны, подавить сигнал тревоги, а с другой - сохранить сигнал контроля передатчиков в той же полосе частот с теми же параметрами, что практически нереально.

Некоторые из рассматриваемых систем, такие как например SpreadNet (разработка фирмы «C&K Systems Inc») дают возможность регистрировать тревогу, вскрытие извещателей, разряд батарей, отсутствие сигнала контроля и нарушение линии связи приёмник – интерфейс (контрольная панель), контроль эфира и наличие других радиоканальных систем, создающих взаимные помехи, и соответствующим образом изменить параметры устанавливаемой системы. Также проводится автоматический выбор параметров сигнала, обеспечивающих максимальное отношение сигнал/шум в месте конкретной установки.

Использование систем с аналогичными техническими характеристиками позволяет организовать эффективную охрану музейных помещений, временных выставок, групп объектов (например нескольких коттеджей) и многих других

Воронежский государственный

технический университет

Е.А. Гаращук, В.А. Кондусов

ИЗМЕРИТЕЛЬ RLC

Малогабаритный, автономный, цифровой прибор обеспечивает измерение сопротивлений резисторов, индуктивности катушек и емкости конденсаторов в достаточно широком интервале с высокой точностью.

От аналогичных приборов данный измеритель отличается применением современной элементной базы, большей точностью измерений и простотой в изготовлении – не требуется экранирование отдельных узлов и подбор по параметрам транзисторов.

Основой прибора является большая интегральная схема (БИС) КР572ПВ5. Она представляет собой аналогово-цифровой преобразователь с двойным интегрированием. Преобразуя входное напряжение в параллельный семисегментный код, БИС непосредственно управляет 3,5-разрядным жидкокристаллическим индикатором.

В измерителе используется нетрадиционный способ измерения сопротивлений. Он заключается в следующем. Через последовательно соединенные образцовый резистор и измеряемый протекает ток под действием напряжения. Измеряемый резистор подключен к входу БИС, а образцовый - вместо источника образцового напряжения. Так как через резисторы протекает один и тот же ток, то отношение падений напряжений на них равно отношению их сопротивлений. Таким образом, показания индикатора будут равны отношению измеряемого сопротивления к образцовому. Преимущество этого способа измерения сопротивлений состоит в простоте его реализации и независимости точности измерений от нестабильности напряжения питания.

С.В. Чурин, в.А. Кондусов резервный преобразователь напряжения

Разработаны электрическая схема и конструкция преобразователя постоянного напряжения 12 В. в переменное однофазное напряжения 220 В, частотой 80 Гц. Разработанный преобразователь напряжения может быть использован в качестве резервного источника питания средств вычислительной техники, радиоаппаратуры, различных систем автоматизированного контроля и управления на производстве а также для различных бытовых целей.

Функциональная схема устройства содержит следующие основные узлы: задающий генератор, выполненный на микросхеме К561ЛЕ5; формирователь импульсов, выполненной на микросхеме К561ТМ2, узел электронных ключей, выполненный на транзисторах КТ3102А, КТ863А, 1Т813В и диодах КД2995А, узел защиты по току, стабилизатор, выходной трансформатор.

Маломощные узлы преобразователя смонтированы на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Силовая часть выполнена навесным монтажом с необходимыми теплоотводами для оконечных транзисторов и диодов.

Основные технические характеристики:

- напряжение питания (автомобильная аккумуляторная батарея), В 12

- максимальная выходная мощность, Вт 180

- максимальный потребляемый ток, А 20

- КПД, % 90

- частота выходного напряжения, Гц 80

- габаритные размеры, мм 150х75х60

- масса преобразователя, кг. 0,4

Произведены необходимые конструктивные расчёты преобразователя. Печатная плата из фольгированного стеклотекстолита, односторонняя, без металлизации отверстий с учётом рассчитанного коэффициента заполнения по площади Кs=0,42, размеры печатного узла составили 100х60х30 мм. Рассчитаны также основные элементы печатной платы: ширина печатного проводника (0,45 мм), расстояние между соседними элементами проводящего рисунка (0,45 мм), размеры контактных площадок. Произведены расчёты объёма преобразователя, расчёты прочности и долговечности корпуса изделия, расчёты теплового режима, расчёты радиаторов оконечных транзисторов.

