Размещено на http://www.allbest.ru/

департамент образования города москвы

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

города Москвы "Московский колледж управления, гостиничного бизнеса и информационных технологий "Царицыно"

Отделение политехническое

Дипломный проект

на тему:

"Разработка структурной схемы и технологии послеремонтной регулировки и контроля термостабилизатора паяльника на микроконтроллере".

Специальность 230113 "Компьютерные системы и комплексы"

Выполнил Студент: Романов С.С.

группа Э-412

Руководитель Золотухина Г.А.

Москва 2016 г.

Содержание

• Введение
• Глава1. Обзор направлений и методов проектирования
• 1.1 Анализ технического задания
• 1.2 Анализ известных разработок по теме дипломного проекта
• 1.3 Анализ технологий для решения поставленной задачи
• Глава 2. Выбор и обоснование структурных, функциональных и принципиальных схем
• 2.1 Состав и назначение структурной схемы
• 2.2 Состав и назначение функциональной схемы
• 2.3 Состав и назначение принципиальной схемы
• 2.4 Выбор и обоснование технических параметров элементной базы
• Глава 3 Конструкторская часть
• 3.1 Выбор материала печатной платы
• 3.2 Расчет параметров устройства
• 3.2.1 Расчёт суммарной мощности потребляемой элементами схемы
• 3.2.2 Расчёт надёжности элементов печатной платы с учётом пайки
• 3.2.3 Выбор программы для проектирования печатной платы и схемы принципиальной электрической
• 3.2.4 Моделирование принципиальной схемы с помощью виртуальной программы Multisim 12 с определением контрольных точек
• 3.3 Расчёт печатной платы
• 3.3.1 Расчёт габаритных размеров печатной платы
• 3.3.2 Расчёт параметров печатных проводников печатной платы
• 3.3.3 Расчёт диаметров контактных отверстий печатной платы
• 3.4 Проектирование печатной платы
• 3.4.1 Проектирование разводки печатной платы (Ultiboard 12 илиLayout 6.0)
• 3.4.2 Разработка сборочного чертежа печатной платы
• 3.5 Разработка алгоритма ремонта и диагностики устройства
• 3.6 Подбор испытательного и измерительного оборудования для контроля параметров в соответствии с тактико-техническими требованиями
• Глава 4. Технологическая часть
• 4.1 Анализ и расчёт технологичности конструкции
• 4.2 Основные этапы разработки технологического процесса устройства
• 4.2.1 Технологический процесс изготовления печатной платы
• 4.2.2 Описание технологии сборки и монтажа печатного узла
• 4.2.3 Разработка маршрутной карты на изготовление устройства
• 4.3 Техника безопасности и охрана труда
• 4.3.1 Техника безопасности при техническом обслуживании прибора, его ремонте и настройке
• 4.3.2 Расчёт освещённости рабочего стола при ремонте прибора
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Актуальность данного дипломного проекта заключается в том, что для пайки компонентов на печатной плате не обходится без паяльника. Это устройство играет большую роль в развитии технического прогресса. Но для лучшего нагрева деталей при работе с паяльником требуется подключение термостабилизатора. Термостабилизатор используется в промышленной сфере. Разрабатываемое устройство можно использовать для стабилизации температуры и других нагревательных элементов.

Актуальность, теоретическая и практическая значимость изучаемой проблемы обусловили выбор темы дипломного проекта.

Объект исследования - устройство термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

Предмет исследования - структура и функции термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

Целью написания дипломного проекта состоит в разработке структурной схемы и технологии послеремонтной регулировки и контроля термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Анализ технологии для решения поставленной задачи.

2. Выбор и обоснование принципиальных, структурных схем устройства термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

3. Расчёт параметров устройства.

4. Моделирование принципиальной схемы с помощью Multisim 12.

5. Алгоритм ремонта, диагностики и технического обслуживания.

6. Расчёт и проектирование печатной платы.

Решение задач исследования осуществлялось с применением следующих подходов: теоретический анализ, сравнительный анализ, моделирование и эксперимент.

Информационной базой для написания дипломного проекта стали эмпирические данные зарубежных и отечественных исследователей по рассматриваемой проблеме, периодические издания и нормативно-техническая литература.

Замысел исследования, его цель и задачи определили структуру и содержание дипломного проекта, который состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и приложений в виде функциональной схемы, принципиальной схемы, сборочного чертежа печатной платы, спецификации и маршрутной карты.

Глава1. Обзор направлений и методов проектирования

1.1 Анализ технического задания

Анализом проектирования в данном дипломном проекте является устройство термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

Устройство термостабилизатора паяльника на микроконтроллере предназначено для работы с паяльником, нагревательный элемент и встроенный терморезистор которого представляют собой единый керамический стержень.

В паяльнике нагревательный элемент имеет четыре вывода: два - от собственно нагревателя, который при температуре 21 С имеет сопротивление около 4 Ом, ещё два - от терморезистора сопротивлением около 50 Ом при той же температуре. Основной недостаток обусловлен тем, что терморезистор, расположенный в непосредственной близости от нагревателя, но далеко от жала паяльника, с некоторой задержкой реагирует на изменение температуры конца жала.

Технические параметры данного устройства:

температура стабилизации - 150…350° С;

шаг установки температуры стабилизации - 10° С;

точность поддержания температуры - 3° С;

мощность паяльника - 40 Вт;

время разогрева паяльника от 21° С до 260° С - 80 сек.

Кроме этого в данном устройстве предусмотрены следующие характеристики:

1. Данное устройство позволяет термостабилизировать паяльник без его переделки.

2. Датчиком температуры служит нагревательный элемент паяльника.

3. Регулирование температуры нагревателя происходит в результате изменения числа подаваемых на него полупериодов сетевого напряжения.

Конструктивно-технологические требования заключаются в следующем:

материалы и комплектующие изделия должны применяться по действующим стандартам и техническим условиям на них;

конструкция изделия должна обеспечивать сборку при изготовлении без создания и применения специального оборудования. Допускается применение специальных приспособлений;

показатели технологичности конструкции изделия должны соответствовать ГОСТ 14.201 - 73.

Масса модуля - не более 3 кг.

Габариты устройства - не заданы.

Требование к надёжности заключается в том, что наработка на отказ устройства должна быть 2500 часов в нормальных условиях эксплуатации.

Маркировка разрабатываемого устройства должна соответствовать требованиям ГОСТ 21552 - 84.

Тип производства: мелкосерийное.

1.2 Анализ известных разработок по теме дипломного проекта

Анализом проектирования в данном дипломном проекте является устройство термостабилизатора паяльника на микроконтроллере.

