Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
|
[1] [1.1] Анализ технического задания [1.2] Описание принципиальной схемы и принцип действия устройства «Цифровая-шкала частотомер с ЖКИ и автоподстройкой частоты».
[2] [2.1] Расчет надежности радиоэлементов [2.2] Расчет коэффициента заполнения печатной платы
[3] [3.1] Обоснование выбора элементов. [3.1.1] Обоснование выбора резистора [3.1.2] Обоснование выбора конденсаторов [3.1.3] Обоснование выбора диодов [3.1.4] Обоснование выбора стабилитрона [3.1.5] Обоснование выбора транзисторов [3.2] Обоснование трассировки печатной платы [3.3] Обоснование компоновки печатной платы
[4]
[5]
[6] |
Введение.
В производстве изделий приборостроения, средств вычислительной техники и бытовой электро-радиоаппаратуры широко применяются печатные платы, как средство, обеспечивающее автоматизацию монтажно-сборочных операций, снижения габаритных размеров аппаратуры, металлоемкости и повышения ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделия.
При изготовлении печатных плат в зависимости от их конструктивных особенностей и масштабов производства применяются различные варианты технологических процессов, в которых используются многочисленные химико-технологические операции и операции механической обработки.
Электронные вычислительные машины являются одним из наиболее важных средств автоматизации производства и повышения качества продукций, а также служат основой наиболее перспективных технологий. Эффективное использование современных вычислительных и управляющих машин определяет уровень научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, сельском хозяйстве, научных исследованиях и др.
Получение высоконадежных ЭВМ, содержащих большое число схемных деталей, решается путем отказа от использования дискретных элементов и замены их интегральными схемами.
Для организации массового производства средств вычислительной техники была разработана Единая система электронных вычислительных машин (ЕС ЭВМ). Она реализована на микроэлектронной базе, что обеспечивает высокие эксплуатационные показатели и представляет собой семейство программно-совместимых машин. Серийный выпуск машин ЕС ЭВМ был начат в 1972 г.
В качестве элементной базы используют сверхбольшие интегральные микросхемы, для разработки которых требуются мощные системы автоматического проектирования.
Основной особенностью производства ЭВМ является использование большого количества стандартных и нормализованных элементов, интегральных схем, радиодеталей и др. Выпуск этих элементов в больших количествах и высокого качества — одно из основных требований вычислительного машиностроения. Важным вопросом, решаемым в настоящее время, является массовое производство стандартных блоков с использованием новых элементов. Унификация отдельных элементов создает условия для автоматизации их производства.
Другой особенностью является высокая трудоемкость сборочных и монтажных работ, что объясняется наличием большого числа соединений и сложностью их выполнения вследствие малых размеров контактных соединений и высокой плотности монтажа.
Повышение качества и экономичности производства во многом зависит от уровня автоматизации технологического процесса. Предпосылки для широкой автоматизации производства элементов и блоков ЭВМ обеспечиваются высоким уровнем технологичности конструкции, широким внедрением типовых и групповых технологических процессов, а также средств автоматизации.
Цель курсового проекта - улучшение знаний в области расчета надежности проектируемых изделий и конструирования радиоэлектронных модулей второго уровня (на основе печатных плат). Кроме того, курсовое проектирование направлено на совершенствование умения разрабатывать и выполнять конструкторские документы в соответствии с нормами ЕСКД.
Основная задача курсовой работы – произвести расчет надежности элементов на печатном узле, а так же рассчитать коэффициент заполнения печатной платы, обосновать выбор элементов, трассировки платы и компоновки элементов.