Воронежский государственный

технический университет

И.В. Фесенко, В.А. Кондусов

Телефонный микропроцессорный коммутатор

Разработана конструкция микропроцессорного устройства, позволяющего подключать к одной телефонной линии до пяти телефонных аппаратов, без их взаимного влияния друг на друга.

Основу электрической принципиальной схемы коммутатора составляет самый популярный в сегодняшнее время микропроцессор семейства PIC 16/17 американской фирмы “Microchip” PIC 16F84-04/P, позволяющий свести до минимума элементную базу устройства при достаточно больших функциональных и сервисных возможностях. Устройство осуществляет блокировку телефонов, не участвующих в разговоре, индикацию занятого телефона, позволяет произвольно задавать вызывные телефоны и переадресовывать входящие звонки с музыкальным сопровождением в линии. Также имеется возможность ограничения доступа к телефонной линии заданием трёхзначного пароля отдельно для каждого телефона (функция «антипират»).

Корпус прибора изготовляется из ударопрочного полистирола марки УПМ-06-12, ост 05406-80 и состоит из двух частей – крышка и основание, которые соединяются между собой четырьмя шурупами, что обеспечивает простоту технологических процессов изготовления, монтажа, сборки и ремонта изделия. На передней панели имеются окошки, в которые вставлены светодиоды. Кнопка переключения режимов также расположена на передней панели. Габариты прибора: 114х54х30 мм, масса – 0,5 кг.

Принцип работы устройства автоматического выбора предела измерения основан на оценке состояния разрядов сотен и тысяч 3,5-разрядного выходного параллельного кода БИС. Если входное напряжение БИС по абсолютной величине больше, чем 199,9 мВ, то наступает режим перегрузки и на индикаторе будет “1” в разряде тысяч, а в разряде сотен индикация отсутствует. Такой сигнал на выходе БИС вызывает переключение измерительного прибора на самый грубый предел. С другой стороны, если входное напряжение меньше, чем 20 мВ, то на индикаторе будет “0” или “1” в разряде сотен, при этом в разряде тысяч индикации нет. Такие комбинации входного кода дают разрешение на период к более чувствительному пределу.

В приборе измерение емкости и индуктивности осуществляется косвенно, методом вольтметра. Суть его сводится к тому, что непосредственно определяется не величина индуктивности или емкости, а падение напряжения на измеряемом элементе при протекании через него переменного тока фиксированной частоты (159 Гц или 159 кГц)

Входное сопротивление БИС равно 9 МОм и не оказывает влияния на параметры измеряемой цепи. При подаче переменного напряжения фиксированной амплитуды и частоты по цепи измеряемого элемента будет протекать ток, величина которого, прямо пропорциональна величине индуктивности или емкости.

В данном приборе вместо эталонных индуктивностей, которые используются при калибровке, подключены эталонные резисторы, сопротивления которых эквивалентны этим индуктивностям на выбранной частоте.

Питание измерителя осуществляется от батареи 9В. На все микросхемы питание подано от внутреннего стабилизатора БИС, так как потребляемый ими ток чрезвычайно мал при работе с низкой частотой переключения.

Питание генератора и усилителя измерительного сигнала осуществляется от компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия.

Воронежский государственный

технический университет

Основная часть схемы собирается на двухсторонней печатной плате, в качестве материала для которого выбран стеклотекстолит марки СФ2-35-1,5 ГОСТ 10316-78. Сзади на основании корпуса прибора расположено отверстие, куда крепиться разъём, в который включаются телефонные аппараты.

Проведены также расчёты на механические воздействия и надёжности прибора. Расчёты надёжности подтверждены правильностью выбранных конструкторских решений. Проведена также оценка экономических показателей устройства, которая показала эффективность показателей разработки.

