39393

Частотомер c аналоговой индикацией

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Аналитический расчет печатной платы. Расчет топологических характеристик печатной платы. Чертеж печатной платы. Анализ электрической принципиальной схемы проводиться для выявления электрорадиоэлементов расположенных на печатной плате и вне ее.

Украинкский

2013-10-03

537.24 KB

35 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Факультет    Радиотехнический

Кафедра       Проектирование и технология электронных средств

Дисциплина   Основы проектирования электронных средств

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Студента второго курса, группы Рду-21

Алиякберова Радика Азатовича

Руководитель __________________________________________ (___________)

Студент                Алиякберов Р.А                         (___________)

Ульяновск 2011


Содержание

Введение 2

1. Краткое техническое задание 3

2. Анализ принципиальной электрической схемы 5

3. Выбор элементной базы 7

4. Ориентированный расчет надежности 8

5. Уточненный расчет надежности 10

6. Аналитический расчет печатной платы 12

7. Расчет топологических характеристик печатной платы 16

8. Расчет вибропрочности узла 20

Заключение 21

Библиографический список 22

Приложения:

1. Схема электрическая принципиальная

2. Перечень элементов схемы электрической принципиальной

3. Чертеж печатной платы

4. Сборочный чертеж радиоэлектронного модуля

5. Спецификация к сборочному чертежу

Введение

С развитием человечества возникла необходимость в увеличении эффективности расходования рабочего времени в научной, технической, бытовой и многих других сферах жизнедеятельности. Электронная аппаратура явилась средством решения этой задачи. Однако из-за обширности области применения, увеличения проникновения электронной аппаратуры в нашу жизнь и все возрастающих требованиях со стороны заказчика; требования к процессу проектирования, его качеству и результату возрастают экспоненциально. В связи с этим, важнейшую роль в проектировании стал играть конструктор, задачей которого явилось разрешение всех вопросов связанных с процессом проектирования посредством доступных ему методов.     

В данном курсовой проекте будет рассматриваться частотомер с аналоговой индикацией. Несмотря на то, что резкое снижение цен на цифровые частотомеры со счетчиками и обусловленное этим их широкое распространение потеснило позиции аналоговых частотомеров, в ряде случаев их применение оказывается намного удобнее цифровых. К числу таких областей применения относятся, например, измерители радиоактивного и рентгеновского излучений. Кроме того, новые схемотехнические решения и современная элементная база позволили существенно увеличить их характеристики.

Цель данного курсового проекта - формирование системного творческого мышления при проектировании, развитие конструкторских и расчётных навыков.

1. Краткое техническое задание

1.1. Наименование и область применения: Радиолюбительский частотомер с аналоговой индикацией для контроля частоты импульсов от фотоэлектрического преобразователя, используемого в измерителях радиоактивного излучения.

1.2. Основание для разработки: задание на курсовую работу.

1.3. Источники разработки: электрическая принципиальная схема модуля: Частотомер с аналоговой индикацией, А. Межлумян, Радио2004, №10, с. 24-25.

1.4. Технические требования к модулю:

1.4.1. Показатели назначения:

напряжение питания, В

10 …12

потребляемый ток, А, не более

0,02

амплитуда входных импульсов, В, не более

~0,1

количество диапазонов измерений

7

диапазоны измерений, кГц, не уже

1 диапазон

0…1

2 диапазон

1…2

3 диапазон

2…4

4 диапазон

4…8

5 диапазон

8…16

6 диапазон

16…32

7 диапазон

32…64

1.4.2. Показатели надежности:

среднее время наработки на отказ, ч, не менее

10 000

коэффициент готовности по ГОСТ 27.002-89, не менее

0,95

1.4.3. Массогабаритные показатели:

габаритные размеры, мм, не более

100х70х25

масса модуля, г, не более

70

1.5. Условия эксплуатации:

1.5.1. Климатическое исполнение - УХЛ (умеренно-холодный климат)

1.5.2. Категория размещения на объекте 3.1 ( в нерегулярно отапливаемых помещениях и объектах).

