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
1.Обшая часть
1.1 Введение
Разрабатываемое мною устройство «блок электронного зажигания с триггером Шмита» предназначен для автомобилей, оснащёнными транзисторными коммутаторами с бесконтактным датчиком Холла. Необходимость разработки данной конструкции заключается в том что, в качестве формирования импульсов прерывания используется микросхема К561ЛА8 включённая по схеме триггера Шмита. Это позволило, практически не изменив технические характеристики обычного блока, придать импульсам прерывания более крутой срез, а значит, существенно повысив напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания за счёт почти мгновенного отключения её от источника тока.
Более того возросла надёжность и экономичность БЭЗ, обеспечив отключение катушки зажигания от источника тока при остановке двигателя автомобиля, и в том числе предотвратило бесполезный её нагрев.
Данная схема имеет свои особенности. При включении зажигания на блок подаётся электропитание от аккумуляторной батареи. А вот на катушку зажигания напряжение в начальный момент не поступает, то есть стартёр не вращает вал двигателя.
Конструктивно блок электронного зажигания будет выполняться на односторонней печатной плате с размерами (75*95)мм. Надёжность устройства должна быть не менее 11000 часов.
По окончанию проекта будет выпущена следующая документация:
1.Ведомость технического проекта (ТП)
2.Пояснительная записка (ПЗ)
3.Схема электрическая принципиальная (Э3)
4.Перечень элементов (ПЭЗ)
5.Сборочный чертёж (СБ)
6.Спецификация
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
ТКРА.468243.001 ПЗ
7.Рабочий чертёж печатной платы.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
ТКРА.468243.001 ПЗ
Современные технологии разработки и создания радиоэлектронных устройств и схем используют специальные программные средства позволяющие разрабатывать микросхемы, радиочастотные устройства и принципиальные схемы электронных устройств.
Интегрированная САПР KiCad – автоматизированная система для построения электрических цепей и разводки печатных плат.
Система KiCad предназначена для проектирования различных типов печатных плат электронных устройств.
К основным этапам работы с KiCad относятся:
-настройка конфигурации KiCad Shematic
-создание шаблонов
-создание изображения принципиальной электрической схемы
-создание и проверка правильности электрических соединений
-создание списка соединений схемы
-настройка PCB
-создание шаблонов физического вида
-создание контура платы
-загрузка списка соединений и вывод элементов
-автоматическая трассировка печатной платы
-проверка
-печать технической документации
1.2 Условия эксплуатации
Все устройства, в зависимости от их размещения и условий эксплуатации делятся на три категории: бортовая, морская, наземная. Каждая категория подразделяется на несколько групп. Бортовая подразделяется на самолётную, ракетную и космическую. Наземная категория включает в себя: стационарную, возимую, переносную, носимую и бытовую группу. Область применения этой категории - суша. Морская состоит из буйковой и корабельной групп. Зона применения- вода, море. Исходя из условий применения блока электронного зажигания с триггером Шмита, можно отнести к наземной категории. Заданная группа устройств в соответствии с В3 ГОСТ 16019-2001.В3-возимые, установленные в автомобиля, мотоциклах, в сельскохозяйственной, дорожной и строительной технике и работающие на ходу.
В зависимости от размещения устройства, на него будут сказываться внешние дестабилизирующие факторы, которые бывают климатические и механические.
К климатическим факторам, воздействующим на разрабатываемое устройство, согласно группе В3 можно отнести:
1.Предельная повышенная температура +55
2.Предельная пониженная температура -40
3.Относительная влажность 93%
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
ТКРА.468243.001 ПЗ
4.Пониженное атмосферное давление 55 кПа
5.Воздействие инея и росы
К механическим воздействующим факторам относятся:
1.Воздействие синусоидальной вибрации, диапазон частот 10-70Гц.
2.Воздействие механических ударов число ударов 1000.
2.Воздействие механических ударов при транспортировании – число ударов 4000.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
ТКРА.468243.001 ПЗ
2.Реализация работоспособности изделия
2.1Принцип работы изделия
При использовании микросхемы К561ЛА8 включённой по схеме Шмита, позволило получить и придать импульсам прерывания более крутой срез, а значит существенно повысить напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания за счёт почти мгновенного отключения её от источника тока. Введение ёмкости С2 способствовало повышению надёжности и экономичности. Обеспечив отключение катушки зажигания от источника тока при остановке двигателя автомобиля, что предотвратило её бесполезный нагрев.
Работа самодельного БЭЗ протекает следующим образом. При включении зажигания на блок подаётся (рез диод VD7 и резистор R11) электропитание от аккумуляторной батареи. А вот на катушку зажигания напряжение в начальный момент не поступает, так как стартер не вращает вал двигателя, и на входе микросхемы DD1.2 отсутствуют импульсы. На входе же DD1 присутствует напряжение низкого уровня, которое удерживает транзистор VT1 в закрытом состоянии, поэтому закрыт и полупроводниковый триод VT3.
Когда стартер поворачивает вал двигателя, на входе датчика возникают сигналы, поступающие через C2 на вход элемента DD1.1. Последний переключается, и на входе DD1.2 появятся импульс, который открывает транзистор VT1 и VT3. Через катушку зажигания проходит ток, и в магнитном поле катушки накапливается электрическая энергия.
В следующий момент, когда с выхода датчика исчезает импульс положительной полярности, триггер Шмита резко переключается в обратное состояние. Значит, на входе элемента DD1.2 появляется низкий уровень, поступающий на баз, полупроводникового транзистора VT1. Транзисторы VT1 и VT3 быстро закрывается, также быстро исчезает. При этом в первичной обмотке катушки возникает ЭДС самоиндукции напряжением 400В, а во вторичной обмотке катушки зажигания появляется импульс высокого напряжения 23…75 кВ.
