Semnale Ecg Si Proiectarea Circuitului

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1 Semnalul ECG

1.2. Sistemul de radiodifuziune

1.3. Principiul radiodifuziunii

1.4. Benzile de frecvență

CAPITOLUL 2

CONSIDERATII TEORETICE

2.1. Caracteristicile semnalului transmis prin lanțul de radiodifuziune

2.2. Modulația

Modulația de frecvență

2.2.1. Generalități

2.2.2 Obținerea semnalelor modulate în frecvență cu diode varicap

2.3. Demodulația

2.3.1 Generalități

2.3.2 Procedee de demodulare de frecvență

2.4. Indicii calitativi ai radioreceptoarelor

2.5. Antene

2.6 Alegerea soluției

CAPITOLUL 3

ACHIZITIA SEMNALELOR ECG SI PROIECTAREA CIRCUITULUI

Proiectarea circuitului de amplificare

CAPITOLUL 4

PROIECTAREA EMITATORULUI

CAPITOLUL 6

Proiectarea sursei de alimentare

CAPITOLUL 7

Realizare practică

Proiectarea cablajelor imprimate

Generalități

Verificările tehnologice ale plăcii de cablaj imprimat

CAPITOLUL 8

Calcul economic

Determinarea cheltuielilor de montaj

CAPITOLUL 9

CALCUL DE FIABILITATE

9.1. Concepte de fiabilitate a sistemelor

9.2. Fiabilitatea cablajelor imprimate echipate cu componente electronice

9.3. Determinarea indicatorilor de fiabilitate

Anexa

=== Anexa ===

Anexa

Anexa 1

1) Cablajul amplificatorului instrumental (vedere cu componente)

2)Lista cu piese folosite pentru amplificator

C1=100uF R1=60 CI=INA126

C2=100u F R2=10K

C3=100nF R3=80

C4=100nF R4=7K

Anexa2

1)Cablajul emitatorului

Fig : a) desenul cablajului b)vedere cu componente

2) Lista cu piese folosite pentru emitator

C1=0.1uF R1=1M R5=10K

C2=0.1u F R2=100K R6=1K

C3=0.01uF R3=10K Lrf=24uH

C4=4.7pF R4=100 L=1.4uH

C5=10-40pF T1=BC173

C5=0.1uF T2=BF173

Anexa 3

1)Cablajul receptorului

Fig. a)vedere cablaj Fig. b)vedere cu componente

2)Lista cu piese folosite pentru receptor

C1=160nF C5=470nF C9=330puF C13=82pF C17=220pF

C2=1.8nF C6=100nF C10=3.3nF C14=220pF C=7-25pF

C3=22nF C7=3.3nF C11=160pF C15=100nF Cs=27pF

C4=10nF C8=180pF C12=68pF C16=330pF Cp=18pF

R1=10K L2=70nH

R2=22K L1=1.1uH

R3=10K CI=TDA7000

Anexa 4

1)Cablajul sursei de alimentare

Fig a)vedere din partea opusa pieselor b)vedere cu piese

2)Lista piese folosite pentru sursa de alimentare

D1=1N4001 D2=1N4148 D3=1N4148 D4=1N4148

DZ=6V8 T=BD273 R=220

C1=1000uF C2=1000uF C3=220uF

Anexa 5

Schema interna a circuitului integrat TDA7000

Anexa 6

Schema interna a circuitului integrat INA 126

=== cap 8 ===

CAPITOLUL 8

Calcul economic

Costul de producție este o categorie economică legată de existența producției de mărfuri, de procesul de formare a valorii și de prețuri.

Calculul economic reprezintă un calcul foarte amănunțit al costului de producție al aparatului respectiv.

În sfera producției materiale, costul de producție este forma bănească a unui conținut ce reprezintă consumul de mijloace materiale și forță de muncă, necesare pentru producerea și desfacerea bunurilor materiale. El include tot ceea ce înseamnă cheltuială de producție suportată de întreprinzător pentru producerea și desfacerea bunului respectiv.

Între costul de producție și prețul de vânzare există deosebiri atât cantitative cât și calitative. Astfel prețul este mai mare decât costul de producție incluzând în plus și profitul. Deosebirea calitativă este că, în timp ce prețul asigură mijloacele necesare producției lărgite, costul de producție asigură doar recuperarea cheltuielilor de producție.

Potrivit legislației în vigoare, în țara noastră costul de producție este împărțit în următoarele grupe de cheltuieli:

cheltuieli materiale (materii prime, energie, materiale și combustibili) Cmp.

cheltuieli directe cu munca vie (retribuții directe plătite muncitorilor, impozit pe fondul de retribuții directe Ifr, contribuții pentru asigurări sociale Cas).

Cdmv=Rd+Ifr+Cas;

– contribuții la fondul de cercetări științifice;

– impozite (pe clădiri);

– fond pentru ajutor de șomaj, alte cheltuieli;

Elementele componente ale costului de producție se modifică de la o perioada de timp la alta sub influența factorilor externi și interni.

Mărimea costului de producție exprimă toate cheltuielile cu mijloacele de producție și plata salariilor, cheltuieli ce se efectuează pentru producerea și desfacerea bunurilor de materiale.

Reducerea costului de producție înseamnă micșorarea cheltuielilor pe unitatea de produs și este o necesitate obiectivă impusă de creșterea rentabilității, sporirea profitului și a productivității muncii.

Reducerea costului de producție atrage după sine creșterea calității produsului, realizarea unor specializări suplimentare.

Diminuarea costului de producție se poate face pe mai multe căi:

prin reducerea costului materialelor;

prin utilizarea eficientă a capitalului fix;

prin creșterea productivității muncii;

prin reducerea cheltuielilor administrativ-gospodărești;

La efectuarea calculului economic se poate ține cont și de o serie de costuri, cum ar fi:

Costul fix se referă la cheltuieli independente de volumul producției (chirii, amortizarea mașinilor, a clădirilor, etc.).

Costul variabil se modifică odată cu modificarea volumului de producție.

Costul marginal exprimă sporul de cheltuieli necesare pentru obținerea unei unități suplimentare de produs.

Costul cercetării științifice este dat de cheltuielile pentru cercetarea propriu-zisă și pentru aplicarea în practică a rezultatelor activității de cercetare proiectare în vederea realizării prototipului.

Costul tehnologic se caracterizează prin individualizarea cheltuielilor directe și a unei părți însemnate din cheltuielile indirecte, în special cu întreținerea și folosirea utilajelor.

Procesul de formare al costului de producție este dat de nivelul secției, de cheltuielile directe la care se adaugă cheltuielile cu întreținerea și funcționarea utilajelor (CIFU), cheltuieli generale ale secției cu munca vie (CMDV), care sunt necesare în scopul asigurării necesităților de iluminare și încalzire, etc..

Cd – reprezintă cheltuieli directe la care se adaugă cheltuielile necesare pentru materii și materiale și cheltuielile directe cu munca vie, din care se scade costul materialelor refolosibile și recuperabile (C).

Cd=Cmp+Cdmv-C, unde:

Cmp-cheltuieli directe cu materii prime și materiale;

Valoarea aparatului se calculează cu relația următoare:

I=Pa+Cm+Pc+Ct;

unde:

I=investiția, Pa=prețul aparatului, Cm=cheltuieli de montaj (asamblare), Ct=cheltuieli pentru transport.

În prețul aparatului intră: prețul pentru circuite integrate, pentru componente pasive, pentru cablajul imprimat, cheltuieli pentru carcasă, cheltuieli pentru probe, etc..

Pentru aceasta se utilizează următorul tabel:

Determinarea cheltuielilor de montaj

Manopera

Manopera se calculează astfel:

M=6%*valoarea componentelor=6%*468000=28000 lei

Cheltuieli privind proiectarea

Cheltuieli pentru proiectare : 21.000lei/h*8h*20zile= 3.696.000lei;

Impozitarea pe salarii

Impozitul pe salarii:19% din manoperă

Is=19%*M=5500lei;

Ajutorul de șomaj

Ajutorul de șomaj se calculează cu formula :5% din manoperă + impozitul pe salarii

As=5%*M+Is=1400+5500=6900 lei;

Contribuții la asigurări sociale

CAS= 2% din impozitul pe salarii + ajutorul de șomaj + manopera:

CAS=2%*Is+As+M=110+6900+28000=35010 lei

Astfel se obține total preț 1:

Pt1=I+Is+As+M= 468000+5500+6900+28000= 508400 lei

Cheltuieli indirecte

Cheltuielile indirecte reprezintă 17% din total preț 1:

Ci=17%*Pt1=86428lei

Beneficiul

Beneficiul se calculează astfel: 5% din total preț 1 la care se adaugă cheltuielile indirecte:

B=5%*(Pt1+Ci)=29741.4 lei

Prețul total 2 se obține astfel: preț total 1+ +cheltuieli indirecte + beneficiul Pt2=Pt1+Ci+B=508400+86428+29741.4=624569.4lei

T.V.A.

