Схема стробоскопа

Размещено на http://www.allbest.ru/

8

Содержание

Введение

1.Схема Стробоскопа

2. Аналитическая часть

2.1 Анализ электрической принципиальной схемы

2.2Анализ элементной базы

2.2.1Резистор

2.2.2Конденсатор

2.2.3Диод КД522А (1N4148)

2.2.4 Операционный усилитель К1401УД2А (LM324)

2.2.5 Таймер КР1006ВИ1 (LM555)

2.3Анализ назначения

3. Условия эксплуатации

4. Обоснование класса точности

5. Выбор основания ПП

6. Выбор компоновочной структуры ячейки

7. Выбор конфигурации и габаритных размеров печатной платы

8.Определение длины электрических связей

9.Определение количества слоёв

10. Определение толщины ПП

11. Расчёт элементов проводящего рисунка

11.1 Расчёт диаметра монтажных отверстий

11.2 Расстояние от края ПП до элементов проводящего рисунка

11.3 Расстояние от паза, выреза до элементов печатного рисунка

11.4 Расчет ширины печатных проводников

11.5 Расчет диаметра контактных площадок

11.6 Расчёт расстояния между элементами проводящего рисунка

11.7 Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух КП

11.8 Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника

11.9 Наименьшее номинально расстояние для прокладки проводников между двумя отверстиями

12. Техника безопасности

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Стробоскоп (от греч. уфсьвпт -- «кружение», «беспорядочное движение» и укпрЭщ -- «смотрю») -- прибор, производящий быстро повторяющиеся яркие световые импульсы. Первоначально был игрушкой.

Стробоскопический эффект -- зрительная иллюзия, возникающая в случаях, когда наблюдение какого-либо предмета или картины осуществляется не непрерывно, а в течение отдельных периодически следующих один за другим интервалов времени (например, при периодическом открывании и закрывании проецируемой на экран картины вращающимся диском с прорезями -- обтюратором, или при периодических вспышках света в тёмном помещении).

Стробоскопический эффект обусловлен инерцией зрения, то есть сохранением в сознании наблюдателя воспринятого зрительного образа на некоторое (малое) время после того, как вызвавшая образ картина исчезает. Если частота смены образов составляет примерно 16 Гц (или больше), тогда образы сливаются в одно непрерывное движение.

Первые стробоскопы представляли собой источник света с помещённым перед ним обтюратором: двумя непрозрачными дисками -- неподвижным и вращающимся -- с узкими прорезями. Когда прорези совмещались, исследуемый с помощью стробоскопа объект освещался. В современных стробоскопах используются газоразрядные импульсные лампы, а также импульсные лазеры.

Часто используется на вечеринках, дискотеках и рок - концертах.

Музыкальный стробоскоп -- один из вариантов светодинамической установки для дискотеки, использующий вспышки с разной частотой импульсной лампы.

Также стробоскоп -- прибор для наблюдения быстрых периодических движений, действие которого основано на стробоскопическом эффекте.

Данное нам устройство является модифицированным стробоскопом, предназначенным для получения «застывших» изображений, таких как падение капель воды, взрывов, выстрелов и т.д.

1. Схема стробоскопа со стоп кадром

Рисунок 1. Схема стробоскопа

2.Аналитическая часть

2.1 Анализ электрической принципиальной схемы

Таблица 1. Анализ электрической принципиальной схемы

Максимальная частота

Напряжение, В

Сила тока, А

Быстродействие, с

Уровни логической "1"

Уровни логического "0"

Цепь

Теплонагруженные ЭРИ

ЭРИ

Входная

Выходная

Земля

Питание

Высокочастотная

Импульсных сигналов

Критичные к нагреву

Критичные к воздействию электромагнитного поля

40

9

0,3

8

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

В схеме стробоскопа используется операционный усилитель LM329 необходимый для усиления входящего сигнала. Входной сигнал от микрофона или фотоприёмника усиливается и запускает тиристор, который в свою очередь вырабатывает синхроимпульс для запуска стробоскопа (лампы-вспышки) съёмочной камеры или фотоаппарата.

