Разработка аналогового модуля управления синтезатором

Находим общую площадь платы:

мм2, (4.1)

мм2.

Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы 130 x 90 мм (SПП = 11700 мм2).

В итоге выразив коэффициент заполнения платы из формулы (4.1) получаем:

K = SПП/SУ (4.2)

K = 11700/5059 = 2,31

Коэффициент заполнения устройства по объему:

, (4.3)

где - объем проектируемого устройства, мм3 (габаритные размеры корпуса 116 х 156 х 37 мм3 определены в п.3 Разработка конструкции изделия);

.

Объемная плотность устройства:

, (4.4)

(г/мм3).

4.2 Расчёт элементов печатного монтажа

Выбирается двусторонняя печатная плата с металлизацией сквозных отверстий из стеклотекстолита СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги - 0,035 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочной способностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов на поверхности и является наиболее распространенной в производстве радиоэлектронных устройств.

Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.

По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Принимаем класс тонности - четвертый. Метод изготовления печатной платы - позитивный комбинированный.

Диаметры выводов для переходных отверстий равны 0,3 мм - 1-я группа; для элементов DA1…DA3, DD3 и проводов равны 0,7 мм - 2-я группа; для элементов C19, C24, R30 1,1 мм - 3-я группа. Произведем расчет печатного монтажа с учетом созданных групп.

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический.

Исходные данные для расчёта:

1. Imax -- максимальный постоянный ток, протекающий в провод-никах (определяется из анализа электрической схемы), Imax = 0,057 A;

2. Толщина фольги, t = 35 мкм;

3. Напряжение источника питания, Uип = 12 В;

4. Длина проводника, l = 0,1 м;

5. Допустимая плотность тока, jдоп = 75 А/мм2;

6. Удельное объемное сопротивление с = 0,0175 Ом·мм2/м;

7. Способ изготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;

Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводни-ка по постоянному току для цепей питания и заземления:

, (4.5)

где bmin1 - минимальная ширина печатного проводника, мм;

jдоп - допустимая плотность тока, А/мм2;

t - толщина проводника, мм;

мм.

Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

, (4.6)

где с -- удельное объемное сопротивление [7], Ом·мм2/м;

l -- длина проводника, м;

Uдоп-- допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.

мм.

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:

, (4.7)

где dэ -- максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

Дdн.о -- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Дdн.о = 0,1 мм;

r -- разница между минималь-ным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Примем r = 0,1 мм.

d1 = 0,4+0,1+0,1 = 0,6 мм;

d2 = 0,7+0,1+0,1 = 0,9 мм;

d3 = 1,1+0,1+0,1 = 1,3 мм;

Рассчитанные значения d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,6 мм; для второй - d2 = 0,9 мм; для третей d3 = 1,3 мм.

Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:

, (4.8)

где t -- толщина фольги, мм; D1min-- минимальный эффективный иаметр площадки, мм:

, (4.9

где bм -- расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [7], bм=0,025мм;

Дd и Др -- допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], дd=0,05мм и др=0,15 мм;

dmax -- максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:

, (4.10)

где Дd -- допуск на отверстие, мм, [7], Дd=0,05мм

Для 1-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 2-й группы:

мм;

мм;

мм.

Для 3-й группы:

мм;

мм;

Максимальный диаметр контактной площадки Dmax, мм:

, (4.11

Для 1-й группы:

мм.

Для 2-й группы:

мм.

Для 3-й группы:

мм.

Определяем ширину проводников bmin, при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:

, (4.12)

где b1min -- минимальная эффективная ширина проводника b1min=0,15 мм для плат 3-го класса точности.

мм.

Принимаем bmin = max{bmin1, bmin2, bmin3} = 0,23 мм

Максимальная ширина проводников, мм:

(4.13)

мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

, (4.14)

где L0 -- расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0 = 1,1 мм;

-- допуск на расположение проводников, мм, =0,03.

мм

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:

, (4.15)

мм

Минимальное расстояние между двумя проводниками, мм:

, (4.16)

мм.

Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров. Для резисторов размеры контактных площадок 0,8Ч2 мм;

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 4го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,6/1,25; для элементов 2-й группы - 0,9/1,55; для элементов 3-й группы - 1,3/1,95;. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,24 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой - 0,17 мм; двумя контактными площадками - 0,1 мм; двумя проводниками - 0,42мм.

4.3 Расчет теплового режима

Исходные данные.

Длина блока L1,м - 0,116;

Ширина блока L2, м - 0,156,;

Высота блока L3,м - 0,37;

Коэффициент заполнения Kз - 0,021;

Мощность рассеиваемая в блоке Pз, Вт - 1;

Давление среды H1i=H2i, мм.рт.ст - 770;

Мощность рассеивания нагруженным элементом Pэл., Вт - 0,2;

Площадь элемента, м2 - 9*10-3;

Температура элемента Тэ.эл., К - 343;

Температура среды Тв., К -318.

Рассчитывается поверхность корпуса блока:

, (4.17)

где и - горизонтальные размеры корпуса аппарата, м.

- вертикальный размер, м.

.

Определяется условная поверхность нагретой зоны:

, (4.18)

где - коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему,

Определяется удельная мощность корпуса блока:

, (4.19)

где Р - мощность, рассеиваемая в блоке, Вт.

Определяется удельная мощность нагретой зоны:

, (4.20)

.

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

, (4.21)

Находится коэффициент в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

, (4.22)

Находится коэффициент в зависимости от давления среды вне корпуса блока :

, (4.23)

где - давление окружающей среды в Па.

.

Находится коэффициент в зависимости от давления среды внутри корпуса блока :

, (4.24)

где - давление внутри корпуса аппарата в Па.

.

Определяется перегрев корпуса блока:

, K, (4.25)

.

Рассчитывается перегрев нагретой зоны:

, К, (4.26)

.

Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

, К, (4.27)

.

Определяется удельная мощность элемента:

, Вт/, (4.28)

где - мощность, рассеиваемая теплонагруженным элементом (узлом), температуру которого требуется определить, Вт;

- площадь поверхности элемента (вместе с радиатором), омываемая воздухом, .

.

Рассчитывается перегрев поверхности элементов:

, К, (4.29)

.

Рассчитывается перегрев среды, окружающей элемент:

, К, (4.30)

.

Определяется температура корпуса блока:

, K, (4.31)

где - температура среды, окружающей блок , К.

.

Определяется температура нагретой зоны:

, K, (4.32)

.

Находится температура поверхности элемента:

, К, (4.33)

.

Находится средняя температура воздуха в блоке:

, K, (4.34)

.

Находится температура среды, окружающей элемент:

, К, (4.35)

.

После анализа данных полученных в результате расчета: Тэ.эл> Тв (343 > 320 K), Тэ.эл> Т эс (343 > 321 K) , Тэ.эл> Т з (343 > 321,4 K), подтверждается, что тепловой режим блока соблюдается и даже самый теплонагруженный элемент будет работать при самых жестких условиях эксплуатации нормально.

4.4 Расчет надежности

Исходными данными для данного расчета является схема электрическая принципиальная синтезатора частоты (документ СЕИ.758721.001 Э3), а также перечень элементов (документ СЕИ.758721.001 ПЭ3).

Время наработки на отказ tз = 20000 ч.

Коэффициенты электрической нагрузки элементов РЭУ:

Активные: 0,6

Резисторы: 0,7

Конденсаторы: 0,8

Другие: 0,8

В данном расчете учитываются электрический режим и условия эксплуатации элементов, кроме того, принимаются во внимание конструктивные элементы устройства.

1. Используя справочные данные [8], определяем поправочные коэффициенты (учитывающие влияние температуры и коэффициента нагрузки-б1,2; влияние механических воздействий- б3; влияние относительной влажности- б4; влияние атмосферного давления- б5; вносим их в таблицу. Подсчитываем суммарный поправочный коэффициент:

бУ = б1,2 ? б3? б4 ? б5, (4.36)

Результаты расчета занесены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Суммарный поправочный коэффициент

Страницы: 1, 2, 3