T.V.A = 19%*Pt2 = 118668.1 lei

Preț total obținut:

Pt=preț total 2+T.V.A.

Pt=Pt2+T.V.A.=743237.5 lei

S-a obținut un preț total de743238 lei. Aceasta reprezintă valoarea produsului realizat.

=== CAPITOLUL 1 ===

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

1.1 Semnalul ECG

Prin ECG (electrocardiogramă) se înțelege tehnica de măsurare dintre două potențiale electrice generate de activitatea inimii.

Se știe că măsurătorile se fac luând semnal din trei puncte de pe corp în care diferența de potențial dintre primii doi electrozi se măsoară direct de pe piele, iar al treilea electrod folosește ca punct de masă. Cu fiecare bătaie a inimii, un impuls electric trece prin inimă.

ECG-ul oferă două informații importante, în primul rând, prin măsurarea intervalului de timp al ECG-ului; un doctor poate afla cât de lungă este unda electrică ce trece prin inimă. Știind cât de mult îi trebuie undei să treacă prin inimă dintr-o parte în alta, arată dacă activitatea electrică este normală sau lentă, accelerată sau neregulată. În al doilea rând, prin măsurarea activității electrice la nivelul mușchiului cardiac, medicul cardiolog poate afla dacă unele părți ale inimii sunt mărite sau suprasolicitate.

La conectarea amplificatorului biologic cu subiectul uman este foarte important să se folosească un amplificator cu izolare electrică, pentru evitarea șocurilor electrice (electrocutării).

Amplificatorul diferențial este potrivit pentru redarea semnalelor biologice, folosit în EEG.

Schema bloc folosită în lucrarea de față are structura următoare:

Figura.1.1

Sistemul de electrozi este format din trei electrozi de argint clorurat și au rolul de intrări în sistemul de amplificare. La intrare se folosesc fire torsadate prin care se micșorează brumul de rețea (dacă se folosește cablu ecranat pentru fiecare fir, semnalul este mai zgomotos).

  Pentru un contact cât mai bun între piele și electrozi se folosește un gel conductor.

Pentru a-l stăpâni, semnalul este mai întâi amplificat de un amplificator de instrumentație care măsoară diferența de potențial de pe două locuri diferite apropriate inimii. Pe lângă cei doi electrozi conectați lingă inima mai există un electrod conectat la piciorul drept sau in aproprierea sternului(legătura le masa).

Amplitudinea semnalului are doar câțiva microvolți și se amplifică de câteva mii de ori înainte de a fi capturat; deci este un semnal slab ce poate fi acoperit foarte ușor de zgomotului de 50/60Hz care este transmis prin rețeaua electrică.

Dat fiind amplificarea mare cerută trebuie luate câteva măsuri speciale:

traseele între componente trebuie să fie cât mai scurte,

trebuie să se evite buclele de masă;

se recomandă ecranarea blocului de amplificare.

Pentru că amplificatorul vine în contact direct cu pacientul, trebuie ca etajul de amplificare să fie alimentat de la o sursă foarte bine izolată, în acest caz se folosesc două baterii de 9V.

Semnalul obținut este mono, deci cele 2 intrări se leagă împreună. Frecvența de eșantionare este de maxim 44KHz pe când frecvența de eșantionare minimă necesară este de 400Hz.

1.2. Sistemul de radiodifuziune

Un sistem de radiodifuziune clasic este alcătuit din doua subsisteme și anume:

-sistemul de transmisie (Emițător + Antene),

-sistemul de recepție (Antena + Radioreceptor).

1.3. Principiul radiodifuziunii

Aceasta presupune preluarea semnalelor sonore din studio cu ajutorul microfoanelor care au rolul de a transforma aceste semnale în semnale electrice audio și apoi prelucrarea acestor semnale prin intermediul filtrelor audio, a egalizoarelor, a corectoarelor ș.a.m.d. în vederea obținerii unor semnale audio cât mai pure care să fie transmise în eter, către radioreceptoare, prin intermediul stației radio de transmisie.

În figura de mai jos este prezentată schema bloc a lanțului de radiodifuziune:

Fig.1.2 – Lanțul de radiodifuziune

Emițătorul are deci rolul de a transmite în eter informația captată de microfoane sau din alte surse sonore, iar receptorul are rolul de a receptiona undele electromagnetice transmise de emitator și de a le transforma in unde sonore.

1.4. Benzile de frecvență

În radiocomunicații se folosește un domeniu larg de frecvențe ce include porțiuni din gama de unde lungi, unde medii și unde ultrascurte.

Undele lungi (UL).

– domeniul de frecvență: 150-285KHz,

– domeniul lungimilor de undă: 1 050-2 000m,

caracteristici de propagare: se pot realiza legături stabile indiferent de anotimp dar necesită puteri mari la emisie,

utilizarea curentă: radiotelegrafie la mare distanță cu funcționare continuă, și cu siguranță în stabilirea legăturii, în marină și în oarecare măsură, în radiodifuziune.

Undele medii (UM).

domeniul de frecvență: 525-1605KHz,

domeniul lungimilor de undă: 187-570m,

caracteristici de propagare: iarna, propagare mai bună decât vara;

atenuare mică noaptea și mare ziua ceea ce explică posibilitatea de recepționare în timpul nopții a stațiilor foarte îndepărtate,

utilizarea curentă: radiodifuziune și navigație marină și aeriană.

Undele scurte (US):

domeniul de frecvență: 3,2-26,1MHz,

domeniul lungimilor de undă: 75-10m,

caracteristici de propagare: transmisiile la distanțe mari, depinde de ionizarea atmosferei și de momentul transmisiei (vară, iarnă, noapte, zi).

utilizare curentă: comunicații de toate tipurile, la distanțe mari și medii.

Unde ultrascurte (UUS):

domeniul de frecvență: 63-108MHz,

domeniul lungimilor de undă: 4,62-3m,

caracteristici de propagare: propagarea în linie dreaptă, analoagă cu cea a luminii; neafectetă de ionosferă.

utilizare curentă: comunicații la distanțe mici, televiziune, modulație de frecvență, radar, navigație aeriană.

=== CAPITOLUL 2 ===

CAPITOLUL 2

CONSIDERATII TEORETICE

2.1. Caracteristicile semnalului transmis prin lanțul de radiodifuziune

Semnalul electric purtător al informației sonore este în general o funcție armonică de timp.

Frecvența acestui semnal trebuie sa fie cea alocată canalului, iar unul dintre parametrii săi să varieze proporțional cu semnalul electric rezultat din traductorul emițător.

Reprezentarea unui semnal modulat, care se aplică la intrarea receptorului se poate face prin relația:

unde fie amplitudinea A, fie pulsația este dependentă de semnalul modulator.

2.2. Modulația

Modulația reprezintă modificarea uneia dintre cele două caracteristici esențiale ale curentului de înaltă frecvență (semnal purtător): amplitudinea sau frecvența, în conformitate cu forma curentului de joasă frecvență (semnal modulator). În primul caz, frecvența curentului care produce undele rămâne constantă și variază doar amplitudinea. În modulația de frecvență, amplitudinea curentului de înaltă frecvență este cea care rămâne constantă, variind doar frecvența, mai mult sau mai puțin, în jurul unei valori medii.

Pornind de la aceste două categorii de modulație, au fost obținute alte categorii “derivate” de modulație, cum sunt: modulația de impulsuri (de amplitudine, de durată sau de poziție), modulația de fază.

Modulația de frecvență

2.2.1. Generalități

În prezent, în tehnica radiocomunicațiilor, radiodifuziunii și televiziunii, alături de modulația de amplitudine, o largă răspândire a căpătat și modulația de frecvență.

Acest tip de modulație constă în modificarea frecvenței semnalului de înaltă frecvență (semnalul purtător) în funcție de variația semnalului de comandă (modulator).

Cum este cunoscut, un semnal periodic se exprimă astfel:

i = Imax cos = Imax cos ()

unde este faza semnalului și caracterizează starea procesului oscilant în momentul respectiv. Faza este o funcție de timp, iar în cazul semnalelor întreținute, depinde liniar de timp.

, unde este faza inițială a semnalului.

Transmisia cu modulație de frecvență se folosește în benzile superioare de frecvență alocate radiodifuziunii, adică în unde ultrascurte. Aceasta deoarece banda ocupată de semnalele modulate în frrecvență este mult mai mare decât la orice alt tip de modulație.

Avantajul acestui tip de transmisie constă într-o dependență mai mică a semnalelor utile de perturbațiile canalului radio spre deosebire de alte tipuri de transmisiuni.

În principiu transmisiunea bazată pe modulatia de frecvență are ca scop mărirea calității semnalului la locul de recepție și îmbunătățirea raportului semnal/zgomot

a) b)

c)

Figura 2.1: Modulația în frecvență.

a)Variația tensiunii semnalului de modulație;

b)Forma semnalului purtător modulat în frecvență;

c)Dependența frecvenței unghiulare a semnalului modulat funcție de forma semnalului modulator.