2.2Анализ элементной базы

Таблица 2. Анализ элементной базы

Наименование ЭРИ	Количество, шт.	Конструктивные параметры	Допустимые условия эксплуатации
		Масса, г	Количество выводов, шт.	Диаметр вывода, мм	Штыревые или планарные	Установочная площадь, мм2	Надежность	Диапазон температур, °С	Вибрации	Ударные перегрузки, g	Линейные ускорения, g
									Частота, Гц	Уускорение, g
Резисторы последовательные	21	0,2	2	0,2	штыревые	47,4	-	- 40…+60	10...70	-	-	2...5
Конденсатор проходной	8	0,16	2	0,20	штыревые	51,25	-	-40…+75	10...70	-	-	2...5
Диод 1N4148 (КД522)	3	0,14	2	0,50	штыревые	73,08	-	-55…+75	10...70	-	-	2...5
Светодиод	2	0,13	2	0,50	штыревые	62,1	-	-60…+85	10...70	-	-	2...5
Триод	1	0,18	3	0,55	штыревые	75	-	0…+85	10...70	-	-	2...5
ИМС LM555	1		8	0,4	штыревые	115,5	-	-55..+85	10...70	-	-	2...5
ИМС LM324 (К1401УД2А)	1		14	0,55	штыревые	151,9	-	-55..+85	10...70	-	-	2...5
Резистор последовательный переменный	2	0,21	2	0,22	штыревые	84	-	-30…+75	10...70	-	-	2...5
Конденсатор Проходной поляризованный	2	0,18	2	0,2	штыревые	73,8	-	-30…+75	10...70	-	-	2...5

2.2.1 Резистор

Резисторы с углеродным проводящим слоем предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Резисторы изготавливаются в соответствии с техническими условиями и требованиями ГОСТ 24238.

Выпускаются неизолированного и изолированного варианта, сопротивление изоляции не менее 1х10⁴ Мом



Рисунок 2. Маркировка резисторов

Условия эксплуатации

Технические данные

Таблица 3.Технические данные резисторов

*Предельное рабочее напряжение резисторов, с номинальным сопротивлением свыше 1МОм - 500В

2.2.2 Конденсатор

Керамический проходной трубчатый неизолированный конденсатор для работы в цепях постоянного и переменного тока и в импульсных режимах.

Защищенный, допускает работу в условиях повышенной влажности без дополнительной защиты.

Изготавливается в соответствии с ОЖ0.460.186. ТУ

Рисунок 3. Маркировка конденсаторов

Характеристики

Номинальная емкость и допускаемое отклонение емкости

Номинальная емкость 3,9 пФ - 4700 пФ

Номинальное напряжение 350 В

Номинальный ток 10 А

Допускаемая реактивная мощность, вар:

МП0, М47, М750, М1500 50

Н30, Н70, Н90 2,5

Интервал рабочих температур:

исполнение В:

МП0, М47, М750, М1500, Н30 -60 / +155oС

Н70, Н90 -60 / +125oС

исполнение УХЛ:

МП0, М47, М750, М1500, Н30 -60 / +125oС

Н70, Н90 -60 / +85oС

Повышенная относительная влажность:

исполнение В 98% при 35оС

исполнение УХЛ 98% при 25оС

Таблица 4: Характеристики проходных конденсаторов

2.2.3 Диод КД522А

Эпитаксиально-планарные кремневые импульсные диоды, предназначенные для работы в импульсных устройствах. Конструктивно оформлены в стеклянном корпусе с гибкими выводами

Диоды КД522 (А…Д) маркируются условными цветным кодом - одной широкой и двумя узкими цветными полосками со стороны положительного (эмиттерного) вывода:

Рисунок 4. Диод

А - синий

Б - серый

В - жёлтый

Г - белый

Д - зелёный

Основные электрические параметры

Таблица 5: Характеристики диодов

2.2.4 Операционный усилитель К1401УД2А (LM324)

Рисунок 5. Корпус К1401УД2А

Число ОУ в одном корпусе: 4 Архитектура: - Возможность работы от одного источника питания: - Минимальное напряжение питания, В: 1.5 Максимальное напряжение питания, В: 16.5 Ток питания в пересчете на усилитель, мА: 3 Входное напряжение смещения, мВ: 5 Входной ток при 25оС, мкА: 0.15 Входной ток смещения, мкА: 0.03 Температурный дрейф нуля, мкВ/оС: 30 Коэффициент усиления с разомкнутой ОС, дБ: 50000 Входное сопротивление, МОм: 0.2 Входная емкость, пФ: - Коэффициент ослабления синфазной составляющей (КОСС), дБ: 70 Граничная частота усиления в малосигнальном режиме, МГц: 1 Скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс: - Полное гармоническое искажение, дБ: - Температурный диапазон: -40...100 Корпус: 201.14-8 Производитель: Россия

2.2.5 Таймер КР1006ВИ1 (LM555)

Микросхема представляет собой таймер для формирования импульсов напряжения длительностью Т=1,1RC (R и C - внешние времязадающие элементы) от нескольких микросекунд до десятков минут.

Предназначена для применения в стабильных датчиках времени, генераторах импульсов, широтно-импульсных, частотных и фазовых модуляторах, преобразователях напряжения и сигналов, ключевых схемах, исполнительных устройствах в системах управления, контроля и автоматики. Содержит 51 интегральный элемент. Корпус типа 2101.8-1 и 4309.8-A.

