85

Содержание

Введение…………………………………………………………………...……. 3

1. Общая часть………………………………………………………….…….. 5

Анализ технического задания…………………………………………..…..…. 5

Описание электрической схемы………………………………………..……... 5

2. Исследовательская часть……………………………………………….….. 7

Обоснование выбора элементов:…………………………………………….… 7

2.2.1 Обоснование выбора резисторов ………..……………………….……. 7

2.2.2 Обоснование выбора конденсатора………………………………..…... 8

2.2.3 Обоснование выбора микросхем ………………………..………….… 11

3. Расчетная часть………………………………………………………….….. 13

3.1 Расчет надежности…………………………………………………….….. 13

3.2 Расчет помехи по питанию …………..………………………………..… 22

3.3 Расчет узкого места …………………………………………………….... 23

4. Конструкторская часть……………………………………………………... 26

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы……………….. 26

4.2 Обоснование разработки сборочного чертежа (компоновки) печатной платы………………………………………………………………………….… 32

5. Технологическая часть………………………………………………………. 38

5.1 Изготовление печатной платы………………………………………….… 38

6. Организационная часть……………………………………………………… 47

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации электронной аппаратуры ………………………………………………………………...…… 47

7. Экономическая часть…………………………………………………...…… 50

7.1 Расчет себестоимости……………………………………………………… 50

8. Охрана труда………………………………………………………………... 58

9. Техника безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры…….65

10. Литература…………………………………………………………………. 69

11. Приложение (перечень элементов)……………………………………... 70

Введение

История развития радиоприемных устройств, как и всей радиотехники, неразрывно связана с именем изобретателя радио Александра Степановича Попова.

Принцип работы любого приемника очень прост. Электромагнитные волны, воздействуя на провод приемной антенны, возбуждают в ее цепи переменные токи высокой частоты. Таким образом, прибор, предложенный А. С. Поповым, имел устройство для преобразования энергии электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты, устройство для преобразования сигналов высокой частоты в сигналы низкой частоты в виде чувствительного. Синхронно действующего когера с автоматическим восстановлением его исходных свойств и обеспечивал возможность приема сигналов на расстоянии без провода.

Радиолокационные приемники используются для приема радиолокационных сигналов. С их помощью решаются такие задачи, как, например, обнаружение и определение координат движущегося объекта, определение его скорости, прицельная стрельба по движущемся объектам, прицельное бомбометание, обзор поверхности земли в условиях плохой видимости. Приемники радиотелеуправления принимают сигналы команд, предназначенные для управления различными механизмами, например механизмами космического корабля.

Выходной мощностью называется мощность, отдаваемая радиоприемником оконечному аппарату. Значение выходной мощности определяется типом оконечного аппарата: громкоговорителем, реле телеграфного аппарата. Системой автоматического управления.

Для приемников специального назначения, в первую очередь телевизионных и радиолокационных, имеющих в качестве выходного аппарата электронно-лучевую трубку, вместо выходной мощности задают выходное напряжение, которое может находиться в пределах от долей до десятков вольт.

Чувствительность радиоприемника называется его способность обеспечивать нормальный прием при малой э. д. с. или мощности сигнала в антенне. Под нормальным приемом понимают такой, при котором обеспечивается установленный режим работы оконечного аппарата. Чувствительность оценивается минимальным значением э. д. с. Или мощности сигнала в антенне, при котором осуществляется нормальный прием, и измеряется в единицах напряжения или мощности. Следовательно, чем меньше э. д. с. Полезного сигнала в антенне, при которой обеспечивается нормальный прием, тем выше чувствительность.

Качество воспроизведения информационного сигнала характеризуется способностью радиоприемника воспроизводить на выходе модулирующий сигнал. В процессе последовательного прохождения принятого сигнала через электрические цепи радиоприемника точное воспроизведение спектра модулирующих частот нарушается, т.е. возникают искажения информационного сигнала.

Различают следующие виды искажений: линейные, которые разделяются на частотные и фазовые, и нелинейные.

Частотные искажения высокочастотного приемника являются результатом неравномерности усиления полосе пропускания, вследствие чего нарушается естественные соотношения между амплитудами составляющих сложного сигнала.