В мощном ключе на транзисторах VT1 и VT3 применена схема активного ограничения тока в катушке зажигания, защищающая VT3 от перегрузки и стабилизирующая величину тока «разрыва» при колебаниях питающего напряжения бортовой сети автомобиля. Тем самым обеспечивается неизменность выходных характеристик системы зажигания.
При отпирании полупроводникового триода VT1 выходной транзистор VT3 насыщается, обеспечивая низкую величину остаточного напряжения на входе блока электронного зажигания. Пока ток, протекающий через VT1 и включенный в его эмиторную цепь токоизмерительный резистор R10, остаётся ниже допустимого уровня ограничения, транзистор VT2 заперт.
При достижении выходным током предельного уровня полупроводникового триода, VT2 начинает открываться. Потенциал на его коллектор понижается. Это приводит к уменьшению величины тока управления. Транзистор VT3 переходит из насыщения в активный режим. Напряжение на выходе устройства возрастает до уровня, при котором поддерживается заданный режим тока ограничения.
В случаи повышения импульсного напряжения в катушке зажигания ток через делитель R12, R13 подаётся на стабилитрон VD5.Последний открываясь, запирает транзистор VT3.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
ТКРА.468243.001 ПЗ
Цепочка C5,R14 включена параллельно выходному транзистору и являющая элементом колебательного контура ударного возбуждения. То есть она определяет величину и скорость нарастания вторичного напряжения, развиваемого системой зажигания. Резистор R14 ограничивает ёмкостный ток через транзистор VT3 в момент отпирания последнего, когда конденсатор разряжен.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
ТКРА.468243.001 ПЗ
2.2 Обоснование выбора элементной базы
2.2.1 Выбор резисторов
Таблица 1
|
Тип резистора |
Номинальная мощность Вт |
Номинал, Ом 10 6 |
Допуск, % |
. Размеры, мм |
Температура окр. Среды, С |
Отн. Влажность, % |
ТКС, 10 -61/ С |
||
|
С2-23 |
0.125 0.25 0.5 2 |
1…3,01 1…5,11 1…5,1 1…10 |
Е24:5,10% Е96:1,2% |
2 3 4,2 8,6 |
6 7 10,8 18,5 |
20 20 25 25 |
-60…+155 |
До 98% При +35 С |
+-1200 +-50 |
|
С2-33 |
0,125 0,25 0,5 2 |
1…3,01 1…5,11 1…5,11 1…22 |
Е24:5,10% Е96:1,2% |
2,2 3 4,2 8,8 |
6 7 10,2 18,5 |
20 20 25 25 |
-60…+155 |
До 98% При +25 С |
+-1500 +-100 |
|
С2-14 |
0,125 0,25 0,5 2 |
10…1 1…1 1…2,21 1…5,11 |
Е24:5,10% |
2,2 3 4,2 9 |
6 7,1 11 28 |
16 16 25 25 |
-60…+85 |
До 98% При +25 С |
+-150 +-15 |
|
С5-42 |
3 |
0,1…10 4 |
Е24:5% |
7,8 |
15,5 |
25 |
-60…+100 |
До 98% При +25 С |
+-50 +-200 |
|
С5-16 |
1 2 |
0,1…2 0,1…2 |
Е24:.0,5;1;2;5% |
9 4 |
19 24 |
25 25 |
-60…+100 |
До 98% При +25 С |
+-150 |
По результатам сравнения Таблицы 1 я остановился на типе С2-23 так как по всем параметрам он удовлетворяет техническим требованиям. В основном это номинал мощности, так как в моём проекте используются резисторы с разными мощностями. Размеры также играют важную роль при выборе резисторов, так как в задании заданы размеры ПП в которые нужно, поместится. Также при выборе резистора надо учесть такие коэффициенты как ТКС, относительную влажность и температуру окружающей среды. Эти коэффициенты должны удовлетворять условиям эксплуатации. Для резистора R10 этот тип не удовлетворяет, так как нет соответствующего номинала. Поэтому я выбираю тип резистора С5-16, так как он соответствует всем выше перечисленным требованиям.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 1 – Графическое изображение резистора С2-23 и С5-16
2.2.2 Выбор конденсаторов
Автор данной статьи предлагает взять конденсатор следующего типа К73-11 с рабочим напряжением не менее 63 В.
Таблица 2
|
Тип конденсатора |
Номинальное Напряжение, В. |
tg б, % |
Диапазон рабочих Температур, С |
Габаритные размеры мм |
Минимальная наработка до отказа ч |
Масса г. |
||
|
D |
L |
d |
||||||
|
К73-11 |
63 |
1,5 |
-60…+125 |
8 |
13 |
0,6 |
10000 |
1,8 |
|
К70-70 |
100 |
0,05 |
-60…+60 |
10 |
20 |
0,8 |
10000 |
0,8 |
|
К73-16 |
63 |
1,2 |
-60…+125 |
9 |
20 |
0,8 |
10000 |
4 |
Исходя из таблицы 2, я пришёл к выводу, что конденсатор К73-11 предпочтительней для данной схемы, так как он имеет незначительную массу, что способствует его долгой работе при сильной вибрации и у этого конденсатора высокий срок службы (10000 ч). А также малые размеры, которые являются достоинством, так как в задании были заданы размеры ПП. Но в свою очередь этот тип имеет достаточно высокую стабильность, которая удовлетворяет условиям эксплуатации. Поэтому, исходя из выше перечисленного, надёжность данной схемы будет достаточно высокой.