Рисунок 6. Корпус и электрическая схема

Назначение выводов 1006ВИ1

1 - общий;

2 - запуск;

3 - выход;

4 - сброс;

5 - контроль делителя;

6 - срабатывание;

7 - цепь разряда;

8 - напряжение питания;

Рисунок 7. Схема включения

Электрические параметры

1	Напряжение питания	от 3 до 15 В
2	Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Iвых=5 мА при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Iвых=0,1 А	не более 9,35 В не более 2,5 В
3	Выходное напряжение высокого уровня при Uп=5 В, Uср=1,8...2,8 В, Iвых=0,1 А при Uп=15 В, Uср=5,5...8 В, Iвых=0,1 А	не менее 2,75 В не менее 12,5 В
4	Ток потребления при Uп=5 В, Uср=3,7...4,7 В, Uвх=2,3...3,3 В при Uп=15 В, Uср=11,5...14 В, Uвх=7...9,5 В	не более 6 мА не более 15 мА
5	Ток сброса при Uп=15 В	не более 1,5 мА
6	Выходной ток при Uп=15 В	не более 2 мкА
7	Ток срабатывания	250 нА
8	Время нарастания (спада)	300 нс
9	Начальная погрешность при Uп=15 В	не более 3 %
10	Нестабильность начальной погрешности от напряжения питания	не более 0,3 %/В

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания	5...15 В
Ток нагрузки	не более 100 мА
Рассеиваемая мощность (50 ° C)	не более 50 мВт
Температура окружающей среды	-45...+70 ° C
Допустимое значение статического потенциала	200 В

Примечания:

- при температуре окружающей среды от 50 ° C рассеиваемая мощность

определяется по формуле: P_p=500мВт-5мВт/ ° C(T_окр-50 ° C)

- ток сброса - это значение тока, протекающего в цепи сброса таймера в

заданном режиме

- начальная погрешность - это относительное отклонение длительности

импульса T_x, генерируемого таймера с заданными времязадающими элементами R и C, от значения длительности, определяемой из выражения: T_вых=RCln3

- нестабильность начальной погрешности от напряжения питания - отношение величины отклонения начальной погрешности таймера к изменению напряжения питания.

- максимальное напряжение сброса - максимальное значение напряжения на выводе цепи сброса, при котором на выходе ИС обеспечивается значение напряжения низкого уровня.

Рекомендации по применению

Запуск ИС происходит при условии U⁰_вх не более 1/3 от U_п, подаваемое на вывод "запуск". Для устранения нестабильности запуска таймера, вызванной пульсацией источника питания, рекомендуется параллельно с источником питания в непосредственной близости к выводам ИС включать конденсатор емкостью 1...10 мкФ. Максимальное напряжение сброса находится в пределах 0,4...1 В. В случае неиспользования вывода сброса его необходимо подключать к выводу 8. В случае неиспользования вывода "контроль делителя" его необходимо замкнуть на корпус через блокирующий конденсатор емкостью 0,01...0.1 мкФ. Минимальная длительность импульса, генерируемого таймером, состовляет 20 мкс. Не рекомендуется подавать на выводы 2,4,6,7 напряжение, превышающее напряжение питания.

Грппа ЭА

Требования к ЭА

Виброустойчивость

Удароустойчивость

Устойчивость к повышенной температуре

Устойчивость к пониженной температурой

Устойчивость к изменению температуры

Влагоустойчивость

Устойчивость к возникновению инея и росы

Устойчивость к абразивной пыли

Устойчивость к солевому туману

Минимальная рассеиваемая мощность

Минимальная стоимость

Плеснестойкость

Специальные требования

Стационарная

+

+

+

+

При транспортировке

Возимая

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Носимая

+

+

+

+

+

Бытовая

+

Морская

+

+

+

+

+

+

+

+

Самолетная

Ракетная и космическая

+

+

+

+

Высотность

2.3Анализ назначения

Таблица 6. Основные требования к ЭА по группам

Воздействующие факторы:

Температура окружающей среды: 25±10 *С.

Относительная влажность воздуха: 65±15 %.

Атмосферное давление: (8,36…10,6) * 10 ^-4 .

Состав воздуха: с химическими примесями и пылью.

Механические перегрузки: во время работы есть.

Класс Электронной аппаратуры определили исходя из ГОСТ 23752-76 и воздействующих факторов: Стационарная.

Исходя, из спецификации устройства и технического задания выберем группу электронной аппаратуры: Возимая

Условия работы возимой электронной аппаратуры:

· Работа в условиях вибрации.

· Работа в условиях ударов.

· Работа в условиях химических примесей, абразивной пыли.

· Работа в условии избыточной влажности и пониженных температур.

Основные требования к возимой электронной аппаратуре:

· Должна иметь ограниченные габариты и массу.

· Обеспечивать простоту и надёжность электрических соединений.