диапазон температур, оС

60…+45

влажность, %, не более

98

1.5.3. Механические воздействия М3 (стационарная промышленных предприятий);

вибрация:

частота, Гц, не более

1…60

ускорение, g, не более

2

удары многократные:

ускорение, g, не более

15

длительность импульса, мс, не более

2…15

2. Анализ принципиальной электрической схемы

2.1. Анализ электрической принципиальной схемы проводиться для выявления электрорадиоэлементов, расположенных на печатной плате и вне ее.

2.2. Выявление состава схемы и выявление ЭРЭ, расположенных на плате и вне платы.  

Схема устройства представлена на ПТЭС 410110.001 Э3.

Измеритель имеет входной усилитель импульсов, собранный на полевом транзисторе VT1. компаратор напряжения на ОУ DА1 (КР544УД2Б), делитель частоты на счетчике DD5 (К561ИЕ10). Переключатель SA1 управляет электронным коммутатором не логических микросхемах DD7 и DD8. Высокая точность измерителя обеспечивается за счет применения кварцевого задающего генератора в цифровом одновибраторе, состоящем из задающего генератора, собранного на элементе DD1.1, счетчика импульсов на микросхемах DD2, DD3, DD4 и триггера на DD6. Узел питания устройства состоит из сетевого адаптера (на схеме не показан), мостового выпрямителя VD5 и маломощного стабилизатора напряжения DA2 КР1157ЕН902А.

Частотомер работает следующим образом.

С резистора R1, являющегося нагрузкой фотоэлектронного умножителя, снимаются импульсы отрицательной полярности, которые через разделительный конденсатор С2 поступают на затвор полевого транзистора VT1, а со стока усиленные импульсы поступают на неинвертирующий вход ОУ DА1. На его инвертирующий вход подано начальное напряжение смещения с делителя напряжения R7R8R9. Начальной регулировкой подстроечного резистора R8 это напряжение устанавливают таким, чтобы оно несколько превышало амплитуду шумового напряжения и обеспечивало надежное обнаружение импульсов полезного сигнала.

Таким образом, при появлении импульсов полезного сигнала на выходе компаратора появляются импульсы положительной полярности с амплитудой, близкой к напряжению питания. С выхода компаратора импульсы поступают на вход двоичного счетчика-делителя частоты DD5. Диапазон измерения частоты устанавливают с помощью электронного коммутатора на логических элементах 2ИЛИ-НЕ микросхем DD7,DD8. Счетные импульсы будут проходить только через тот элемент,на управляющем входе которого действует низкий логический уровень (лог. 0). Электронный коммутатор управляется обычным галетным переключателем SA1 чисто потенциально, что позволяет расположить этот переключатель вне платы на удалении от счетчиков. С выводов коммутатора импульсы поступают на логическую схему ИЛИ на диодах VD1.3,VD1.4,VD3,VD4 и резисторе R20 и далее через инвертор-формирователь на элементе DD8.4на вход С D-триггера DD6. К инверсному входу этого триггера через резисторы R18,R19 подключен стрелочный измерительно прибор, на котором снимаются показания.

Выводы:

- Все электрорадиоэлементы, за исключением миллиамперметра PA1 (М24) и галетного переключателя SA1 (ПГ45-1 -7П1Н) располагаются на печатной плате.

- Элементов требующих дополнительных конструктивных мер (использование радиаторов экранов и т.д.) на плате нет.

- Источников тепловых или электромагнитных полей не выявлено.

Основные требования к радиоэлементам:

Для резисторов:

номинальная мощность, Вт, не менее

0.125

допуск, %, не более

5

Варианты замены: МЛТ или SMD

Для конденсаторов:

номинальная напряжение, В, не менее

25

допуск, %, не более

5

Варианты замены: К50-16

Для кварцевого резонатора:

частота импульса, Гц

1000

Для диодов:

постоянное прямое напряжение (IПР=50мА), В, не более

1

постоянные обратный ток (UОБР=250В), мкА, не более

0.1

Варианты замены: КД521,КД522,1N4118

2.3. Во время анализа электрической  принципиальной схемы выявлены электрорадиоэлементы расположенные на печатной плате и вне ее , так же проведен анализ тепловых и электромагнитных полей.