Рисунок 2- Графическое изображение конденсатора К73-11
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
ТКРА.468243.001 ПЗ
2.2.3 Выбор диодов
В моей схеме используется 2 типа диодов. Рассмотрим их по отдельности.
Диод КД 521А – диод кремниевый, импульсный, выполненный в пластмассовом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Импульсное обратное напряжение – 73 В.
2.Максимально импульсный прямой ток – 500 мА.
Рисунок 3 – Графическое изображение диода КД 521А
Диод КД 209А –диод кремниевый, диффузионный, в пластмассовом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Импульсное обратное напряжение – 600 В.
2.Рабочая частота – 50 кГц.
3.Ток стабилизации – 1,7 мА.
Рисунок 4 – Графическое изображение диода КД 209А
2.2.4 Выбор стабилитронов
В моей схеме используются 4 типа стабилитронов. Рассмотрим каждый из них по отдельности.
Стабилитрон КС 518А – стабилитрон кремниевый, в металлическом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
ТКРА.468243.001 ПЗ
1.Минимальный ток стабилизации – 1мА.
2.Номинальное стабилизирующее напряжение – 18В.
3.Мощность рассеивания – 1Вт.
Стабилитрон Д 814А – в металлическом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Минимальный ток стабилизации – 3мА.
2. Номинальное стабилизирующее напряжение – 9В.
3. Мощность рассеивания – 0,34В.
Стабилитрон Д 814Б – в металлическом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Минимальный ток стабилизации – 3мА.
2.Номинальное стабилизирующее напряжение – 9В.
3.Мощность рассеивания – 0,34Вт.
Рисунок 5 – Графическое изображение стабилитрона КС518А, Д814А,Б
Стабилитрон Д 815А – в металлическом корпусе. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1. Минимальный ток стабилизации – 50мА.
2.Номинальное стабилизирующее напряжение – 6В.
3.Мощность рассеивания – 8Вт.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 6 – Графическое изображение стабилитрона Д 815А
2.2.5 Выбор транзисторов
В моей схеме используются 2 типа транзисторов. Рассмотрим каждый из них по отдельности.
Транзистор КТ 817А – транзистор кремниевый, n-p-n структуры, усилительный. Корпус пластмассовый с жесткими выводами, m=0,7г, работает на частоте ≥ 3МГц. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Напряжение между коллектором и эмиттером – 25В.
2.Ток коллектора – 3А.
3.Коэфициент усиления – 25
4.Сопротивление перехода коллектор – эмиттер.- 0,6 Ом.
Рисунок 7 – Графическое изображение транзистора КТ 817А
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
ТКРА.468243.001 ПЗ
Транзистор КТ 898А - транзистор кремниевый, n-p-n структуры, мощностью рассеяния 1,5Вт и выходной мощностью 125 Вт. Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Напряжение между коллектором и базой– 350В.
2. Максимальный ток коллектора – 20А.
3.Коэфициент усиления – 400
4.Сопротивление перехода коллектор – эмиттер.- 0,23 Ом.
Рисунок 8 – Графическое изображение транзистора КТ 898А
2.2.6 Выбор микросхемы
В моей схеме представлена следующая микросхема DD1 -К561ЛА8. Она является цифровой и выполняет функцию коммутатора. Эта микросхема выполнена на транзисторах КМОП серии или иначе говоря на элементах «И-НЕ». Приведу некоторые значимые эксплуатационные характеристики:
1.Ток потребления – 6мА
2.Время задержки – 160нс
3.Питающее напряжение - +3…+15В
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 9 – Графическое изображение микросхемы К561ЛА8
2.3 Выбор способа монтажа и установки ЭРЭ
Для обеспечения технологичности узла необходимо большую часть элементов устанавливать по ОСТ4.010.030-81.
Варианты установки выбираю по следующим критериям:
1.Тип платы.
2.Размер платы.
3.Условия эксплуатации.
4.Возможность обеспечения конвекции.
5.Возможность автоматизации установки элементов.
В схеме имеется микросхема К561ЛА8 с шагом выводов 2,5 мм, исходя из этого, шаг сетки печатной платы выбирается равным 2,5 мм.
Вариант установки элемента - Ia
Рисунок 1 – Вариант установки резисторов типа С2-23
Вариант установки элемента – Ia
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 2 – Вариант установки резисторов типа С5-16
Вариант установки элемента – Ia
Рисунок 1 – Вариант установки стабилитронов типа Д814А,Б
Вариант установки элемента – Ia
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 3 – Вариант установки стабилитронов типа КС518А
Вариант нестандартной установки элемента
Рисунок 4 – Вариант установки стабилитронов типа Д815А
Вариант установки элемента – Ia
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 5 – Вариант установки диода типа КД209А
Вариант установки элемента – Ia
Рисунок 6 – Вариант установки диода типа КД521А
Вариант установки элемента – Ia
Рисунок 7 – Вариант установки конденсатора типа К73-11
Вариант установки элемента – IIв
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 8 – Вариант установки транзистора типа КТ817А
Вариант установки элемента – IIв
Рисунок 9 – Вариант установки транзистора типа КТ898А
Вариант установки элемента –
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
ТКРА.468243.001 ПЗ
Рисунок 10 - Вариант установки микросхемы К561ЛА8
2.4 Компоновочный расчёт печатного узла
Компоновка радиотехнического изделия – часть процесса конструирования. На этом этапе определяются форма и габаритные размеры всего аппарата, а также взаимное расположение отдельных узлов, деталей и блоков. От качества компоновки в значительной мере зависят технические, технологические и эксплуатационные характеристики изделия, а также его надёжность и ремонтопригодность. Для компоновки блоков радиоаппаратуры необходимо иметь электрическую принципиальную схему устройства и габаритно-установочные чертежи деталей, узлов и приборов, входящих в общую схему, их параметры, меняющиеся при эксплуатации оператором, также назначение и условия эксплуатации аппаратуры.
