Анализ микрофонных усилителей, расчет простого микрофонного усилителя

Спроектированная плата имеет малые габариты и среднюю заполняемость элементами.Рассчитаем диаметры монтажных отверстий. Они должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ. Если диаметр вывода меньше или равен 0.8 мм, то зазор между краем отверстия и диаметром вывода, должен быть равен 0.2 мм (Δ = 0.2 мм) При Δ = 0.3 мм, Δ = 0.4 мм, если ЭРЭ устанавливается на плату автоматизировано.Где, – диаметр монтажного отверстия, мм; – диаметр вывода ЭРЭ, мм; – зазор между выводами и краем отверстия, для захода припоя.Берем из справочника при , при Если ЭРЭ устанавливается автоматизировано, то Δ = 0.4 мм.Диаметры отверстий, просверливаемых на плате сводим в таблицу 7.3Таблица 7.3Вид ЭРЭКол-воЭРЭ, штКол-воотверстий,штДиаметрвывода, ммДиаметрмонтажн.отверстий,ммВыбранныйдиаметр123456Микросхема140УД6А3300.40.60.8КонденсаторыК52-1Б240.50.70.8РезисторыС2-23-0.2511220.60.80.8РезисторыСП5-3В361.82.12.1Так как на плате рекомендуется иметь не более трех различных диаметров монтажных отверстий, то увеличиваем диаметры близкие по значению в сторону большего. Таким образом, на плате просверлим:- 56 отверстий Ø 0.8 мм- 6отверстий Ø 2.1 мм.Диаметры контактных площадок определяем по формуле (12.3):Где, – радиальная ширина контактной площадки, мм; – предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм; – значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм; – значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм; – ширина гарантийного пояска между краем отверстия и краем контактной площадки. Согласно ГОСТ 23751-86 для пятого класса точности изготовления печатной платы ширина гарантийного пояска контактной площадки – 0.10 мм.Таким образом, исходя из формулы (12.3), диаметры контактных площадок при диаметре отверстий Ø 0.8 мм будут равны:Диаметры контактных площадок при диаметре отверстий Ø 2.1 мм равны:Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяем по формуле (13.3):Где, – диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладывают проводники, мм; – количество прокладываемых проводников; – предельное отклонение ширины печатного проводника, мм; – значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.Значения предельных отклонений ширины печатного проводника и позиционные допуски расположения элементов конструкций для первых трех классов точности печатных плат приведено в таблицах 18, 19, 20, 21, 22Таблица 8.3НаличиеметаллическогоприпояПредельное отклонение ширины печатного проводникаΔt, мм. Для класса точности123без покрытия±0.15±0.10±0.05с покрытием-0.20 +0.25-0.10 +0.15±0.10Таблица 9.3Вид изделияЗначение позиционного допуска расположения печатного проводника Tl, мм123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)0.20.100.05МПП(внутренний слой)0.30.150.10Таблица 10.3Диаметротверстий d, ммНаличиеметаллизацииПредельное отклонение Δd, мм. Для класса точности123до 1.0б/метал.±0.10±0.10±0.05С металл.б/оплавл.+0.05; -0.15+0.05; -0.150; -0.10С металл. И оплавл+0.05; -0.18+0.05; -0.180; -0.18св. 1.0б/метал.±0.15±0.15±0.15С металл.б/оплавл.+0.10; -0.20+0.10; -0.20+0.05; -0.15С металл. И оплавл+0.10; -0.23+0.10; -0.23+0.05; -0.18Таблица 11.3Размеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения осей отверстий Td, мм, для класса точности123до 1800.200.150.08от 180 до 3600.250.200.10свыше 3600.300.250.15Таблица 12.3Вид изделияРазмеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, TD, мм, для класса точности123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)до 1800.350.250.15от 180 до 3600.400.300.20свыше 3600.450.350.25МПП(внутренний слой)до 1800.400.300.20от 180 до 3600.450.350.25свыше 3600.500.400.30Основной частью проектируемого устройства будет двусторонняя печатная плата из фольгированного стеклотекстолита СФ1-50-1.5 ГОСТ 10316-78.