1. Общая часть

1.1. Анализ технического задания

Номинальная выходная мощность УМ, (Вт) ……………………….2х20

Номинальное сопротивление нагрузки УМ, (Ом) ………………………4

коэффициент гармоник УМ (%) ………………………………………0,2

Диапазон воспроизводимых УМ частот (кГц) ………………. 0,002…20

Номинальная выходная мощность УТ, (Вт) ……………………. 2х0,65

Сопротивление дополнительной АС (Ом) …………………………. 4

Диапазон регулировки громкости (дБ) ………………………………. 90

Диапазон регулировки тембра по НЧ (дБ) ……………………..-19…+17

Диапазон регулировки тембра по ВЧ (дБ) ……………………..-15…+15

Диапазон воспроизводимых частот МП (кГц) ……………… 0,05….12

Ток потребления мин \ макс. (А) …………………………………. 0,15\4

Номинальное входное напряжение (мВ)……………………………500

Встраиваемое в ПК блок усилительно-коммутационного устройства, которое расширяет возможности персонального компьютера, оснащенного двухканальной звуковой картой и имеющего свободное посадочное место под блок типоразмера 5,25.

1.2. Описание схемы электрической принципиальной

Усилительно-коммутационное устройство (УКУ) самыми главными Элементами, которого является: пять микросхем в типовом включении: DA1- усилитель воспроизведения (УВ) МП, DA2 - коммутатор входных сигналов, DA3 - УТ, DA4 Основа БР с электронным регулированием, DA5 - УМ.

УКУ размещено в корпусе от привода CD-ROM, из которого удалены все узлы. Помимо металлического корпуса оставляют пластмассовую лицевую панель и разъем питания. В корпусе устанавливают печатную плату УКУ, лентопротяжный механизм (ЛПМ) МП и элементы управления с гнездом для телефонов Х6. Питание всего УКУ, - реверсивный с механическим управлением режимами от автомагнитолы.

Теплоотвод микросхемы DA5 площадью примерно 200см² размещен и закреплен сзади на металлическом корпусе.

Дополнительно можно ввести индикацию положения коммутатора входных сигналов. Для этого нужны четыре светодиода, например КИПМ06-1К, аноды которых соединяют вместе и через резистор сопротивлением 2,7кОм подключают к цепи питания +12В, а катоды - к неподвижным контактам переключателя.

Перед тем как приступать к изготовлению такого устройства УКУ, следует оценить запас мощности БП ПК по цепи напряжения 12В, поскольку потребляемая мощность при максимальной громкости достигает 45Вт. Для этого при отключенном ПК к разъему +12В подключают эквивалент нагрузки - автомобильную лампу на 12В мощностью 40…60 Вт. Затем включают ПК на 2-3 ч и нагружают его, запустив различные ресурсоемкие программы. Если ПК не завис, то устройство будет работать.

После подачи питания начинают воспроизведение музыкального компакт диска в приводе CD-ROM. Регулировкой резисторов R30и R31 добиваются максимальной неискаженной выходной мощности УМ при верхнем по схеме положении движков резисторов R23, R26, R28, подавая сигнал на АС, рассчитанную на мощность не менее 25Вт. Если УМ начинает самовозбуждаться на высокой частоте при максимальной громкости, к контактам выходных разъемов Х8 и Х9 параллельно громкоговорителям АС припаивают цепи Буше - последовательно соединенный резистор МЛТ-0.5 сопротивлением 1 Ом и конденсатор К73-17 емкостью 0,1мкФ.

На этом налаживание музыкального центра закончено. Для лучшего теплоотвода готовую конструкцию устанавливают в самое верхнее из имеющихся в компьютере посадочного места. Если в нутрии корпуса компьютера температура превышает +40⁰С, желательно установить вентилятор.

2. Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.2.1 Обоснование выбора диодов

В схеме используется диод VD1 КД 521Г. Выберем наиболее подходящий диод из ниже приведённого списка.

Таблица 3.1

Тип диода	Допустимый прямой ток	Максимальный обратный ток
КД521Г	0,05А	1мкА
КД522А	0,1А	5мкА
КД512Б	0,02А	5мкА

Выбираем транзистор наиболее соответствующий параметрам КД521Г

В схеме используют импортный диод VD2 FV507 мы его заменим на КД227ГС.

Электрические параметры КД227ГС:

Прямой максимальный ток ……………………………………………5А

Обратный максимальный ток ……………………………………800мкА

Входное максимальное напряжение …………………………………280В

Температура эксплуатации …………………………………………..-45…+85

2.2.2. Обоснование выбора резисторов

Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=UI, P=U²/R, P=I²R, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличивается вдвое. Исходя из полученных значений выбирают резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5, 10Вт и т.д.

Металлооксидные резисторы содержат резистивный элемент в виде очень тонкой металлической пленки, осажденной на основании из керамики, стекла, слоистого пластика, ситалла или другого изоляционного материала. Металлопленочные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. ТКС резисторов типов МТ и ОМЛТ не превышает 0,02%. Уровень шумов резисторов группы А не более 1мкВ/В, группы Б - не более 5 мкВ/В.