Принципиальная схема данного устройства показана на рис 1.1.

термостабилизатор паяльник микроконтроллер

Рис. 1.1 Принципиальная схема.

Главной основой данного устройства является микроконтроллер ATmega8L-8PU, который предназначен для управления работой всей схемы. Кроме микроконтроллера в данной схеме имеются также следующие элементы: Индикатор HG1, предназначенный для вывода информации; Делитель напряжения на резисторах R1-R9, предназначенный для деления напряжения; Стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, предназначенный для поддержания выходного напряжения в узких пределах; Усилитель на транзисторе VT1; Паяльник, состоящий из нагревательного элемента EK1и терморезистора RK1; Кнопки SB1 и SB2; Источник питания на разъёмах XT1, XT2; Программатор на XT5-XT8.

Устройство термостабилизатора паяльника на микроконтроллере предназначено для работы с паяльником, нагревательный элемент и встроенный терморезистор которого представляют собой единый керамический стержень.

Кроме моего устройства я добавил два аналогичных устройства:

Первый аналог - Паяльная станция на микроконтроллере.

Принципиальная схема данного устройства показана на рис 1.2.

Рис. 1.2 Принципиальная схема устройства.

Главной основой данного устройства является микроконтроллер ATmega8, который в данной схеме работает как термостат, т.е. получает данные от термопреобразователя и управляет транзистором, который в свою очередь, включает нагреватель. Кроме микроконтроллера в схеме имеются также следующие элементы: Индикатор HG1, Кнопки S1-S7, Сетевой трансформатор T1, Выпрямитель VD1-VD4, Светодиод LED1, Фильтрующие конденсаторы С1, С2.

Микроконтроллер работает как термостат: получает данные от термопреобразователя и управляет транзистором, который в свою очередь, включает нагреватель. Заданная и текущая температура паяльника отображаются на семисегментном индикаторе.

Технические характеристики данного устройства заключаются в следующем:

входное напряжение - 220 В;

в станции использован сетевой трансформатор на 18В, 40Вт;

ток выпрямителя - 2 А, обратное напряжение выпрямителя - 30 В;

сопротивление терморезистора - 50 Ом;

сопротивление нагревательного элемента - 3 Ом.

Второй аналог - Простой термостабилизатор на микроконтроллере.

Принципиальная схема данного устройства показана на рис.1.3.

Рис. 1.3 Принципиальная схема устройства.

Главной основой данного устройства является микроконтроллер AT89C2051 фирмы Atmel.

Рис. 1.4 Микроконтроллер AT89C2051.

Характеристики данного микроконтроллера:

разрядность - 8;

тактовая частота - 24 МГц;

объём ROM-памяти - 2 Кб;

объём RAM-памяти - 128 Кб;

напряжение питания - 2,7…6 В;

температурный диапазон - от - 40 до 85° С;

тип корпуса - DIP-20.

Кроме микроконтроллера в данной схеме имеются также следующие элементы: Усилители VT1, VT2; Кварцевый резонатор BZ1, Фильтрующий конденсатор С2, Переменный резистор R2, Компаратор Р1, Светодиоды VD1, VD2.

В зависимости от состояния транзистора VT2, через VT1 может протекать ток 100 мкА (когда VT2 закрыт) или 100 мА (когда VT2 открыт). на один из входов компаратора будет подан сигнал с эмиттера VT1, а на второй - опорное напряжение, соответствующее заданной температуре. для определенности сигналы будут сфазированы таким образом, чтобы при температуре перехода ниже заданной на выходе компаратора устанавливался бы нулевой уровень, а если выше - единичный. Микроконтроллер опрашивает состояние выхода компаратора с периодичностью 100 мс. Входами этого компаратора "по совместительству" являются две линии порта Р1 (Р1.0 и Р1.1), а выход соединен со входной линией порта Р3.6 Движок переменного резистора R2, включенного параллельно прецизионному источнику опорного напряжения 1.22 В, соединен с неинвертирующим входом компаратора (Р1.0), а эмиттер транзистора VT1 - с инвертирующим входом. Выход компаратора соединен с Р3.6 внутри микроконтроллера. База транзистора VT2, управляющего током через VT1, соединен через резистор R6 с выводом Р1.2 микроконтроллера.

1.3 Анализ технологий для решения поставленной задачи

Появление печатных плат (ПП) в их современном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов в качестве элементной базы электроники.

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

односторонние печатные платы;

двухсторонние печатные платы;

многослойные печатные платы.

Типовые параметры плат:

максимальные размеры заготовки - 400 мм x 330 мм;

минимальный диаметр отверстия - 0,6-0,4 мм;

минимальная ширина проводника - 0,15 мм;

минимальный зазор - 0,15 мм;

толщина фольги - 36 мкм;

толщина платы - 0,4 - 1,6 мм.

Существуют три основных варианта реализации поверхностного монтажа:

1. Чисто поверхностный монтаж на плате (односторонний или двухсторонний).

2. Смешанно - разнесенный вариант, когда традиционные (DIP) компоненты размещаются на лицевой стороне, а простые чип - компоненты - на обратной.

3. Смешанный монтаж, когда традиционные компоненты для поверхностного монтажа находятся на лицевой или обеих сторонах платы.

Глава 2. Выбор и обоснование структурных, функциональных и принципиальных схем

2.1 Состав и назначение структурной схемы

Рис.2.1 Структурная схема.

Состав структурной схемы: Вход, Индикатор, Делитель напряжения, Стабилизатор напряжения, Микроконтроллер, Усилитель, Кнопки, Паяльник, Программатор.

Назначение элементов структурной схемы:

1. Вход - предназначен для подачи напряжения.

2. Индикатор - предназначен для отображения изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта.

3. Делитель напряжения - предназначен для получения разных напряжений от одного источника питания.

4. Стабилизатор напряжения - предназначен для поддержания выходного напряжения в узких пределах.

5. Микроконтроллер - предназначен для управления работой всей схемы.

6. Усилитель - предназначен для увеличения мощности сигнала за счёт энергии источника питания.

7. Кнопки - предназначены для включения или выключения устройства.

8. Паяльник - предназначен для нагрева припоя, пайки металлов.

9. Программатор - предназначен для записи / считывания информаций в ПЗУ.

Работа структурной схемы: От Входа ток идёт в три направления: на Стабилизатор напряжения, предназначенного для поддержания выходного напряжения в узких пределах, на Индикатор, на Делитель напряжения, предназначенного для получения разных напряжений от одного источника питания. От Делителя напряжения ток идёт на Микроконтроллер. От Микроконтроллера ток идёт в четыре направления: на Индикатор, на Усилитель, предназначенного для отображения изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта, на Программатор и на Кнопки. От Стабилизатора напряжения ток идёт на Паяльник, предназначенный для пайки металлов и припоя. От Усилителя ток также идёт на Паяльник.