В условиях дефицита каналов связи, разработанный коммутатор может служить хорошим разрешением проблемы обмена информацией как для частных лиц, так и для трудовых коллективов.

Воронежский государственный

технический университет

Р.А. Данилов, В.А. Кондусов

ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Разработана электрическая принципиальная схема и конструкция быстродействующего цифрового термометра, предназначенного для применения в медицине, быту, в различных технологических процессах. Прибор полностью выполнен на отечественной электронной базе.

Основные технические характеристики:

- диапазон измеряемой температуры, ⁰С -60 … +150

- погрешность измерения, ⁰С  0,2

- напряжение питания, В 9

- потребляемая мощность во время работы, Вт 0,5

Прибор выполнен на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КР572ПВ2А. В качестве датчика температуры использованы микросхемы К1019ЕМ1 которые представляют собой чувствительные термодатчики с линейной зависимостью выходного напряжения от абсолютной температуры: U_вых = а_тТ_к , где а_т = 10 мв/к – температурный коэффициент напряжения, Т_к – абсолютная температура в градусах К.

С целью уменьшения погрешности измерения в описываемом приборе в качестве источника образцового напряжения используемого АЦП использовалась микросхема КР142ЕН19, обладающая вовсе малым температурным коэффициентом напряжения. В качестве индикаторов температуры применены отечественные жидкокристаллические индикаторы АЛС324А (4 шт.). Электрическая схема прибора (за исключением датчика температуры) размещена на односторонней печатной плате.

Проведены расчёты основных параметров печатной платы: ширины печатного проводника, расстояние между соседними элементами, диаметры контактных площадок и т.д.

Цифровой термометр можно использовать как в выносном, так и в стационарных режимах. Питание в этом случае от элемента типа «корунд» или сети 220 В, 50 Гц соответственно. С учётов современных требований дизайна и «подгонки» конструкции под человека была выбрана конструкция цифрового термометра классической формы: прямоугольная, обтекаемая, горизонтального расположения, с минимальными размерами и массой. Корпус цифрового термометра изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л. Размеры корпуса 125х90х28 мм. Цветовая окраска корпуса и других составных частей от «тёплых» до «холодных» тонов в зависимости от рецептуры используемого полистирола.

Воронежский государственный

технический университет

А.В. Турецкий, В.М. Шишкин

АНАЛИЗ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ НА МДП-ТРАНЗИСТОРЕ

С ОБЩИМ ИСТОКОМ

Для проектирования аналоговых интегральных схем (ИС) на основе МДП-структур важное значение имеют точные уравнения, определяющие характеристики схемы усиления транзистора. В литературе этому вопросу не уделено достаточного внимания. А именно: нет уравнений, определяющих токи гармоник, не проанализированы частотные свойства каскада в области высоких частот, отсутствует уравнение для определения мощности, потребляемой каскадом.

В работе проанализирована схема усиления с общим истоком (ОИ) и нагрузочным диффузионным резистором. Получены уравнения постоянной составляющей спектра, амплитуды тока первой гармоники, амплитуды тока второй гармоники:

; (1)

; (2)

, (3)

где - удельная крутизна, - коэффициент, учитывающий влияние подложки, u₀- пороговое напряжение.

Откуда получаем коэффициент гармоник:

. (4)

Получено выражение для определения максимальной потребляемой каскадом мощности:

, (5)

где Е- напряжение питания.

Проанализированы частотные свойства каскада. Модуль коэффициента передачи:

, (6)

где _К- постоянная времени цепи затвор- канал, _В- постоянная времени выходной цепи каскада на высоких частотах, равная _В-С₀R_Э.

Фазовый сдвиг высокочастотных составляющих сигнала в каскаде:

_В-arctg(_К+_В). (7)

Входная проводимость каскада:

Y_ВХjC_ЗИ+С_К+С_ЗС(1+К), (8)

где С_ЗИ- емкость затвор-исток, С_К- емкость канала, С_ЗС- емкость затвор-сток.

Данные уравнения могут быть занесены в базу данных схемных включений МДП- транзистора при автоматизации проектирования аналоговых ИС усилителей на основе МДП- структур.