Проектирование эквалайзера с активными фильтрами
а следующем этапе расчётов определяется прочность ячейки в условиях механических воздействий: вибрации. При необходимости следует ввести дополнительную защиту, например, амортизаторы. Для защиты от влаги печатных проводников применяют органические лаки УР-231, обеспечивающие твёрдое, прочное покрытие от минус 60 до плюс 1200С.Корпус является основным элементом при функционально-блочном конструировании. Масса несущих конструкций составляет примерно 70 процентов общей массы аппаратуры. Поэтому желательно придерживаться следующих требований:а. упростить несущую конструкцию до наименьшего числа деталей;б. широко применять лёгкие сплавы и пластмассы;в. использовать гальванические и лакокрасочные покрытия, имеющие минимальную массу.Особое внимание уделяется вопросам выбора технологического варианта исполнения конструкции, выбора марки материала, выбора метода осуществления разъёмных и неразъёмных соединений. Исходя из этих требований выбирается алюминиевый сплав с кремнием и медью, который хорошо обрабатывается резанием, коррозионная стойкость удовлетворительная и по техническим характеристикам подходит для изготовления корпусов приборов. Для придания сплаву повышенной коррозийной стойкости будет применяться покрытие из анилинового красителя чёрного цвета, что позволяет улучшить теплоотдачу излучением.Крепление платы к корпусу осуществляется креплением разъемов в пазы и прикручиванием переменных резисторов к лицевой панели. Винтовое соединение удовлетворяет требованиям прочности, а также простоты разборки изделия при необходимости.Следующий шаг - проектирование конструктивных элементов защиты блока РЭА от механических воздействий: выбор и расчёт системы амортизации. Выбираем систему размещения амортизаторов и их число, типы амортизаторов, способы предохранения крепёжных изделий от самоотвинчивания; способы повышения жёсткости элементов конструкции.Далее производится выбор конструктивных элементов электрического монтажа:- выбор способа обеспечения электрических соединений;- выбор припоя и флюса;- выбор марки материала, сечения жилы, вида изоляции монтажных проводов.4. Конструкторские расчеты4.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик устройстваа) Рассчитываем площадь печатной платы , мм2 по формуле:(1)где: Кs - Коэффициент запаса;Ks = 2;K - коэффициент использования площади;K = 2;Sустi - установочная площадь i-го элемента, мм2;Sуст1=8,0 - установочная площадь резистора;Sуст2=12,0 - установочная площадь конденсатора;Sуст3=446,5 - установочная площадь переменного резистора;Sуст4=121,0 - установочная площадь микросхемы мА741;Sуст5=40,0 - установочная площадь микросхемы R01374;Sуст6=72,0 - установочная площадь микросхемы вМ324;Sуст7=150,0 - установочная площадь разъема А16М500;Sуст8=450,0 - установочная площадь разъема А10F330;Ki - число элементов i-го типоразмера;K1=35 - число резисторов;K2=17 - число конденсаторов;K3=7 - число переменных резисторов;K4=1 - число микросхем мА741;K5=1 - число микросхем R01374;K6=7 - число микросхем вМ324;K7=1 - число разъемов А16М500;K8=2 - число разъемов А10F330;n - число используемых типоразмеров;n=8;Учитывая площадь защемленной зоны платы(Sз=1982,мм2) выбираем площадь платы и линейные размеры равные 26400 мм2 и 120220 мм соответственно.б) Рассчитаем коэффициент заполнения объема устройства K по формуле:(2)где: Vуст - установочный объем устройства, мм3;Vуст=396000;Vустi - установочный объем i-го типоразмера, мм3;Vуст1=8,0;Vуст2=19,2;Vуст3=6697,5;Vуст4=242,0;Vуст5=80,0;Vуст6=144,0;Vуст7=1620,0;Vуст8=6750,0;в) Рассчитаем объемную массу устройства g, г/см3;(3)где: MЭi - масса i-го элемента, г;MЭ1=2,30;MЭ2=2,10;MЭ3=1,90;MЭ4=1,80;MЭ5=1,57;MЭ6=1,50;MЭ7=8,00;MЭ8=8,30;Исходя из сделанных расчетов, можно считать, что устройство разработано корректно.4.2 Расчет параметров электрических соединенийДля изготовления печатной платы применяем стеклотекстолит СФ-1-35 ГОСТ 10376-78.