2.2 Состав и назначение функциональной схемы

Рис.2.2 Функциональная схема.

Состав функциональной схемы: Вход, Индикатор, Делитель напряжения, Стабилизатор напряжения, Микроконтроллер, Усилитель, Программатор, Кнопки, Функциональная часть (Нагревательный элемент EK1, Терморезистор RK1).

Назначение элементов функциональной схемы:

1. Вход - предназначен для подачи напряжения.

2. Индикатор - предназначен для отображения изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта.

3. Делитель напряжения - предназначен для получения разных напряжений от одного источника питания.

4. Стабилизатор напряжения - предназначен для поддержания выходного напряжения в узких пределах.

5. Микроконтроллер - предназначен для управления работой всей схемы.

6. Усилитель - предназначен для увеличения мощности сигнала за счёт энергии источника питания.

7. Кнопки - предназначены для включения или выключения устройства.

8. Функциональная часть:

Нагревательный элемент ЕК1 - предназначен для нагрева деталей;

Терморезистор RK1 - предназначен для изменения сопротивления при нагреве.

9. Программатор - предназначен для записи / считывания информаций в ПЗУ.

Работа функциональной схемы: С Входа ток идёт в три направления: на Стабилизатор напряжения, предназначенного для поддержания выходного напряжения в узких пределах, на Индикатор, на Делитель напряжения, предназначенного для получения разных напряжений от одного источника питания. От Делителя напряжения ток идёт на Микроконтроллер. От Микроконтроллера ток идёт в четыре направления: на Индикатор, на Усилитель, предназначенного для отображения изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта, на Программатор и на Кнопки. От Стабилизатора напряжения ток идёт на Функциональную часть, состоящую из терморезистора RK1 и нагревающего элемента ЕК1. От Усилителя ток также идёт на Функциональную часть.

2.3 Состав и назначение принципиальной схемы

Рис. 2.3 Принципиальная схема.

Состав принципиальной схемы: Вход (XT1, XT2), Индикатор (HG1), Делитель напряжения (R1-R9), Стабилизатор напряжения (DA1), Микроконтроллер (DD1), Усилитель (VT1), Кнопки (SB1, SB2), Нагревающий элемент (ЕК1), Терморезистор (RK1), Программатор (XT5-XT8), Фильтр (C1), Конденсаторы (C2, C3), Резисторы (R10 - R13).

Назначение элементов принципиальной схемы:

1. XT1, XT2 - предназначен для подачи напряжения.

2. HL1 - предназначен для отображения изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта.

3. R1-R9 - предназначен для получения разных напряжений от одного источника питания.

4. DA1 - предназначен для поддержания выходного напряжения в узких пределах.

5. DD1 - предназначен для управления работой всей схемы.

6. VT1 - предназначен для увеличения мощности сигнала за счёт энергии источника питания.

7. SB1, SB2 - предназначены для включения или выключения устройства.

8. ЕК1 - предназначен для нагрева деталей.

9. RK1 - предназначен для изменения сопротивления при нагреве.

10. XT5-XT8 - предназначен для записи / считывания информаций в ПЗУ.

11. C1 - предназначен для сглаживания пульсации напряжения.

12. C2, C3 - предназначены для накопления заряда и энергии электрического поля.

13. R10 - R13 - предназначены для перераспределения и регулирования электрической энергии между элементами схемы.

Выбор управляющего микроконтроллера был сделан в пользу ATmega8L-8PU, 10-разрядного Atmelмикроконтроллера с 1 Кбайт Flashпамятью с поддержкой внутрисистемного программирования. Данный микроконтроллер предназначен для создания управляющих сигналов, необходимых для нормальной работы микроконтроллера.

Рис.2.4 Микроконтроллер ATmega8L-8PU.

Характеристики микроконтроллера ATmega8L-8PU:

процессор - AVR;

размер ядра - 8 бит;

скорость - 8 МГц;

число вводов/выводов - 23;

размер программируемой памяти - 8 Кб;

тип программируемой памяти - Flash;

EEPROMSize - 512 x 8;

Размер памяти - 1 Кб х 8;

Рабочая температура - от - 40 до 85 С;

Корпус - 28-DIP.

Работа принципиальной схемы: напряжение 15 В поступает на стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, питающий напряжением 5 В цифровую часть устройства: микроконтроллер DD1, настроенный на работу от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц, и индикатор HG1. Делитель напряжения, образованный резистором R2 и терморезистором паяльника, формирует напряжение, которое увеличивается с ростом температуры паяльника. Оно поступает на вывод РС0 микроконтроллера, служащий входом его встроенного АЦП. На основе полученного от АЦП значения программа микроконтроллера вычисляет текущую температуру нагревателя. В зависимости от отличия текущей температуры от желаемой таймер-счётчик 2 микроконтроллера, работая в режиме ШИМ (PWM), формирует на выводе РВ1 импульсы переменной скважности. Они открывают транзистор VT1, подключающий нагревательный элемент ЕК1 к источнику питания. Чем выше скважность импульсов, тем меньший процент времени работает нагреватель и меньше средняя скорость нагрева. Информация на индикатор HG1 выводится в динамическом режиме. Вывод РС5 микроконтроллера DD1 остаётся неподключенным.

2.4 Выбор и обоснование технических параметров элементной базы

Допустимые уровни эксплуатации стандартной элементной базы для печатных плат с металлизацией переходных отверстий показаны в таблице 1.

Таблица 1.

Наименование и тип элемента	Количество, шт.	Диапазон температур,°С	Влажность, %
Резистор R1, C2-23, металлоокисный	1	-55 до +125°С	До 98% при +25°С
Резистор R2, R12, R13, C2-33, металлоокисный	3	-55 до +155°С	До 98% при +25°С
Резистор R3-R11, C1-4, металлоокисный	9	-55 до +125°С	До 98% при +25°С
Конденсатор С1, SANGJING, танталовый оксидный	1	-40 до +105°С	30%
Конденсатор С2, С3, К10-17А, танталовый оксидный	2	-40 до +105°С	30%
Микроконтроллер DD1, ATmega8L-8PU	1	-40 до +85°С	40%
Индикатор HG1, E30361-L-K-O-W	1	-20 до + 70°С	-
Стабилизатор напряжения DA1, MC78M05SCDT	1	0 до +125°C	30%
Транзистор VT1, IRF020	1	55 до +125°С	До 98% при +25°С
Кнопки SB1, SB2, FSM8JSMATR	2	-	-
Терморезистор RK1 50, NCP21WF104J03RA	1	-40 до +125°С	40%
Нагревательный элемент ЕК1 4	1	-	-

Отечественная промышленность выпускает корпуса для ТПМ с выводами в виде " крыла чайки", которые стандартизированы в ГОСТ 17467-88 как подтип 43. Размеры этих корпусов приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные размеры компонентов печатной платы.