În figura 2.1 este prezentată forma semnalului modulat în frecvență. În momentul inițial (a), valoarea tensiunii semnalului de modulație are valoarea maximă.

În partea (b) a figurii este prezentată forma semnalului purtător modulat în frecvență.

Când valoarea semnalului de modulație are valoarea pozitivă maximă, frecvența semnalului modulat este cea mai mare, iar în cazul valorii negative maxime, frecvența cea mai mică. În momentul în care tensiunea de modulație este egală cu zero, frecvența

semnalului modulat este egală cu frecvența purtătoare, fP, iar perioada semnalului, cu perioada purtătoarei TP.

În figura 2.1b este reprezentată punctat o perioadă a semnalului purtător atunci când semnalul de modulație ar fi egal cu zero.

În figura 2.1c este prezentată dependența frecvenței unghiulare , a semnalului modulat, în funcție de forma semnalului modulator.

Deci semnalul modulat în frecvență, reprezentat în figură cu linie continuă întârzie ca fază față de semnalul reprezentat cu linie punctată, adică în timpul semialternanței negative a semnalului modulator, oscilațiile modulate în frecvență sunt în avans ca fază față de semnalul purtător. Reiese că, efectuând o modulație de frecvență se schimbă și faza semnalului, adică modulația de frecvență reprezintă concomitent și o modulație de fază.

Se constată din figura 2.2 că spectrul unei oscilații cu modulație în frecvență este compus dintr-o purtătoare și o infinitate de componente laterale, de diverse amplitudini.

Figura 2.2 Spectrul de frecvență al unei oscilații MF.

În concluzie, banda de frecvențe a semnalelor cu modulație în frevvență este foarte largă (teoretic infinită, dar practic limitată la valoarea componentelor a căror amplitudine nu scade sub 1% din amplitudinea purtătoarei nemodulate).

Mărimile ce caracterizează semnalele cu modulare în frecvență, sunt:

deviația de frecvență, (), care reprezintă abaterea maximă a frecvenței semnalului modulat față de frecvența f a purtătoarei:

=fmax–f=f-fmin

indicele de modulație, (), care reprezintă de fapt raportul dintre deviația de frecvență și frecvența modulatoare. Pentru a caracteriza un anumit sistem de transmisie, se folosește valoarea frecvenței modulatoare maxime; rezultă astfel indicele de modulație al sistemului de transmisie:

t=

MF prezintă o serie de avantaje și anume:

Faptul că amplitudinea semnalului modulat se menține constantă, face ca etajele emițătorului să lucreze în condiții optime;

Randamentul emițătoarelor este îmbunătățit;

Se asigură transmisiuni de calitate foarte ridicate, datorate pe de o parte faptului că spectrul de frecvențe este bogat în armonice, iar pe de altă parte distorsiunilor reduse atât la emisie cât și la recepție și raportului semnal/zgomot îmbunătățit.

Ca dezavantaj principal se menționează banda de frecvențe foarte largă,care face ca MF să se aplice numai în domeniul UUS.

2.2.2 Obținerea semnalelor modulate în frecvență cu diode varicap

Modulația de frecvență, se produce chiar în etajul oscilator deoarece este indicat a se modifica frecvența radio chiar în locul unde ea este generată. Este cunoscut că un oscilator LC furnizează oscilații cu frecvență:

.

Deci variația lui f se va obține prin varierea elementelor reactive (L sau C) ale circuitului oscilant considerat. Cel mai important și mai folosit procedeu de obținerea modulației de frecvență constă în utilizarea diodelor semiconductoare varicap.

Aceste diode se aleg de obicei de siliciu cu joncțiune, întrucât acestea prezintă o capacitate proprie aparentă mai mare față de diodele cu contact punctiform. Dioda varicap se menține permanent în stare de blocare datorită unei polarizări inverse obținută cu ajutorul unei surse de c.c., E0. S-a constatat că o dată cu variația tensiunii inverse aplicate diodei variază și capacitatea de barieră a acesteia, legea aproximativă de variație, fiind dată de relația:

Cb=Cb0,

în care:

Uc – bariera de potențial naturală (diferența de potențial de contact);

ua – tensiunea inversă aplicată diodei;

Cb0 – valoarea capacității de barieră corespunzătoare cazului ua=0;

– coeficient care poate lua valori între 1/2 și 1/3.

Din relația de mai sus rezultă că dacă ua este o tensiune de modulație, se poate obține o variație a capacității Cb a diodei în ritmul semnalului modulator.

În figura 2.15 este prezentată o schemă pentru obținerea oscilațiilor modulate în frecvență, în care dioda varicap este conectată pe o porțiune a circuitului oscilant LC al unui oscilator. Tensiunea totală aplicată diodei, este:

ua=E0+uAF,

adică tensiunea de polarizare E0 și serie cu tensiunea de modulație uAF*Lș ( Lș – bobină de șoc pentru curenții de înaltă frecvență), iar C1 servește pentru decuplare.

Figura 2.3: Obținerea MF cu ajutorul unei diode varicap

Frecvența de oscilație a circuitului oscilant este:

,

unde: C0 – capacitatea internă statică a diodei;

p=.

Din ultima relație, rezultă că, deoarece Cb variază în funcție de tensiunea de modulație, și frecvența f a oscilatorului variază în ritmul modulației, obținându-se în acest fel o modulație de frecvență. Pentru a se evita producerea unor distorsiuni mari, este necesar să se ia E0>>UAF (amplitudinea tensiunii de modulație).

De reținut că toate metodele de producere a oscilațiilor MF au la bază același principiu: modificarea frecvenței se produce prin intermediul varierii unuia dintre factorii care intră în expresia frecvenței de rezonanță a circuitului oscilant.

2.3. Demodulația

Demodulația este procesul invers al modulației și reprezintă separarea celor două semnale, purtător și modulator, combinate inițial prin modulație. În mod curent prin demodulație se înțelege extragerea semnalului modulator din semnalul modulat, cu ajutorul demodulatoarelor.

În funcție de tipul de modulație folosit la emițătoare, se disting: demodularea de amplitudine (detecția), demodularea de frecvență (discriminarea) și altele.

2.3.1 Generalități

Recepția semnalelor modulate în frecvență se realizează cu ajutorul unor radioreceptoare special construite care au în mod deosebit capacitatea de a demodula aceste semnale.

Performanțele radioreceptoarelor țin în mod direct de componentele cu care acestea au fost realizate, de schemele alese și de scopul propus la proiectare.

Dacă modulația de amplitudine se caracterizează prin gradul de modulație m care reprezintă, în procente, variația în amplitudine a semnalului de radiofrecvență, modulația în frecvență se caracterizează prin deviația de frecvență, care indică cu câți KHz se schimbă frecvența semnalului modulat de modulație maximă.

Modulația de frecvență are un mare avantaj față de modulația de amplitudine, fiind mult mai puțin afectată de semnalele perturbatoare (parazite) care influențează, în cea mai mare măsură, amplitudinea semnalului recepționat. Deoarece în procesul de modulare în frecvență nu este afectată amplitudinea semnalelor modulate, în receptoare se poate efectua o limitare substanțială în amplitudine a semnalelor recepționate, înainte ca acestea să fie aplicate demodulatorului. Crește astfel sensibilitatea reală a receptoarelor, definită din raportul semnal/zgomot .

b)

Figura 2.4 Limitarea amplitudinii la demodularea de frecvență.

Forma semnalului înainte de limitarea amplitudinii;

Forma semnalului după limitarea amplitudinii.

În figura 2.4 este prezentată forma semnalului înainte de limitare (a), precum și după limitare (b).

2.3.2 Procedee de demodulare de frecvență

Cele mai importante procedee de demodulare de frecvență, sunt:

Demodulația de frecvență cu circuit oscilant dezacordat;

Discriminatorul de frecvență cu două circuite cuplate;

Detectorul de raport.

1. Demodulația de frecvență cu circuitul oscilant dezacordat este cel mai

simplu mod de demodulație de frecvență. Demodulatorul este realizat cu un circuit oscilant obișnuit, dezacordat față de frecvența semnalului recepționat (f0) și un detector de modulație în amplitudine (figura 2.5).

Odată cu modificarea frecvenței semnalului aplicat pe circuitul oscilant, amplitudinea tensiunii de pe circuit se va schimba, cu alte cuvinte are loc o convertire a semnalului modulat în frecvență într-un semnal modulat în amplitudine. După aceasta nu ne mai rămâne decât să demodulăm în amplitudine acest semnal. Deoarece flancurile curbei de rezonanță a unui circuit acordat nu sunt liniare, acest mod de demodulație este însoțit de mari distorsiuni neliniare.

Figura 2.5 Demodulația de frecvență cu circuit oscilant dezacordat.

2. Discriminatorul de frecvență cu două circuite cuplate este prezentat în figura 2.6. Acest tip de demodulator de frecvență mai poartă și denumirea de demodulator de frecvență diferențial.