2.2.3. Обоснование выбора конденсаторов

При выборе конденсаторов для радиоэлектронных устройств, приходиться решать одну из противоположных по своему характеру задач. Прямая задача - по известному стандартному напряжению конденсатора найти максимально допустимые значения переменной и постоянной составляющих рабочего напряжения. Обратная задача заключается нахождения типа и стандартного напряжения конденсаторов по рабочему режиму.

Под номинальным напряжением понимается наибольшее напряжение между обкладкам конденсатора, при котором он способен работать с заданной надёжностью в установленном диапазоне рабочих температур. Номинальное напряжение, оговоренное стандартами, называется стандартным напряжением - оно маркируется на конденсаторах, выпускаемых согласно действующих стандартов. Под рабочим напряжением подразумевается значения постоянного и переменного напряжения, которые действуют на конденсаторе при его работе.

Прямая задача нахождения рабочего напряжения по стандартному решается с помощью условий, оговоренных в действующих стандартах. Однако эти условия справедливы лишь для тех случаев, когда переменная составляющая (пульсация) напряжения на конденсаторе меняется по закону гармонического колебания.

Для решения обратной задачи - нахождения типа и стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале найти минимальное напряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное значение.

Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается тремя требованиями:

а) конденсатор не должен перегреваться;

б) перенапряжение на нём недопустимо;

в) он должен быть защищён от прохождения обратных токов, если это полярный оксидный конденсатор.

Для того чтобы конденсатор не перегревался следует рассчитать выделяемую на нём реактивную мощность. Она не должна превышать номинальную мощность конденсатора.

Чтобы защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нём не должно превышать номинальное. Это условие формулируется в стандартах как сумма постоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряжения не должна быть больше стандартного напряжения.

Полярные оксидные конденсаторы, помимо перегрева и перенапряжения, должны быть защищены от прохождения разрушающих обратных токов. Чтобы оксидная плёнка была непроводящей, потенциал оксидированного метала (анода) должен всегда превышать потенциал второго электрода (катода). С этой целью в стандартах оговаривается, что амплитуда переменной составляющей напряжения не должна превышать постоянную составляющую.

Керамические конденсаторы представляют собой пластинки, диски или трубки из керамики с нанесенными на них электродами из металла. Для защиты от внешних воздействий эти конденсаторы окрашивают эмалированной краской или герметизируют, покрывая эпоксидными компанентами после чего заключают в специальный корпус. Керамические конденсаторы широко применябтся в качестве контурных, блокировочных, разделительных. Конденсаторы с диэлектриком из высококачественой керамики характеризуются высокими электролитическими показателями и сравнительно небольшой стоимостью. Сопративление изоляции этих конденсаторов при 20⁰С превышает 5…10 ГОм, тангенс угла потерь на частотах порядка.

Электролитические и оксидно-олупроводниковые конденсаторы отличаются малыми размерами, большими токами утечки и большими потерями. При одинаковых номинвльных напряжениях и номинальных емкостях объем танталовых конденсаторов меньше объема конденсаторов с аллюминивыми анодами. Танталовые конденсаторы могут работать приболеее высоких температурах, их емкость меньше изменяется при изменении температуры, токи утечки у них меньше. Оксидно-полупроводниковые конденсаторы могут работать при более низких температурах, чем электролитические.

Проводимость широко распространненных электролитических и оксидно-полупроводниковых онденсаторов сильно зависит от полярности приложенного напряжения, поэтому они используются лишь в цепях постоянного и пульсирующего токов.

Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы используются в фильтрах выпрямителей, в качестве блокирующих и развязывающих в цепях звуковых частот, а также в качестве переходных в полупроводниковых усилителях звуковых частот.

2.2.4 Обоснование выбора микросхем.

В схеме персонального компьютера - музыкального центра используется:

Микросхема TDA 1522.

Электрические параметры TDA 1522:

Номинальное напряжение источника питания, (В) ………………….16

Минимальное напряжение источника питания, (В) ………………….7,5

Максимальное напряжение источника питания, (В) …………………91

Выходная мощность, (Вт) ……………………………………………….8

Максимальный выходной ток, (А) ……………………………………....4

Номинальный потребляемый выходной ток, (мА) ……………………40

Максимальный потребляемый выходной ток, (мА) …………………..70

Микросхема TDA 1524 Электрические параметры:

Номинальное напряжение источника питания, (В) …………………14,4

Минимальное напряжение источника питания, (В) …………………….6

Максимальное напряжение источника питания, (В) …………………18

Выходная мощность, (Вт) ………………………………………………22

Номинальный потребляемый выходной ток, (мА) ……………………80

Микросхема TDA 1552Q Электрические параметры:

Номинальное напряжение источника питания, (В) …………………14.4

Минимальное напряжение источника питания, (В) …………………….6

Максимальное напряжение источника питания, (В) …………………18

Выходная мощность, (Вт) ………………………………………………22

Номинальный потребляемый выходной ток, (мА) ……………………5.5

Микросхема TDA 2822D Электрические параметры:

Номинальное напряжение источника питания, (В) …………………….6

Минимальное напряжение источника питания, (В) ………………….1,8

Максимальное напряжение источника питания, (В) …………………15

Выходная мощность, (Вт) ……………………………………………0.38

Максимальный выходной ток, (А) …………………………………….0.1

Номинальный потребляемый выходной ток, (мА) ……………………15

Двух контактный коммутатор низкочастотных сигналов TDA 1029

Электрические параметры:

Номинальное напряжение источника питания, (В) ………………….165

Максимальное напряжение источника питания, (В) ………………13,3

Максимальный потребляемый выходной ток, (мА) …………………..80

3. Расчетная часть

3.1. Расчет надежности

Расчет надежности проводится на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентирные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры в нутрии блока. Для большинства маломощных полупроводниковых устройств она не превышает 40⁰С.

Для различных элементов при расчетах надежности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеивания, для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов - прямой ток.

Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1.5 -2 раза выше напряжения источника питания. Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование элемента	Контрольные параметры	k нагрузки
		импульсный режим	статический режим
Транзисторы	Ркдопkн = Рф / Ркдоп	0,5	0,2
Диоды	Iпрмахkн = Iф / Iпрт	0,5	0,2
Конденсаторы	Uобклkн = Uф / Uобкл	0,7	0,5
Резисторы	Pтрасkн = Рф / Рдоп	0,6	0,5
Трансформаторы	Iнkн = Iф / Iндоп	0,9	0,7
Соединители	Iконтактаkн = Iф / Iкдоп	0,8	0,5
Микросхемы	Iмах вх / Iмах вых	-	-

Допустимую мощность рассеяния резисторов можно определить от принятым обозначении на схеме.

Таблица 2.

Допустимую мощность рассеяния следует брать в качестве номинального параметра, надо брать в половину меньше согласно таблице 1.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надежности считается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя из напряжения источника питания. Uн, для конденсатора следует брать в два раза (или в полтора) больше напряжения источника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторы выпускаются на допустимое напряжение (в вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.

Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения на обкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования практически не применяются.

Фактически знание (Uф) для конденсаторов в расчете надежности следует брать в половинку меньше выбранного.

Для транзисторов номинальный параметр Рк допустимое следует брать из справочников.

Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока Iпр. Брать в справочниках.

Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендации таблицы 1.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличиться.

Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в более жестоких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надежность аппаратуры имеет температура.

Определяя интенсивность отказов при t⁰ = 20⁰C приведены в таблице 2.

Интенсивность отказов обозначается ?0. Измеряется ?0 в (1/час).

Таблица 3.

Наименование элемента	?o*10-6 1/час
Микросхемы средней степени интеграции	0,013
Большие интегральные схемы	0,01
Транзисторы германиевые: Маломощные	0,7
Средней мощности	0,6
мощностью более 200мВт	1,91
Кремневые транзисторы: Мощностью до 150мВт	0,84
Мощностью до 1Вт	0,5
Мощностью до 4Вт	0,74
Низкочастотные транзисторы: Малой мощности	0,2
Средней мощности	0,5
Транзисторы полевые	0,1
Конденсаторы: Бумажные	0,05
Керамические	0,15
Слюдяные	0,075
Стеклянные	0,06
Пленочные	0,05
Электролитические (алюминиевые)	0,5
Электролитические (танталовые)	0,035
Воздушные переменные	0,034
Резисторы: Композиционные	0,043
Плёночные	0,03
Угольные	0,047
Проволочные	0,087
Диоды: Кремневые	0,2
Выпрямительные	0,1
Универсальные	0,05
Импульсные	0,1
Стабилитроны германиевые	0,157
Трансформаторы Силовые	0,25
Звуковой частоты	0,02
Высокочастотные	0,045
Автотрансформаторные	0,06
Дроссели:	0,34
Катушки индуктивности	0,02
Реле	0,08
Антенны	0,36
Микрофоны	20
Громкоговорители	4
Оптические датчики	4,7
Переключатели, тумблеры, кнопки	0,07n
Соединители	0,06n
Гнезда	0,01n
Пайка навесного монтажа	0,01
Пайка печатного монтажа	0,03
Пайка объемного монтажа	0,02
Предохранители	0,5
Волновые гибкие	1,1
Волновые жесткие	9,6
Электродвигатели: Асинхронные	0,359
Асинхронные вентиляторы	2,25

Порядок расчета.

В таблицу 3 заносятся данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносятся наименования элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только его ёмкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую 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. (Большие интегральные схемы не применяются в курсовых и дипломных проектах).