Порядковый номер по схеме	Наименование Элемента, Корпус SMD	Длина компонента, (мм), l	Ширина компонента, (мм), d	Высота компонента, (мм), h	Параметры элементов	Объем компонента, (мм3)	Установочная площадь, (мм2)
R1	Резистор SMD0805	2,0	1,2	0,4	47 кОм	0,96	2,4
R2	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	200 Ом	2,56	5,12
R3	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R4	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R5	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R6	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R7	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R8	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R9	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	150 Ом	2,56	5,12
R10	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	100 Ом	2,56	5,12
R11	Резистор SMD0805	2,0	1,2	0,4	1кОм	0,96	2,4
R12	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	200 Ом	2,56	5,12
R13	Резистор SMD1206	3,2	1,6	0,5	200 Ом	2,56	5,12
C1	Конденсатор ЕСАР	4	-	5,4	4,7 мкФ х 16 В	-	-
C2	Конденсатор SMD0805	2	1,25	0,85	0,1 мкФ	2,125	2,5
C3	Конденсатор SMD0805	2	1,25	0,85	0,1 мкФ	2,125	2,5
VT1	Транзистор (SOT23) IRFR020	2,9	1,3	0,95	Корпус: DPAK Предельная температура: 150 С	3,58	3,77
HG1	Индикатор (SMD) E30361-L-K-O-W	22,5	14	1,27	Температура: - 20 до + 70°С	400,05	315
DD1	Микроконтрол-лер ATmega8L-8PU (SMD)	34,7	7,493	1, 20	Корпус: DIP28 Температурный диапазон - от - 40 до 85 С. Ядро: AVR. Ток: 5 мА. Напряжение: 2,7 - 5,5 В.	312,01	260
DA1	Стабилизатор напряжения MC78M05CDT (SMD)	5	7,5	1,2	Корпус TO220,Ток: 1,5 А, Напряжение: 35 В.	45	37,5
SB1-SB2	Кнопки (SMD) FSM8JSMATR	6	6	0,70	Напряжение: 24 В, рабочая температура: - 55 до +125°C	25,2	36
RK1	Терморезистор, NCP21WF104J03RA, SMD0805	1	1,25	0,4	Ток: 0,00014 А. Рабочая температура: - 40 до +125°С	0,5	1,25
ЕК1	Нагревательный элемент	-	-	-	-	-	-
Общая площадь, мм2	719,64
Общий объем, мм3	820,67

Площадь элементов, мм^{2 -} S = l*d

Объем, мм³ - V = l * d*h

В таблицу 3 заносятся тип компонента, условно-графическое обозначение (УГО), конструкция и тип корпуса, примечание, в котором приводятся дополнительные параметры компонентов.

Таблица 3.

№	Тип компонента	Условно-графическое обозначение (УГО), ГОСТ	Конструкция, тип корпуса	Примечание
1	Резистор SMD1206		1206	Мощность: 2 Вт, напряжение: 5 В, рабочая температура: - 55 …+125°C
2	Резистор SMD0805		0805	Мощность: 1Вт, напряжение: 500 В, рабочая температура: - 55 …+155°C
3	Конденсатор ЕСАР	ГОСТ 2.728-74	ЕСАР	Максимальное напряжение: 5 В, рабочая температура: - 40 до +105°С
4	Конденсатор SMD0805	ГОСТ 2.728-74	1206	Точность: 30%, рабочая температура: - 40 до +105°С
5	Микроконтроллер ATmega8L-8PU			Корпус: DIP28 Температурный диапазон - от - 40 до 85 С. Ядро: AVR. Ток: 5 мА. Напряжение: 2,7 - 5,5 В.
6	Индикатор E30361-L-K-O-W			Температура: - 20 до + 70°7С
7	Стабилизатор напряжения MC78M05CDT			Напряжение: 35 В, ток: 1,5 А, рабочая температура: 0 до +125°C.
8	Транзистор IRF020			Корпус: DPAK. Предельная температура: 150 С
9	Кнопки FSM8JSMATR			Напряжение: 24 В, рабочая температура: - 55 до +125°C
10	Терморезистор NCP21WF104J03RA			Рабочая температура: - 40 до+185°C. Ток: 0,0004 А.

В таблице 4 приведены конструктивные параметры элементной базы.

Таблица 4. Конструктивные параметры элементной базы

Наименование ЭРЭ	Кол-во, шт	Конструктивные параметры
		масса, гр	количество выводов, шт	диаметр или ширина и толщина, мм	штыревые или планарные выводы
Резистор R1, 47 кОм, С2-23	1	-	2	6,3 и 2,3	2
Резистор R2, R12, R13, 200 Ом, С2-33	3	-	2	16 и 5,5	2
Резистор R3-R9, 150 Ом, С1-4	7	-	2	17,5 и 6,5	2
Резистор R10, 100 Ом, С1-4	1	-	2	17,5 и 6,5	2
Резистор R11, 1 кОм, С1-4	1	-	2	6,3 и 2,3	2
Конденсатор С1, 4,7 мкФ х 16 В, SANGJING	1	-	2	7 и 4	2
Конденсатор С2, С3, 0,1 мкФ, К10-17А	2	-	2	6,8 и 5,6	2
Микроконтроллер DD1, ATmega8L-8PU	1	-	14	34,7 и 7,6	14
Индикатор HG1, E30361-L-K-O-W	1	-	12	22,5 и 7,2	12
Стабилизатор напряжения DA1, MC78M05CDT	1	-	4	10 и 15	4
Транзистор VT1, IRF020	1	-	3	3,04	3
Кнопки SB1, SB2, FSM8JSMATR	2	-	4	6	4
Терморезистор RK1 50	1	-	2	2 и 1,25	2
Нагревательный элемент ЕК1	1	-	2	-	2

Глава 3 Конструкторская часть

3.1 Выбор материала печатной платы

При выбор материала основания печатной платы (ПП) необходимо учесть:

Тип конструкции ПП:

1) Односторонняя печатная плата (ОПП);

2) Двусторонняя печатная плата (ДПП);

3) Многослойная печатная плата (МПП).