Материал платы стеклотекстолит. Он имеет большую механическую стойкость, термостойкость, при сверлении отвесртий дает меньшую шероховатость поверхности, выдерживает большое количество перепаек без отслоения фольги от диэлектрика, стоит дешевле таких фольгированных материалов как лавсан или фоторопласт.Конструктивное исполнение печатной платы микрофонного усилителя производилось с помощью автоматизированного средства проектирования печатных плат фирмы NationalInstruments- NIUltiboard входящего в состав ПО CircuitDesignSuite. Для этого принципиальная схема устройства была представлена в поддерживаемомNIUltiboard формате, которым является формат электронных схем программы схемотехнического моделирования NIMultisim (входит в состав CircuitDesignSuite).Размер печатной платы был выбран 6 мм. Размещение компонентов на печатной плате выполнено с помощью встроенных NIUltiboardсредств автоустановки, трассировки и оптимизации. Печатная плата усилителя, приведена в приложении 3, макет усилителя представлен в приложении 4.3.3 Описание конструкцииЭлементы проектируемой конструкции размещены на печатной плате из стеклотектстолита. Пайку ведем припоем ПОС-61. Плата устанавливается в корпус из ударопрочного полистирола, на передней панели которого имеется отверстие под панель индикации. Глава 4. Экономическая часть 4.1 Описание продуктаПредлагаемый, к рассмотрению микрофонный усилительпредназначен для усиления звуковых частот в диапазоне от 100 до 6 кГц.При написании дипломного проекта были использованы различные литературные источники. В рассмотренных литературных источниках описаны принципы работы устройств, предназначенных для усиления низких частот, а также рассмотрены различные схемные решения их реализации. На основании проведенного анализа и технических требований к разработке мы выбрали структурную схему усилителя, произвели выбор элементной базы, рассчитали принципиальную схему усилителя. В разработанном нами усилителе используются недорогие и надежныекомпоненты отечественной интегральной электроники – высококачественные операционные усилители 140УД6А, а также надежные дискретные элементы. Такое решение позволяет при компактной реализации, небольших затратах получить выходной сигналс малым коэффициентом нелинейных искажений, большим динамическим диапазоном, а также высоким коэффициентом ослабления синфазных помех (более 60 дБ). 4.2 Анализ рынка сбытаПри производстве устройства изготовитель руководствуется следующими соображениями: если устройство будет иметь выгодные экономические показатели, при его соответствующих технических показателях заинтересованность могут проявить как российские потребители, так и потребители ближнего и дальнего зарубежья.Потребителями могут быть коммерческие фирмы, производственные предприятия, специализированные торговые точки продающие звуковую технику, театральные студии, студии звукозаписи.Прогнозируемый объем продаж данного устройства может составлять от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч единиц товара в месяц.Цена на проектируемое устройство будет рассчитываться исходя из цены на основные компоненты и организации производства. Таким образом, можно прогнозировать, что первое время цена на разработку и производство будет несколько выше, чем в предыдущие годы производства. Однако в любом случае примерная цена не превысит 1000 тысяч рублей. Предполагаемый объем продаж составит от 50000 штук в год и более.