Сейчас используют несколько методов компоновки:
-Аналитический – производят на начальных этапах проектирования аппаратуры с целью получения обобщённых характеристик, на основании которых складывается первое представление о некоторых конструктивных параметрах изделия.
-Модельный и аппликационный – проводят с использованием объёмных и плоских моделей ЭРЭ, Иногда, вместо объёмных моделей используют непосредственно детали, которые необходимо разместить.
-Графический – выполняют на листе бумаги вычерчиванием контуров компонуемых деталей. Это очень трудоёмкая операция, поэтому её целесообразно выполнять, когда, пользуясь аппликациями, моделями или готовыми деталями, нашли оптимальный вариант их размещения.
Целью данного расчёта является получение полных сведений о печатной плате как о несущей части печатного узла.
Печатная плата – деталь, представляющая собой изоляционное основание с токопроводящим слоем.
Печатный узел – это сборочная единица, состоящая из основания с установленными на нём ЭРЭ, соединёнными по схеме электрической принципиальной.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
20
ТКРА.468243.001 ПЗ
Печатная плата должна быть оптимальных размеров и обладать достаточной прочностью при оказании на неё внешних дестабилизирующих факторов при эксплуатации.
Каждая печатная плата характеризуется по трём признакам:
- по типу платы;
- по группе жесткости;
- по классу точности.
По типу различают односторонние, двухсторонние и многослойные печатные платы. Согласно данному мне техническому заданию выбран односторонний тип платы. Охарактеризовать эту плату можно по следующим особенностям:
- расположение ЭРЭ на стороне противоположной стороне пайки;
- возможность выполнения повышенных требований к точности проводящего рисунка;
- отсутствие металлизации монтажных и переходных отверстий;
- отсутствие изоляционных покрытий;
- возможность максимальной оптимизации сборки и монтажа;
- относительно низкая себестоимость.
Группу жёсткости выбираю по ГОСТу 23752-79 (из таблицы 5) при сравнении климатических внешних воздействующих факторов (ВВФ) с условиями эксплуатации разрабатываемого печатного узла (см. таблица 1). Таким образом, печатная плата должна оставаться работоспособной при воздействии температуры, влажности и атмосферном давлении. По данным выбираю вторую группу жёсткости, потому, что она полностью удовлетворяет моим условиям эксплуатации.
Согласно климатическим ВВФ ОПП, выбираю с покрытием (достаточно высокая влажность – 93%).
Таблица 1
|
Наименование ВВФ |
Допустимые значения ВВФ по группам жёсткости |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
температура окружающей среды, 0С |
-25…+55 |
-40…+85 |
-60…+100 |
-60…+120 |
|
относительная влажность, % |
75 |
98 |
98 |
98 |
|
(t=35 0C) |
(t=40 0C) |
|||
|
атмосферное давление, Па (мм рт. ст.) |
норм |
53, 600 (400) |
53, 600 (400) |
666 (5) |
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
21
ТКРА.468243.001 ПЗ
Класс точности выбирается в зависимости от коэффициента заполнения. Можно предположить, что моя плата будет относиться к третьему классу точности, т.к. в устройстве присутствуют микросхемы. Т.к. размеры печатной платы были заданы, то мне нужно рассчитать класс точности. С помощью этого расчёта я точно определю, к какому классу точности относится моя печатная плата.
Дано:
Класс точности – ?
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
22
ТКРА.468243.001 ПЗ
Размеры ПП – 75ģ95
Решение:
Исходная формула для расчёта:
,
где - установочная площадь элемента
- площадь печатной платы
Необходимо знать установочные площади ЭРЭ, для этого я строю таблицу 2
Таблица 2
|
Тип элемента |
Кол. |
Размеры, мм |
Формула для нахождения площади |
Sуст общ мм2 |
||
|
D |
l |
B |
||||
|
С2-23 |
13 |
2 |
10 |
- |
260 |
|
|
С5-16 |
1 |
9 |
25 |
- |
225 |
|
|
К73-11 |
5 |
8 |
17,5 |
- |
700 |
|
|
КД209А |
1 |
5,3 |
17,5 |
- |
92,75 |
|
|
КД521А |
2 |
1,9 |
12,5 |
- |
47,5 |
|
|
Д814А,Б |
2 |
7 |
25 |
- |
350 |
|
|
КС518А |
1 |
7 |
25 |
- |
175 |
|
|
Д815А |
1 |
13 |
- |
- |
42,82 |
|
|
КТ817А |
2 |
- |
7,8 |
2,8 |
43,68 |
|
|
КТ898А |
1 |
- |
15,9 |
5 |
79,5 |
|
|
К561ЛА8 |
1 |
- |
19,5 |
7,5 |
146,25 |
Получаю выражение для определения коэффициента заполнения:
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
23
ТКРА.468243.001 ПЗ
Подстановка
Таким образом, из полученных результатов моя плата соответствует второму классу точности, но так как в схеме имеется микросхема, то ПП должна иметь 3 класс точности.
2.5 Расчёт конструктивных элементов печатной платы
Данный расчет производится в целях определения значения конструктивных элементов ПП для дальнейшего нанесения их на рабочий чертеж платы и изготовления по нему самой детали.