Основные технические характеристики:
Максимальная измеряемая частота, МГц ..................30
Дискретность отсчета, Гц.............................................10
Чувствительность, мВ.................................................250
Точность удержания частоты ГПД, Гц.......±20 или ±40
Напряжение питания, В...........................................9...12
Потребляемый ток, мА ..................................................5
Благодаря применению ЖКИ конструкция получилась еще более простой. Технические характеристики остались теми же, что и у шкалы со светодиодным индикатором, но теперь она может учитывать пять разных значений ПЧ, записанных в энергонезависимой памяти микроконтроллера, показывая разность или сумму измеренного значения частоты ГПД и выбранного значения ПЧ. Схема шкалы-частотомера построена на микроконтроллере PIC16F84A (DD1). На диодах VD1, VD2 и транзисторе VT1 собран усилитель-ограничитель входного сигнала. С выхода интегрального стабилизатора DA1 напряжение 5 В поступает в цепи питания микроконтроллера и усилителя-ограничителя, а уменьшенное на 3,3 В стабилитроном VD3 — в цепь питания ЖКИ HG1 (КО-4В2 от телефонного аппарата "Panaphone").
При логически низком уровне напряжения, поданного на вход +ПЧ, устройство складывает измеренное значение частоты ГПД с хранящимся в памяти значением ПЧ. А если низкий уровень установлен на входе -ПЧ, производится вычитание ПЧ из измеренного значения частоты ГПД.
Подавая напряжение низкого уровня поочередно на входы ПЧ1—ПЧ4 (соединяя их с общим проводом), можно выбрать одно из четырех записанных в EEPROM микроконтроллера значений ПЧ. Пятое значение ПЧ выбирают, установив высокий уровень на всех этих входах или оставив их неподключенными.
При высоком уровне на входах +ПЧ и -ПЧ устройство работает в режиме частотомера, отображая измеренное значение частоты поданного на вход сигнала без какой-либо корректировки. Напряжение с выхода АПЧ подают на варикап подстройки частоты ГПД трансивера. Уровнем поданного на вход УДЕРЖ, напряжения переключают точность удержания частоты. При низком уровне она ±20 Гц, при высоком -±40 Гц. В память микроконтроллера необходимо загрузить коды из прилагаемого к статье файла DSCALAFC.HEX. Записанные в нем значения ПЧ: 4,55, 3,55, 11,5, 18,5 МГц (соответственно при соединении с общим проводом входов ПЧ1—ПЧ4) и 5,55 МГц (эти входы свободны). При необходимости любое предустановленное значение можно изменить. Для этого нужно подать на вход действующей шкалы-частотомера сигнал с частотой равной нужной ПЧ и установить низкий уровень на управляющих входах +ПЧ и -ПЧ одновременно. Через 1 секунду на индикатор HG1 будет выведено измеренное значение ПЧ. Справа к нему добавлена одна цифра — порядковый номер ПЧ, заданный описанной выше коммутацией входов ПЧ1—ПЧ4. Значение ПЧ, которое не должно превышать 30 МГц, будет записано в соответствующую область EEPROM при повторной одновременной установке низкого уровня на входах +ПЧ и -ПЧ. Именно оно будет использоваться при дальнейшей работе шкалы. Шкала-частотомер выполнена на односторонней печатной плате размерами 72x36 мм из фольгированного стеклотекстолита. Налаживание собранного прибора заключается в подаче на его вход сигнала эталонной частоты и установке подстроечным конденсатором С6 правильных показаний на индикаторе.
Вариант для трансивера UW3DI
В этом трансивере ГПД всегда работает в одном и том же частотном интервале, а на рабочую частоту его сигнал переносится с помощью генератора "подставки". В зависимости от диапазона происходит сложение или вычитание значений частоты ГПД и "подставки", что обеспечивает работу в заданном диапазоне с нужной боковой полосой сигнала. Для одновходовой цифровой шкалы трансивер UW3DI можно считать работающим с различными ПЧ на разных диапазонах. Поскольку пяти ее значений в данном случае недостаточно, для работы совместно с трансивером UW3DI программа шкалы-частотомера была переработана, что дало возможность довести число возможных значений ПЧ до 16. Во всем остальном программа осталась прежней. Ее коды находятся в файле DSCAL4DI.HEX, который также приложен к статье.
При работе микроконтроллера DD1 по этой программе на управляющих входах шкалы, в зависимости от выбранного диапазона, необходимо устанавливать указанные в таблице уровни. Он рассчитан на работу в первых семи из указанных в таблице диапазонах, но при необходимости, введя дополнительные диоды, можно обеспечить работу и в остальных трех (WARC). При шести отсутствующих в таблице комбинациях уровней на входах ПЧ1—ПЧ4 значение ПЧ принимается равным 5,55 МГц. При необходимости любое из значений ПЧ можно изменить описанным выше способом.