· Устойчивость к ударам и вибрациям.

· Устойчивость к точке инея и росы.

· Ограниченная мощность рассеивания.

3.Условия эксплуатации

Воздействующие факторы:

а) Вибрация:

частота, Гц - 10...70

ускорение, g - 1...4

б) Многократные удары:

ускорение, g - 10...15

длительность, мс - 5...10

в) Одиночные удары:

ускорение, g - 50...1000

длительность, мс - 0,5...10

г) Линейное ускорение, g - 2...5

д) Акустические шумы:

уровень, дБ - 85...125

частота, Гц - 50...1000

Влияние дестабилизирующих факторов на ПП:

I) Пыль и песок

Ускоряемые деградационные процессы в ПП:

а) Абразивный износ, в том числе контактов ПП.

б) Увеличение емкости проводников в результате увеличения диэлектрической проницаемости материалов ПП.

в) Химическое и электрохимическое разрушение ПП совместно с влагой.

Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП:

а) Герметизация.

б) Выбор материала ПП с хорошими диэлектрическими свойствами.

в) Увеличение ширины и толщины проводников и расстояния между ними.

II) Высокая относительная влажность

а) Адсорбция и сорбция паров воды материалами ПП - как следствие увеличение тангенса угла диэлектрических потерь, токов утечки поверхности, снижение поверхностного сопротивления, электрической прочности, сопротивления изоляции, а также набухание материала печатной платы, уменьшение агдезии проводников к диэлектрику;

б) Коррозия проводников и металлизированных отверстий;

в) Повреждение лакокрасочных покрытий;

Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП:

Выбор влагостойких и водостойких материалов ПП.

Применение защитных лакокрасочных покрытий.

Герметизация ячеек.

III) Вибрации

а) Механические напряжения, вызывающие деформацию и потерю механической прочности ПП;

б) Усталостные изменения ПП;

в) Нарушение электрических контактов;

Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП:

Отстройка ПП от резонанса для выхода низшего значения собственной частоты из спектра частот внешних воздействий:

а) путём выбора длинны, ширины и толщины ПП.

б) изменением суммарной массы установленных на ПП элементов

в) Выбором материала основания ПП

г) выбором способа закрепления сторон ПП в модулях более высокого уровня.

2) Повышением физической прочности и жёсткости ПП:

а) приклеивание ЭРИ к установочным поверхностям ПП

б) покрытие всей поверхности с элементами лаком

в) заливка компаундами

г) увеличение площади опорных поверхностей

д) использование материалов с высокими демпфирующими свойствами

е) демпфирующие покрытия

ж) рёбра жёсткости амортизация и другое

IV) Удары и линейное ускорение

а) Механическое напряжение ПП;

Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП:

Повышение физической жёсткости и прочности (см. Вибрации)

V) Плесневые грибы

а) Снижение поверхностного и объемного сопротивления материалов ПП, напряжение пробоя напряжение тангенса угла диэлектрических потерь.

б) Отслоение и разрушение лакокрасочных покрытий.

в) Нарушение адгезии материалов.

г) Снижение прочности стеклопластиков на 20-30 %.

д) Короткие замыкания между проводниками ПП.

е) Разрушение низкомолекулярных соединений.

Способы предотвращения влияния воздействующих факторов на этапе конструирования и производства ПП:

1) Применение «горячих» операций на начальных стадиях изготовления ПП

2) Аэрация воздуха в производственном помещении

3) Чистота рук рабочих

4) Обработка плат продуктами метаболизма снижает в 10-12 раз тангенс угла диэлектрических потерь

5) Применение материалов со специальными свойствами, которые лежат за пределами адаптивных возможностей живых организмов.

В зависимости от условий эксплуатации по ГОСТ 23752-79 определяем группу жёсткости, которая предъявляет соответствующие требования к конструкции ПП, к материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий.

Группа жесткости ПП: 2

Температура, К/С - Верхнее значение (358/85); Нижнее значение (233/-40).

Относительная влажность, % - При температуре до 308 К/35 С: 98.

Перепад температур, К/С - От 233/-40 до 358/+85.

Атмосферное давление, Па (мм рт.ст.) - 53600(400).

4.Обоснование класса точности

Гост 23715-86 Смотри таблицу 1 в приложении устанавливает пять классов точности печатных плат, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника (t), расстояние между проводниками (S), расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки (ширины контактной площадки(b)), отношение диаметра отверстия к толщине печатной платы в узком месте.

Класс точности печатной платы представляет собой набор номинальных значений размеров основных параметров элементов конструкции печатной платы для узкого места.

По точности выполнения элементов конструкции печатные платы делятся на 5 классов точности. Класс точности указывается на чертеже печатной платы.