3. Выбор элементной базы

3.1 Решение этой задачи ставит целью проверить правильность выбора элементов с позиции их устойчивости к внешним воздействиям.

3.2 Элементная база выбирается таким образом, чтобы она удовлетворяла требованиям М3 по механическим воздействиям, температурному диапазону и влагоустойчивости.

Таблица 1 - Характеристики элементов по устойчивости к климатическим и механическим воздействиям

Наименование радиоэлемента

Виды воздействий

Интервал температур, С  мин.       макс

Влажность, %

Вибрация

Многокр. удары

Принятое решение

Частота, Гц

Ускорение, g

Удар, g

Длительность импульса, мкс

КР544УД2Б

-40…85

98

1…600

10

75

-

Удовл

КР1157ЕН902А

-10…70

98

1…500

10

75

-

Удовл

К561(вся серия)

-45…85

98

1…600

10

75

-

Удовл

С2-29В

-60…155

98

1…3000

20

150

1-3

Удовл

СП3-19А

-60…125

98

1…2500

20

100

0.2-2

Удовл

К10-17Б

-60…125

98

1…500

5

15

-

Удовл

К50-35

-40…85

98

1…600

10

20

-

Удовл

КП303А

-40…85

98

1…600

10

25

-

Удовл

РГ-07

-60…100

98

1…600

10

20

-

Удовл

КДС523ВМ

-60…125

98

1…2000

20

75

1-3

Удовл

КД521А

-60…125

98

1…2500

20

75

1-3

Удовл

КЦ407

-60…85

98

1…2000

20

75

-

Удовл

3.3 Выбранная элементная база удовлетворяет техническому требованию по стойкости к механическим и климатическим воздействиям.

4. Ориентированный расчет надежности

4.1. Ориентировочный расчет надежности производится с целью определения целесообразности дальнейшего проектирования.

При расчете принимаются следующие допущения:

- отказы элементов считаются событиями случайными и независимыми;

- отказ любого из элементов приводят к отказу аппаратуры;

- все элементы функционируют в типовых, номинальных режимах;

- однотипные элементы равно надежны;

- вероятность безотказной работы элементов изменяются во времени по экспоненциальному закону, то есть считается, что интенсивность отказов элементов есть постоянные величины.

Таблица 2 - Показатели надежности основных групп элементов

№ п/п

Группы элементов

1

Микросхемы средней степени интеграции

0.01

0.013

0.016

2

Резисторы пленочные

0.024

0.03

0.036

3

Резисторы композиционные

0.034

0.043

0.052

4

Конденсаторы  керамические

0.12

0.15

0.18

5

Конденсаторы электролитические

0.28

0.35

0.42

6

Транзисторы кремниевые маломощные до 1Вт

0.4

0.5

0.6

7

Кварцевый резонатор

0.06

0.075

0.09

8

Кремниевые диоды

0.16

0.2

0.24

9

Пайка печатного монтажа

0.008

0.01

0.012

10

Печатная плата

0,56

0,7

0,84

Количество точек пайки:

- конденсаторы: 4·2+2·2 = 12;

- резисторы: 18·2+2·3  = 42;

- микросхемы: = (5+3)+(8+6+6+6+14+8+14+14)=84;

- диоды: 10·2+4 = 24;

- транзисторы: 1·4=4;

- кварцевый резонатор: 1·2=2;

- выводы: 15;

Всего: 182

Таблица 3 - Таблица интенсивности отказов для каждой группы элементов.