Надёжность является одной из главнейших проблем конструирования, и понимают под ней свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Таблица расчета надежности заполняется по колонкам. В 1-ю колонку заносятся название элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только его емкость. В этом случае следует по емкости выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во 2-ю колонку. Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.
Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Ее надо определять, исходя из назначения прибора. Если прибор работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 40ºС.
Далее следует заполнить колонку 6 , пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.
Как правило, студенту не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь таблицей 1:
Таблица 1
|
Наименование элемента |
Контролируемые параметры |
K нагрузки |
|
|
Импульсный режим |
Статический режим |
||
|
Транзисторы |
РкдопКн=Рф/Ркдоп |
0,5 |
0,2 |
|
Диоды |
IпрмахКн=Iф/Iпрт |
0,5 |
0,2 |
|
Конденсаторы |
Uобкл.Кн=Uф/Uобкл. |
0,7 |
0,5 |
|
Резисторы |
РтрасКн=Рф/Рдоп |
0,6 |
0,5 |
|
Трансформаторы |
IнKн=Iф/Iкдоп |
0,9 |
0,7 |
|
Соединители |
IконтактаКн=Iф/Iкдоп |
0,8 |
0,5 |
|
Микросхемы |
Imax вх/Imax вых |
- |
- |
Коэффициенты нагрузок:
Для транзисторов: Кн= Рф/Ркдоп=Рф/Рн (2.1.1)
Для диодов: Кн= Iф/ Iрсп= Iф/Iн (2.1.2)
Для конденсаторов: Кн=Uф/Uн=Uф/(Uф/Uu•n)•2 (2.1.3)
Для резисторов: Кн= Рф/Рн (2.1.4)
Зная Кн определяем фактическое значение параметров и заполняем колонки 5 и 8. Если Кн в таблице для элемента не указано, следует ставить прочерк или брать Кн=0,5
Колонка 7 заполняется по справочнику. Далее определяется коэффициент влияния (а), который показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (а) по таблице 2:
Таблица 2
|
tºC |
Значение а при к равном |
||||
|
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,8 |
1 |
|
|
Кремневые полупроводниковые приборы |
|||||
|
20 |
0,02 |
0,058 |
0,15 |
0,5 |
1 |
|
40 |
0,05 |
0,15 |
0,3 |
1 |
--- |
|
70 |
0,15 |
0,35 |
0,75 |
1 |
--- |
|
Керамические конденсаторы |
|||||
|
20 |
0,15 |
0,3 |
0,35 |
0,65 |
1 |
|
40 |
0,3 |
0,3 |
0,5 |
1 |
1,4 |
|
70 |
0,3 |
0,5 |
0,75 |
1,5 |
2,2 |
|
Бумажные конденсаторы |
|||||
|
20 |
0,35 |
0,55 |
0,7 |
0,85 |
1 |
|
40 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1 |
1,2 |
|
70 |
0,7 |
1 |
1,4 |
1,8 |
2,3 |
|
Электролитические конденсаторы |
|||||
|
20 |
0,55 |
0,65 |
0,75 |
0,9 |
1 |
|
40 |
0,65 |
0,8 |
0,9 |
1,1 |
1,2 |
|
70 |
1,46 |
1,75 |
2 |
2,5 |
2,3 |
|
Металлодиэлектрические или металлооксидные резисторы |
|||||
|
20 |
0,4 |
0,5 |
0,65 |
0,85 |
1 |
|
20 |
0,45 |
0,6 |
0,8 |
1,1 |
1,35 |
|
70 |
0,5 |
0,7 |
1 |
1,5 |
2 |
|
Силовые трансформаторы |
|||||
|
20 |
0,40 |
0,43 |
0,45 |
0,55 |
1 |
|
40 |
0,42 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
1,5 |
|
70 |
1,5 |
2 |
3,1 |
6 |
10 |
Для германиевых полупроводниковых диодов a брать таким, как у кремниевых.