Таблица 1.4 Характеристика сегментов рынка (количество и цена указаны за единицу изделия)СегментПрогнозируемыйобъемПрогнозируемаяценакоммерческие фирмы, производственные предприятия, специализированные торговые точки продающие звуковую технику технику, театральные студии, студии звукозаписи.50000 штук в год1000 тысяч рублей4.3 План производстваНа начальном этапе организации предприятия составляется производственный план. Уставный фонд предприятия создается из расчета 50% минимальных годовых затрат каждого из организаторов. Наемные рабочие пока не привлекаются. Под производственный цех арендуется небольшое помещение, и оборудуются пять рабочих мест: научного работника; научно – технического и научно – вспомогательного персонала; производственных рабочих. В первое время выпускаются опытные образцы. На этом этапе планируется первичное апробирование первых моделей устройства, настройка его параметров, решаются организационные и финансовые задачи. На следующем этапе планируется привлечение инвестиций в проект и аренда специального заводского оборудования с расширением площадей производства. Решается вопрос о возможном составе штата сотрудников, их уровне профессиональной подготовки и в итоге привлекаются наемные рабочие. Производится поиск потенциальных партнеров, инвесторов, прорабатываются каналы сбыта и продвижения товара на рынок.4.4 Организационный планДля выполнения проектно-конструкторских работ предполагается формирование рабочей группы в составе: начальник отдела разработки, инженер-разработчик, инженер-конструктор, слесарь-технолог, слесарь-сборщик, начальник отдела технического контроля.Таблица 2.4. Этапы и трудоемкость проведения опытно-конструкторских работНаименование этаповИсполнители (по категориям)Трудоемкость,в чел/дняхПродолжительность работы, дни1.Анализ ТЗ, патентный поискНачальник отделаразработки772.Разработка структурной и принципиальной схемыИнженер-разработчик510153.Разработка ТЗ на конструированиеИнженер-разработчик774.Разработка конструкторской документацииИнженер-конструктор775.Изготовление комплектующихСлесарь-технолог446.СборкаСлесарь-сборщик117.ИспытаниеНачальник ОТК228.Техническая документацияНачальник отделаразработки22Итого: 45Рис.1.4. График выполнения работ4.5 Расчет затрат и договорной ценыМировая практика выработала стандартные, сопоставимые процедуры оценки коммерческих инвестиционных проектов. Все методы определения эффективности инвестиций базируются на составлении дисконтированных сумм вложений и доходов. Информационной базой для расчета показателей эффективности вложений служит так называемый поток платежей. Он формируется во времени из сумм чистого дохода (со знаком плюс) и инвестиционных затрат (со знаком минус), называемых членами потока платежей. Под чистыми доходами понимается сумма денежной выручки, полученная в каждом интервале планирования (например, в каждом году), за вычетом всех реальных платежей, связанных с ее получением. Чистый доход, таким образом, равен сумме чистой прибыли (за вычетом налогов) и амортизации.Критерии эффективности коммерческих инвестиций Чистый поток денежных средств – Д, генерируемых инвестиционным проектом за каждый год жизни проекта, рассчитывается по формуле 1.5:Где,ЧП – годовая чистая прибыль от реализации продукции, созданной инвестиционным проектом;А – годовые амортизационные отчисления; ИЗ – инвестиционные затраты. Амортизация не является потоком платежей или поступлений, но это инвестиционный ресурс, который остается в компании. Годовая чистая прибыль может быть рассчитана по формуле 2.5:Где,ВР – годовой объем продаж; ЭР – годовые эксплуатационные (операционные) расходы (расходы на хозяйственную деятельность); Т – ставка налога на прибыль (0.2). Инвестиционные затраты ИЗ определяются суммой затрат в основной и оборотный капитал:, где Изо – инвестиционные затраты в основной капитал; ИЗоб – инвестиционные затраты в оборотный капитал. - инвестиции в основное технологическое оборудование; - инвестиции во вспомогательное оборудование; - стоимость монтажа и пуско-наладки оборудования; - стоимость транспортировки оборудования; - прочие инвестиционные расходы, значимые для проекта (патентование, лицензирование и др.).Рассчитаем затраты на материалы и покупные комплектующие изделия исходя из курса 56.58 рублей за 1 доллар США и сведем их в таблицу 3.4Таблица 3.4. Затраты на материалы и комплектующиеНаименованиеЦена за ед. руб.