В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 40⁰С.

Далее следует запомнить колонку 6. пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 1.

Коэффициенты нагрузок.

Для транзисторов: kн = Pф / Pкдоп = Pф / Pн

kн= 100/200=0,5

Для диодов: kн = Iф/Iпрср= Iф/Iн

kн = 0.5/1=0,5

Для резисторов: kн = Pф / Pн

kн =0,25/0,125=0,5

Для конденсаторов: kн = Pф / Pн

kн =6/12=0,5

Если kн в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать kн = 0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (?), которое показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (?) по таблице 4.

При k = 0,5 и t=40⁰С значение, а будет =

Для полупроводниковых приборов 0,3

Для керамических конденсаторов 0,5

Для бумажных конденсаторов 0,8

Для электролитических конденсаторов 0,9

Для металлодиэлектрических или металлооксидных резисторов 0,8

Для силовых трансформаторов 0,6

Для германиевых полупроводниковых диодов ? брать таким, как у кремневых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть в конкретной схеме. Следует спросить у преподавателя, как быть.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 2.

Колонка 11 ?i = ?*?

Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует, на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае ?i в колонке 11

?i = ?0*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 и а3 определяются по нижеследующим таблицам.



Когда колонка 12 заполнена. Можно рассчитать среднее время наработки на отказ Tср.

Для этого суммируют все значения колонки 12, получая

??с. Тогда Tcp = 1/??с (час)

Следует помнить, что ??с - число, умноженное на 10^-6 , т.е. при делении 10^-6 перейдет в числитель.

? ?с = 14,095*10^-6

Тср = 1/14,095*10^-6

Тср = 10⁶0,0709471 = 70947,144 часов.

3.2 Расчет помехи по питанию

U пит = 2(3*10^-8/2)10*0,3*10⁶ (3.31)

U пит = 18*10^-2/12*10⁶

U пит = 18/12*10⁴

U пит = 0,00015В

3.3 Расчет узкого места.

1. Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки

D kmin =2Вm + d0 +1.5hф +2?л+C1 (3.3.1)

D kmin = 2 x 3+0.7+1.5 x 0.3+2 x 0.003+0.3

D kmin = 7,5 мм

Где Вm - расстояние от края просверленной линии до края контактной площадки.

d0 - номинальный диаметр металлизированного отверстия.

hф - толщина фольги

?л =?м L/100- изменение длинны печатной платы при нестабильности линейных размеров.

Где L - размер большой длинны печатной платы

?м - изменение контактной площадки при нестабильности линейных размеров (обычно 0,3 мм)

С1 - поправочный коэффициент

С1 учитывает погрешности при центровке, сверлении, при изготовлении фото шаблона и др.

Толщина фольги - 0,3 - 0,5мм

Печатные платы размером более 240*240мм - 1 класс плотности

Для плат размером меньше 240*240мм больше 170*170мм - 1 и 2 классы плотности, платы меньших размеров 3 класс плотности.



?л =?м L/100 (3.3.2)

?л = 0.3/100

?л = 0.003мм

2. Рассчитываем максимальный диаметр контактной площадки

D kmах =2Вm + d0 +1.5hф +2?л+C2 (3.3.3)

D kmax = 2 x 3+0.7+1.5 x 0.3+2 x 0.003+0.35

D kmax = 7,5мм

Минимальное расстояние для прокладки n проводников между двумя контактными площадками должно обеспечиваться при максимальном диаметре контактной площадки и максимальной ширине проводника с учетом погрешности ?ш

2. Минимальное расстояние для прокладки n проводников.

Lmin = 0.5(Dk1min + Dk2max) + 2?ш +(Tmax + ?ш)n + S(n+1) < kh, (3.3.4)

Где Tmax = T + ?ш + 2?э

k - число клеток координатной сетки

h - шаг координатной сетки

?э - погрешность при экспонировании.

Lmin = 0.5(Dk1min + Dk2max) + 2?ш +(Tmax + ?ш)n + S(n+1) < kh, (3.3.4)

T max = T + ?ш + 2?э (3.3.5)

T max =0,250 + 0.03 + 2 x 0.05 =0.38мм

L min = 0.5(7,5+7,5) + 2 x 0.03 + (0.38+0.03) x 5 + 0.5(5+1) <15

L min = 7,5+0.06+2,05+3 <15

L min= 12,61 <15

4. Конструкторская часть

4.1. Обоснование разработки трассировки печатных плат

Печатные платы - это элементы конструкций предназначенных для соединения элементов электрической цепи при помощи печатных проводников. Печатные платы состоят из диэлектрического основания, на котором расположены плоские проводники. Они обеспечивают соединение элементов. Применение печатных плат позволяет увеличить плотность монтажа. Они дают возможность получить в одном технологическом цикле проводники и экранирующие поверхности. Печатные платы гарантируют повторяемость характеристик, особенно паразитных. Повышается стойкость к механическим и климатическим воздействиям, обеспечивается унификация сложных изделий и повышается надёжность. Платы дают возможность механизировать и автоматизировать монтажно-сборочные, регулировочные и контрольные работы, при этом снижается трудоёмкость работ и стоимость изделия. Недостатком печатных плат является сложность внесения изменений в конструкцию и плохая ремонтопригодность.