Колонка 10 заполняется из таблицы 3:
Таблица 3
|
Наименование элемента |
1/час |
|
Микросхемы средней степени интеграции Большие интегральные схемы |
0,013 0,01 |
|
Транзисторы германиевые: Маломощные Средней мощности Мощностью более 200 мВт |
0,7 0,6 1,91 |
|
Кремневые транзисторы: Мощностью до 150 мВт Мощностью до 1 Вт Мощностью до 4 Вт |
0,84 0,5 0,74 |
|
Высококачественные транзисторы: Малой мощности Средней мощности |
0,2 0,5 |
|
Транзисторы полевые: |
0,1 |
|
Конденсаторы: Бумажные Керамические Слюдяные Стеклянные Пленочные Электролитические (алюминиевые) Электролитические (танталовые) Воздушные переменные |
0,05 0,15 0,0075 0,06 0,05 0,5 0,035 0,034 |
|
Резисторы: Композиционные Пленочные Угольные Проволочные |
0,043 0,03 0,047 0,087 |
|
Диоды: Кремниевые Выпрямительные Универсальные Импульсные |
0,2 0,1 0,05 0,1 |
|
Стабилитроны Германиевые |
0,157 |
|
Трансформаторы: Силовые Звуковой частоты Высокочастотные Автотрансформаторные |
0,25 0,02 0,045 0,06 |
|
Дроссели: Катушки индуктивности Реле |
0,34 0,02 0,08 |
|
Антенны Микрофоны Громкоговорители Оптические датчики |
0,36 20 3 4,7 |
|
Переключатели, тумблеры, кнопки Соединители Гнезда |
0,07n 0,06n 0,01n |
|
Пайка навесного монтажа Пайка печатного монтажа Пайка объемного монтажа |
0,01 0,03 0,02 |
|
Предохранители |
0,5 |
|
Волноводы гибкие Волноводы жесткие |
1,1 9,6 |
|
Электродвигатели: Асинхронные Асинхронные вентиляторные |
0,359 2,25 |
Колонка 11 λ1=а• λ0
Колонка 12 λс= λ1•n, где n количество элементов
Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае λ1 в колонке 11:
λ1= λ0•а•а1•а2•а3
где а – коэффициент влияния температуры;
а1 – коэффициент влияния механических воздействий;
а2 - коэффициент влияния влажности;
а3 - коэффициент влияния атмосферного давления;
Значение а1, а2, а3 определяется по нижеследующим таблицам. Когда колонка 12заполнена, можно рассчитать среднее время наработки на отказ.
Для этого суммируются все значения колонки 12, получая .
Тогда Тср=1/(час).
Следует помнить, что - число, умноженное на т.е. при делении перейдет в числитель. Например , тогда
Тср=(час)
Порядок выполнения расчета:
Заполняем в таблице 4 колонки с 1 по 8.
а находим по таблице2, а так же 5,6,7.
λ0 находим из таблицы 3.
λ1= λ• 0а или λ1=λ0• а1• а2• а3.
λс=n• λ1.
Находим сумму λс.
Вычисляем Тср.
Тср=1/(час).
Тср= (час)
Если надежность ниже требуемой следует:
Применить более современные и улучшенные элементы (это, как правило, повысит цену изделия).
Уменьшить нагрузки (это может увеличить габариты схемы).
Применить резервирование.
Следует помнить, что расчет надежности на этапе проектирования носит ориентированный характер.