Под конструктивными элементами печатной платы понимают размеры элементов образующие топологию проводящего рисунка. К ним относятся:
-диаметры монтажных переходных отверстий и контактных площадок
-ширина проводников
-расстояние между проводниками
-зазоры и т.д.
Исходные данные:
-Тип печатной платы – ОПП с покрытием
-Группа жёсткости ПП – 2
-Класс точности ПП – 3
-Размеры ПП – 75х95 (мм)
-Число проводников в узком месте – n=0
Топология проводящего рисунка:
Рисунок 1 – Фрагмент топологии проводящего рисунка проектируемой платы
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
24
ТКРА.468243.001 ПЗ
Порядок расчёта:
2.5.1 Определяю диаметры монтажных отверстий
d=dэ+r+dн.о., (1)
где dэ - диаметр наибольшего вывода элемента
r - технологический зазор между отверстием и выводом элемента,
dн.о - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия выбирается по таблице 2
dн.о= ±0,10 (мм)
Таблица1 - Диаметры выводов элементов
|
Тип элемента |
К561ЛА8 |
С2-23 (13) КД521 (2) КТ817А (2) |
Д814А,Б (2) К73-11 (5) КТ898А (1) |
КД209 |
Д814А,Б (2) |
С5-16 (1) КС518А (1) Д815А (1) |
Д815А (1) |
|
Диаметр вывода, мм |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,9 |
1 |
1,1 |
4 |
Для стабилитрона Д815 с диаметром вывода 4мм, я выбираю диаметр сквозного отверстия согласно ГОСТ 112.84-75 и первому квалитету d1 =4,3мм.
d2 =1.1+0,2+І±0,10І=1,4 (мм)
Проверка по [ ] показала, что значения d=1,4 (мм) есть.
Проверка:
r= d2 – dэ2 –І dН.О. І;
r=1,4-0,8-І±0,10І =0,5 (мм)
Вывод: Проверка показала, что отверстия диаметром 1,4 (мм) нельзя использовать для диаметров выводов меньше или равно 0,8мм, так как r=0,5>0,4.
d3=0,8+0,2+І±0,05І=1,05 (мм)
Проверка по [ ] показала, что значение d=1,05 (мм) отсутствует в ряду значений. Выбираю ближайшее значение d3=1 (мм)
Проверка:
r=1-0,7-І±0,05І=0,25 (мм)
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
25
ТКРА.468243.001 ПЗ
r=1-0,6-І±0,05І=0,35 (мм)
Вывод: проверка показала, что отверстия диаметром 1 (мм) можно использовать для диаметров выводов равных 0,7;0,6мм.
d2=0,5+0,2+І±0,05І=0,75 (мм)
Проверка по [ ] показала, что значение d=0,75 (мм) отсутствует в ряду значений. Выбираю ближайшее значение d3=0,8 (мм)
Проверка:
r=0,8-0,5-І±0,05І=0,25 (мм)
Вывод: проверка показала, что отверстия диаметром 0,8 (мм) можно использовать для всех остальных ЭРЭ.
2.5.2 Определяю ширину печатного проводника
t=tмд+tн.о.,
где tмд - минимально допустимая ширина проводника.
т.к. токовая нагрузка не задана, то выбирается номинально допустимое значение по классу точности ПП по
tмд =0,25 (мм)
tн.о - нижнее предельное отклонение ширины проводника по таблице tн.о= -0,1 (мм).
t=0,25+±0,1=0,35 (мм)
2.5.3 Определяю расстояние между проводниками
S=Sмд+tв.о.,
где Sмд - минимально допустимое расстояние между проводниками. т.к. рабочее напряжение не заданно, то выбирается номинально допустимое значение по классу точности ПП по Sмд=0,25 (мм);
tв.о. - верхнее предельное отклонение ширины проводника. Выбираю по . tв.о=0,1 (мм).
S=0,25+0,1=0,35 (мм)
2.5.4 Определяю диаметры контактных площадок
D=d+dв.о.+2b+tв.о.+, (4)
где dв.о. - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия по ;
dв.о.=+0,05 (для отверстий диаметром до 1 (мм);
dв.о.=+0,1 (для отверстий диаметром свыше 1 (мм);
b - ширина пояска контактной площадки по ;
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
26
ТКРА.468243.001 ПЗ
- диаметральные величины позиционных допусков расположения центров отверстий и контактных площадок относительно номинального положения соответственно по
b = 0,1мм, =0.15мм, =0,08мм2.
D1 =4,3+0,1+2х0,1+0,1+=5,1 (мм)
D2 =1,4+0,1+2х0,1+0,1+=2,2 (мм)
D3 =1+0,05+2х0,1+0,1+=1,74 (мм)
D4 =0,8+0,05+2х0,1+0,1+=1,54 (мм)
2.5.5 Минимально допустимое расстояние между центрами монтажных отверстий для прокладки n-проводников не определяю, т.к. топология проводящего рисунка не содержит узкого места.
2.5.6 Определяю толщину печатной платы
Толщина ПП выбирается по двум критериям:
-по длине большей стороны ПП
-по значению механических ВВФ при эксплуатации.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
27
ТКРА.468243.001 ПЗ
Длина большей стороны моей п.п. 95 (мм). С учётом действия синусоидальной вибрации я выбираю толщину моей печатной платы 1,5 (мм).
2.5.7 Определяю квалитет на габаритные размеры по
Предельное отклонение на сопрягаемые размеры контура печатной платы и ГПК не должны быть более 12-го квалитета по
Предельное отклонение на несопрягаемые размеры контура печатной платы и ГПК не должны быть более 14-го квалитета по .
