Расчет потребляемой мощности

 

Мощность и ток, потребляемый логическим элементом (ЛЭ) от источника питания зависит от его логического состояния.

Статическая мощность потребляется ЛЭ, который не переключается. Такой элемент может находиться в состоянии логического ноля или логической единице, поэтому существует два значения статической мощности P0 и P1. Для схемы с множеством ЛЭ нулевое и единичное состояния принимают равновероятное и пользуются средним значением статической мощности:

(1)

Средняя мощность, потребляемая ЛЭ в статической режиме может быть определена по формуле:

где Iср – среднее значение тока, потребляемого ЛЭ;

Uпит – напряжение питания ЛЭ.

Схема потребляет Iп0 при Uпит =U0 и Iп1 при Uпит =U1. Тогда средний потребляемый ток одного ЛЭ определяется по формуле:

По справочным данным составляется таблица значений потребляемого тока всеми логическими элементами в состоянии лог.0 и лог.1.

Таблица 2 потребляемый ток

 

Тип ИМС	Iп1,мА	Iп0,мА	Iп.ср,мА
К155 ЛП5	45,5	55,5	50
К589АП16	-	-	45
К155 ЛН1	25	41	33
К155ИР13	18,5	19,5	19

 

Таблица 3 общий ток

 

Тип ИМС	Кол-во	Общий ток группы ИМС, мА	Общий ток схемы, мА
К155 ЛП5	2	100	603
К589АП16	1	45
К155 ЛН1	1	33
К155ИР13	1	19

 

Потребляемая мощность изделия рассчитывается по формуле:

Таблица 4 потребляемая мощность

 

Тип ИМС	Мощность одного элемента, мВт	Кол-во	Мощность группы элементов, мВт	Общая мощность, Вт
К155 ЛП5	250	2	500	3,105
К589АП16	225	1	225
К155 ЛН1	165	1	165
К155 ИЕ7	510	2	1100
К155ИР13	95	1	95

 

PОБЩ =3,105 Вт

 

Расчет быстродействия

Быстродействие ЛЭ определяется временем их перехода из состояния лог.0 в состояние лог.1 и обратно (tзд01 и tзд10). Одним из важнейших

параметров является средняя задержка:

которая определяет среднее время выполнения логической операции.

При расчетах быстродействия пользуются этим параметром.

Быстродействие схемы в целом определяется средним временем задержки передачи сигнала по формуле:

где N - количество ЛЭ в максимальном пути прохождения сигнала.

По справочным данным значений времени задержек составляется таблица 4:

Таблица 5 задержка

 

Тип ИМС	tзд10,нс	tзд01,нс	tзд..ср,,нс	Быстродействие схемы, нс
К155 ЛП5	22	15	18,5	20
К589АП16	11	7,5	9,25
К155 ЛЛ1	25	20	22,5
К155 ЛН1	10	5	7,5
К155ИР13	18	6	12

 

Tобщ=20+74=94 нС

 

Максимальная рабочая частота сигнала определяется по формуле:

F=10 МГц

 

2.3.3 Расчет надежности

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации, применения, хранения, ремонта, транспортировки.

Расчет параметров надежности ведется в два этапа:

1) предварительный расчет надежности;

2)окончательный расчет надежности.

Предварительный расчет надежности производят на этапе эскизного проектирования. В результате предварительного расчета определяются

следующие показатели надежности:

1) интенсивность отказов изделия:

где N – число групп “компонентов надежности”, имеющих разные интенсивности отказов;

- интенсивность отказа элемента i-ой группы;

 ni - число элементов этой группы

2) время наработки на отказ:

3) вероятность безотказной работы:

P(t) рассчитывается для t=100, 1000, 10000 часов.

Результаты предварительного расчета показателей надежности вносится в таблицу:

Таблица 6 предварительный расчёт надёжности

 

Группы элементов	Количество элементов	Интенсивность отказов  1/ч*10-6	, 1/ч*10-6	, 1/ч*10-6
ИМС	11	0,02	0,22	7,732865
Конденсаторы керамические	31	0,15	0,6
Конденсаторы электролитические	1	0,035	0,105
Основание платы	2	0,1	0,1
Пайка	259	0,005	1
Разъем (штырек)	25	0,062	2,294

 

Т=2,30*105 ч;

P (100) =0,99956;

P (1000) =0, 99567;

P (10000 ) =0,95753.

Окончательный расчет надежности ведется на этапе технического проектирования. При расчете интенсивности отказов учитывается электрический режим работы электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и условия эксплуатации (температура, влажность, вибрация и т.д.).

В рамках курсового проекта для учета влияния режима работы рассчитывается коэффициент нагрузки Kn, а температурный коэффициент берется равным единицы:

где Нраб – нагрузка на элемент в рабочем режиме;

Нном – нагрузка в номинальном (допустимом) режиме.

Коэффициент Кн для ИМС определяется нагрузочной способностью (через коэффициент разветвления):

для конденсаторов через напряжение:

для резисторов через мощность:

Номинальный коэффициент разветвления для микросхем серии 155 равен десяти.

Результаты расчетов заносится в таблицу:

Таблица 7 Окончательный расчет надежности

 

Элементы	Интенсивность отказов  1/x*10-6	Коэффициент нагрузки Kн	Kн, 1/ч*10-6	1/ч*10-6
DD1	0,02	0,2	0,004	3,57888
DD2	0,02	0,175	0,0035
DD3	0,02	0,106	0,00212
DD4	0,02	0,187	0,00374
DD5	0,02	0,106	0,00212
DD6	0,02	0,23	0,0046
DD7	0,02	0,04	0,0008
DD8	0,02	0,075	0,0015
DD9	0,02	0,06	0,0012
DD10	0,02	0,08	0,0016
DD11	0,02	0,1	0,002
DD12	0,02	0,01	0,0002
C1	0,15	0,1	0,015
C2	0,035	0,5	0,0175
C3	0,035	0,5	0,0175
C4	0,035	0,5	0,0175
C5	0,15	0,2	0,03
C6	0,15	0,2	0,03
C7	0,15	0,2	0,03
Пайка(200шт)	1	1	1
Разъем(37шт)	2,294	1	2,294
Основание платы	0,1	1	0,1

 

Т=2,79*105 ч;

P(100)=0,99964;

P(1000)=0,99642;

P(10000)=0,96484.