Расчет сведен в таблице 4:
Таблица 4
|
Наимен- ование |
Тип |
Кол-во n |
Темпе-ратура окруж. Среды tº,C |
Фактич. значение парам. определ. надежн. |
Номенальное значение парам. определ. надежн. |
Конст- руктивная характе- ристика |
k |
α |
1/час |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
Резистор |
С2-23Н |
14 |
40 |
Pф=0,06 Вт |
Pн=0,125Вт |
Метало-оксидные |
0,5 |
0,8 |
0,03 |
0,024 |
0,336 |
|
Конденсатор |
К10-17Б |
6 |
40 |
Uф=5В |
Uн=10B |
Керамич. |
0,5 |
0,5 |
0,15 |
0,075 |
0,45 |
|
К50-35 |
1 |
Uф=5В |
Uн=10В |
Электро-лит. |
0,5 |
0,9 |
0,5 |
0,45 |
0,45 |
||
|
CTC-038-RA |
1 |
Uф=5В |
Uн=10B |
Керамич. |
0,5 |
0,5 |
0,15 |
0,075 |
0,075 |
||
|
Транзистор |
KT368A |
1 |
40 |
Pф=45 мВт |
Pн=225мВт |
Кремние-вые |
0,5 |
0,3 |
0,5 |
0,15 |
0,15 |
|
Диод |
КД522А |
3 |
40 |
I=90мА |
Iмax=450мА |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,06 |
0,18 |
|
|
КС133Г |
1 |
Iст.=7,4 мА |
Iст.маx= 37мА |
0,5 |
0,3 |
0,2 |
0,06 |
0,06 |
|||
|
Микросхема |
78L05 |
1 |
40 |
- |
- |
0,5 |
1 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
|
|
PIC16F84A |
1 |
- |
- |
- |
0,5 |
1 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
||
|
K0-4B2 |
1 |
- |
- |
- |
0,5 |
1 |
0,013 |
0,013 |
0,013 |
||
|
Катушка Индукти-вности |
EC-24-100K |
1 |
40 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Кварцевый резонатор |
HC-49S |
1 |
40 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
Пайка |
- |
93 |
40 |
0,5 |
1 |
0,03 |
0,03 |
2,79 |
|||
|
Итого |
5,966 |
Расчет коэффициента заполнения печатной платы можно сделать по сборочному чертежу платы. Для этого надо измерить площадь, занимаемую элементом вместе с выступающим за корпус выводами.
В плане (плоскости) все посадочные места, можно рассматривать как прямоугольники и окружности. Как известно, площадь произведению длины на ширину прямоугольника, а площадь круга
Где D – диаметр круга , а π – физическая константа, равная 3,14
Расчет следует вести с использованием таблицы 5.
Таблица 5
|
Наименование |
Тип |
Установочные размеры (мм) |
Установочная площадь (мм) |
Кол-во |
Общая площадь (мм) |
|
Резистор |
С2-23Н |
3.5×10 |
35 |
14 |
490 |
|
Конденсатор |
К10-17Б |
2,5×7 |
17,5 |
6 |
105 |
|
К50-35 |
19,6 |
19,6 |
1 |
19,6 |
|
|
CTC-038-RA |
4,3×4 |
17,2 |
1 |
17,2 |
|
|
Транзистор |
KT368A |
5×3,8 |
19 |
1 |
19 |
|
Диод |
КД522А |
1,6×5,5 |
8,8 |
3 |
26,4 |
|
КС133Г |
9,5×3 |
28,5 |
1 |
28,5 |
|
|
Микросхема |
78L05 |
5×3,8 |
19 |
1 |
19 |
|
PIC16F84A |
6,3×22,8 |
143,6 |
1 |
143,6 |
|
|
Катушка Индуктивности |
EC-24-100K |
3×12 |
36 |
1 |
36 |
|
Кварцевый резонатор |
HC-49S |
4,5×11 |
49,5 |
1 |
49,5 |
|
Итог |
953,8 |
Площадь печатной платы - Sплаты равна произведению её длины на ширину. Коэффициент заполнения печатной платы
Кзап=Sэлемент/Sплаты•100%
Кзап=953,8/2625•100%
Кзап=36,3%
Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению сопротивления. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Примеры доступных нам резисторов приведены в таблице 6.
Таблица 6
|
ТИП |
DxL |
Rнам |
Uмакс (В) |
|
С2-23Н |
2х6 мм |
10(Ом)-10(МОм) |
250 |
|
МЛТ 0,125 |
2х6 мм |
100(Ом)-2.2(МОм) |
200 |
|
ОЛМТ |
2х6 мм |
100(Ом)-2.2(МОм) |
200 |
Я выбираю резистор С2-23Н, так как он обладает более широким диапазоном сопротивления, что более подходит к данной схеме.
