Цветная стереотелевизионная камера

Рисунок 5.25.

Выбираем транзистор типа p-n-p: BC205VI.

Eпит = 5 В – напряжение источника питания;

Uкэ = 3 В – напряжение коллектор-база;

Iэ = 3 мА – ток эмиттера.

Произведем расчет сопротивления в цепи эмиттера по формуле:

Rэ = (Епит – Uкэ) / Iэ       Ом;

Rэ = (5 – 3) / 3 ´ 10-3 = 666,6 Ом » 667 Ом.

В рабочей точке ток базы Iб рассчитывается через коэффициент передачи по току h21.

h21 = 100.

h21 = Iк / Iб » Iэ / Iб.

В итоге получаем:

Iб = Iэ / h21 = 3 ´ 10-3 / 100 = 30 ´ 10-5 А = 30 мкА.

Выходное сопротивление ЭП рассчитывается по формуле:

Rвых = m Iб / Iэ;

Rвых = 2 ´ 30 ´ 10-6 / 3-3 = 0,02 Ом.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя рассчитывается по формуле:

Rвх = rб + (1 + h21) ´ Rэ;

где rб – сопротивление базы транзистора.

Rвх = 10 + 101 ´ 667 = 67377 Ом » 67,38 кОм.

5.3. Расчет фильтра нижних частот (ФНЧ).

В схеме применены фильтры нижних частот с полосой пропускания f = 13 МГц. Это удвоенная полоса обычного телевизионного сигнала.

Рассчитываем ФНЧ с максимально плоской характеристикой, нагруженный только на выходе. Граничная частота полосы пропускания рассчитывается по формуле:

wс = 2 p f,

где f – полоса пропускания в герцах (Гц).

В нашем случае фильтр рассчитывается на двойную полосу пропускания, поскольку частота полей составляет 100 Гц.

wс = 2 ´ 3,14 ´ 13 ´ 106 = 81,64 ´ 106 рад/с.

На частоте равной 1,5 wс коэффициент передачи должен быть на 20 дБ меньше чем в полосе пропускания.

Поскольку нам неизвестно выходное сопротивление предыдущего каскада и нагрузка фильтра, примем:

Ri » 1 Ом – выходное сопротивление предыдущего каскада (выход микросхемы CXL1517).

Rн » 1000 Ом – сопротивление нагрузки ФНЧ.

Определяем порядок фильтра n:

1 / (1 + -w2n)   w = 1,5 wс = 10-2;  n = 5,648.

Выберем ближайшее большее целое число: n = 6.

На входе фильтра включен источник напряжения, рассчитаем его внутреннее сопротивление по формуле:

R = Ri / Rн = 1/1000 » 0.

Поскольку на входе фильтра включен источник напряжения с r = 0 и n – четное, то используются табличные величины элементов для r = 0 и n = 6:

c1 = 0,2588

l2 = 0,7579

c3 = 1,202

l4 = 1,553

c5 = 1,759

l6 = 1,553

Данные табличные значения пронормированы к Rн = 1 Ом.

Для того чтобы получить сопротивление нагрузки равное 1000 Ом, необходимо все величины l умножить, а все величины c разделить на 1000. Чтобы граничную частоту привести к значению 81,64 ´ 106 рад/с, все величины l и c следует разделить на это число.

Окончательно значения величин будут следующими:

C1 = 3,17 пФ

L2 = 9,28 мкГн

C3 = 14 пФ

L4 = 19 мкГн

C5 = 21,55 пФ

L6 = 19 мкГн

Схема рассчитанного фильтра приведена на рис. 5.26.

Схема ФНЧ.

Рисунок 5.26.

5.4. Расчет блока питания.

Расчет блока питания производится исходя из мощности, потребляемой схемой. На вход блока питания извне подается напряжение питания +12 В через разъем X2. В схеме разрабатываемой телекамеры используются три разных напряжения: +5 В, +15 В и –9 В. Эти напряжения вырабатывает блок питания. Соответственно, расчет потребляемой мощности производится по трем цепям питания.

1)     +5 В

По справочным данным на микросхемы, мы имеем данные об их потребляемой мощности:

CXA1390 – 600 мВт Þ 0,6 ´ 2 = 1,2 Вт

CXA1391 – 690 мВт Þ 0,69 ´ 2 = 1,38 Вт

CXA1592 – 500 мВт Þ 0,5 ´ 2 = 1 Вт

CXD1265 – 500 мВт Þ 0,5 Вт

CXD1159 – 250 мВт Þ 0,25 Вт

CXL1517 – 350 мВт Þ 0,35 ´ 2 = 0,7 Вт

На остальные элементы из справочных данных имеется информация о токах потребления Iпотр, следовательно, по закону Ома можно рассчитать потребляемую ими мощность.