Т.к. поверхность моей платы не сопрягается с другими поверхностями, то выбираю 14-ый квалитет.
2.5.8 Определяю минимально допустимый зазор между краем платы и проводниками
Т.к. на топологии проводящего рисунка моей платы отсутствуют дорожки, проходящие близко к краю, то этот зазор я не рассчитываю.
2.5.9 Выбираю показатели обработки печатной платы
2.5.9.1 Определяю допуск на межцентровое расстояние крепёжных отверстий (установочный размер) по
Максимальное отклонение расстояний между центрами отверстий не должны быть более +-0,2 (мм) – для плат 1-ого класса точности, +-0,1 (мм) – для плат 2-ого и 3-его классов точности.
Так как. моя плата относится к третьему классу точности, то допуск на межцентровое расстояние должен лежать в пределах -0,1…+0,1 (мм).
2.5.9.2 Определяю допуск на монтажные и переходные отверстия при сверлении по
Допуски на обработку отверстий устанавливаются следующие:
Т.к. на моей плате имеется отверстия равные 0,8 (мм), то допуск на это отверстие будет равно +0,10 (мм). На все остальные отверстия допуск равен +0,12.
2.5.9.3 Определяю параметр шероховатости обрабатываемых поверхностей печатной платы по
Шероховатость поверхности монтажных не металлизированных отверстий и не металлизированных торцов печатной платы должна соответствовать Rz<80 по .
Вывод:
Топология проводящего рисунка моей печатной платы в коррекции не нуждается, т.к. она не имеет ни узкого места, ни проводников, проходящих близко к краю платы.
2.6 Выбор материала платы
Для изготовления печатной платы химическим и комбинированным методом необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с проводящим наружным слоем – фольгой, которая может быть с одной или с двух сторон.
В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного основания используют в основном гетинакс, текстолит или стеклотекстолит различной толщины. Фольга выполняется из меди, так как она обладает хорошими проводящими свойствами. Фольгированный гетинакс рекомендуется использовать для аппаратуры, работающей при нормальной влажности окружающей среды, например для бытовой аппаратуры, так как он уступает другим материалам как по физико-механическим, так и по электрическим свойствам и к тому же гетинакс не используют для изготовления пе
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
28
ТКРА.468243.001 ПЗ
чатных плат 3-его класса точности, поэтому его нельзя использовать.
Фольгированный стеклотекстолит применяют для изготовления печатных плат 3-его класса точности и выше, поэтому для данной платы материалом будет фольгированный стеклотекстолит.
Таблица 1 – Характеристика марок стеклотекстолита
|
Наименование |
Марка |
Тип п.п. |
Плоность кг/м3 |
Толщина материала с фольгой, мм |
Длительная рабочая темпиратура 0с |
|
Фольгированный стеклотекстолит |
СФ-1-35 |
ОПП |
1600..2900 |
0,8;1;1,5;2,5;3 |
До +105 |
|
Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный |
СТФ-1-35 |
ОПП |
1700..2500 |
0,8;1;1,5;2;2,5;3 |
+180 |
|
Стеклотекстолит электротехничский листовой |
СТК |
ОПП |
1600...1800 |
0,5-5,0 |
до +155 |
Т.к. приведённые в таблице марки стеклотекстолитов существенно отличаются только пределом рабочих температур, то условиям эксплуатации моего устройства вполне удовлетворяет стеклотекстолит марки СФ-1-35 (до +105 0С). Выбираю стеклотекстолит такой марки с толщиной фольги 1,5 миллиметра – СФ-1-35-1,5 ГОСТ10316-79
2.6.2 Расчёт массы печатной платы
2.6.2.1 Определяю массу заготовки
mзагот=Vпп, (1)
где Vпп - объем заготовки печатной платы, (см 3);
- плотность стеклотекстолита, =1,6 (г/см3)
Мзагот=7,5 .9,5 . 0,15 .1,6=17,1 (г)
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
29
ТКРА.468243.001 ПЗ
2.6.2.2 Определяю объем монтажных отверстий
Vотв. = ¶ .R 2 .Hп.п. .N, (2)
где R – радиус монтажного отверстия, (см);
Hп.п – толщина печатной платы, (см);
N – количество отверстий определённого диаметра
Vотв.ф0,4,3 = 3,14 .0,215 2 .0,15 .1 = 0,02178 (см 3) ;
Vотв.ф1,4 = 3,14 .0,07 2 .0,15 .9 = 0,02078 (см 3) ;
Vотв.ф1 = 3,14 .0,05 2 .0,15 .31 = 0,03650 (см 3)
Vотв.ф0,8 = 3,14 .0,04 2 .0,15 .14 = 0,01055 (см 3)
Vотв.ф 5 = 3,14 .0,25 2 .0,15 .4 = 0,11775 (см 3) ;
2.6.2.3 Определяю массу отходов
mотх. =Vотв. , (3)
где Vотв. – суммарный объём всех отверстий, (см)
mотх. = 0,2131275 .1,6 = 0,20736 (г)
2.6.2.3 Определяю массу печатной платы
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
30
ТКРА.468243.001 ПЗ
mп.п. = mзагот. - mотх. (4)
mп.п. = 17,1 – 0,20736 = 17,0793 (г)
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
31
ТКРА.468243.001 ПЗ
3 РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ ИЗДЕЛИЯ
Степень пригодности изделия к использованию определяется совокупностью требований составляющих понятие качества:
технические
эргономические
экономические
эстетические
социальные
экологические
Надежность радиоэлектронной аппаратуры является одним из главных технических требований, а, следовательно, надежность является показателем качества изделия.