При выборе конденсаторов для данной схемы необходимы конденсаторы с наименьшими размерами. Заносим данные о доступных нам конденсаторов в таблицы 7,8,9.
Таблица 7
|
Марка конденсаторов |
Габариты |
Рабочая температура ºC |
Макс. Ток утечки |
|
К50-35 |
19,6Ø мм |
От минус 40 до плюс 85 |
4 мкА |
|
К50-29 |
14x6,3 мм |
От минус 40 до плюс 85 |
0,02 мкА |
Таблица 8
|
Марка конденсаторов |
Габариты |
Рабочая температура ºС |
Рабочее напряжение (В) |
Температурный коэффициент емкости |
|
К10-17Б |
2,5х7 мм |
От минус 60 до плюс 125 |
50 |
м47 |
|
КМ5А |
9х8,5 мм |
От минус 60 до плюс 125 |
50 |
м47 |
Таблица 9
|
Марка конденсаторов |
Габариты |
Рабочая температура ºС |
Рабочее напряжение (В) |
Температурный коэффициент емкости |
|
CTC-038-RA |
4,3х4 мм |
От минус 30 до плюс 85 |
50 |
n350 |
|
TZ03Z070E169 |
6х6 мм |
От минус 25 до плюс 85 |
100 |
npo |
Конденсаторы СТС-038-RA, К50-35, а также К10-17Б-являются лучшим решением, так как имеют наименьшие габариты.
Для данной схемы нужны импульсные диоды. Данные доступных нам диодов заносим в таблицу 10
Таблица 10
|
Тип |
Максимальное обратное напряжение (В) |
Постоянный прямой ток (А) |
Импульсный прямой ток (А) |
|
КД522А |
75 |
0.2 |
0.45 |
|
КД503А |
30 |
0.015 |
0.2 |
|
КД512Б |
20 |
0.02 |
0.2 |
Для устройства выбраны кремниевые диоды из серии КД522А. Диоды являются импульсными, предназначены для работы в радиотехнических устройствах, изготовлены в стеклянном корпусе. Так же данная серия имеет более подходящие параметры.
При выборе диодов следует учитывать их ток стабилизации и мощность рассеивания. Данные о доступных стабилитронов заносим в таблицу 11.
Таблица 11
|
Тип |
Максимальный ток стабилизации.,(мА) |
Мощность рассеивания (Вт) |
Рабочая температура ºС |
|
КС133Г |
37 |
0.125 |
От минус 60 до плюс 125 |
|
КС139Г |
32 |
0.125 |
От минус 60 до плюс 125 |
Стабилитрон КС133Г имеет больший максимальный ток стабилизации, поэтому он более подходит для данной схемы.
Выбирая транзистор для данной схемы важно учитывать постоянную рассеиваемую мощность, максимальный постоянный ток и максимальное постоянное напряжение. Данные о доступных нам транзисторах заполняем в таблицу 12
Таблица 12
|
Тип |
Максимальный постоянный ток |
Максимальное постоянное напряжение |
Постоянная рассеиваемая мощность |
Допустимая температура ºС |
|
KT368A |
30 мА |
15 В |
225 мВТ |
От минус 60 до плюс 125 |
|
КТ315А |
100 мА |
25 В |
150 мВТ |
От минус 60 до плюс 120 |
|
КТ312А |
30 мА |
20 В |
220 м ВТ |
От минус 60 до плюс 125 |
По своим параметрам лучше всего подходит транзистор типа КТ368А, так как у него выше постоянная рассеиваемая мощность.
Трассировка печатной платы - это проведение проводников, соединяющих площадки, так, чтобы они имели минимальную длину, и минимальное число переходов на другие слои с целью устранения пересечений.
Чертежи печатных плат выполняют на бумаге имеющей координатную сетку, нанесённую с определённым шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника. При этом по сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых будут изготовлять шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку.