Partea din stânga a liniei punctate AA’ reprezintă “convertorul” de mod de modulație, iar cea din dreapta, detectorul de amplitudine.

Figura 2.6: Schema unui demodulator de frecvență diferențial

Rolul de convertor este îndeplinit de tranzistorul care are conectat în circuitul de colector un sistem de două circuite, cuplate între ele și acordate pe aceeași frecvență. Tot tranzistorul este cel care exercită funcția de limitator de amplitudine.

În afara cuplajului inductiv dintre cele două circuite acordate, punctul “cald” al primului circuit este conectat prin intermediul capacitorului C, cu punctul median al celuilalt circuit. Capacitoarele C1 și C2 prezintă o rezistență neglijabilă pentru curentul de înaltă frecvență. În acest mod, semnalul de la ieșirea convertorului de modulație, aplicat la fiecare diodă, reprezintă suma geometrică a tensiunii totale a primului circuit și jumătate din tensiunea celui

de-al doilea circuit.

Când frecvența semnalului este egală cu frecvența de rezonanță, tensiunile aplicate diodelor D1 și D2 sunt egale (UD1=UD2). Dacă frecvența semnalului va fi diferită de frecvența de rezonanță, aceste două tensiuni vor diferi între ele. În limitele porțiunii liniare a caracteristicii de fază a celar două circuite, variația amplitudinii tensiunilor aplicate diodelor UD1 și UD2 va fi direct proporțională cu variația frecvenței semnalului aplicat, datorită cărui fapt, modulația de frecvență se “transformă” în modulație de amplitudine.

Acest tip de demodulator necesită o bună limitare prealabilă în amplitudine a semnalului aplicat la demodulator.

Detectorul de raport are cea mai largă utilizare în practică, deoarece

nu este “sensibil” la modulația de amplitudine ca demodulatorul cu circuite cuplate.

Schema detectorului de raport din figura 2.7 se deosebește de figura din

2.6 numai prin faptul că tranzistorul funcționează în regim de amplificare maximă și nu în regim de limitare.

Când la intrare apare un semnal, curentul ce trece prin dioda D1, traversând jumătatea superioară a inductanței L2, șocul de radiofrecvență SRF și rezistoarele R1 și R3, încarcă capacitorul C1 până la tensiunea UC1, aproximativ egală cu amplitudinea tensiunii UD1. Lucrurile stau la fel cu, curentul care trece prin dioda D2. Suma tensiunilor UC1+UC2 rămâne practic constantă, odată cu variația frecvenței semnalului aplicat, deoarece în paralel cu aceste capacitoare este conectat un capacitor electrolitic de mare capacitate.Tensiunea la bornele acestui capacitor este determinată de amplitudinea semnalului aplicat. Datorită capacității mari a lui C3, tensiunea la bornele acestuia variază foarte lent. Atunci când apar modificări rapide de scurtă durată, ale amplitudinii semnalului, tensiunea la bornele lui C3 este determinată de valoarea medie a amplitudinii semnalului recepționat. Astfel încât, în cazul unei modulații parazita de amplitudine, suma tensiunilor UC1+UC2, rămâne constantă. Figura 2.7: Schema unui detector de raport

Dacă frecvența semnalului se schimbă astfel încât tensiunea la dioda D1 crește și cea de la dioda D2 se micșorează, atunci cei doi curenți care străbat rezistorul R3 nu vor mai avea valori egale. În acest mod, la bornele rezistorului R3 va apare o cădere de tensiune proporțională cu diferența dintre valorile celor doi curenți. Dar cum tensiunea sumă la bornele capacitoarelor C1 și C2 rămâne constantă, atunci se schimbă numai raportul în care este divizată tensiunea UC1+UC2 la bornele fiecărui capacitor. De aceea, acest detector poartă denumirea de detector de raport.

2.4. Indicii calitativi ai radioreceptoarelor

A. Sensibilitatea

Sensibilitatea este cel mai important parametru și indică capacitatea unui receptor de a recepționa semnalele slabe și este dată de amplificare. Se definește ca fiind valoarea eficace a semnalului din antena care produce la ieșire nivelul standard de putere Ps=50mW(pentru recepția în caști Ps=1mW). Sensibilitatea, ca valoare, trebuie să fie cât mai mică.

O definiție mai exactă : valoarea eficace a semnalului aplicat în antenă (deci la intrarea receptorului), modulată sinusoidal cu 400Hz, m=30%, care dezvoltă în rezistența nominală de

sarcină puterea utilă standard de 50mW.

Sensibilitatea este legată direct de amplificare, în sensul că se poate calcula una sau alta cunoscându-se și rezistența de sarcină nominală, astfel:

Ps – putere standard; Rs – rezistența de sarcină

Us – tensiunea efectivă pe sarcină; Ui – tensiunea in antenă

S – sensibilitatea

Dacă se impune S, atunci amplificarea necesară este A=Us/Ui.

Dacă se cunoaște A, atunci S=Us/Ui=A*Ui.

Ceea ce s-a discutat se referă la sensibilitatea absolută.

B. Sensibilitatea limitată de zgomot (SLZ)

Se referă la tensiunea eficace introdusă în antena care produce în antena puterea standard Ps=50mW dar raportul semnal zgomot este S/Z=20dB.

Sensibilitatea este cuprinsă între 1V si 20V.

Sensibilitatea nu rămâne constantă, de obicei, pe diverse game de lucru ale RR și nici chiar în limitele aceleiași subgame. De aceea trebuie să se indice și frecvența de lucru sau în cel puțin trei puncte: centru și extremități.

C. Selectivitatea

Selectivitatea este calitatea unui receptor de a separa din multitudinea de semnalele din antenă semnalul util dorit. Ea are la bază proprietățile circuitelor acordate LC care separă semnalele ca niște filtre.

D. Fidelitatea

Prin fidelitate se apreciază măsura în care programul sonor furnizat de receptor este apropiat de programul original de la postul de emisie.

Distorsiunile neliniare ale receptorului se apreciază prin factorul de distorsiuni de neliniaritate al etajului final care produce în principal aceste distorsiuni.

Distorsiunile de neliniaritate cresc o dată cu gradul de modulație al semnalului și cu mărimea puterii utile de ieșire. La fiecare receptor se indică puterea de ieșire maximă sau nominală pentru care distorsiunile neliniare nu depășesc valoarea limită (maximă admisibilă, de 3…10%).

În practică, pentru receptoare nu se prezintă caracteristica distorsiunilor de frecvență, ci se indică numai banda de trecere, adică frecvențele minimă ți maximă între care atenuarea nu depășește o valoare impusă. Pentru gamele UL, UM și US banda de trecere este cuprinsă aproximativ între 100…200Hz, 3…6Hz, iar pentru gama UUS între 30…70HZ și 10…15KHz.

E. Siguranța în funcționare

Radioreceptoarele sunt aparate relativ complicate, cu multe piese componente; defectarea unei singure piese produce adesea ieșirea din funcțiune a receptorului în întregime.

Pentru mărirea siguranței în funcționare se recomandă să se ia o serie de măsuri, cum ar fi:

simplificarea cât mai tare a aparaturii;

regimul de funcționare al pieselor să fie astfel ales încât acestea să funcționeze cât mai departe de condițiile limită admisibile;

reducerea pe diverse căi a încălzirii pieselor receptorului;

folosirea de piese cu o bună stabilitate termică;

folosirea de piese cu mare siguranță în funcționare;

folosirea de blocuri funcționale în care accesul să fie ușor la toate piesele;

folosirea de scheme tipizate;

folosirea de scheme în care elemente sau blocuri să se poată substitui reciproc fără nici o modificare.

2.5. Antene

Au rolul de a transforma energia câmpului electromagnetic in energie electrică.

Antene practice

Antena filară din conductor litat de diferite forme.

Partea care contribuie la mărirea tensiunii induse in antenă este numai partea verticală, partea orizontală contribuind la creșterea capacității antenei Partea orizontală se folosește pentru directivitate. Antenele exterioare se folosesc pentru frecvențe mai mici de 30 MHz (UL, UM, US), pentru UUS se folosesc cele telescopice. Dacă antena telescopică are h=0.5–1.5m, hef ~h/5–h/2.

Lungimea de undă și frecvența proprie

Este ușor de văzut că, cu cât conductorul din care este constituită, este mai lung, cu atât inductanța și capacitatea unei antene sunt mai mari și, prin urmare, cu atât mai mare este lungimea ei de undă, și corespunzător, mai mică frecvența oscilațiilor libere care iau naștere în interiorul ei.

Dacă se are în vedere că viteza de propagare a curentului de-a lungul conductorului său este egală cu viteza de propagare a undelor radio – 300000Km/s, se pot deduce ușor formulele de calcul pentru lungimea de undă proprie sau pentru frecvența proprie a antenei.