К печатным платам предъявляются некоторый ряд технических требований:

Основание должно быть однородным по цвету, монолитным, без внутренних пузырей и раковин, без посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вскрошения металла, царапины, следы от удаления отдельных не вытравленных участков, контурное просветление.

Проводящий рисунок должен быть четкий, с ровными краями, без вздутий, следов инструмента. Отдельные протравы (5 точек на 1 дм²) при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально допустимой по чертежу.

Допускаются риски глубиной менее 25 мкм и длинной до 6 мм.

Допускаются отслоения проводника в одном месте не более 4 мм.

При наличии критических дефектов, печатные проводники могут дублироваться объёмными не более 5 для плат 120х180 мм и не более 10 для плат большего размера.

Связь между сторонами платы осуществляется при помощи монтажных отверстий. При помощи их крепятся элементы. Вокруг монтажного отверстия делается ободок, который называется контактной площадкой. Его ширина не менее 50 мкм. Разрывы не допускаются. Допускаются отдельные отслоения контактных площадок до 2% и их ремонт при помощи эпоксидного клея, после чего они должны выдерживать три пайки.

При воздействии повышенной температуры, контактные площадки должны держать температуру порядка 290 С не менее 10 сек без разрывов и отслоения.

Печатные платы классифицируются по параметрам и применению.

Односторонние печатные платы просты и экономичны. Применяются для монтажа бытовой радиоаппаратуры, техники связи, источников питания и т.д. Обычно они выполняются на слоистом или листовом основании: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Монтажные отверстия могут быть металлизированными и не металлизированными. На одной стороне расположен печатный монтаж, а на другой объёмные элементы; крепёж, арматура, тепло отводы и т.д.

Двухсторонние печатные платы. У них печатный рисунок располагается с двух сторон, а элементы, как правило, с одной стороны. Связь между сторонами осуществляется при помощи металлизированных сквозных отверстий.

Проводные печатные платы применяются в опытном производстве при макетировании. На плате делают контактные площадки, на которые размещают элементы. Связь между ними осуществляют при помощи проводов.

Печатные проводники желательно располагать параллельно друг к другу. При необходимости угол печатного проводника 45.

Узкие проводники легко отслаиваются. Для их закрепления используют сквозные отверстия через каждые 25 - 30 мм, или расширяются контактные площадки 1х1 мм. Если ширина экрана более 5 мм, то в экране надо делать вырезы, т.к. при нагреве медь расширяется и может покоробиться.

Печатные платы в зависимости от минимальной ширины печатных проводников и минимального зазора между ними делят на три класса. К классу 1 относятся платы с пониженной плотностью монтажа, у которых ширина проводников и зазор между ними должен быть не менее 0.5 мм. Класс 2 образуют платы с повышенной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников и зазоры не менее 0.25 мм. Платы с шириной проводников и зазорами до 0.15 мм (класс 3) имеют высокую плотность монтажа. Платы этого класса следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях.

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.

Координатную сетку наносят на чертеж 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 пересечения линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Если устанавливаемый элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки.

Диаметр отверстия в печатной плате должен быть больше диметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента. При диаметре вывода до 0.8мм 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. Связано 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.

Чтобы обеспечить надежное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Контактные площадки отверстий рекомендуется делать в виде кольца.

Для неметаллизировавнных отверстий и торцов плат шероховатость поверхности делают такой, чтобы параметр шероховатости Rz < 80. У металлизированных отверстий и торцов шероховатость должна быть лучше: Rz < 40.

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 достаточно механической прочности.

Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы от планарных корпусов, рекомендуется делать прямоугольными.

Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигурации, располагая их параллельно линиям координатной сетки.

Проводники на всем 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, отслаивается от изоляционного основания при незначительных нагрузка. 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 уширения типа контактной площадки с размерами 1 х 1 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. Связано это с тем, что при нагреве плат в процессе пайки изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеют большую ширину, то газы, не находят выхода могут вспучивать фольгу. Формы вырезов может быть произвольной.

Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами 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. 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:

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.);

должна быть предусмотрена возможность конвенции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы

Если элемент имеет электропроводный 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, наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок.