Группы элементов

Количество элементов в группе, Ni

1

Микросхемы средней интеграции

10

0.104

0.13

0.156

2

Резисторы пленочные

18

0.432

0.54

0.648

3

Резисторы композиционные

2

0.069

0.086

0.103

4

Конденсаторы  керамические

4

0.48

0.6

0.72

5

Конденсаторы  электролитические

2

0.56

0.7

0.84

6

Транзисторы(Si) маломощные до 1 Вт

1

0.4

0.5

0.6

6

Кварцевый резонатор

1

0.06

0.075

0.09

7

Кремниевые диоды

11

1.76

2.2

2.64

8

Пайка печатного монтажа

182

1.456

1.82

2.184

9

Печатная плата

1

0.56

0,7

0.84

Интенсивность отказов всего модуля:

6.025

7.531

9.037

4.2. Определение средней наработки на отказ модуля:

163600 ч

128000 ч

108000 ч

4.3. Наработка модуля на отказ при коэффициенте готовности по ГОСТ 27.002-89, 0,95.

6776 ч

Вывод: Полученное время наработки на отказ (6776 ч) не удовлетворяет требованиям технического задания (10000 ч.). Для оценки показателей надежности схемы в установленных условиях эксплуатации необходимо провести уточненный расчет.

5. Уточненный расчет надежности

5.1. Уточненный расчет надежности производится с целью определения показателей надежности проектируемого модуля в реальных условиях эксплуатации с учетом особенностей функционирования принципиальной схемы, и позволяет оценить влияние условий применения элементов и дестабилизирующего влияния окружающей среды на надежность аппаратуры.

5.2. В общем случае формула расчета надежности в реальных условиях эксплуатации имеет вид:

                   (1)               .

где

- интенсивность отказов изделия в нормальных условиях эксплуатации;

- интенсивность отказов i-го элемента в нормальных условиях эксплуатации;

- коэффициент электрической нагрузки;

, , , - коэффициенты, учитывающие влияние на надежность механических воздействий, температуры, влажности и давления соответственно, равные:

1,07 (стационарные условия эксплуатации);

1.05 (высота 0-1 км);

2.5 (относительная влажность 90...98%, температура 70 оС)

Таблица 4 - Показатели надежности элементов

№ п/п

Наименование элемента

Кол-во, n

амв

ад

авл

Кэн т)

, 10 -6 ч-1

1

КР544УД2Б

1

1.07

1.05

2.5

0.56

0.007

0.011

2

КР1157ЕН902А

1

0.04

0.063

3

К561ЛЕ5

3

0.08

0.377

4

К561ИЕ8

3

0.377

5

К561ИЕ10

1

0.126

6

К561ТМ2

1

0.126

7

С2-29В

18

0.94

0.045

2.139

8

СП3-19А

2

0.009

0.048

9

К10-17Б

4

0.26

0.025

0.073

10

К50-35

2

2

0,1

1.124

11

КП303А

1

0.2

0.4

0.225

12

РГ-07

1

0.013

0.007

13

КДС523ВМ

2

0.02

0.09

14

КД521А

2

0.055

0.062

15

КЦ407

1

0.1

0.056

16

Пайка печатного монтажа

182

0.1

0,0004

0.02

17

Печатная плата

1

0,7

0.19

5.114

5.3. Среднее время наработки на отказ модуля:

195541 ч

5.4. Время наработки на отказ модуля при коэффициенте готовности P=0,95:

; =   10004 ч

Вывод: Полученное время наработки на отказ при коэффициенте готовности 0.95 равное (10004 ч) удовлетворяет требованиям технического задания (10000 ч). Доработок конструкции не требуется.


6. Аналитический расчет печатной платы

Цель аналитического расчета состоит в определении минимально необходимой для размещения элементов схемы и других технологических зон модуля площади печатной платы.

Печатная плата содержит следующие технологические зоны:

S1 - зона размещения электрорадиоэлементов (ЭРЭ);

S2 - зона размещения электрического соединителя;

S3 - зона размещения элементов управления, индикации и контроля;

S4 - зона размещения элементов крепления и фиксации;

S5 - зона размещения элементов повышения механической прочности.