Ținând cont că în timpul unei semiperioade curentul circulă într-un singur sens de-a lungul conductorului antenei, este clar că lungimea lui este egală cu jumătate din lungimea de undă proprie (/2), deoarece în decursul unei perioade întregi, la viteza de 300000Km/s, curentul ar parcurge o distanță egală cu o lungime de undă.

Deci, lungimea (l) a conductorului deschis este egală cu (/2) sau =2l.

Rezultă deci că lungimea de undă a oscilațiilor proprii ale unei antene este egală cu dublul lungimii conductorului ce o constituie.

Înlocuind lungimea de undă prin frecvență în relația:

se obține:

sau .

În practică, datorită influenței solului sau a unor corpuri învecinate, lungimea de undă proprie este ceva mai mare decât dublul lungimii conductorului antenei:

Pentru a se obține o radiație maximă trebuie produse în antenă oscilații întreținute de intensitate maximă. Acest lucru se realizează prin cuplarea antenei cu un emițător. Amplitudinea oscilațiilor induse în antenă va fi maximă în momentul atingerii rezonanței, adică atunci când frecvența emițătorului va fi egală cu frecvență proprie a antenei.

2.6 Alegerea soluției

In paragrafele de mai sus am prezentat modulația in frecventa si de aceea emisia si recepția le-am realizat modulate in frecventa si anume pe frecventa de 27 MHz.

Puterea de emisie nu va trebui să fie prea mare (zeci de mW sau sute de mW), deoarece o astfel de putere se folosește la transmisia pe distanțe mari, la care canalul de transmisiune este aerul. De asemenea, pentru a avea o putere mare la emisie, este nevoie de autorizație.

Puterea necesară în cazul de față, trebuie să fie de ordinul mW, suficientă pentru ca informația primită de receptor de la emițător să fie fără distorsiuni atunci când acestea se află în aceeași încăpere, distanța dintre ele nedepășind 10-11m.

=== Capitolul 3 ===

CAPITOLUL 3

ACHIZITIA SEMNALELOR ECG SI PROIECTAREA CIRCUITULUI

Proiectarea circuitului de amplificare

Montajul de față folosește un circuite fabricat de firma Burr-Brown. Acestea sunt amplificatorul de instrumentație INA126 .

Amplificatorul INA126 poate realiza o amplificare foarte mare, între 5 și 10000, cu o singură rezistență de reglaj. Impedanța de intrare în circuit este de cca. 109|| 4pF.

Pentru semnalul achiziționat pe calculator tensiunea de ieșire este mai mică de 1V.

Amplificatorul de instrumentație INA126 se poate folosi pentru proiectarea ECG.

Conform catalogului și firmei producătoare, INA126 folosește două amplificatoare operaționale interne, a cărui design oferă o performanță deosebită.

Caracteristici:

– capsula DIL08;

– curent consumat : 175A/canal;

– tensiunea de alimentare: ±1.35V ÷ ±18V

– tensiunea de offset: 250V max.;

– variația tensiunii de offset cu temperatura: maxim 3V/°C ;

– zgomot redus;

– curentul maxim de intrare: 25nA;

– domeniul tensiunilor sigure de intrare: ±10V, pentru Rs=1k;

– tensiunea de mod comun ce poate fi rejectată: ±11.5V;

– curentul maxim la ieșirea amplificatorului: +10/-5mA;

În figura de mai jos avem schema tipică de aplicație, schema recomandată de producător. Dacă circuitul se folosește în aplicații cu surse de alimentare zgomotoase sau în care impedanța de intrare este foarte mare, sunt necesare două condensatoare de decuplare plasate cât mai aproape de pinii integratului.

Tensiunea de ieșire se măsoară între pinul 6 (ieșirea amplificatorului operațional) și referința Ref, care, de obicei, este conectată la masă.

Figura.2.1. Schema tipică de aplicație

Amplificarea

Amplificarea este setată printr-o singură rezistență RG și se calculează cu formula:

Termenul 80K din formulă provine din rezistoarele interne circuitului care sunt ajustate cu tehnologia laser cu o precizie deosebită. Precizia și variația cu temperatura a valorilor rezistențelor se reflectă în stabilitatea valorii lui G. De asemenea, trebuie acordată o deosebită atenție rezistorului extern RG (din același motiv). Valori mici ale lui Rg necesare unei amplificări mari fac ca și rezistența lipiturii să conteze.

Impedanța de intrare a circuitului este deosebit de mare (109). În orice caz trebuie prevăzută o cale de scurgere pentru curentul de offset (bias current) de la ambele intrări. Acest curent este de circa 10nA și iese din intrările amplificatorului. În schemele în care impedanța de intrare este foarte mare, pot apare erori datorită acestui curent.

Circuitul poate funcționa la tensiuni foarte mici (±1.35V). Performanțele circuitului rămân excelente pentru o tensiune de alimentare între ±1.5V și ±18V. Funcționarea la tensiuni foarte mici necesită măsuri de precauție astfel încât tensiunea de mod comun să rămână în domeniul liniar (mai mică decât tensiunea de alimentare).

Intrările sunt protejate cu diode conectate la alimentare. Aceste diode vor intra în conducție când semnalul de intrare depășește cu circa 0.7V tensiunea de alimentare. În acest caz curentul la intrarea circuitului trebuie să fie mai mic de 10mA. În general acest lucru se realizează cu un rezistor serie.

Calculul amplificării

INA126 este singurul circuit de amplificare din montaj.

Schema internă a circuitului INA126 este următoarea:

Figura.2.4

Prin rearanjarea schemei de mai sus, se obține:

Figura.2.5

Producătorul circuitului garantează o tensiune de ieșire de forma:

Ținând cont că circuitul nu conține elemente neliniare, demonstrația formulei se poate face pe baza principiului suprapunerii efectelor, astfel, apar două cazuri:

Cazul 1. U2=0 ; U1≠0

Figura.2.6

Analizând schema, se observă că tensiunea de ieșire va fi dată de relația (3)

În care IRG==

Figura.2.7.Etajul de amplificare al tensiunii U1

, unde:

U01=U1

Se obține:

IR3=

Înlocuind relațiile și în relația rezultă:

U0=R4

Înlocuind în relația de mai sus valorile, vom obține:

U0=U1, (pentru U2=0).

Cazul 2.U1=0 ; U2≠0

Se obține schema:

Figura.2.8

Circuitul format din IC1A, R2, R3, RG, R1 se comportă că o impedanță, conectată între intrarea inversoare a IC2A și masă. Această impedanță va determina amplificarea etajului realizat cu IC2A, adică amplificarea tensiunii U2.

Figura.2.9. Schema simplificată

U0=U2

Datorita reacției negative avem: UA=U2

Din schema simplificată se observă că IZ=IR4.

Figura 2.10

Aplicând legile lui Kirchoff și Ohm pentru schema de mai sus, avem:

IRG=IR2

IRG=

IR2=

IR3=

Pentru nodul A:

IZ=IR3+IRG

IZ=IR3+IRG=

Din relațiile și rezultă: IZ=

Din relațiile 8 și 9 rezultă:

Înlocuind în ecuația de mai sus valorile numerice obținem:

U0=U2, (pentru U1=0).

Aplicând principiul suprapunerii efectelor, se obține:

Pentru semnalul EEG tensiunea culeasă este mai mică de 200µV.

Tensiunea de intrare maximă admisă pentru intrarea line-in a plăcii de sunet este de ±0.6V.

Rezultă o amplificare necesară de cca. 5000 pentru RG=15.

Se folosește schema următoare:

Figura 2.11: Schema de etalonare a amplificatorului

Se aplică la intrare o tensiune sinusoidală de frecvență joasă (50Hz).

R1, R2, R3 se aleg astfel încât pe R2 să cadă o tensiune egală cu 100µV, se reglează amplificarea din semireglabilul P, astfel încât la ieșire să avem 0.5V. Amplificarea va fi egală cu .

Schema electrica folosita

=== CAPITOLUL 4 ===

CAPITOLUL 4

PROIECTAREA EMITATORULUI

Emisia

Schema electrica folosita este următoarea:

Calculul PSF-ului

Observație:

Valorile reieșite din calcule sunt mai mult sau mai apropiate de cele din schema finală, în funcție de valorile standardizate existente și de rezultatele obținute experimental.

Pentru T1-BC 173

Caracteristica de iesire a tranzistorului BC173

Presupunem ca tranzistoarele folosite in schema se gasesc in RAN(regiunea activa normala) si de aceea vom avea:

Am ales PSF-ul urmator: Uce=1.9V; Ic=0.7mA; Ube=0.7V;

Ib=;

Pentru calculul PSF-ului se foloseste o tehnica de echivalare de circuit conform cu teorema generatorului echivalent de tensiune:

Se adoptă prin divizorul din baza tranzistorului un curent ceva mai mare decât curentul de bază al tranzistorului. Neglijând faptul că mai există și un curent ce intră în baza tranzistorului, obținem:

Pentru T2-BF 173

Pentru a stabili PSF-ul tranzistorului având in vedere caracteristica de ieșire desenata mai jos, se tine cont de faptul ca la tranzistoalere de radiofrecventa Uce trebuie sa fie intre Vcc/2 si Vcc.