Класс точности;

Механические воздействия;

Климатические воздействия;

Требования к электрическим параметрам печатной платы;

Технологию изготовления ПП;

Стоимость.

Основными материалами для изготовления ПП применяются фольгированные диэлектрики. В качестве изоляционного основания применяют гетинакс, стеклотекстолит, полиамид. Основание покрывается с одной или двух сторон слоями медной фольги. Толщина медной фольги может быть от 5 до 50 мкм. Чаще применяется фольга с толщиной 35 и 50 мкм.

Для изготовления печатных плат применяют много материалов: текстолит, гетинакс, стеклотекстолит, эбонит и микалекс.

Таблица 5. Материалы для изготовления печатных плат.

Материал	Марка	Толщина
Гетинакс фольгированный	ГФ-1-35	1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Гетинакс фольгированный с гальваностойкой фольгой	ГФ-2-35Г ГФ-2-50Г	1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1-35 СФ-1-50 СФ-2-35 СФ-2-50	0,5; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный с гальваностойкой фольгой	СТФ-1-35 СТФ-1-18 СТФ-2-35 СТФ-2-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный с гальваностойкой фольгой	СТНФ-1-35 СТНФ-1-18 СТНФ-2-35 СТНФ-2-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный общего назначения нормированной горючести модифицированный	СОНФМ-1-35 СОНФМ-1-50 СОНФМ-2-35 СОНФМ-2-50	0,5; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный теплостойкий	СТФТ-1-35 СТФТ-1-50 СТФТ-2-35 СТФТ-2-50	0,5; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Диэлектрик фольгированный общего назначения с гальваностойкой фольгой	ДФО-1-35 ДФО-2-35	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Диэлектрик фольгированный самозатухающий с гальваностойкой фольгой	ДФС-1-20 ДФС-2-20	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Фольгированный армированный фторопласт	ФАФ - 4Д	0,08; 0,1; 0,13; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0
Стеклотекстолит фольгированный с алюминием	СФА-2-35	0,5; 1,0; 1,5: 2,0; 2,5; 3,0

Рассмотрим несколько материалов:

Гетинакс - слоистый материал, изготовляемый методом горячего прессования из специальной бумаги, пропитанной фенольдегидной или крезолоальдегидной смолой. Обладает высокими электроизоляционными свойствами. Хорошо поддаётся механической обработке.

Стеклотекстолит - для его изготовления применяют стеклянные ткани, пропитанные специальными смолами. Отличается высокой теплостойкостью (до 180°С), а также высокими электроизоляционными и механическими свойствами, хорошо обрабатывается.

Текстолит - прессованный слоистый материал, изготовляемый из хлопчатобумажной ткани или стеклолакоткани, пропитанной фенольдегидной или крезолоальдегидной смолами. Он теплостоек, обладает высокими механическими свойствами, хорошо обрабатывается и шлифуется, устойчив против истирания.

Исходя из требования - надёжности выберем стеклотекстолит, как наиболее прочный материал. Стеклотекстолит бывает однослойным и двухслойным. Разрабатываемую схему трудно развести в одном слое.

Поэтому и применяется двусторонняя печатная плата. Кроме того, при разводке в одном слое увеличатся размеры ПП, придётся использовать перемычки, а всё это снижает прочность и надёжность ПП. Следовательно, схему будем разводить в двух слоях и, исходя из этого, выбираем двусторонний фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35, толщиной 2 мм и с толщиной фольги 35 мкм. Толщина выбранной марки стеклотекстолита удовлетворяет нагрузкам характерным для разрабатываемого модуля, в заданных условиях эксплуатации.

3.2 Расчет параметров устройства

3.2.1 Расчёт суммарной мощности потребляемой элементами схемы

Для расчёта потребляемой мощности выбираются исходные данные из справочной литературы.

Расчет потребляемой мощности выполняется по формуле:

, (1)

где - ток потребления, А - напряжение источника питания, В

Таблица 6. Значение потребляемой мощности ИМС и их количество.

Обозначение в схеме	Наименование ИМС	Кол-во ИМС	, А	, В	одной ИМС, Вт
Резистор R1	47 кОм	1	0,001	250	0,25
Резистор R2, R12, R13	200 Ом	3	0,004	500	2
Резистор R3-R9	150 Ом	7	0,004	500	2
Резистор R10	100 Ом	1	0,004	500	2
Резистор R11	1 кОм	1	0,001	250	0,25
Конденсатор С1	4,7 мкФ х 16 В	1	0,003	16	0,048
Конденсатор С2, С3	0,1 мкФ	2	0,001	50	0,05
Микроконтроллер DD1	ATmega8L-8PU	1	0,0036	5,5	0,0198
Индикатор HG1	Е30361-L-K-O-W	1	0,001	5	0,005
Стабилизатор напряжения DA1	MC78M05CDT	1	0,0015	5	0,0075
Транзистор VT1	IRF020	1	1,2	20	24
Кнопки SB1, SB2	FSM8JSMATR	2	0,1	16	1,6
Терморезистор RK1 50	NCP21WF104J03RA	1	0,0004	250	0,1
Нагревательный элемент EK1	-	1	-	-	-
Итого: 49,98 Вт

Потребляемая суммарная мощность устройства термостабилизатора паяльника на микроконтроллере составляет 49,98 Вт.

3.2.2 Расчёт надёжности элементов печатной платы с учётом пайки

Надежность элементов схемы - есть свойство устройства выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в допустимых пределах, соответствующих принятым режимом и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Интенсивность отказов устройства есть сумма интенсивности отказов всех входящих в него элементов.

= , (2)

где - интенсивность отказа элемента i-ого типа

- количество элементов с интенсивностью отказа

Вероятность безотказной работы устройства - есть вероятность того, что безотказно будут работать все элементы входящие в это устройство.

, (3)

где - основание натурального логарифма

- суммарная интенсивность отказов всех элементов схемы

t - время наработки на отказ

T - средняя наработка на отказ

Т = , (4) часов

- коэффициент электрической нагрузки

- коэффициент температурного режима

Контролируемые параметры и формулы вычисления коэффициентов нагрузки для основных электрорадиоизделий (ЭРИ) приведены таблице 7.