Исходя из вышесказанного, а также исходя из условий эксплуатации, выберем класс точности:

Класс точности ПП: 2

t наименьшая номинальная длинна проводника мм = 0,45

Sнаименьшее номинальное расстояние между проводниками мм = 0,45

bминимально допустимая ширна контактной площадки. мм = 0,20

y номинальное значение диаметра наименьшего металлизированного отверстия=d/Hтолщина ПП = 0,40

?t предельное отклонение ширины печатного проводника мм( без покрытия) - +0,10; -0,10

?t мм( с покрытием) - +0,15; -0,10

T1 позиционный допуск расположения печатного проводника мм - ОПП, ДПП, МПП (наружный слой) - 0,10

T1 мм - МПП (внутренний слой) - 0,15

Узкое место печатной платы - это участок печатной платы на котором элементы печатного проводящего рисунка и расстояния между ними могут быть выполнены только с минимальными допустимыми значениями.

5.Выбор основания ПП

В качестве материала применяемого для изготовления основания печатной платы применяются слоистые диэлектрики с одной или двух сторон фольгированные медной фольгой, или не фольгированные диэлектрики.

К фольгированным и не фольгированным диэлектрикам предъявляют следующие требования.

1. Высокое поверхностное и высокое удельное объемное сопротивление

2. Высокая электрическая прочность изоляции которая определяется величиной напряжения постоянного тока при котором происходит пробой диэлектрика

3. Низкие значения диэлектрической проницаемости тангенсом угла диэлектрических потерь, которые могут возникнуть при передачи высоко частотных сигналов.

4. Стабильность электрических характеристик при повышенной влажности и температуре.

5. Высокая механическая прочность.

6. Стабильность линейных размеров по осям X, Y, Z.

7. Высокая теплоустойчивость.

8. Обрабатываемость при резке, сверлении, зачистки.

9. Устойчивость к агрессивным средам, кислотам, щелочам, растворителям.

10. Хорошая прочность сцепления фольги и основания.

11. Негорючесть.

12. Низкое водопоглощение.

13. Плоскостность.

Фольгированные диэлектрики применяют в субтрактивных методах изготовления ПП, нефольгированные - в аддитивном и полуаддитивном.

Фольгированные диэлектрики применяемые в качестве основания ПП в субтрактивных методах, являются композиционными материалами и состоят из армирующего наполнителя, синтетического связующего вещества и медной, алюминиевой или резистивной фольги. Наиболее широко в настоящее время используется гетинакс, стеклотекстолит и полиамид и др.

Гетинакс фольгированный состоит из спрессованных слоев электроизоляционной бумаги (армирующего наполнителя), пропитанных фенольной или эпоксифенольной смолой в качестве связующего вещества, облицованных с одной или двух сторон медной фольгой (например, запись ГФ - 1 или ГФ - 2 обозначает гетинакс фольгированный одно- или двухсторонний, соответственно).

Большое значение при изготовлении ПП имеет процентное соотношение между стекловолокном и смолой в диэлектрике, так как оно влияет на качество выполнения целого ряда операций, например таких как:

1. Сверление монтажных и переходных отверстий - чем больше стекловолокна (абразива), тем быстрее изнашивается сверло;

2. Подтравливание диэлектрика в отверстиях МПП - чем больше смолы тем легче подтравливать;

3. Прессование МПП так как выбор режимов прессования (давление и время его приложения) зависит от времени желатинизации смолы (определяется экспереметально для каждой партии материала);

4. Металлизация монтажных или переходных отверстий - чем больше стекловолокна, тем больше торцов стекловолокна выходит в отверстия ПП, поверхность которых достаточно сложно подготовить химическим способом перед химическим осаждением меди в отверстия и, в результате могут появится непрокрытые медью участки, что приводит к разрыву металлизации и электрических цепей.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагополлащение. Однако им присущ целый ряд недостатков: невысокая нагревостойкость по сравнению с полиимидами, что способствует загрязнению смолой торцов контактных площадок (КП) внутренних слоёв при сверлении отверстий; худшая механическая обрабатываемость; более высокая стоимость; существенное различие(примерно в 10 раз) ТКЛР меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации; различие ТКРЛ эпоксидной смолы и стекла примерно в 20 раз, что может привести к значительным внутренним напряжениям, к короблению ПП и усадке в зоне сверления отверстий.

Для изготовления ПП, способных обеспечить надёжную передачу наносекундных импульсов, необходимо применять материалы с улучшенными диэлектрическими свойствами (уменьшенным значением диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь), что непосредственно связанно с увеличением быстродействия, поскольку скорость распространения сигналов в проводниках обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости материалов, из которых изготовлено основание ПП.

При выборе материала основания ПП необходимо обратить внимание на: предполагаемые механические и химические воздействия; класс точности ПП; реализуемые электрические функции и требования к электрическим параметрам; объект на который устанавливается ЭА и условия эксплуатации; быстродействие; стоимость и пр.