Carecteristica de iesire a tranzistorului BF 173

Stiind ca Vcc=9V am stabilit urmatorul PSF:

Uce=1.9V ; Ic=7mA ; Ube=0.7V ;

Ib= curentul de bază se va neglija în calcule în raport cu, curentul de colector deoarece este mult mai mic decât acesta.

Calculul oscilatorului

; ;

Din cea de-a doua ecuație a sistemului rezultă că:

;

Această ecuație, împreună cu cea de-a doua ecuație a sistemului, se înlocuiesc în prima ecuație a sistemului și se obține:

;

;

;

.

Pentru regimul permanent al oscilațiilor, trebuie îndeplinită condiția:

.

iar pentru amorsarea oscilațiilor, trebuie îndeplinită condiția:

;

; ;

Calculul condensatoarelor de decuplare:

CondensatoareleC1 si C3 din schema de mai sus, sunt condensatoare de decuplare, adică au o anumită reactanță astfel încât să fie scurtcircuite la frecvența de lucru.

Pentru ca, condensatorul C1 să se comporte ca un scurt la frecvența de 27MHz, reactanța acestuia trebuie să fie mult mai mică decât valoarea rezistorului Rb care este:

Vom alege ca XC1=0,09 și vom obține:

Și pentru C2 vom alege o reactanță care să fie scurt la frecvența de 27MHz în comparație cu rezistorul R5, de valoare 10K.

Calculul inductanței

Bobina L am realizat-o astfel: pe un diametru de 5mm am infasurat 10 spire de lița,iar pentru un reglaj cit mai bun pe frecventa pe care doresc sa recepționez am introdus in miez de fier.

Șocul de radiofrecvență,reprezentat prin bobina cu miez aflat intre colectorul primului tranzistor si baza celui de-al doilea, permite trecerea curentului continuu pentru polarizare dar nu va permite trecerea semnalului de RF înapoi spre primul tranzistor.

Aria de acoperire este data de formula urmatoare:

aria lui de acoperire

=== Capitolul 7 ===

CAPITOLUL 7

Realizare practică

Proiectarea cablajelor imprimate

Generalități

Utilizarea cablajelor imprimate constituie soluția constructivă cea mai performantă și mai răspândită de interconectare a componentelor în circuitele electronice.

Circuitele imprimate:

– realizează o bună densitate de montare a componentelor permițând reducerea volumului și greutății aparatelor electronice;

– asigură poziționarea precisă și fixă a pieselor și interconexiunilor acestora în circuite, permițând creșterea fiabilității în funcționare și reducerea/compensarea cuplajelor parazite dintre componente și/sau circuite;

– simplifică și reduc durata operațiilor de montaj facilitând automatizarea acestora, reducând posibilitățile de montare eronată și asigurând un înalt grad de reproductibilitate;

Există totuși și unele dezavantaje ale cablajelor imprimate:

– orice modificări ulterioare ale circuitului sunt relativ dificil de realizat;

– majoritatea tipurilor de cablaje imprimate sunt sensibile la șoc termic, ceea ce impune unele precauții la lipirea terminalelor componentelor;

Tehnologie de realizare

Prin tehnologie de realizare se înțelege realizarea cablajelor imprimate cu mijloace industriale sau artizanale. Cablajul imprimat este un sistem de conductoare imprimate care asigură toate conexiunile electrice dintre componente, ecranările și conectările la masă. Conductoarele imprimate reprezintă o porțiune de strat metalizat pe un suport izolant, echivalent unei conexiuni electrice obișnuite de montaj.

Procesul de proiectare a cablajelor imprimate constă în plasarea elementelor de circuit pe placă și în stabilirea traseelor în conformitate cu schema electrică și principiile de proiectare.

Lățimea maximă a conductorului imprimat este dată de intensitatea maximă a curentului electric ce parcurge traseul.

Formula de calcul pentru lățimea maximă a traseului este:

lmin=Imax /jmaxg

Imax – intensitatea maxima a curentului;

jmax – densitatea de curent maxima;

g – grosimea traseului;

Lățimea efectivă a traseului conductor imprimat rezultă din compromisul dintre două criterii și anume:

asigurarea unei supratemperaturi din punct de vedere al disipației;

asigurarea de impedanțe proprii traseului de valoare optimă;

Frecvența de lucru a subansamblului este o condiție fundamentală. Pentru cablaje imprimate se definesc două domenii pe frecvența de lucru cu particularizarea corespunzătoare și anume:

frecvență mai mică de 100Hz, pentru sursele de alimentare, amplificatoare de audiofrecvența etc.;

frecvență mai mare de 100Hz, pentru aparatura radio și TV etc.;

La creșterea frecvenței semnalelor electrice apar două efecte nedorite:

creșterea efectului capacității parazite;

creșterea rezistenței electrice a traseelor conductoare imprimate prin efect pelicular.

Pentru reducerea capacitaților parazite între trasee se realizează asamblarea judicioasă pe placă a elementelor în sensul reducerii lungimii conexiunilor și prin introducerea unor trasee de ecranare conectate electric la masa plăcii între traseele de semnal.

Proiectarea cablajelor imprimate se face respectând următoarele principii:

principiul de cuadripol: – constă în respectarea, conform schemei electrice, a ordinii intrare-ieșire, precum și a ordinii de asamblare pe placă a etajelor care procesează un semnal.

principiul respectării căilor de semnal: – traseele de semnal mic se poziționează departe de traseele de semnal mare pentru a minimiza cuplarea parazită (inductivă sau capacitivă). Dacă spațiul nu permite depărtarea căilor de semnal se va folosi ecranarea.

principiul decuplării într-un punct de masă comun – decuplarea la masă a condensatoarelor de cuplare în puncte cât mai apropiate.

Solicitările mecanice la care va fi supus subansamblul determină grosimea plăcii cablajului. Structura constructivă a ansamblului este și o consecință a tipăririi unor elemente mecanice.

Dimensiunile geometrice și masa componentelor electronice, electrice și de altă natură, amplasate pe placa cu cablaje imprimate, precum și structura constructivă a ansamblului, determină gabaritul subansamblelor.

Modul de interconectare a subansamblului în sistem influențează proiectarea plăcilor cu cablaje imprimate. Există mai multe posibilități de interconectare și anume:

prin fixarea de conexiune, interplăci, conectarea directă, conectarea indirectă.

Dacă placa este asamblată vertical, elementele disipative sunt plasate la partea superioară cu axele de simetrie mai mari dispuse vertical pentru optimizarea convecției termice.

Dacă placa este asamblată orizontal, elementele disipative sunt plasate pe distanțiere din materiale termoizolante și termorigide, având poziție opusă referitor la evacuarea căldurii (se practică orificii pentru optimizarea convecției naturale). Funcționarea subansamblelor electronice în condiții de umiditate ridicată, impune următoarele măsuri:

distanțe mai mari între traseele conductoare imprimate;

acoperirea traseelor cu vopsea termorigidă;

Documentația tehnică pentru execuția unui cablaj imprimat trebuie să cuprindă următoarele desene:

desenul de bază: – este executat de către proiectant după schema electrică: – reprezintă imaginea fețelor echipate și prin transparență se obține imaginea fețelor cu traseele;

desenul de poziționare al găurilor sau planul de găuri ce trebuiesc practicate în placa cu cablajul imprimat și numere de ordine asociate găurilor, corespunzătoare echipării prin plantare;

desenul de acoperire selectivă reprezintă imaginea (găurilor) fețelor lipite, acoperite cu vopsea termorigidă;

desenul de cablaj: (de trasare) reprezintă la scară, imaginea traseelor conductoare imprimate, văzute dinspre fața de lipire;

desenul de inscripționare sau poziționare, reprezintă simbolizat, la scară, poziția componentelor care urmează să echipeze placa de cablaj imprimat, văzute dinspre placa de echipare;

Etapele de stabilire a documentației necesare la realizarea cablajelor imprimate sunt următoarele:

întocmirea listei cu componentele utilizate la realizarea subansamblului;

extragerea din cataloage a dimensiunilor componentelor;

elaborarea desenului de bază a subansamblului;

numerotarea pe schema electrică, tipurile de capsule utilizate, numerele terminalelor, adresele de conectori;

realizarea după desenul de bază succesiv toate celelalte desene cerute de documentația tehnică;

După stabilirea documentației se trece la realizarea practică a cablajului imprimat.

Etapele realizării practice sunt:

punctarea plăcii de cablaj, după desenul de bază realizat;

găurirea plăcii;

acoperirea foliei de cupru, în vederea obținerii traseelor conductoare, cu cerneală serigrafică;

se așteaptă uscarea cernelii;

corodarea cu clorură ferică;

curățarea cernelii cu diluant;

cositorirea traseelor conductoare a cablajului imprimat;

lipirea componentelor pe placă;

verificarea lipiturilor;

Verificările tehnologice ale plăcii de cablaj imprimat

Verificarea plăcii de cablaj imprimat, neechipată, la următoarele caracteristici:

Dimensiunile de gabarit.