При этом площадь печатной платы будет определяться как сумма площадей указанных зон:

S = S1 + S2 + S3 + S4 + S5                                    (2)                 .

6.1. Определение площади S1

Таблица 5 - Массогабаритные характеристики ЭРЭ

N n/n

Тип

элемента

Установочные размеры, мм

Установочная площадь, мм2

Масса, г

Кол-во

Общая установочная площадь, мм2

Общая масса, г

1

КР544УД2Б

10*9.4

94,0

1

1

94

1

2

КР1157ЕН902А

6.2*4.2

26,0

0.4

1

26

0,4

3

К561ЛЕ5

7,5*19.5

146,3

1.6

3

438,8

4,8

4

К561ИЕ8

7,5*19.5

146,3

1.5

3

438,8

4,5

5

К561ИЕ10

7,5*19.5

146,3

1.5

1

146,3

1,5

6

К561ТМ2

7,5*19.5

146,3

1.6

1

146,3

1,6

7

С2-29В

4.5*15

67,5

1

18

1015

18

8

СП3-19А

∅6.3

31.5

2

2

63

4

9

К10-17Б(С1-С3)

5.6*5.6

31,4

0.8

3

94,1

2,4

10

К10-17Б(С4)

5.6*11.5

64,4

1.5

1

64,4

1,5

11

К50-35

∅5

19.625

0.8

2

39.12

1,6

12

КП303А

∅5.8

26.4

2

1

52.8

2

13

РГ-07

19.3*9

173,7

6.5

1

153,7

6,5

14

КДС523ВМ

9*8

72,0

2

2

144

4

15

КД521А

1.9*5.5

10,5

0.2

2

20,9

0,4

16

КЦ407

8*7.5

60,0

1.2

1

60

1,2

Итого

2387,5

55,4

Площадь зоны размещения ЭРЭ определяется по формуле:

                                         (3)            .        

где - определяемый в зависимости от класса РЭА в пределах 0,4...0,85;

- установочная площадь ЭРЭ.

Так как проектируемый модуль предназначен для использования в стационарных условиях и к нему не предъявляется особых требований к массогабаритным характеристикам, примем коэффициент заполнения равным 0,4.

Варианты установки ЭРЭ по ОСТ 4ГО.010.030-81 представлены на рисунках 1…13

Вариант установки: IIв

Рисунок 1 - Конденсаторы К10-17Б.

Вариант установки: IIв

Рисунок 2 - Конденсаторы К50-35.

Вариант установки: VIIIa

Рисунок 3 ИМС КР544УД2Б.

Вариант установки: IIв

Рисунок 4 ИМС КР1157ЕН902А.

Вариант установки: VIIIa

Рисунок 5 ИМС К561ЛЕ5(К561ТМ2)

Вариант установки: VIIIa

Рисунок 6 ИМС К561ИЕ8(К561ИЕ10)

Вариант установки: Ia

Рисунок 7 Резистор С2-29В

Вариант установки: Ia

Рисунок 8 Диод КД521А

Вариант установки: IIв

Рисунок 9 Резистор СП3-19А

Вариант установки: VIIIa

Рисунок 10 Диодная сборка (4 диода) КДС523ВМ

Вариант установки: VIIIa

Рисунок 11 Диодный мост КЦ407

Вариант установки: IIв

Рисунок 12 Полевой транзистор КП303А

Вариант установки: Ia

Рисунок 13 Кварцевый резонатор РГ-07

Таким образом, площадь зоны размещения ЭРЭ:

 2387.5/0,4 = 5967 мм 2                       (3)               .                

6.2. Определение площади S2

Рис. 14 - Рекомендуемая форма и основные размеры контактных площадок

Диаметр отверстия для установки выводов d = 0,9 мм, диаметр контактной площадки D выберем превышающий диаметр отверстия не менее чем в 1.5 раза = 1,5 мм. Расстояние между соседними площадками V=D.