Рпотр = Iпотр ´ Uпит

SN74AC04 – 40 мкА Þ 40 ´ 10-6 ´ 5 ´ 2 = 0,0004 Вт

BC205B – 3 мА Þ 3 ´ 10-3 ´ 5 ´ 6 = 0,09 Вт

SN74H257 – 80 мкА Þ 80 ´ 10-6 ´ 5 ´ 3 = 0,0012 Вт

AD8041 – 50 мА Þ 50 ´ 10-3 ´ 5 ´ 3 = 0,75 Вт

Светодиод BLINK-LEDS – 20 мА Þ 20 ´ 10-3 ´ 5 = 0,1 Вт

Суммарная мощность по цепи питания +5 В составляет 6 Вт, тогда

Iпотр å = 1,2 А,

что не превышает предельных значений тока для выходного стабилизатора блока питания по цепи +5 В, собранного на микросхеме D22 (1,5 А).

2)     Цепь –9 В и +15 В (рассматриваются вместе, поскольку микросхемы CXD1267 и ICX059 питаются обоими напряжениями):

CXD1267 – 60 мВт Þ 0,06 ´ 2 = 0,12 Вт

ICX059 – 300 мВт Þ 0,3 ´ 2 = 0,6 Вт

Pпотр = (0,12 + 0,6) / 2 = 0,36 Вт

Следовательно, Iпотр = 0,04 А.

3)     Цепь +15 В

CD4052 – 50 мкА Þ 50 ´ 10-6 ´ 15 ´ 2 = 0,0015 Вт

3SK133 – 2 мА Þ 2 ´ 10-3 ´ 15 ´ 2 = 0,06 Вт

Pпотр = 0,0615 Вт

Следовательно, Iпотр = 4,1 ´ 10-3 А.

В итоге, можно сделать вывод, что суммарные токи потребления и, соответственно, мощности не превышают допустимых для стандартного блока питания, используемого в цветной видеокамере SONY, значит, можно его применить в качестве блока питания в нашей разработке.

6. Разработка конструкции.

Все функциональные блоки телекамеры располагаются на двусторонней печатной плате размером 155´90 мм. Миниатюризация достигается за счет применения современной элементной базы фирмы SONY. Элементы схемы устанавливаются на обеих сторонах платы. Разводка цепей питания и общего производится проводниками по возможности более широкими, чем сигнальные цепи.

Плата крепится пятью шурупами к основной части корпуса, которая имеет соединительные струбцины, так, чтобы выходной разъем, разъем питания, светодиод и выключатель попали в соответствующие вырезы корпуса. Плата закрывается верхней крышкой, которая скрепляется с нижней шестью винтами диаметром М3.

Корпус выполнен из металла, окрашен в черный или белый цвет. Толщина стенок корпуса – 1 мм.

В конструкции предусмотрены выключатель и светодиод, который загорается при включении питания. Выходной разъем X1 представляет собой стандартный разъем для подключения к компьютеру. При необходимости может поставляться переходник.

Телекамера жестко крепится на бинокулярном микроскопе при помощи металлического соединителя и фиксирующей муфты.

Конструкция телекамеры позволяет защитить электрическую схему от внешних воздействий, но различные динамические воздействия, а также повышенная температура и влажность могут вывести ее из строя, поэтому в руководстве по эксплуатации вводится пункт о бережном обращении с телекамерой.

Телекамеры с механическими повреждениями корпуса и печатной платы в гарантийный ремонт не принимаются.

7. Расчет надежности.

Надежность – это свойство прибора безотказно функционировать в течение заданного времени в определенных эксплуатационных условиях. Ориентировочный расчет надежности заключается в нахождении интенсивности отказов устройства l (рис. 7.27), времени безотказной работы Т, а также вероятности безотказной работы в течение времени t [19].

Зависимость интенсивности отказов устройства l от времени.

Рисунок 7.27.

Первоначально для расчета надежности необходимо принять модель отказов электрорадиоэлементов. В радиоэлектронной аппаратуре моменты отказов формируют поток сл3ча6ых событий (поток отказов). Отказы, возникающие н6а этапе нормальной работы устройства, являются внезапными, не связанными со старением и износом. Поток внезапных отказов хорошо описывается моделью простейших отказов, для которой характерны свойства ординарности, стационарности и отсутствие последействия.

Свойство ординарности заключается в невозможности появления двух и более отказов в единичном интервале времени про сравнению с вероятностью появления одного отказа и выполняется для первичных отказов. Стационарность потока характеризуется постоянством среднего числа отказов в единичном интервале вре6мени, а отсутствие последействия – независимостью появления отказов в единичном интервале времени от появления отказов во всех предшествующих интервалах t.

Вероятность безотказной работы элемента рассчитывается по формуле:

                        t

Р (l) = exp {- ò l (t) d t},

                        0

где l (t) – функция интенсивности отказов. Так как в период нормальной работы интенсивность отказов можно считать постоянной во времени, то выражение можно представить в виде:

l (t) = const, P (l) = exp {- l t}.

Дальнейший расчет производится при следующих допущениях:

1)            все однотипные элементы равноценны;

2)            поток отказов простейший;

3)            все элементы работают в нормальном режиме;

4)            отказ любого элемента ведет к отказу всей системы, то есть проектируемое устройство считаем последовательным с точки зрения надежности.

Последовательное соединение элементов по надежности.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12