Mecanice:

Cote și dimensiuni de găuri.

Inscripționări.

Starea suprafeței: suprafețele plăcii de cablaj imprimat nu trebuie să conțină porțiuni necorodate, suplimentare desenului de cablaj sau trasee zimțate.

Electrice:

Continuitatea traseelor – se verifică cu lupa, având câmpul de control iluminat corespunzător.

Continuitatea trecerilor metalizate – se verifică cu ohmmetrul pe scara "x1".

Izolația între traseele nelegate – se măsoară cu megohmmetru o rezistenta de minim 20M la aplicarea tensiunii de 200V.

Verificarea plăcii de cablaj imprimat, echipată cu componente.

Controlul lipiturilor – terminalul componentei lipite să depășească cu circa 0,5mm suprafața lipiturii.

Depistarea eventualelor întreruperi (prin exfoliere) sau punți de cositor între traseele de circuit imprimat – cu lupa, având câmpul de control iluminat corespunzător.

Controlul vizual al echipării corecte – după desenul de amplasare, și specificații de echipament electric, detectarea unor eventuale componente greșite și conectate greșit.

Acoperiri de protecție

După efectuarea probelor și rodajului, placa se acoperă pe ambele fețe cu lac alchidic EZ 5001.

Protecția la perturbații electromagnetice

Perturbațiile mecanice și cele produse de zgomot, pe măsura aglomerării surselor de perturbații datorită funcționării lor implicite, în multiple studii normale, este necesar ca fiecare sistem, aparat sau dispozitiv să funcționeze corect în comuniune cu alte sisteme sau aparaturi, fără să perturbe electromagnetic sau fără să fie perturbat electromagnetic.

Compatibilitatea electromagnetică constă în abilitatea sistemelor sau subsistemelor de a opera în mediul stabilit, fără să sufere sau fără să cauzeze degradări inacceptabile ale funcționării din cauza influențelor electromagnetice.

Compatibilitatea electromagnetică proiectată se referă la performanțele privitoare la imunitatea la perturbații estimată, rezultat al aplicării din etapa de proiectare a unor metode de rejecție ale semnalelor indezirabile proprii sau externe.

Componentele esențiale ale compatibilității electromagnetice sunt:

caracteristicile perturbațiilor și ale generatorului de perturbații;

caracteristicile traseului intermediar de transmitere a perturbației între perturbat și perturbator.

susceptibilitatea dispozitivului perturbat la tipul energiei perturbante a generatorului;

timpul sau momentul în care emite perturbatorul în raport cu nivelul de susceptibilitate la perturbații ale dispozitivului perturbat în acel moment.

Perturbatorii sunt constituiți în două grupe:

surse de perturbații cu spectru discret;

surse de perturbații cu spectru larg;

Compatibilitatea electromagnetică este starea sistemului în care nivelul de imunitate la perturbații al oricărui dispozitiv din sistem este mai ridicat decât nivelul de perturbații la care este supus dispozitivul în sistem.

Nivelul de compatibilitate electromagnetică reprezintă nivelul de perturbație electromagnetică mai mic sau egal cu nivelul de imunitate al oricărui dispozitiv neperturbabil din sistem, dar mai mare sau egal decât nivelul de perturbații generat de către perturbatorii din sistem.

Nivelul de imunitate electrică al unui dispozitiv se definește drept valoarea maximă a perturbației ce poate fi aplicată dispozitivului fără ca acesta să-și piardă performanțele.

Marginea de compatibilitate electromagnetică se definește ca diferență de decibeli dintre nivelul de imunitate la perturbații și nivelul de perturbații la care este supus dispozitivul.

Interferența rezidă în efecte incompatibile cu realizarea performanțelor impuse.

Susceptibilitatea constă în capacitatea și nivelul cu care dispozitivul răspunde la energia nedorită a perturbației.

Orice semnal nesinusoidal este rezultatul compunerii energiei unor componente sinusoidale. Dacă semnalul este periodic, constituenții sinusoidali sunt dispuși într-un spectru de frecvență discret, spre deosebire de situația când semnalul este aperiodic.

Măsurile de compatibilitate electrică impun aplicarea lor din faza anterioară elaborării, implicând cei patru constituenți: perturbatorul, perturbatul, calea de perturbare și momentul de perturbare, cu coeficienți de siguranță mult mai ridicați decât cei indicați.

Cuplajele parazite inductive, capacitive, galvanice și mixte, precum și radiația electromagnetică sunt principalii constituenți ai transmisiei perturbațiilor electrice.

Perturbațiile pot pătrunde prin toate legăturile electrice, trasee, elemente constructive de structură, supuse cuplajelor parazite sau transportând perturbații de la alte surse.

Cuplajele parazite capacitive constituie principalele căi de transmitere a perturbațiilor, chiar dacă traseele perturbate nu sunt învecinate cu traseele parcurse de curenți.

Metodele pentru reducerea cuplajelor parazite capacitive sunt: aplicarea ecranării, torsadării și gardării în vederea atenuării cuplajelor parazite capacitive.

În conductorul aflat în apropierea celui parcurs de curent perturbator apare tensiunea perturbatoare datorită cuplajului inductiv. Spre deosebire de tensiunea de cuplare capacitivă, care depinde de impedanța de intrare a perturbatorului, tensiunea de cuplare inductivă depinde de inductivitatea mutuală și curentul perturbator, manifestându-se în circuitul perturbat ca o sursă echivalentă de curent suplimentar.

Metodele pentru reducerea cuplajelor parazite inductive sunt:

simetrizarea traseelor circuitului perturbator;

folosirea legăturilor torsadate sau a cablurilor plate;

ducerea traseului direct cât mai aproape de returul său;

ecranarea traseului perturbator de natură inductivă;

ecranarea antiperturbativă a receptorilor;

Cuplarea prin radiații electromagnetice este mai puțin frecventă, și este în multe situații atenuată prin limitarea la minimum în cazul cel mai defavorabil a benzii de trecere a dispozitivului receptor.

Împotriva cuplajelor galvanice se recomandă separarea galvanică, reducerea valorii impedanței de cuplare, separarea surselor, separarea geometrico-spațială, împământarea și desființarea contactelor accidentale parazite și prin curenți de fugă.

Perturbațiile dinamice cuprind impulsuri perturbabile comparabile cu timpii de comutare ai circuitului digital. Siguranța la perturbații dinamice caracterizează circuitele prin relația dintre valoarea energiei emise de circuitul perturbator și răspunsul circuitului receptor.

În mediile cu solicitări mecanice ridicate, aparatele electrice și electronice necesită o construcție rezistentă și stabilă.

Pentru asigurarea acestei cerințe înainte de proiectare se efectuează un studiu al factorilor mecanici. În aparatele electrice și electronice fenomenele de rezonanță mecanică au acțiune specifică, în sensul că partea electrică nu conține mase importante aflate în mișcare.

Factorii mecanici care produc perturbații sunt:

vibrațiile;

șocurile;

suprasarcinile.

Mărimile caracteristice aparatelor referitor la acțiunea factorilor mecanici sunt:

rezistența la factori mecanici;

stabilitatea este proprietatea aparatului de a-și păstra funcționarea corectă în condițiile solicitării prin factori mecanici

=== CAPITOLUL 9 ===

CAPITOLUL 9

CALCUL DE FIABILITATE

9.1. Concepte de fiabilitate a sistemelor

Din punct de vedere calitativ, fiabilitatea reprezintă capacitatea unui sistem de a funcționa fără defecțiuni în decursul unui anumit interval de timp și în condiții date.

Din punct de vedere cantitativ, fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca același sistem să-și indeplinească funcțiile cu anumite performanțe prescrise, fără defecțiuni, într-un anumit interval de timp și în condiții de exploatare date.

Exprimarea influenței factorilor externi asupra parametrilor diferitelor componente ale unui sistem supus unei analize de fiabilitate, și deci asupra performanțelor acestui sistem, este imposibil de realizat în cadrul teoriei generale.

Studiul fenomenelor fizico-chimice ale degradării, elucidarea mecanismelor și modul de defectare sunt etape necesare în cadrul analizei fiabilității, care însă pot fi parcurse și aprofundate numai pe anumite tipuri particulare de sisteme.