Диаметр переходных отверстий между слоями d=0,5 , диаметр контактной площадки D выберем превышающий диаметр отверстия не менее чем в 1.5 раза = 1 мм. Расстояние между соседними площадками V=D.

Тогда площадь, необходимая для размещения одной площадки отверстий для выводов:

4,5 мм 2.                                          (4)              .           

А площадь, необходимая для размещения одной площадки переходных отверстий:

2 мм 2.                                          (5)              .

Общую площадь S2 определяется как:

4,5 · 182 + 2 · 18 = 857,5 2.                    (6)              .

где Nкп и Nпо - общее число контактных площадок.

6.3. Определение площади S3

На печатной плате нет элементов управления, индикации и контроля, поэтому S3 = 0.

6.4. Определение площади S4

Площадь зоны размещения элементов крепления и фиксации определяется по формуле:

= 4 · (3,4 + 2) 2 = 116,64 мм 2.                                (7)              .

где N - количество фиксирующих винтов, N = 4; B - диаметр винта, B = 3,4 мм.

6.5. Определение площади S5

На печатной плате нет элементов повышения механической прочности, поэтому S5 = 0.

6.6. Определение суммарной площади печатной платы

Площадь печатной платы определяется как сумма площадей зон S1...S5:

5967 + 857,5 + 0 + 116,64 + 0 = 6941,1 мм 2. .                  (8)              .

Выбрана печатная плата размером 100 x 70 мм.


7. Расчет топологических характеристик печатной платы

Расчет топологических характеристик проводится с целью определения класса точности печатной платы, основных параметров проводников и контактных площадок, а также проведение проверочных расчетов.

7.1. Цель расчета - определение класса точности ПП, основных параметров проводников и контактных площадок, а так же проведение проверочных расчетов.  

7.2. Для разрабатываемой печатной платы больше всего подходит третий класс точности. Печатные платы 3-ro класса - наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой  для их производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

Третий класс точности имеет следующие параметры монтажа:

минимальная ширина проводника t мм = 0,25 мм;

минимальное расстояние между проводниками S мм = 0,25 мм;

ширина пояска металлизации вокруг отверстия d мм = 0,1 мм;

отношение диаметра наименьшего металлизированного отверстия к толщине П.П. О.33

Рисунок 15 - Расположение печатных проводников.

7.3. Выбор материала печатной платы.

Целью является выбор материала ПП с учетом электрических и физико-механических параметров ПП во время и после воздействия механических нагрузок, климатических факторов.

Материал выбираем по ГОСТ 23751-86. В качестве материала для данной ПП выдерем стеклотекстолит фольгированный двусторонний общего назначения СФ2-35-1,5. Это наиболее оптимальная толщина, так как при меньшей толщине плата может изгибаться при монтаже. Стеклотекстолит наиболее подходит для разрабатываемого устройства, так как он имеет высокую механическую прочность, влагостойкость, устойчивость к вибрациям и ударам, а также имеет большой срок службы.

7.4 Выбор конструктивного покрытия.

Стабильность электрических, механических и других параметров ПП может быть обеспечена применением металлических и неметаллических конструктивных покрытий

В качестве материала покрытия выберем сплав Розе ГОСТ 9.306-85, по ОСТ 4.ГО.014.000.

7.5. Расчет номинального значения расстояния между соседними элементами проводящего рисунка. Расстояние между соседними элементами проводится с целью обеспечения электрической прочности изоляции при функционировании модуля. Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка определяется по формуле

S = Sмд + tB0.                                          (9)              .

где  Sмд  - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка ( Sмд = 0,25 мм );

 tB0 - верхнее предельное отклонение ширины проводника. ( tB0 =0,05 ).

S=0.25+0.05=0,3 мм.                                   (10)              .

Полученное расстояние не противоречит требованиям ГОСТ следовательно прочность будет обеспечена.

7.6. Определение номинальных значений диаметров монтажных отверстий

Данный расчет проводиться для унификации диаметров монтажных отверстий и повышения технологичности изготовления печатной платы.