ПрименяемостьСтоимость, руб.140УД6А783234Резисторы61166Резисторы построечные25375Конденсаторы6212Стеклотекстолит1201120Материалы1001100Итого:607Вычислим себестоимость изделия.Таблица 4.4. Калькуляция себестоимости изделияСтатьи затратЗатраты на единицу, р.ОбоснованиеПеременные затраты1.Материальные затраты607По данным предприятия2.Основная заработная плата производственных рабочих48По данным предприятия3.Дополнительная заработанная плата производственных рабочих4.810% от осн. З.п.4.Отчисления на социальные нужды0.262·52.8 = 13.83426.2% от З.п. сум.Постоянные затраты5. Накладные расходы72.336137% от осн. З.п.6. Амортизация30.35Итого полная себестоимость Сп776.32Сумма, без амортизацииДля расчета продажной цены комплекта изделий примем норму в размере 25%, для учета компенсации удорожания производства, тогда планируемая продажная цена составит: 970.4 рублей.4.6 Обоснование экономической целесообразностиНачальный оборотный капитал необходим для того, чтобы запустить проект. Когда проект еще не «раскручен» и не доведен до способности самофинансирования, потребность в начальном оборотном капитале рассматривается как потребность в инвестициях. Для упрощения в дипломном проекте потребность в начальном оборотном капитале можно принять равной годовым эксплуатационным расходам (итогу эксплуатационного бюджета проекта).Наиболее распространенным критерием эффективности инвестиций в мировой практике является чистая приведенная стоимость проекта (netpresentvalue – NVP), представляющая собой приведенную стоимость будущих проектов денежных средств, генерируемых инвестиционным проектом за жизненный цикл (срок жизни) проекта:Где,t – количество интервалов жизни проекта;T – срок жизни проекта;Dt – чистый денежный поток в t – году ;i – ставка дисконта.Реальная годовая ставка сравнения i обычно может быть принята в размере 10%. Расчет эффективности по критерию NPV представлен в таблице 5.9. Годовой объем продаж составляет: Годовые эксплуатационные расходы:Годовая чистая прибыль:Если предположить, что для того чтобы запустить проект, требуется 10.5 % эксплуатационных расходов, то:Пусть сумма инвестиционных затрат в основной капитал составит:Общая сумма инвестиционных затрат составит:Если предположить, что жизненный цикл товара составит 4 года и за этот срок стоимость инвестиционных затрат в основной капитал (12500 т.р.) должна быть возмещена для инвесторов, то годовые амортизационные отчисления составят 1250 тыс.р./год при равномерной амортизации.Таблица 5.4. Расчет чистой приведенной стоимости будущих денежных потоков от проектаПоказателиИнтервал планирования, год01231. Годовой объем продаж, тысяч рублей4852048520485202. Инвестиционные затраты, тысяч рублей-9075.6803. Годовые эксплуатационные расходы, тысяч рублей3881638816388164. Валовая прибыль, тысяч рублей9704970497045. Налог на прибыль, тысяч рублей1940.81940.81940.86. Чистая прибыль, тысяч рублей7763.27763.27763.27. Амортизация, тысяч рублей1250125012508.Чистый денежный поток, тысяч рублей-9075.6809013.29013.29013.29. Дисконтный множитель (i=0.1)10.910.830.7610. Приведенный поток денежных средств , тысяч рублей-9075.6808202.017480.9566850.0311. Чистая приведенная стоимость будущих потоков денежных средств NPV, тысяч рублей-9075.680-873.676607.28613457.316Из таблицы 5.4. следует, что проект за срок жизни обеспечил тысяч рублей, что свидетельствует о экономической целесообразности проекта.4.7 ВыводыНеобходимо предусмотреть возможные трудности, угрожающие существованию нового предприятия. Опасность может исходить от конструкторов, от собственных просчетов в области маркетинга, производственной или финансовой политики, ошибок в подборе кадров и так далее.Угроза, которую представляет технический прогресс так же необходимо учитывать, так как происходит устаревание выпускаемого товара. Необходимо уделить внимание экономическому риску реализации проекта.