Pentru a aprecia fiabilitatea unui sistem avem nevoie de un ansamblu de indicatori de fiabilitate, care să ofere o exprimare cantitativă a acesteia:

funcția de fiabilitate, notată cu R(t), reprezintă probabilitatea ca în intervalul (0,t) să nu se producă defectarea sistemului, în condiții determinate: R(t)=P(t<T),

unde T=durata de funcționare a unui echipament până la defectare;

funcția de repartiție a duratei de funcționare, a variabilei aleatoare continue T, până la defectare F(t), reprezintă probabilitatea ca sistemul să se defecteze în intervalul de timp (0,t),dar înainte de momentul t: F(t)=P(tT);

Cele două funcții sunt complementare: R(t)+F(t)=1;

Este evident că: R(t)=1-F(t);

Asa cum se poate observa, F(t) și R(t) se referă la un interval de timp (0,t). Pentru un interval de timp oarecare, ce desemnează o misiune oarecare de durată x, ce începe la momentul t, unde probabilitatea de defectare este:

F(t,t+x)=P(t<T<t+x)=F(t+x)-F(t)

F(t,t+x)= P(t<T,t+x) / P(t<T) = (F(t+x)-F(t))/R(t)

R(t)= R(t+x) / R(t)

F(t,t+x) si R(t,t+x) ne dau comportarea sistemului pe un interval oarecare.

densitatea de probabilitate a variabilei aleatoare T, notată cu f(t), se folosește pentru a descrie comportarea locala a sistemului în jurul unui moment dat, și este dată de:

f(t)=

unde f(t) reprezintă limita raportului dintre probabilitatea totală de defectare într-un interval și mărimea intervalului.

Când t0, este numită lege de repartiție a timpului de funcționare până la defectare în jurul momentului t, indiferent de comportarea anterioară a sistemului.

Pentru a descrie pericolul de defectare în jurul unui moment dat de timp, pentru un sistem aflat în bună funcționare până atunci, se definește un indicator care descrie comportarea locală a sistemului din punctul de vedere al fiabilității.

intensitatea (rata) de defectare, este o probabilitate condiționată (analoaga ratei mortalității în studiile demografice ) notată cu z(t) și reprezintă probabilitatea de defectare în jurul unui moment dat, condiționată de buna funcționare a sistemului până în acel moment:

Cu alte cuvinte:

=

=

Ținând cont că R(0)=1, rezultă: R(t)=exp(- z(u)*du);

Notația uzuală pentru z în cazul componentelor electronice este , având valori de ordinul a 10-5 până la 10-6 ore-1. Pentru componentele profesionale atinge valori de până la 10-9 ore-1.

Pentru un circuit electronic, rata de defectare totală este dată de suma ponderată a ratelor de defectare ale tuturor componentelor conținute în circuitul considerat:

Fiabilitatea mai poate fi descrisă și prin unele caracteristici numerice ale variabilei aleatoare T. Acestea pot fi timpul de funcționare până la defect, abaterea medie patratică, dispersia, cuantila timpului de bună funcționare, etc.

Media timpului de bună funcționare poate reprezenta:

valoarea medie a timpului de funcționare până la defect (MTTF) -în cazul produselor nereparabile;

valoarea medie a timpului de funcționare până la prima defectare (MTFF) – în cazul produselor reparabile;

valoarea medie a timpului de funcționare intre două defectări succesive (MTBF) – dacă repararea poate fi asimilată cu înlocuirea.

Principalele legi de repartiție a timpului de funcționare sunt:

legea normală : aplicabilă în intervale de apariție a defectărilor inițiale sau a celor datorate îmbătrânirii produsului.

legea logaritmic-normală : aplicabilă în cazul defectării dispozitivelor semiconductoare.

legea exponențială : aplicabilă în perioada normală de funcționare a unui produs, pentru care defectările sunt instantanee și se datorează unor modificări bruște ale condițiilor de sarcină și/sau mediu ambiant, astfel încât rata de defectare este constantă.

legea Weibull : aplicabilă unor produse ce îmbătrânesc greu și au multe defecte ascunse, fie acelor produse care nu prezintă defectări în intervalul inițial de funcționare, dar îmbătrânesc repede. Prin particularizarea acestei legi se pot obține legile normală și exponențială.

Pentru fiecare din aceste legi există expresii particulare ale indicatorilor generali de fiabilitate precizați mai înainte.

9.2. Fiabilitatea cablajelor imprimate echipate cu componente electronice

Întrucât principala funcție a cablajelor imprimate constă în interconectarea componentelor din circuitele electronice, fiabilitatea acestora este determinată, în mod esențial, de calitatea conexiunilor prin lipire efectuate între terminalele componentelor și traseele cablajului.

Valoarea medie a intensității (ratei) de defectare [10-6/h] a conexiunilor prin lipire este indicată în normativele de fiabilitate (în scopul determinării fiabilității previzionale) ca fiind de ordinul 0.2 (pentru lipirea manuală) sau 0.05 (pentru lipirea automată). Dar din analiza statistică a unor date experimentale rezultă valori și mai mici ale acestui indicator (de ordinul 10-2…10-3). Comparativ cu alte procedee de conectare a componentelor pe cablaje (sudura electrică), lipirea este apreciată ca fiind suficient de fiabilă pentru echipamentele electronice.

Deși rata de defectare a conexiunilor prin lipire este relativ redusă, datorită numărului lor mare (de ordinul sutelor…miilor – pentru o singură placă de cablaj imprimat) în structura unui echipament electronic (depinzând de complexitatea acestuia) influența fiabilității conexiunilor asupra fiabilității ansamblului poate fi importantă.

În cazul echipamentelor electronice portabile, solicitările mecanice (vibrații, șocuri, accelerații) și climatice (temperatură, umiditate) aplicate acestorainfluențează considerabil și în mod defavorabil fiabilitatea conexiunilor prin lipire, aspect ce trebuie luat în considerare la proiectarea și efectuarea conexiunilor prin lipire.

Principalele căi pentru reducerea la minimum posibil a procentului de defecte datorate conexiunilor prin lipire sunt:

selectarea unor materiale și tehnologii de lipire adecvate;

existența unei bune sudabilități a suprafețelor de lipire;

controlarea riguroasă a calității materialelor de lipire cât și a suprafețelor de lipit (atât înainte cât și periodic, în cursul procesului de lipire);

respectarea riguroasă a procesului tehnologic de lipire ;

controlarea calității conexiunilor prin lipire obținute (în principal, prin verificarea vizuală a conexiunilor cu ochiul liber sau cu o lupă specială);

Din acest ultim punct de vedere, o conexiune prin lipire corect realizată trebuie să aibă:

suprafața lipiturii lucioasă și strălucitoare (fără neregularități, crăpături, asperități);

forma tronconică, având profil concav și o înălțime maximă (deasupra cablajului) de cel mult 0.5…0.8 din diametrul pastilei de lipire a terminalului;

aliajul de lipit să acopere complet și uniform terminalul respectiv;

găurile metalizate (în cazul cablajelor dublu și multi-strat) umplute, prin capilaritate, cu aliaj de lipit.

În principiu, orice abatere de la aceste caracteristici ideale poate fi considerată un defect, deși nu orice abatere afectează fiabilitatea plăcii echipate cu componente.

Principalele defecte care conduc la nefuncționarea, sau funcționarea defectuoasă, a unei plăci echipate, și care pot fi identificate prin control vizual, sunt:

defecte de formă ("punți" și/sau "stalactite", datorate excesului de aliaj de lipit aplicat). Primele constituie un defect major întucât scurtcircuitează trasee sau terminale adiacente;

defecte de aspect;

defecte datorate prelucrărilor mecanice (tăiere, găurire) necorespunzătoare ale cablajelor imprimate: exfolieri, găuriri prea mari/mici sau plasate necorespunzător. Tensiunile interne produse în placă pot determina defectarea prin oboseală a îmbinărilor lipite;

defecte de montaj, datorate terminalelor prea scurte sau formate necorespunzător ale componentelor;

alte defecte: cavități, lipituri "reci", "galbene", "grăunțoase", "false", mate, incluziuni, microfisuri, reziduuri albe, curbarea plăcii de cablaj imprimat Toate acesta defecte posibile pot fi prevenite dacă se lucrează atent, respectându-se regulile elementare de implantare, lipire și exploatare a cablajelor imprimate.

9.3. Determinarea indicatorilor de fiabilitate

1. Determinarea indicatorilor de fiabilitate s-a făcut conform STAS 10307/75 "Fiabilitatea produselor industriale-indicatori de fiabilitate". În calculul ce urmează s-a adoptat o lege de distribuție exponențială pentru intensitatea de defectare.

2.Indicatorii au fost determinați tinând cont atât de componentele electronice cât și de cele mecanice ale dispozitivului.

3.Calculul a fost făcut pe baza considerațiilor:

Dispozitivul este nereparabil, nu este alcătuit din module ce pot fi schimbate, deci s-a luat în considerare timpul de funcționare până la defectare.

Regimul de lucru a fost considerat continuu.

Pentru asigurarea funcțiilor dispozitivului, componentele sale se consideră în conexiune serie.

Calculul este prezentat în tabelul următor:

=22,81*10-6h;

MTBF până la primul defect: 1/=1 000 000/22,81=43.840ore.

Pentru t=1000ore rezultă:

R(t)=exp.(-/t)=exp.(-0.02281)=0,485

F(t)=1-R(t)=0,51