Эти элементы могут работать при более жестких механических воздействиях, чем установленные.

В зависимости от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы - их нужно крепить дополнительно за корпус.

При установке транзисторов в аппаратуре работающей в условиях вибрации и ударов, корпус должен быть приклеен к плате или к переходной втулке.

ЭРЭ должны располагаться на печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны или перпендикулярны друг другу.

На платах с большим количеством микросхем в однотипных корпусах их следует располагать правильными рядами.

Зазор между корпусами должен быть менее 1.5 мм (в одном из направлений).

Элементы, имеющие большую массу, следует размещать вблизи мест крепления платы или выносить их за пределы платы и закреплять на шасси аппарата.

Так как печатные платы имеют малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги может привести к таким ухудшениям сопротивления изоляции, при которых будет нарушаться нормальная работа схемы. Поэтому печатные узлы, которые будут работать в сложных климатических условиях, необходимо покрывать слоем лака.

Используемые для этого лаки должны иметь следующие свойства: хорошую адгезию к материалу платы и печатным проводникам; малую влагопоглощаемость; большое сопротивление изоляции; способность быстро высыхать при невысокой плюсовой температуре; отсутствие растрескивания в диапазоне рабочих температур.

4.2. Обоснование разработки компоновки печатной платы

Наиболее распространенная сборочная единица КТУ-1 (ячейка) представляет собою монтажную плату с установленными на ней корпусными ЭРЭ и другими элементами конструкции и внешней коммутации. Основными типами ЭРЭ в современных радиоаппаратах являются ИМС, поэтому в дальнейшем будем говорить лишь об установке ИМС на плату с печатным или проводным монтажом. При этом будем иметь в виду, что аналогичные общие требования предъявляются и к установке дискретных корпусных ЭРЭ.

Выбор варианта установки ИМС на плате ячейки определяет ряд основных параметров электронных устройств. Чем плотнее установка ИМС на плате, тем меньше будут габаритные размеры устройства, длины сигнальных связей и количество усилителей -- ретрансляторов сигналов; однако при этом усложняется задача автоматизации проектирования и выполнения монтажа, а следовательно, и стоимость монтажной платы; требуются печатные платы с повышенной плотностью и елейностью монтажа, при этом увеличиваются перекрестные наводки между сигнальными цепями; делается более напряженным температурный режим ИМС и усложняется решение задачи теплоотвода в устройстве в целом. Поэтому определение варианта установки ИМС на плате должно производиться в соответствии с требованиями к конкретному радиоэлектронному аппарату и с учетом характеристик ИМС, выбранных для обеспечения этих общих требований.

Для бортового оборудования аэрокосмических объектов с малой произ-водительностью, использующих микромощные ИМС низкого бы-стродействия, плотность установки ИМС на плате должна быть максимально возможной; это обеспечит необходимые минимальные габаритные размеры оборудования и при малых мощностях и низком быстродействии ИМС не приведет к каким-либо затруднениям в отношении тепловых режимов и помехоустойчивости.

Для больших универсальных ЭВМ высокой производительности, в которых используют наиболее быстродействующие ИМС, потребляющие достаточно высокие мощности, чрезмерное повышение плотности компоновки ИМС нецелесообразно.

Для любых типов корпусов рекомендуется линейно-многорядное расположение ИМС на плате с шагом, кратным 2,5 мм; зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм.

ИМС в корпусах со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы; штыревые выводы монтируют в сквозные металлизированные отверстия, и концы выводов выступают с обратной стороны платы.

Корпуса ИМС с планарными выводами можно устанавливать на печатных платах с обеих сторон, монтируя выводы на металлизированные контактные площадки, если это позволяет конструкция самой печатной платы.

Штыревые выводы располагают на корпусах ИМС с шагом 2,5 мм, планарные -- с шагом 1,25 мм. Площадь и высота корпуса со штыревыми выводами при одинаковом числе выводов больше, чем у корпуса с планарными выводами. Учитывая возможность двусторонней установки ИМС в корпусах с планарными выводами на печатной плате, можно сказать, что при прочих равных условиях плотность компоновки ИМС в корпусах с планарными выводами может в несколько раз превосходить плотность компоновки ИМС со штыревыми выводами.

Однако корпуса со штыревыми выводами имеют существенное преимущество перед корпусами с планарными выводами -- их установка и пайка на плате проще поддаются автоматизации.

Из сказанного следует, что ИМС в корпусах со штыревыми выводами используют в ЭВМ общего применения, для которых важен фактор низкой стоимости; ИМС в корпусах с планарными выводами, в основном, используют в военной, аэрокосмической и другой специальной аппаратуре.

На одной плате желательно устанавливать ИМС в корпусах с каким-либо одним типом выводов.