В наименовании марки материала буквы означают: С - стеклотекстолит; Т - теплостойкий; Н - негорючий или нормированной горючести; Ф - фольгированный; 1 - 2 - облицованный фольгой с одной или двух сторон; цифры 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70, 100, 105, - толщину фольги в микрометрах.

Для изготовления ПП, эксплуатируемых в условиях повышенной опасности возгорания, применяют огнестойкие гетинаксы и стеклотекстолиты марок ГОВ, ГОФВ, СОНФ, СТНФ.

Фольгированные стеклотекстолиты марок СТФ, СТФТ, СТАП и СТПА - 5 обладают повышенной теплостойкостью, а СТАП и СТПА - 5 применяют для изготовления ПП с повышенной плотностью печатного монтажа по полуаддитивной технологии. В комплекте с материалами СТФ и СТАП применяют прокладочные стеклоткани (препреги) марок СТП - 4 и СТП - СТАП.

Фольгированные стеклотекстолиты марок СТНФ, СОНФ, СОНФ - у по классу горючести относятся к типу FR - 4 по стандарту V - 0 UL94. В комплекте с СОНФ - у поставляют препрег СТП - СОНФ - у.

Толщина медной фольги материалов СОНФ, СОНФ - у, СЭТ и СЭТ - Н может быть 5, 18, 35, 50, 70 и 100 мкм.

Фольгированный стеклотекстолит СФВН обладает очень высокой теплостойкостью ( рабочая температура - 280 ⁰С, температура стеклования 300 ⁰С), низким ТКЛР, стабильностью линейных размеров, высоким поверхностным и удельным объемным сопротивлениями и применяется для ПП с повышенной плотностью печатного монтажа и МПП с числом слоёв до 25.

Для печатных плат с металлизированными отверстиями применяют материалы с гальваностойкой фольгой.

Для изготовления ПП 1- и 2- группы жесткости целесообразно применять материал на основе бумаги, для 3- и 4-й - на основе стеклоткани, полиимида и лавсана.

Материалы имеющие фольгу толщиной 5мкм, позволяют изготовить ПП 4- и 5-го классов точности и выше.

Склеивающий материал марки САФ представляет собой стеклоткань, пропитанную модифицированным эпоксидным связующим с текучестью менее 5%, которую применяют для склеивания:

· разнородных материалов;

· полупакетов МПП с числом слоёв до 24;

· ГЖП

Характеристики некоторых оснований ПП приведены в приложении таблицы 3. стробоскоп электрический усилитель

Исходя из вышесказанного

По ГОСТ 10316-76, исходя из электрических и физико-химических параметров печатной платы, выбрали тип печатной платы - это односторонняя многослойная печатная плата ;

Методом изготовления является: Химический позитивный метод ;

Тип элементной базы: корпусные ИМС и ЭРЭ (традиционная элементная база).

Материал основания печатной платы: СФПН - стеклотекстолит фольгированный с повышенной нагревостойкостью.

Рис.8 Материал основания ПП

1 - медная фольга толщина от 5 до 50 мкм; 3 - металлорезист или финишное покрытие от 0,2..0,4 мкм.

6.Выбор компоновочной структуры ячейки

Конструкция, масса, габариты ЭА, а также ячейки и ПП во многом если не полностью определяются типом используемой элементной базы и способами ее монтажа.

Возможны следующие конструктивно-технологические направления монтажа ячеек ЭА:

1) монтаж ЭРЭ и корпусных ИМС (в корпусах 1, 2, 3, 4 типа на ПП) (традиционный монтаж) -- варианты 1 и 2;

2) монтаж бескорпусных ИМС, БИС/СБИС, микросборок на МПП -- варианты 4, 5, 6, 7;

3) поверхностный монтаж -- варианты 3 и 8;

4) смешанный монтаж -- варианты 9 и 10 и др.

В варианте 1 корпусированные ИМС и ЭРЭ размещают на ДПП или МПП с одной или двух сторон.

В варианте 2 корпусированные микросборки устанавливают на МПП.

Применение вышеперечисленных компоновочных вариантов с традиционными конструктивно-технологическими приемами (варианты 1 и 2) при индивидуальном корпусировании ИМС, БИС/СБИС и микросборок имеет ряд недостатков: сложность обеспечения температурного режима, рост массогабаритных показателей при увеличении степени интеграции функциональных устройств, низкий уровень ремонтопригодности устройств.

Исходя из спецификации печатной платы выбираем вариант компоновочной структуры ячейки: вариант 1 - Традиционный монтаж: ЭРЭ и корпусные ИМС в корпусах 1-4 типов, монтируют на ДПП или МПП с одной стороны в отверстия; тип сборки - 1А.