Таблица 7. Коэффициенты нагрузки компонентов,

Компоненты	Контролируемые параметры	Коэффициент	Рекомендуемые значения в
			нагрузкиКн	режимах
				импульсный	статистическ
							ий
Микросхемы	Входной	ток		n
	микросхем,	на		?Iвхi	-	-
	включенных			i=1
	выходе, Iвxi			Iвыхmax
	Максимальный
	выходной ток Iвыхmax
	Число нагруженных
	входов n
Транзисторы	Мощность,		Рк / Ркдоп	0,5	0,2
	рассеиваемая на
	коллекторе, Рк
Полупроводниковые	Обратное		Uo/ Uодoп	0,5	0,2
диоды	напряжение Uo
Конденсаторы	Напряжение	на		U/Uдоп	0,7	0,5
	обкладках U
Резисторы	Рассеиваемая			Р / Рдоп	0,6	0,5
	мощность Р
Трансформаторы	Ток нагрузки Iн			Iн /Iндоп	0,9	0,7
Электрические	Ток Iк			Iк/ Iкдоп	0,8	0,5
соединители

Таблица 8. Интенсивность отказов элементов.

Наименование и тип элемента
Микросхемы: (DD1) ATmega8L-8PU (DA1) MC78M05CDT (HG1) E30361-L-K-O-W	0,013 0,4 0,4	1 1 2	1 1 1	1 1 1	0,013 0,4 0,8
Резисторы R1-R13	0,5	13	0,6	1	3,9
Конденсаторы С1 - С3	0,55	3	0,7	1	1,155
Транзистор VT1	0,5	1	1	1	0,5
Кнопки SB1-SB2	0,4	2	1	1	0,8
Терморезистор RK1 50	0,03	1	0,6	1	0,018
Нагревающий элемент ЕК1 4	0,01	1	1	1	0,01
Пайки печатного монтажа	0,01	24	1	1	0,24
Итого: = 7,836 х

P (t) = 2,7 ^ - 7,836 х 10^-6 х 10000 = 0,84

T = 10^6/7,836 = 127616 (ч).

Расчетные значения вероятности отказа Q (t):

=0.01

3.2.3 Выбор программы для проектирования печатной платы и схемы принципиальной электрической

1. SPlan7.0 - простой и удобный инструмент для черчения электронных и электрических схем. Эта программа создает качественные файлы для печати, которые могут быть предварительно просмотрены, имеется изменение масштаба и расположения схемы на листе. Хорошо организованные и богатые библиотеки содержат множество элементов, которые легко редактировать.

2. Multisim 12 - популярный программный пакет, позволяющий моделировать электронные схемы и разводить печатные платы. Главная особенность Multisim 12 - простой наглядный интерфейс, мощные средства графического анализа результатов моделирования, наличие виртуальных измерительных приборов, копирующих реальные аналоги.

3. UltiBoard 12 - популярный программный комплекс для разработки и подготовки к производству печатных плат. Программа UltiВoard 12 позволяет определять число слоев печатной платы, выбирать их толщину и назначение (основные, конструктивные, информационные и механические).

4. ElectronicWorkBench - программа, позволяющая моделировать электронные схемы и определять контрольные точки. В этой программе имеется библиотека, содержащие несколько элементов.

5. SprintLayout6.0 - простой и удобный редактор для разводки и компоновки одно - и двухсторонних печатных плат. Программное обеспечение поставляется со всеми функциями, необходимыми для полного управления проектом.

Для проектирования электрической принципиальной схемы я выбираю программу SPlan 7.0, так как эта программа более удобная для проектирования схем и имеющая богатую библиотеку элементов.

Для проектирования печатной платы я выбираю две программы: Sprint Layout 6.0 и SPlan 7.0, так как SPlan 7.0 для меня удобная программа для создания сборочного чертежа платы, Sprint Layout 6.0 удобен для проектирования разводки печатной платы. Эти программы имеют большое количество электронных компонентов.

3.2.4 Моделирование принципиальной схемы с помощью виртуальной программы Multisim 12 с определением контрольных точек

В данной программе я создаю новый документ и начинаю проектировать мою принципиальную схему. Так как в программе Multisim 12 имеется большая библиотека элементов, в моей схеме имеются некоторые элементы, которые нет в библиотеке программы, например: микроконтроллер ATmega8L-8PU, нагревательный элемент, терморезистор, индикатор E30361-L-K-O-W и т.д. В данном случае для проектирования принципиальной схемы я взял схему термостабилизатора для паяльника. В этой схеме имеются следующие компоненты: операционные усилители U1A, U2A, резисторы R1-R10, конденсаторы С1-С2, стабилитрон D1, D3, диод D2, светодиод LED1, симисторVS1, термостабилизаторV1. Принципиальная схема термостабилизатора для паяльника, построенная в Multisim 12 показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2 Принципиальная схема устройства.

После того, как я собрал принципиальную схему, я установил шесть контрольных точек.

Принципиальная схема с контрольными точками показана на рис. 3.3.

В данной схеме в программе Multisim 12 я установил контрольные точки. Контрольные точки измеряются с помощью вольтметра. К этим точкам я подсоединил вольтметр. Я установил шесть контрольных точек. Дальше я, после того, как подсоединил шесть вольтметров на шесть контрольных точек, включил схему и проверил, правильно ли я установил контрольные точки. Первую контрольную точку установил на U2A. Вторую точку - на U1A, Третью точку - на D1. Четвёртую контрольную точку установил на С1. Пятую контрольную точку установил на С2и шестую точку - на VS1. На вольтметрах были показаны показания контрольных точек. Показания этих контрольных точек я записал в таблицу 9.

Таблица 9. Контрольные точки.

Контрольная точка	Напряжение	Название контрольной точки
Контрольная точка 1	8,251 В	Операционный усилитель 1
Контрольная точка 2	6,331 В	Операционный усилитель 2
Контрольная точка 3	6,470 В	Стабилитрон
Контрольная точка 4	0,676 В	Фильтр 1
Контрольная точка 5	8,251 В	Фильтр 2
Контрольная точка 6	8,567 В	Симистор

3.3 Расчёт печатной платы

3.3.1 Расчёт габаритных размеров печатной платы

Основными критериями при выборе класса точности ПП являются: конструкторская сложность - степень насыщенности поверхности ПП электронных компонентов при традиционной элементной базе или число выводов при поверхностном монтаже (SMD) и шаг их расположения; элементная база (дискретные электронные компоненты, интегральные микросхемы, компоненты для поверхностного монтажа, бескорпусные компоненты); конструкторская сложность - степень насыщенности поверхности ПП электронных компонентов при традиционной элементной базе или число выводов при поверхностном монтаже (SMD) и шаг их расположения; тип, число и шаг выводов электронных компонентов (штыревые, планарные, безвыводные, матричные и пр.); быстродействие; надежность; массогабаритные характеристики; стоимость; условия эксплуатации; максимальные ток и напряжение; уровень технологического оснащения конкретного производства.