Штыревые выводы, запаянные в сквозные металлизированные отверстия, являются надежным механическим креплением корпуса ИМС на плате.

Планарные выводы удерживают корпус ИМС на плате в результате склейки контактных площадок с диэлектрическим основанием; такое крепление может быть недостаточным для корпусов с большой массой, если аппаратура подвергается заметным механическим воздействиям. В этих случаях должно предусматриваться дополнительное крепление корпуса ИМС к плате, например, с помощью клея.

Перед установкой ИМС на печатную плату выводы ИМС должны быть отформованы и подрезаны в соответствии с выбран-ным способом установки ИМС. При этом необходимо соблюдать требования технических условий на ИМС в отношении минимально допустимого расстояния от корпуса до места изгиба вывода, радиуса изгиба вывода, расстояния от корпуса до места пайки,

Формовку и подрезку выводов производят с помощью специальных приспособлений, обеспечивающих неподвижность выводов в местах их соединения с корпусом ИМС; это делается во избежание нарушения герметичности корпуса и последующего выхода ИМС из строя.

Рис. 3.1. Виды формовки выводов и установки ИМС в корпусах

401.14 (а --в) и 301ПЛ14-1 (г):

а -- без зазора; б -- с зазором; в -- с прокладкой; г -- с гибкой и планарной пайкой выводов

На рис.3.1 показаны применяемые виды формовки выводов и установки ИМС в различных корпусах. Изоляционные прокладки устанавливают под корпуса ИМС в тех случаях, когда необходимо их механическое крепление к плате. При этом под корпусом ИМС проходят металлические проводники сигнальных цепей или цепей питания. Металлические прокладки под корпусами ИМС используются в качестве радиаторов; для улучшения теплоотводящих свойств таких прокладок их поверхность может быть развита за пределами корпуса ИМС; один такой радиатор может использоваться для установки нескольких ИМС. Между металлической прокладкой-радиатором и внешним слоем печатного монтажа платы помещается изоляционная прокладка.

При объединении на одной печатной плате ИМС в корпусах с планарными и штыревыми выводами последние можно отгибать на 90° и припаивать их как планарные к контактным площадкам. Таким же образом можно припаивать круглые выводы отдельных дискретных ЭРЭ (например, конденсаторов фильтрации цепей питания). Площадь контактных площадок под такими выводами должна быть достаточно большой, чтобы контактные площадки не отслоились от диэлектрического основания платы в резуль-тате перегрева при пайке более массивного вывода. Сам элемент должен быть закреплен за корпус (клеем, специальным держателем), чтобы пайка вывода не несла на себе механической нагрузки

Основной же способ закрепления дискретных ЭРЭ с круглыми выводами на печатной плате -- пайка выводов в металлизированные отверстия. Используемые виды формовки выводов и установки дискретных ЭРЭ различной конструкции показаны на рис.3.2.

Если ячейку не используют в качестве ТЭЗ, а она является только конструктивным элементом сборочной единицы более высокого уровня, то на нее устанавливают контакты для пайки или накрутки внешних соеди-нительных проводов. Если же ячейка предназначена для использования в ка-честве ТЭЗ, то для ее внешней коммутации на плату устанавливается разъем. При установке ЭРЭ на печатные платы необходимо обеспечивать:

работоспособность ЭРЭ в условиях, соответствующих эксплуатационным требованиям к ЭВМ;

удаление ИМС и других полупроводниковых приборов от наиболее тепловыделяющих элементов;

необходимые зазоры вокруг ЭРЭ и радиаторов с большим выделением тепла для прохождения охлаждающих потоков воздуха; установку ЭРЭ на изоляционные прокладки, если под ними проходит печатный монтаж;

защиту ЭРЭ и монтажа, расположенных вблизи ручек, используемых для вставления и вынимания ячеек;

свободный доступ к любому ЭРЭ для его замены в ячейках ремонтопригодной конструкции, а также подборочным и регулировочным элементам;

возможность выполнения технологических процессов ручной или механизированной установки ЭРЭ и групповой пайки;

возможность нанесения влагозащитного покрытия без попадания на места, не подлежащие покрытию (контакты разъемов, контрольные точки);

расположение наиболее массивных ЭРЭ и элементов конструкции (радиаторов, разъемов) ближе к местам крепежа платы для ячеек ЭВМ, работающих при значительных механических нагрузках.

В ячейках различной конструкции и назначения предусматриваются: ручки или специальные отверстия и прорези в печатных платах для вынимания ячеек из ЭВМ, контрольные точки для определения правильности функционирования ячеек в составе ЭВМ или при их предварительной проверке, внешние контакты ячеек под пайку или накрутку в составе сборочных единиц более