Рис.4 Тип компоновки ячейки

1 - коммутационная плата; 2 - кристалл ИМС; 3 - корпус ИМС.

7.Выбор конфигурации и габаритных размеров печатной платы

Приблизительно площадь печатной платы можно определить по следующей формуле

S? = Rs? ? Syi ,

где Syi - установочная площадь i - ого ЭРИ, Rs - коэффициент зависящий от назначения.

Установочная площадь Syi определяется произведением длинны и ширины каждого из ЭРИ взятых из справочника. Расстояние между двух корпусов соседних ЭРИ должно быть не менее 1 мм, а расстояние по торцу 1.5 мм. Зная площадь печатной платы можно определить ее размеры по ГОСТ 10317-79 Смотреть в приложении Таблица 2.

Соотношение линейных размеров сторон должно быть 1:1, 2:1, 3:1.

Для каждого типа печатных плат и классов точности указаны максимальные размеры Смотреть с приложении Таблица 3.

Толщина печатной платы определяются толщиной исходного материала и выбирается в зависимости от используемой элементной базы и действующих механических нагрузок.

Толщина с допуском - H_п величину допуска устанавливают по ГОСТ 23751-79. По конфигурации рекомендуется разрабатывать печатную плату прямоугольной формы конфигурацию отличную от прямоугольной следует применять в технически обоснованных случаях.

Так как печатная плата была разработана с вторым классом точности, то ее габаритные размеры составляют:

S_?=2(995,4+410+219,24+124,2+75+115,5+151,9+168+147,6)=4813,68 мм²

Приблизительная площадь печатной платы составила S_?=896 мм², исходя из ГОСТ 10317-79 определили ширину и длину печатной платы:

L_x=50 мм; L_y=100 мм;

8.Определение длины электрических связей

L_св=в(L_x+L_y) n_выв N_м

Где в=0,06 - коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние ширины шага проводников, эффективности трассировки, формы корпуса ИМС и монтажа поля.

L_x и L_y - габаритные размеры МПП

n_выв - количество задействованных выводов всего

N_м - количество задействованных выводов ИМС платы

n_выв.=101; N_м=18

L_св.=0,06•(0,05+0,1)•101•18=16,362 м

Длина электрических связей составила 16,362 м

9.Определение количества слоёв

n_лог =в(L_x+L_y) n_выв N_м l_n / L_xL_yЮ_тр

l_n - шаг координатной сетки, или шаг трассировки, равный l_n/k (k - любое целое число при условии, что l_n/k>t+S)

l_n=0,0005мм

n_лог.=16,362 В соответствии с расчетами длинны эл. связей в представленной формуле взят результат расчётов из предыдущей формулы.•0,0005/0,05•0,1•1=2

Число экранных слоев печатной платы:

n_э=2-1=1

Общее число слоев печатной платы:

n_сл=2•2+1=5

В данной печатной плате логических слоев 2, при этом экранных слоёв 1, а общее число слоев составило 5.

10.Определение толщины печатной платы

H_п = ?H_c + (0.9ч1.2) ? H_пр+ n_эH_э.

H_э - толщина экранного слоя.

n_э - число экранных слоев.

H_c - номинальное значение толщины слоя.

H_пр - толщина прокладки стеклоткани.

H_э=0,009мм; n_э=1; n=3; H_c=1мм; H_пр=0,1мм; m=2;

H_п=1•0,009+1•3+0,1•2=3,209мм

Предельное отклонение на суммарную толщину печатной платы

составляет ±0.5 мм.

Толщина печатной платы составила 3,209 мм с предельным отклонением ±0.5мм

11.Расчёт элементов проводящего рисунка

11.1 Расчёт диаметра монтажных отверстий

Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия определяется по формуле:

d₀>= H_пг

H_п = 3,209 мм - толщина печатной платы.

г = 0,4 - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы. Исходя из класса точности и ГОСТ 23751 - 86 .

d₀>=3,209•0,40

d₀>=1,28 мм

Округляем расчетные значения d₀ в сторону увеличения и сводим к предпочтительному ряду отверстий

d=1,3мм

Диаметр монтажных отверстий составил 1,3 мм.

11.2 Расчёт расстояние от края ПП до элементов проводящего рисунка

Расстояние от края печатной платы до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины печатной платы с учетом допусков на размеры сторон.

Q₁> H_п

Q₁>3,209мм

Q₁=3,5мм

Расстояние от края печатной платы до элементов печатного рисунка составило 3,5 мм.

11.3 Расчёт расстояние от паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка

q - Ширина ореола, скола.

k - Наименьшее расстояние от ореола, скола, до соседнего элемента проводящего рисунка.

T_D - позиционный допуск расположения центров контактных площадок.