Поскольку в схеме применяются поверхностно монтируемые компоненты (ЧИП - компоненты), то выбираем четвертый класс точности изготовления.а) Определим минимальную ширину печатного проводника bmin1, мм:(4)где: Imax - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, А;Imax = 0,5 (исходя из анализа схемы электрической принципиальной);jдоп - допустимая плотность тока, А/мм2;jдоп=20 (для проводников толщиной 35 мкм, полученных комбинированным методом);t - толщина проводника;t=0,035;.б) Определим минимальную ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения bmin2, мм по формуле:(5)где: - удельное объемное сопротивление, для плат изготовленных комбинированным методом, Оммм2/м;=0.05;l - длинна проводника, м;l=0.33;Uдоп - допустимое падение напряжения, В;Uдоп=0,5;в) Определим номинальное значение диаметров монтажных отверстий d, мм по формуле:(6)где: dэ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого элемента, мм;dэ=1,4;dно- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра, мм;;r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода, мм;r=0.1;г) Определим максимальное значение диаметров монтажных отверстий , мм по формуле:(7)Исходя из данных расчетов, выбираем отверстие диаметром =1,7 мм.д) Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактных площадок D1min, мм по формуле:(8)где: - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм;=0,035; и - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, для плат изготовленных по четвертому классу точности;=0.20;=0.08;е) Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки Dmin, мм по формуле:(9)где: hф - толщина фольги, мм;hф=0,02;ж) Рассчитаем максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм по формуле:(10)и) Определим минимальную ширину проводников bmin, мм по формуле:(11)где: =0.15, мм (для плат четвертого класса точности);.к) Определим минимальную ширину проводников bmin, мм по формуле:(12)Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.л) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой определяется по формуле, мм:(13)где: L0 - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;L0=3,75; - допуск на расстояние и расположение проводников, мм;=0.1;м) Минимальное расстояние между двумя контактными площадками S2min, мм определяется по формуле:(14)н) Минимальное расстояние между двумя проводниками S3min, мм определяется по формуле:(15)В таблице 1 приведены параметры отверстия с диаметром 1,7 мм Таблица 1 - диаметры отверстий |
Диаметр вывода, dэ, мм | d, мм | dmax, мм | D1min, мм | Dmin, мм | Dmax, мм | | 1.40 | 1.60 | 1.80 | 2.33 | 2.36 | 2.4 | | |
4.3 Расчет теплового режима Исходными данными для проведения теплового расчета являются следующие величины: а. длинна блока L1=0.22 м; б. ширина блока L2=0.12 м; в. высота блока L3=0.02 м; г. коэффициент заполнения Кv=0.167; д. мощность, рассеиваемая в блоке P=9 Вт; е. давление вне корпуса блока Рн=101316 Па; ж. давление внутри корпуса блока Рв=101316 Па; з. мощность, рассеиваемая самым нагреваемым элементом Рэл=0.3 Вт; и. площадь элемента Sп=121 мм2; к. предельная температура на элементе Tэ.