Координатную сетку наносят на чертёж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Шаг 1,25 мм. применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечений линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два и более вывода, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть большего диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электро-радиоэлемента. При диаметре вывода до 0,8 мм диаметр неметаллизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм - на 0,3 мм больше. Диаметр металлизированного отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы. Связанно это с тем, что при гальваническом осаждении металла на стенках отверстия малого диаметра, сделанного в толстой плате, толщина слоя металла получится неравномерной, а при большом отношении длины к диаметру некоторые места могут остаться непокрытыми. Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее половины толщины платы. Отверстия на плате нужно располагать таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не меньше толщины платы. В противном случае перемычка между отверстиями не будет иметь достаточной механической прочности.
Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку.
Контактные площадки отверстий рекомендуется делать в форме кольца. Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигурации, располагая их параллельно линиям координатной сетки. Проводники на всём их протяжении должны иметь одинаковую ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.
Следует иметь в виду, что узкие проводники (шириной 0,3 - 0,4 мм) могут отслаиваться от изоляционного основания при незначительных нагрузках. Если такие проводники имеют большую длину, то следует увеличивать прочность сцепления проводника с основанием, располагая через каждые 25 - 30 мм по длине проводника металлизированные отверстия или местные расширения типа контактной площадки с размером 1х1мм или более. Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними. Экраны и проводники шириной более 5 мм следует выполнять с вырезами Связанно это с тем, что при нагревании плат в процессе из изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеет большую ширину, то газы не находят выхода и могут вспучить фольгу Участки платы, по которым не должны проходить печатные проводники, обводят штрихпунктирной линией и соответствующие указание делают в технических требованиях. Зенковку на отверстиях графически не показывают. Кроме перечисленных данных в технических требованиях чертежа должно быть указано:
А) Номер ГОСТ или ТУ, которым должна соответствовать плата;
Б) Шаг координатной сетки;
В) Указания о гальваническом покрытии проводников печатной платы, например: «Печатный монтаж серебрить Ср 9».
Г) Способ изготовления печатной платы.
Для поверхностей печатной платы, которые в процессе изготовления подвергаются механической обработке (контур платы, отверстия, пазы, и т.п.), устанавливают норму на шероховатость. Размеры на чертеже печатной платы указывают одним из следующих способов: с помощью размерных и выносных линий; нанесением координатной сетки в прямоугольной или в полярной системе координат; комбинированным способом. При задании размеров координатной сетки её линии нумеруют. Проводники шириной более 2,5 мм можно изображать двумя линиями, при всём этом, если они совпадают с линиями координатной сетки, числовое значение ширины на чертеже не указывают. Отдельные элементы рисунка печатной платы можно выделять штриховкой, чернением. Круглые отверстия, имеющие зенковку, и круглые контактные площадки с круглыми отверстиями изображают одной окружностью.
Компоновка печатной платы - это процесс, при котором находят оптимальное размещение навесных элементов и ИМС на печатной плате. Требования компоновки:
- обеспечить оптимальную плотность расположения компонентов;
- исключить заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия.
Компоновку можно выполнять вручную или с использованием САПР. Ручную компоновку обычно выполняют с помощью шаблонов элементов, устанавливаемых на плате, изготовленных из бумаги или из другого материала. Шаблоны выполняют в том же масштабе, в котором оформлялся чертёж печатной платы. Эти шаблоны размещают на листе бумаги или другого материала с нанесённой координатной сеткой и ищут такое расположение элементов, при котором длина соединяющих их проводников минимальна. В результате компоновки находят положение контактных площадок для подключения всех элементов. Автоматическая компоновка выполняется с помощью программы Р-САD и графического редактора. Требования к габаритным размерам плат определяются технологией их изготовления. Размеры ПП должны быть экономически целесообразны (существенно ограничение на типоразмеры с целью стандартизации инструментов и приспособлений). Отклонение от прямоугольной формы и создание пазов во внешнем контуре приводит к повышенным производственным расходам и неполному использованию исходных материалов.
Размеры ПП должны соответствовать ГОСТ 10317-72, в котором рекомендовано 74 типа плат с соотношением сторон от 1 к 1 до 2 к 1. Максимальная ширина не должна превышать 500 мм. Рекомендуемая толщина в мм: 0,8;1;1,5;2;2,5;3.