Использование импортных микросхем и электронных компонентов ставит в большую зависимость от поставщиков, поэтому необходимо закупать материал с запасом и иметь в резерве дополнительных поставщиков. При снижении цен на выпускаемую продукцию или удорожании материалов и комплектующих нужно пересмотреть маркетинговый и финансовый планы.Работа микрофонного усилителя не имеет каких - либо отрицательных факторов. Организация нового производства имеет благоприятный аспект в социально - экономическом плане. Появление новых рабочих мест, рост налоговых платежей, использование существующих инфраструктур повысят социально - экономический статус района, в котором находится предприятие.ЗаключениеЦелями выполнения данной дипломной работы являлись – анализ схемотехнических решений усилителей микрофонов, составление технического задания и расчёт принципиальной схемы микрофонного усилителя, оценка параметров спроектированного усилительного устройства, электронное моделирование.В процессе выполнения дипломной работы были разработаны:Структурная схема устройства;Электрическая принципиальная схема устройства;Конструкция печатной платы;Бизнес-план проекта микрофонный усилитель.Результатом выполнения дипломной работы – является спроектированный микрофонный усилитель для электродинамического микрофона МД-78, предназначенного для работы в диапазоне температур от 0 ºС до +40 ºС со следующими параметрами: коэффициент усиления полезного сигнала 46 дБ, коэффициент гармоник не более 0.5 %, диапазон рабочих частот 100 Гц – 6 кГц, коэффициент ослабления синфазной помехи не менее 60 дБ, отношение сигнал/шум не менее 80 дБ. Также было выполнено схемотехническое моделирование работы микрофонного усилителя в среде Multisim, подтвердившее правильность проведенных расчетов.Спроектированный микрофонный усилитель для электродинамического микрофона МД-78 удовлетворяет всем требованиям технического задания.Список использованных источников1. Вахитов Ш. Я., Ковалгин Ю. А., Фадеев А. А., Щевьев Ю. П. Акустика:Учебник для вузов РФ. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009.2. Вахитов Ш. Я., Вахитов Я. Ш. Микрофоны, телефоны, гарнитуры. Теория, расчет, эксплуатация. – СПб.: СПбГУКиТ, 2010.3. ГОСТ Р 53576–09. Микрофоны. Методы измерений электроакустических параметров. – М., 2009 (действующий на 2009 г. ГОСТ 16123–88. М.:1989).4. ГОСТ Р 53575–09. Громкоговорители. Методы измерений электроакустических параметров. М., 2009 (действующий на 2009 г. ГОСТ 16122–87. М.,1988).5. Вахитов Я. Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая литература/Вахитов Я. Ш., М.: Издательство "Искусство", 1982. - 416 с.6. Вахитов Ш. Я. Электроакустика: учеб. пособие / Ш. Я. Вахитов. – СПб.: СПбГИКиТ, 2015. – 210 с.7. Адаменко М. В. Шпионские штучки или секреты тайной радиосвязи. - М.: ДМК Пресс, 2010. - 155 с.8. http://lektsii.org/2-35447.html9. Колесов И.А. Усилительные устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Учебное пособие. — Томск: ТМЦДО, 2003 — 79 с.10. Сидоров И.Н, Димитров А.А. Микрофоны и телефоны: Справочник. — М.: Радио и Связь,1993 — 152 с.11. Павлов В.Н, Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. — М.: Горячая линия, Телеком, 2003. — 320 с.12. Каратаева Н.А. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебное пособие. — Томск: ТМЦДО, 2001. — Ч.1. — 260 с.13. Колесов И.А. Усилительные устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Учебное методическое пособие. — Томск: Издательство НТЛ, 2003. – 292 с.Приложение 1. Схема электрическая принципиальная микрофонного усилителяПриложение 2. Перечень элементовЗонаПоз. обозначениеНаименованиеКолПримечаниеКонденсаторыC1-C2К52-1Б-2.4 мкФ ±25 %2РезисторыR1МЛТ-0,25-390 Ом ± 10%1R2-R3C2-23-0,25-1,8 кОм ± 10%2R4-R5C2-23-0,25-1 кОм ± 10%2R6-R7C2-23-0,25-10 кОм ± 10%2R8-R9C2-23-0,25-100 Ом ± 10%2R10-R11C2-23-0,25-2 кОм ± 10%2R12-R14СП5-3В-0,25-10 кОм ± 10%3МикросхемыDA1-DA3140УД6А3Приложение 3. Печатная плата усилителяПриложение 4. Макет усилителя