эл=393оК л. температура среды Тс=298оК; м. материал корпуса - алюминиевый сплав; а) Площадь поверхности корпуса Sk, м2 вычислим по формуле: (16) б) Вычисляем условную поверхность нагретой зоны Sз, м2 по формуле: (17) в) Удельная мощность корпуса прибора qk , Вт/м2 вычисляется по формуле: (18) г) Удельная мощность нагретой зоны qз , Вт/м2 вычисляется по формуле: (19) д) Коэффициент Q1, зависящий от удельной мощности корпуса прибора, вычисляется по формуле: (20) е) Коэффициент Q2, зависящий от удельной мощности нагретой зоны, вычисляется по формуле: (21) ж) Коэффициент Кн1, зависящий от давления воздуха вне корпуса прибора вычисляем по формуле: (22) и) Коэффициент Кн2, зависящий от давления воздуха внутри корпуса прибора вычисляем по формуле: (23) к) Нагрев корпуса прибора QK, оК вычисляется по формуле: л) Перегрев нагретой зоны Qз, оК: м) Средний перегрев воздуха в блоке Qв, оК: н) Удельная мощность элемента qэл, Вт/мм2температуру которого нужно определить п) Перегрев поверхности элемента Qэл, оК: (27) р) Перегрев окружающей среды элемента Qэл, оК: (27) с) Температура корпуса прибора Тк, оК: (28) т) Температура воздуха в приборе Тв, оК: (29) у) Температура нагретой зоны Тз, оК ф) Температуру корпуса микросхемы Тэл, оК: Для нормального функционирования элементов устройства их температура не должна быть выше, оговоренной в ТУ. Это касается и материалов корпуса, а также элементов крепежа. Поверим соблюдение условий по формулам: (32) (33) (34) (35) Подставляя значения в формулы 32 - 35 получаем: (32) (33) (34) (35) Анализируя полученные данные, делаем вывод, что в нашем устройстве тепловые режимы не нарушат работоспособность изделия. 4.4 Расчет на механическое воздействие Произведем оценку вибропрочности платы. Плата закреплена практически по всей площади. Данные для расчета следующие: длина печатной платы 0.22 м; ширина печатной платы 0.12 м; толщина печатной платы 0.2 м; коэффициент Пуасона 0.28; масса печатной платы с элементами 300 г; модуль упругости 3.2·1010 Н/м2; возмущающая частота 30 Гц; дикримент затухания материала 300; виброускорение 19.6 м/с2. а) Рассчитаем собственную частоту платы: (36) где: a - ширина печатной платы, b - длина печатной платы, М- масса печатного узла, Д- цилиндрическая жесткость. (37) где: E - модуль упругости, h - толщина платы, V - коэффициент Пуансона, Проверяем условие: f0>>f 245.477>>30 условие выполняется. б) Рассчитаем максимальный прогиб печатной платы по формулам: (38) где: - амплитуда вибросмещения основания - коэффициент передачи по ускорению (39) где: a0(f) - виброускорение (40) где: - коэффициент расстройки - показатель затухания К1, К2 - коэффициенты зависящие от закрепления платы К1=1,2, К2=1,2 (41) (42) где: f - частота возмущения, - дискримент затухания, в) Определим допустимый прогиб печатной платы с радиоэлементами по формуле: (43) где: b - размер стороны печатной платы параллельно которой установлено большинство элементов: Проверим выполнение условия: Условие выполняется, дополнительных элементов для уменьшения механического воздействия не требуется. 4.5 Расчёт надёжности а) Вычислим значение суммарной интенсивности отказов элементов устройства: (44) где - средне групповое значение интенсивности отказов элементов j, nj - количество элементов в j группе, kHj - коэффициент нагрузки элементов в j группе, k - число сформированных групп однотипных элементов. С использования обобщенного эксплуатационного коэффициента выполним приближенный расчет электрических режимов и условий эксплуатации элементов все нужные значения находятся в таблице 2: (45) где КЭ- обобщенный эксплуатационный коэффициент. Для стационарной аппаратуры, работающей на открытом воздухе КЭ=2,5 Таблица 2 - параметры элементов |