Надежность - это свойство изделия выполнять заданные функции в течение определенного времени в заданных условиях эксплуатации при сохранении параметров указанных в ТЗ. Надежность характеризуется качественными и количественными показателями. Качественные показатели не определяются расчетом, а дают только словесную характеристику надежности. К ним относятся:
отказ
восстанавливаемое ли изделие
безотказность
ремонтопригодность
долговечность
сохранность
Количественные показатели надежности определяются числом и рассчитываются различными методами. К ним относятся:
интенсивность отказов
вероятность безотказной работы
средняя наработка до отказа
количество запасных элементов
срок службы
технический ресурс
срок гарантии
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
32
ТКРА.468243.001 ПЗ
Данный расчет проводится с целью проверки соответствия заданной в ТЗ и рассчитанной надежности, убеждения в правильности выбора элементной базы и получения числовых показателей.
3.1 Порядок расчёта
3.1.1 Составляю расчётную таблицу
Таблица 1 – Расчётная таблица
|
Наименование Тип ЭРЭ |
Кол. ЭРЭ, Ni |
Коэффициент Электрической Нагрузки, Кн. |
Поправочный коэффициент αi |
Интенсивность Отказов λi.10-6, (1/ч) |
Ni. αi.λi.10-6 (1/ч) |
Кол. Запасных ЭРЭ, Niзап. |
|
Резистор С2-23-0,125 С2-23-0,25 С2-23-0,5 С2-23-2 С5-16 |
4 2 3 2 1 |
0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 |
0,9 0,9 0,9 0,9 0,32 |
0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 |
0,72 0,36 0,54 0,36 0,032 |
0 0 0 0 0 |
|
Конденсатор К73-11 |
5 |
0,6 |
2,2 |
0,5 |
5,5 |
0 |
|
Диод кремниевый диффузионный КД209А |
1 |
0,7 |
1,15 |
0,2 |
0,23 |
0 |
|
Диод кремниевый КД521 |
9 |
0,7 |
1,15 |
0,2 |
2,07 |
0 |
|
Стабилитрон Д814А |
1 |
0,6 |
1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
|
Стабилитрон Д814Б |
1 |
0,6 |
1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
|
Стабилитрон Д815А |
1 |
0,6 |
1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
|
Стабилитрон КС518А |
1 |
0,6 |
1 |
0,1 |
0,1 |
0 |
|
Транзистор КТ817А |
2 |
0,8 |
0,88 |
0,84 |
1,4784 |
0 |
|
Транзистор КТ898А |
1 |
0,8 |
1,7 |
0,85 |
1,445 |
0 |
|
Микросхема К561ЛА8 |
1 |
0,5 |
1 |
0,5 |
0,5 |
0 |
|
Пайки |
75 |
- |
1 |
0,01 |
0,75 |
- |
3.1.2 Определяю общую интенсивность отказов без учета условий эксплуатации
|
Изм. Лист. № докум. Подпись Дата Лист 33 ТКРА.468243.001 ПЗ λ0 =Ni . αi . λi .10-6, |
где Ni - число элементов;
αi - поправочный коэффициент;
λi – интенсивность отказов.
λ 0 = 0,72+0,36*2+0,54+0,032+5,5+0,23+2,07+0,1*4+1,4784+1,445+
0,5+0,75)10 -6=14,4 10 -6 (1/ч)
3.1.3 Определяю коэффициенты, учитывающие условия эксплуатации
К1 - влияние вибрации, К1 =1,35;
К2 - влияние ударов, К2 =1,08;
К3 - влияние повышенной влажности, К3 =2,5;
К4 - влияние повышенного давления на высоте, К4=1;
К5 - влияние атмосферного давления, К5 =1,14.
3.1.4 Определяю общую интенсивность отказов с учетом условий эксплуатации
|
λ= λ 0 К1 К2 К3 К4 К5, |
λ =14,4 1,35 1,08 2,5 1 1,14 10 -6 =6010 -6 (1/ч)
3.1.5 Определяю вероятность безотказной работы устройства для интервалов времени 100, 1000, 10000, 100000 часов
|
Р(t) = е - λt , |
где t-интервал времени (ч)
Р(10) = е -60*10*0,000001 = 0,
Р(100) = е -60*100*0,000001 = 0,
Р(1000) = е -60*1000*0,000001 = 0,
Р(10000) = е -60*10000*0,000001 = 0,
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
34
ТКРА.468243.001 ПЗ
3.1.6 Строю график Р(t) и прогнозирую ожидаемую надежность изделия
Рисунок 8 - График зависимости вероятности безотказной работы изделия от времени
Ожидаемая надежность изделия больше 100000 часов.
3.1.7 Определяю среднюю наработку до отказа
|
То = 1/ λ |
То = 1/(6010 -6) = 16666,6 (ч)
3.1.8 Определяю количество запасных элементов для запасного имущества прибора на время 10000 часов
|
Niзап =Ni αi λi 10-6 К1 К2 К3 К4 К5 t, |
Niзап1 =0,72*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап2 =0,36*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап3 =0,54*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап4 =0,36*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап5 =0,032*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап6 =5,5*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап7 =0,23*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап8 =2,07*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап9 =0,1*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап10 =0,1*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
35
ТКРА.468243.001 ПЗ
Niзап11 =0,1*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап12 =0,1*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап13 =1,4784*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап14 =2,89*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Niзап15 =0,5*10 -6*1,35*1,08*2,5*1*1,14*10000 0
Результаты данного расчета показали, что запасных элементов для запасного имущества прибора на время работы 10000 часов не требуется.