Таблица 10. Класс точности печатных плат.

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0, 20	0,10	0,05	0,025
г *	0,40	0,40	0,33	0,25	0, 20

Выбрав материал печатной платы, определяем ширину печатного проводника по формуле:

где I - ток, А, протекающий по проводнику;

h - толщина фольги, мм;

j - плотность тока, А/мм².

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности.

Таблица 11. Минимальное расстояние между печатными проводниками.

Расстояние между элементами проводящего рисунка	Значение рабочего напряжения, В
	ГФ	СФ
От 0,1 до 0,2 мм	-	25
Св.0,2 '' 0,3 ''	30	50
'' 0,3 '' 0,4 ''	100	150
'' 0,4 '' 0,7 ''	150	300
'' 0,7 '' 1,2 ''	300	400
'' 1,2 '' 2,0 ''	400	600

Зная t и S, из конструктивных соображений выбирается класс точности печатной платы.

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле:

где с - удельное сопротивление меди, Ом·мм²/м;

l - длина проводника, м.

Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь. Площадь можно определить по формуле:

где F_ЭРЭ - площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

F_ТО - площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями;

F_СВ - площадь, которую не должны занимать электрорадиоэлементы по конструктивным соображениям;

К_З - коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в пределах 0,3-0,8.

Площадь, занимаемая ЭРЭ, определяется по установочным размерам электрорадиоэлементов.

Площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями определяется по формуле:

где d_ТО - диаметр технологических и/или крепежных отверстий; n - количество отверстий. Посчитав площадь печатной платы, необходимо выбрать размеры платы согласно ГОСТ 10 317-79.

Определяется реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле:

где и - выбранные размеры печатной платы.

Зона размещения электрорадиоэлементов (ЭРЭ) является основной и определяется по формуле:

где K_S - коэффициент заполнения ПП ЭРЭ, определяемый в зависимости от класса РЭА и объекта установки в пределах 0,4.0,85 в зависимости от назначения, условий эксплуатации и метода сборки проектируемого устройства; Sⁱ_уст - установочная площадь компонентов. Максимальную длина проводника можно определить как сумму двух разных сторон ПП:

L_max= a + b,

где a и b - длины сторон ПП.

Полученное значение L_max сравнивают с длиной волны л самой высокочастотной составляющей спектра сигналов, передаваемых в пределах платы.

Площадь элементов устанавливаемых на данную печатную плату для рассчитывается по формуле:

S_общ = S_DD + S_DА + S_VD + S_C+S_R +S_К +Sоэ'

где S_DD, S_DА - площади необходимые для установки микросхем;

S_VD - площади необходимые для установки активных элементов (диодов, транзисторов, стабилитронов и т.п.);

S_C,S_R - площади необходимые для установки пассивных элементов (конденсаторы, резисторы);

S_К - площадь необходимая для установки кварцевого генератора

Sоэ' - площадь необходимое для установки остальных элементов входящих в печатную плату.

Общая площадь занимаемая компонентами на печатной плате составляет 2221,426 мм².

Государственный стандарт ограничивает длину стороны печатных плат размером 470 мм. Обычно размер печатной платы не превышает 240х360 мм. При разработке преимущество отдается малогабаритным платам, так как с увеличением габаритов снижается механическая прочность и возрастает сложность изготовления. Размеры сторон печатных плат должны быть кратны 2,5 при длине до 100 мм, 5,0 при длине до 350 мм и 10 при длине, превышающей 350 мм.

Шаг сетки: СТ СЭВ 3982-83 5,0 мм.

Размеры каждой стороны ПП: а= 100 мм; b= 50 мм.

Вывод: Таким образом размеры ПП составляет по ГОСТ Р 53429-2009 а=100 мм; b= 50 мм.

При расчете площади печатной платы для бытовой РЭА по ГОСТ Р 53429 - 2009 принято учитывать коэффициент заполнения площади ПП, k_з= 0,6.

Площадь печатной платы с учетом коэффициент заполнения площадиk_з= 0,6 составит:

Sпп= 2221,426 /0,4 = 5553,565

Зная площадь ПП, максимально допустимую длину проводника, задаваясь соотношением сторон ПП, выбирают ее линейные размеры, руководствуясь ГОСТ 10317-79.

Таблица 12. Линейные размеры печатной платы

Ширина,	Длина,	Ширина,	Длина,	Ширина,	Длина,	Ширина,	Длина,
мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм	мм
20	30		90	100	120	140	150
	40	60	100		130		200
30	40		140	110	150		150
			160		170	150	170
40	60	75	75		120		180
45	75		90		140		200
	80		170	120	150	160	170
	60	80	130		160		200
	80		140		170		180
50
	100		90		180	170	200
	150	90	120		288		280
60	60		150	130	200	200	360
	80		170

3.3.2 Расчёт параметров печатных проводников печатной платы

Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований. Для проводников, формирующих сигнальные цепи, главным являются требования по тепловыделениям. Необходимо, чтобы перегрев проводника относительно окружающей среды за счет выделяющегося в нем джоулевого тепла не превысил допустимого уровня.

При расчетах ширины печатного проводника сечение проводника принимается прямоугольным, факт искажения сечения за счет подтравливания во внимание не принимается.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по формуле:

где t_minD - минимально допустимая ширина проводника;

t_но - нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника.

Величину t_minD определяют по формуле:

где I_mах - действующее значение максимального тока, протекающего в проводниках (определяют из анализа электрической принципиальной схемы);

j_доп - допустимая плотность тока;

h - толщина печатного проводника.

Значение допустимой плотности тока выбирается:

для медной фольги - (100…250) ·10⁶ А/м² (100…250 А/мм²);

для гальванической меди - (60…100) ·10⁶ А/м² (60…100 А/мм²).

Минимально допустимую ширину проводника с учетом допустимого падения напряжения на нем U_доп, если конструкция проводника состоит из одного слоя меди, определяют следующим образом:

где с - удельное сопротивление слоя меди;

l - максимально допустимая длина проводника.

Таблица 13. Предельные отклонения диаметров монтажных и переходных отверстий.