Печатную плату, с установленными на ней электро-радиоэлементами, называют печатным узлом.
Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест. ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны (для плат с односторонней фольгой - на стороне где нет фольги). Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной». Для ЭРЭ с планарными выводами пайку «волной» применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов. При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:
1) Полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);
2) Должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;
3) Должна быть предусмотрена возможность лёгкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.
Если элемент имеет электропроводной корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника. Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса (эпоксидная маска), наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок. От правильного расположения корпусов микросхем на печатной плате зависят такие параметры ЭВМ как габариты, масса, надежность, помехоустойчивость.
Шаг установки интегральных микросхем определяется требуемой плотностью компоновки, температурными режимами работы компонентов на плате, методом разработки топологии ПП (ручная, машинная), типом корпуса и сложностью электрической схемы. Рекомендуемый шаг установки ИМС -2,5мм. Зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм. ИМС со штырьковыми выводами располагаются с одной стороны печатной платы, так как монтаж штырьковых выводов производится в сквозные отверстия, причем концы выводов выступают на обратную сторону платы. Корпуса ИМС прочно удерживаются на плате запаянными выводами и выдерживают практически любые механические воздействия.
В ходе курсовой работы был сделан расчет надежности радиоэлементов на печатном узле, рассчитан коэффициент заполнения печатной платы, а так же разработаны конструкторские документы в соответствии с нормами ЕСКД, произведен выбор элементной базы устройства согласно схеме электрической принципиальной. Обоснованы выбор радиоэлементов, трассировка и компоновка.
Разработанный в курсовом проекте печатный узел удовлетворяет требованиям по условиям эксплуатации, соответствует требованиям надежности, имеет хорошие массогабаритные характеристики, отвечает требованиям по точности, требованиям ГОСТов и ОСТов. Относительно простая конструкция и использование недорогих и распространенных материалов и радиоэлементов, а также выбранный метод изготовления делают его пригодным для массового производства.
1.Справочник конструктора РЭА под редакцией Р.Г. Варламова
2. Конструирование ЭВМ и систем А.Я.Савельев.
3. Расчет и конструирование радиоэлектронной аппаратуры Г.Д. Фрумкин.
4. http://www.cqham.ru/digi.htm «Цифровая шкала - частотомер на PIC16F84».
5. http://www.chipdip.ru/ «Чип и дип».
Расчет теплового сопротивления корпуса ИС
При исследовании тепловых режимов некоторых конструкций возникает задача определения теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу блока. Определим тепловое сопротивление от интегральной схемы к корпусу блока. Определим тепловое сопротивление при передаче тепловой энергии от корпуса ИС к блоку по твердым частям конструкции. Элементы конструкции, по которым передается тепло: зазор между корпусом ИС и теплоотводящей шиной заполнен теплопроводящим материалом; от шины тепло передается через тепловые контакты на каркас субблока и от каркаса субблока к стенке блока.
Полное тепловое сопротивление
Rполн = Rз+Rш1+Rш2+Rст+Rк где
Rз – тепловое сопротивление зазора
Rш – тепловое сопротивление между шиной и сторонами каркаса
Rст – тепловое сопротивление стенки каркаса
Rк – тепловое сопротивление контакта шины – каркас субблока
Рассчитать тепловое сопротивление от корпуса ИС
Исходные данные
1. Площадь основания корпуса
2. Толщина зазора между корпусом ИС и шиной h3 (м)
3. Коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор
Λ3 (ВТ/мК)
4. Материал зазора
5. Размер шины: ширина – bш (м), Высота – hш, (м)
6. Расстояние от ИС от стенок каркаса 11 – (м) и 12 – (м)
7. Материал шины
8. Коэффициент теплопроводности шины Λ3 (ВТ/мК)
9. Удельная тепловая проводимость контакта шина – каркас
10. Длина стенки каркаса 1к(м)
Толщина стенки каркаса hк (м)
Ширина стенки каркаса bк (м)
11. Материал каркаса и его коэффициент теплопроводности Λк (ВТ/мК)
Расчет
определяем тепловое сопротивление зазора
PAGE 4