Таблица 6 - Диаметры выводов ЭРЭ и выбранных монтажных отверстий

Элемент

, мм

, мм

, мм

КР544УД2Б

0.5

0,1

0,9

КР1157ЕН902А

0,7

0,1

0,9

К561

0,5

0,1

0,9

С2-29В

0,7

0,1

0,9

СП3-19А

0,5

0,1

0,9

К10-17Б

0,6

0,1

0,9

К50-35

0,5

0,1

0,9

КП303А

0,5

0,1

0,9

РГ-07

0,7

0,1

0,9

КДС523ВМ

0,5

0,1

0,9

КД521А

0,5

0,1

0,9

КЦ407

0,5

0,1

0,9

Диаметр монтажного отверстия определяется по формуле

     d=  dд +r +| dно |    (11)

где dд - диаметр вывода навесного ЭРЭ, устанавливаемого на ПП;

r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого элемента, значение r может принимать значения в диапазоне 0,1...0.4 мм;

| dно | - нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

Для данного устройства диаметр выводов ЭРЭ составляет 0.5…0.8 мм.  

С учетом ГОСТ 10317 79 выбираем тип монтажного отверстия: 0,9 мм.

7.7. Определение номинального значения ширины проводника

Номинальное значение ширины проводника определяется током, проходящему по нему, удельной плотностью тока в материале проводников и рассчитывается по формуле:

.                                          (12)              .

где - ток нагрузки (dн=20мА);  

- удельная плотность тока, для наклеенной фольги = 20 А/мм 2;

- толщина проводника, = 0,035 мм.

                        B  tмд =20∙10-3 /20∙0.0035=0.029 мм.                          (13)      

Для правильной работы схемы проводники должны быть не уже 0.029 мм.

7.8 Расчет сопротивления изоляции параллельных проводников

Так как плата двусторонняя, то для определения сопротивления изоляции необходимо рассчитать  поверхностное и объемные сопротивления: ,где: .                                (14)              .

Rs - поверхностное сопротивление: ,где: .                                         (15)              .

п   удельное поверхностное сопротивление основания ПП (для стеклотекстолита  51010 Ом)

  расстояние между проводниками, м;

L  длина параллельного пробега проводников, м.

Rv  объемное сопротивление ,гдe:                                              (16)               .

v   удельное объемное сопротивление диэлектрика основания ПП (для стеклотекстолита 5109 Омм)

F  минимальная площадь проекции печатных проводников друг на друга, м2;

h  толщина зазора между проводниками, м.

Подставляем и получаем ; Из (14) получим 2,6 ГОм

Для нормально работы ПП сопротивление между разобщенными цепями в условиях повышенной влажности должно подчиняться неравенству:

  Rи103Rвх, где:

 Rвх - входное сопротивление коммутационных цепей, равное 3.7 кОм

7.9 Расчет паразитного влияния проводников.

Расчет производиться с целью определения негативного влияния паразитного омического сопротивления проводников на работу схемы.

Практически сечение проводника рассчитывают подпускному падению напряжения Uп на проводнике:

UП=p*lп*Jн/hФ*t                   (17)               .

где p  удельное сопротивление проводника, (p=1.75*10-8 Ом*мм2/м);

lп ,hф,,t - максимальная длина проводника, его толщина и ширина соответственно;

Jн  протекающий по проводнику ток;

Падение напряжения на проводнике равно

Uп= 1.75*10-8*170*10-3*20*10-3/0.035*0.3*10-6=0.00567 мВ

Падение напряжения на проводнике составляет 0.063% от напряжения питания схемы, такое значение падения напряжения является допустимым т.к. оно не превышает одного процента от номинального напряжения.

7.10 В ходе выполнения расчета топологических характеристик был определен класс точности печатной платы, определены основные параметры проводников и контактных площадок, а также проведены проверочные расчеты.