Диаметр	Наличие	Предельные отклонения диаметра?dно,	?dво, мм
отверстия, мм	металлизации
				по классам точности
		1	2	3	4	5
До 1,0	Без металлизации	±0,10	±0,10	±0,05	±0,05	±0,0025
	С металлизацией	+0,05	+0,05
включительно
	без оплавления	-0,15	-0,15	0; - 0,10	0; - 0,10	0;-0,075
	С металлизацией	+0,05	+0,05
	с оплавлением	-0,18	-0,12	0; - 0,13	0; - 0,13	0; - 0,13
Свыше 1,0	Без металлизации	±0,15	±0,15	±0,10	±0,10	±0,10
	С металлизацией	+0,10	+0,10	+0,05	+0,05	+0,05
	без оплавления	-0, 20	-0, 20	-0,15	-0,15	-0,15
	С металлизацией	+0,10	+0,10	+0,05	+0,05	+0,03
	с оплавлением	-0,23	-0,23	-0,18	-0,18	-0,18

Таблица 14. Удельное объемное сопротивление различных металлов.

Металл	Удельное объемное сопротивление, Ч10-8, Ом·м
Медная фольга	1,72
Гальваническая медь	1,90
Химическая медь	2,80
Олово	12,00
Серебро	1,59
Золото	2,22
Никель	7,80
Палладий	10,80

3.3.3 Расчёт диаметров контактных отверстий печатной платы

Номинальный диаметр d монтажных металлизированных и неметаллизированных отверстий устанавливают из следующего соотношения:

где d_но - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия; d_э-максимальное значение диаметра вывода электронного компонента, устанавливаемого на ПП; r - разность (гарантированный зазор) между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого электронного компонента.

Расчетное значение d следует округлить в сторону увеличения до целых десятых долей миллиметра из ряда предпочтительных диаметров отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Толщину печатной платы определяют из соотношения:

H = d/ г

где H - толщина ПП; d - номинальное значение диаметра сквозного отверстия к толщине печатной платы; г - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы.

Отношение гзависит от класса точности.

Для 1 и 2го - 0.4. Для 3 го - 0.33. Для 4 го - 0.25. Для 3 го - 0.20.

3.4 Проектирование печатной платы

3.4.1 Проектирование разводки печатной платы (Ultiboard 12 илиLayout 6.0)

При создании печатных плат для электронных узлов РЭА обычно используется координатный способ разводки печатных проводников, предусматривающий ортогональные направления проводников на разных сторонах (смежных слоях) платы.

Рис. 3.4 Расположение компоновочных зон печатной платы

Рис. 3.5 Топология некоторых вариантов соединений проводников.

Рис. 3.6 Способы формирования контактных площадок.

3.4.2 Разработка сборочного чертежа печатной платы

Печатный узел - сборочная единица. Сборочный чертеж на печатный узел должен выполняться в соответствии с ГОСТ.

Сборочный чертеж печатного узла (ячейки) выполняется в масштабе 1: 1, 2: 1, 2.5: 1 или 4: 1.

Рис. 3.7 Сборочный чертеж печатной платы.

3.5 Разработка алгоритма ремонта и диагностики устройства

Алгоритм - это сформулированное на некотором языке правило, указывающее на действия, последовательное выполнение которых приводит от исходных данных к искомому результату.

На практике наиболее распространенными являются следующие формы записи алгоритмов:

1) графическая запись (блок-схемы);

2) словесная запись (псевдокоды);

3) язык программирования.

В дипломном проекте необходимо использовать блок-схемы алгоритмов.

Рис. 3.8 Функциональные элементы блок-схемы.

В моём алгоритме показаны проверка напряжения на шести контрольных точках.

Алгоритм ремонта и диагностики моего устройства показан на рис. 3.9.

Рис. 3.9 Алгоритм ремонта и диагностики моего устройства.

3.6 Подбор испытательного и измерительного оборудования для контроля параметров в соответствии с тактико-техническими требованиями

1. Осциллограф С1-112.

Осциллограф универсальный С1 - 112 предназначен для исследования формы электрических сигналов путём визуального наблюдения и измерения их амплитудных и временных параметров в цеховых, лабораторных и полевых условиях эксплуатации.

Осциллограф С1-65А может эксплуатироваться в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха от 243 К до 323 К (от минус 30 до плюс 50°С);

- относительная влажность окружающего воздуха до 98 % при температуре до 313 К (40°С);

- атмосферное давление (100 + 4) кПа (750 + 30 мм рт. ст.).

Осциллограф удовлетворяет требованиям ГОСТ 22261-76 и 9810 - 69.

По точности воспроизведения формы сигнала, точности измерения временных интервалов и амплитуд осциллограф С1 - 65А относится к II классу гост 9810 - 69.

Технические характеристики осциллографа:

полоса пропускания: 0 - 40 МГц;

количество лучей (каналов) ЭЛТ: Однолучевой;

диапазон измеряемых напряжений: 15 мВ - 60 В;

диапазон измеряемых интервалов времени: 0,05 мкс - 0,5 сек;

погрешность измерения амплитуды сигнала: не более 5 %;

погрешность измерения интервалов времени: не более 5 %;

напряжение питающей сети: 220 В 50 Гц, 115 В 400 Гц;

потребляемая мощность: 125 ВА;

диапазон рабочих температур: - 30 + 50.

2. Вольтметр В7-27.

В2-27 вольтметр постоянного тока цифровой дифференциальный предназначен для измерения напряжения и приращений (нестабильности) напряжения постоянного тока. Вольтметры В2-27 используются при высокочувствительных и высокоточных измерениях напряжения и его отклонений от начального уровня в жестких климатических условиях. Прибор пригоден для работы в автоматических системах контроля, в том числе в системах порогового контроля.

Технические характеристики В2-27:

Диапазон измеряемых напряжений - от 0 до 1000 В.

Пределы измерения - 1 В; 10 В; 100 В; 1000 В.

Разрешающая способность - 5·10-6·Uк.

Основная погрешность измерения напряжения:

на поддиапазонах 1 В; 10 В; 100 В; 1000 В - ± (2·10-4·U+10-4·Uк);

на поддиапазоне 1000 В - ± (2·10-4·U+2·10-4·Uк).

Входное сопротивление В2-27 в поддиапазонах:

1 В - 10 МОм;

10 В - 0,1 МОм;

100 В - 1 МОм;

1000 В - 10 МОм.

Время установления показаний - от 2 с до 10 с.

Количество измерений за секунду - 50.

Потребляемая мощность - 150 В·А.

Питание от сети переменного тока: напряжением 220±22 В; частотой - 50±0,5 Гц.

Вывод: Вывод: данные приборы были выбраны в соответствии с простотой использования, ценой и функциональностью.

Глава 4. Технологическая часть

4.1 Анализ и расчёт технологичности конструкции

Комплексная оценка технологичности конструкции основана на определении численных значений конструкторских и технологических показателей, характеризующих возможность производства изделий с применением средств механизации и автоматизации.