Группа элементов | Кол-во элементов в группе, nj | Интенсивность отказа элементов в группе. 0j*10-6, 1/ч | Коэффициент нагрузки KHj | Произведение *106 | | | | | | | | | Конденсаторы | 17 | 0,035 | 0,5 | 0,0175 | 0,175 | | Резисторы | 35 | 0,03 | 0,3 | 0,009 | 0,117 | | Переменные резисторы | 7 | 0,03 | 0,3 | 0,009 | 0,117 | | Микросхемы | 9 | 0,01 | 0,3 | 0,003 | 0,015 | | Пайка | 266 | 0,02 | 0,2 | 0,004 | 0,772 | | |
С учетом обобщенного эксплуатационного коэффициента: б) Рассчитаем время наработки на отказ по формуле: (46) в) Рассчитаем вероятность безотказной работы за время t0 , t0 =30000 ч. (47) Расчет показал, что рассчитанная надежность больше, чем заданная. 4.6 Расчет показателей качества а) Коэффициент применяемости деталей: (48) где: NТ ор =2 - число типоразмеров оригинальных деталей в изделии, NT=3 - общее число типоразмеров деталей в изделии, без учета нормализованного крепежа: б) Коэффициент применяемости электро радиоэлементов: (49) где: - количество типоразмеров оригинальных радиоэлементов в изделии - общее количество типоразмеров радиоэлементов в изделии. в) Коэффициент повторяемости деталей и узлов: (50) где NТ =3 - количество типоразмеров деталей, ЕТ=1 - количество типоразмеров узлов, Nд =4 - общее число деталей, Е=1 - общее число узлов. г) Коэффициент повторяемости радиоэлементов: (51) где NТэрэ=6 - количество типоразмеров радиоэлементов, Nэрэ=71 - общее количество радиоэлементов, д) Определим коэффициент механизации подготовки радиоэлементов к монтажу: (52) где Nмпэрэ=10 - число радиоэлементов, подготовленных к монтажу механизированным способом, Nмэрэ=71 - число монтажных радиоэлементов е) Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия: (53) где Nав =230 - число соединений, полученных автоматизированным способом, Nм =266 - общее число монтажных соединений, ж) Определим комплексный показатель технологичности: (54) где Ki - i-й показатель качества, Фi - функция, характеризующая весовую значимость i-го показателя качества, и) Рассчитаем нормативный комплексный показатель: (55) где Ka - комплексный показатель изделия аналога Ka=0.85, Kсл - коэффициент сложности нового изделия по сравнению с изделием аналогом Kсл=0.89, Kту - коэффициент учитывающий изменения технического уровня основного производства завода- изготовителя нового изделия по отношению к заводу- изготовителю изделия аналога Kту =0.82, Kот, Kоп - коэффициент, учитывающий применение уровня организации производства и труда завода изготовителя нового изделия по отношению к заводу - изготовителю изделия аналога, Kот=0.95, Kоп=0.91, Kпр - коэффициент учитывающий изменения типа производства (отношение коэффициента серийности нового изделия к тому же коэффициенту по изделию аналогу), Kпр=0.7, к) Определим технологичность изделия: (56) Так как К>1, то изделие технологично. Выводы и заключения Разработано устройство «Эквалайзер с активными фильтрами». В процессе разработки были произведены необходимые расчёты такие как: конструкторские расчёты, электрических соединений, теплового режима, расчёт на механические воздействия, показателей качества, надёжности, подтверждающие что устройство разработано корректно. Чертежи и пояснительная записка выполнены в соответствии со стандартами ЕСКД. Литература 1. Tehnium, 1991, N 5, pag. 8-10. “Эквалайзеры” - РАДИО № 12, 1991 г. 2. Арзуманов С. “Электронная обработка гитарного сигнала” - http:/www.guitar.ru 3. “Выдержки из ГОСТа по оформлению текстовых документов ГОСТ 2.105--95” - http:/www.standards.ru 4. КОЗЛОВА. “Графический эквалайзер” - Радио, 1988г. 5. “Несущие конструкции РЭА” - под редакцией Овсищера. 6. “Разработка и оформление конструкторской документации РЭА” - под редакцией Романычевой Э.Т. Москва “Радио и связь” 1989г. 7. Уваров А. “P-CAD, ACCEL EDA. Конструирование печатных плат. Учебный курс.” - Санкт-Петербург “Питер”, 2001г.
Страницы: 1, 2
|
|