8. Расчет вибропрочности узла

8.1 Целью расчета является определение механической устойчивости модуля к внешним механическим воздействиям в реальных условиях эксплуатации. Расчет производится на основе анализа собственной резонансной частоты колебаний ПП.

Частоту собственных колебаний равномерно загруженной ПП, закрепленной в четырех точках, определяют по формуле

.                            (18)              .

где a и b - длина и ширина ПП; D - цилиндрическая жесткость ПП, определяемая как

,гдe: .                            (19)              .

E - модуль упругости;

h - толщина ПП , h = 1,5 мм;

- коэффициент Пуассона, = 0,2.

Проектируемая ПП имеет размеры 70х100 мм и массу

,где.                                   (20)              .

- масса ПП без ЭРЭ;

- масса ЭРЭ, определенная при аналитическом расчете печатной платы и равная 55,4г.

Масса определяется по формуле:

Mпл=· а · b · h = 1,8 · 7 · 10 · 0,15 = 18,9 г.                   (21)              .

Таким образом, общая масса печатной платы равна

г

Подставляя числовые значения формул в (18) из (19) и (20) получено:

                  

Подставляя все известные данные в формулы (19) и (20), получено, что цилиндрическая жёсткость D=8,93Н·м, а f0=733 Гц. В данном случае вибропрочность обеспечена, т. к. f0>2fвв (fвв=60Гц).


Заключение

В курсовом проекте проведен анализ принципиальной схемы, обоснование выбора элементной базы, выполнен ориентировочный и уточненный расчет надежности конструкции, проведен аналитический расчет печатной платы. Так же были выполнены чертежи схемы электрической принципиальной, чертежи печатной платы и сборочный чертеж.

Габаритные размеры платы:

-длина     100 мм;

-ширина   70 мм;

-высота   25 мм;

Масса 75 г.

Материал печатной  платы СФ-2-35-1,5 ГОСТ 23751-79

Надежность

- по результатам расчета 10030 при коэффициенте готовности 0.95


Библиографический список

1. Бородин С. М. Схема-деталь-модуль: Методические указания к курсовой работе / С. М. Бородин. - Ульяновск: УлГТУ, 2004. - 64 с.

2. Бородин С. М. Основы классификации РЭА: Учебное пособие / С. М. Бородин. - Ульяновск: УлГТУ, 1999. - 36 с.

3.  Леухин В. Н. Основы конструирования и технологии производства РЭС: Учебное пособие / В. Н. Леухин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 344 с.

4. Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры./ Под ред. Р. Г. Варламова. М.., «Сов. радио», 1973.  856 с.

5. Журнал Радио №10 А. Межлумян - Москва, 2004 86 с, 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69390. Зовнішні запам’ятовуючі пристрої (ЗЗП) 1.86 MB
  Тут розрізняють такі класи: магнітні ЗЗП Оптичні Напівпровідникові За способом доступу до інформації А послідовні ЗЗП типу стрічки Б з прямим доступом За способом запису інформації А з одноразовим записом Б з багаторазовим записом з можливістю перезапису інформації...
69391. Накопичувачі на магнітних барабанах 1.17 MB
  Накопичувачі на магнітних стрічках Носієм інформації є гнучка магнітна стрічка основою є пластмасова стрічка покрита з обох сторін тонким шаром магнітної плівки поверх якої наноситься тонкий шар захисного лаку.
69393. Лазерні принтери (електро-графічні принтери) 42 KB
  Пристрої введення виведенення мови Спілкування користувача із комп’ютером мовою голосом вважається найбільш перспективним з часу початку широкого застосування комп’ютерів однак реалізувати цю задачу ефективними засобами не вдалося проектувальникам і до сьогоднішнього часу і в даний час...
69395. Інтерфейс ПП IBM 360-370 57 KB
  Він передбачає взаємодію на магістралі канали введення виведення та периферійних пристроїв які в даному інтерфейсі називаються абонентами. Абоненти фізично під’єднуються до магістралі короткими відведеннями.