3.1.9 Определяю технический ресурс устройства
|
Ттехн. = То (1+по ), |
где пр- число ремонтов, которое я выбираю равным еденице
Ттехн. =16666,6(1+1)= 33333,2 (ч)
3.1.10 Определяю срок службы устройства
|
Тсл. = Ттехн./(пс . пг ), |
где пс- суточная загрузка устройства;
пг- годовая загрузка устройства
При выборе пс я руководствуюсь временем эксплуатации блока в течении суток. Тогда. пг = 365 дней, т.к. блок используются ежедневно.
Тсл. = 33333,2/(6 300) = 18,5 (лет)
3.1.11 Определяю срок гарантии
|
Тгар. = Тсл./5, |
Тгар.=18,5/5 =3,7г
3.2 Анализ результатов расчёта
Надёжность блока получилась высокой, т.к. средняя наработка до отказа То=16666,6ч - больше 10000ч. В первую очередь это обусловлено малым количеством элементов, составляющих устройство. Выбранная мной элементная база имеет малую интенсивность отказов и высокую надежность. Запасных элементов для набора ЗИП на время работы 10000 часов не требуется, что также подтверждает высокую надежность устройства.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
36
ТКРА.468243.001 ПЗ
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
37
ТКРА.468243.001 ПЗ
4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Согласно техническому заданию (ТЗ) на разрабатываемую мной конструкцию блока электронного зажигания были заданы следующие данные:
1.Тип платы – ОПП;
2.Габаритные размеры п.п. – (75ģ95);
3.Условия эксплуатации – по группе В3 ГОСТ 16019-2001;
4.Надёжность устройства – не менее 11000 часов
Все заданные показатели в процессе расчётов были выдержаны.
В ходе выполнения курсового проекта были произведены мной расчёты:
1.Компоновочный расчёт печатного узла;
2.Расчёт конструктивных элементов печатной платы;
3.Расчёт надёжности;
4.Расчёт массы узла
Данные расчеты подтвердили работоспособность конструкции. Плата сохранила работоспособность при воздействии на нее внешних воздействующих факторов, заданных в таблице 5 ГОСТ 23752-79 в соответствии с номером группы жёсткости. Масса узла рассчитывалась в подпунктах 2.6 – выбор материала платы.
Для разработки печатной платы использовалась современная система проектирования САПР KiCAD. Благодаря этой системе были автоматически разведены все дорожки на печатной плате. Но также пришлось использовать ручной метод для доводки не корректно разведенных дорожек.
В комплект КД альбома курсового проекта вошли следующие документы:
1.Ведомость технического проекта ТКРА.468243.001ТП
2.Пояснительная записка ТКРА.468243.001 ПЗ
3.Схема электрическая принципиальная ТКРА.468243.001Э3
4.Перечень элементов ТКРА.468243.001 ПЭ3
5.Спецификация ТКРА.468243.001
6.Рабочий чертёж печатной платы ТКРА.468243.001 ПЭ3
7.Сборочный чертёж ТКРА.758714001
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
38
ТКРА.468243.001 ПЗ
Курсовой проект выполнен в полном объёме в точном соответствии с ТЗ.
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
39
ТКРА.468231.001 ПЗ
ЛИТЕРАТУРА
1 Фрумкин Г.Д., «Расчёт и конструирование радиоаппаратуры», М., «Высшая школа», 1989 г.
2 Варламов Р.Г., «Краткий справочник конструктора РЭА.», М., Советское радио, 1972 г.
3 Варламов Р.Г., «Справочник конструктора РЭА. Компоненты. Механизмы. Надёжность», М., Радио и связь, 1981 г.
4 Варламов Р.Г., «Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования», М., Советское радио, 1980 г.
5 Под. ред. Голомедова «Справочник полупроводниковые приборы.
6 Транзисторы малой мощности», М., Радио и связь, 1996 г.
7 Мальцев П.П. и др. «Справочник цифровые ИМС»,М., Радио и связь,1994 г.
8 Масленников, Соболев, Соколов, «Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база»,М., ТОО Прибор,1994 г.
9 Под. ред. Четвертковой И.И., Дьяконова М.Н. «Справочник конденсаторы», М., Радио и связь, 1993 г.
10 Журнал «Моделист-конструктор»№3/2001 «Блок электронного зажигания с триггером Шмита»
11 ГОСТ 2.104-68 «Основные надписи»
12 ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам»
13 ГОСТ 2.106-96 «Текстовые документы»
14 ГОСТ 10316-79 «Печатные платы. Основные материалы»
15 ГОСТ 10317-79 «Печатные платы. Основные размеры»
16 ГОСТ 16019-2001 «Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Нормы и методы испытаний на воздействие внешних механических и климатических факторов»
17 ГОСТ 22318-79 «Арматура переходов»
18 ГОСТ 23751-79 «Печатные платы. Требования и методы конструирования»
19 ГОСТ 23751-86 «Печатные платы. Основные параметры конструкции»
20 ГОСТ 23752-79 «Печатные платы. Общие технические условия»
Изм.
Лист.
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
40
ТКРА.468243.001 ПЗ
21 ГОСТ 25347-82 «Поля допусков и рекомендуемые посадки»
22 ОСТ4.010.030-81 «Установка навесных элементов на печатные платы»
23 Классификатор ЕСКД. Класс 46, 75.
24 Методическое пособие «Оформление текстовых конструкторских документов, разрабатываемых при выполнении курсовых и дипломных проектов», Парамонова М.В