T_d - позиционный допуск расположения осей отверстий.

t_в.о - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции, например ширины печатного проводника.

q=1,4мм; k=0,3мм; T_D1=0,25мм; T_D2=0,30мм; T_d=0,15мм; ?t_в.о.=0,15мм

Q₂=1,4+0,3+0,5(0,25²+0,15²+0,15²) ^1/2=1,864мм

Q'₂=1,7+0,3+0,5(0,30²+0,15²+0,15²) ^1/2=1,7675мм

Расстояние от паза, выреза, не металлизированного отверстия, до элементов печатного рисунка составило примерно 1,8мм ±0,05мм

11.4 Расчёт ширины печатных проводников

h₁ - толщина 1-го слоя проводника.

h₂ - толщина 2-го слоя проводника.

p₁ - удельное сопротивление 1-го слоя проводника.

p₂ - удельное сопротивление 2-го слоя проводника.

I_max=0,3A; U_доп=1,8B; l=30мм;

Исходя из конструкции печатной платы и характеристик слоев основания

Устанавливаем значения:

с_i1=1,72•10^-5 Ом•м; h_i1=0,018мм - для медной фольги;

с_i2=1,2•10^-5 Ом•м; h_i2=0,015мм - для металлорезиста;

t_minD=0,3•30•((1,72•10^-5 /0,018)+( 12•10^-5 / 0,015))/1,8=0,44мм

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника

t=t_minD + | ?t_н.о. |.

?t_н.о. - нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника.

Для данного класса точности - нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника. | t_н.о|_.=0,10мм

t=0,44+0,10=0,54мм

Ширина печатного проводника составила 0,54мм

11.5 Расчёт диаметра контактных площадок

D = (d + ?d_в.о.) + 2b + ?t_в.о + 2?d_тр. + (T²_d + T²_D + ?t²_н.о.)^1/2

?d_в.о. - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия.

b - Гарантийный поясок.

?d_тр - величина подтравливания диэлектрика в отверстии.

?t_н.о. - нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника.

d - Диаметр монтажных отверстий.

?d_в.о =0,05мм; b=0,20мм; ?d_тр=0,03мм; ?t_в.о.=0,15мм; ?t_н.о.=-0,1мм; d=1,3мм; T_D=0,25мм; T_d=0,15мм

D=(1,3+0,05)+2•0,20+0,15+2•0,03+(0,15²+0,25²+(-0,1)²) ^1/2=2,268мм

Таким образом, наименьшей номинальный диаметр контактной площадки составил 2,268мм

11.6 Расчёт расстояния между элементами проводящего рисунка

S= S_minD+?t_в.о+ T_l /2

?t_в.о. - верхнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника.

S_minD. - минимальное допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

T1 - позиционный допуск расположения печатных проводников.

T_l =0,15мм; ?t_в.о.=0,15мм; S_minD=0,45мм

S=0,45+0,15+0,15/2=0,675мм

Расстояние между элементами проводящего рисунка составило 0,675мм

11.7 Наименьшее номинальное расстояние для размещения двух КП номинального диаметра в узком месте МПП

В зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,3мм.

11.8 Наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной ширины между двумя КП в узком месте МПП

В зависимости от размеров и класса точности ПП равно 2,75мм - для внутренних слоев; для наружных - 2,75мм.

11.9 Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром

l=tn+S(n+1)+ T_l +D

t=0,45мм; n=2; S=0,675мм²; T_l=0,15мм; D=1,9мм

l=0,45•2+0,675•(2+1+0,15+1,9)=5мм

Наименьшее номинально расстояние равно 5мм.

12.Техника безопасности при изготовлении ПП

Одним из наиболее распространенных методов создания электрических цепей в радиоэлектронной, электронно-вычислительной и электротехнической аппаратуре является применение печатного монтажа, реализуемого в виде односторонних, двусторонних и многослойных печатных платах.

Объем аппаратуры на печатных платах и их производство в отечественной промышленности и за рубежом неуклонно увеличивается. Именно поэтому знание опасных и вредных факторов производства, возникающих при изготовлении печатных плат, является одним из непременных условий подготовки специалистов электронной промышленности.

К заготовительным операциям относят раскрой заготовок, разрезку материала и выполнение базовых отверстий и изготовление слоев на печатных платах.

В крупносерийном производстве разрезку материала выполняют методом штамповки в специальных штампах на эксцентриковых прессах с одновременной пробивкой базовых отверстий на технологическом поле. В серийном и мелкосерийном производстве широкое распространение получили одно- и многножевые роликовые ножницы, на которых материал разрезается сначала на полосы заданной ширины, а затем на заготовки. Разрезку основных и вспомогательных материалов (прокладочной стеклоткани, кабельной бумаги и др.) необходимых при изготовлении многослойных печатных плат в мелкосерийном и единичном производстве, осуществляют с помощью гильотинных ножниц.

Таким образом, выполнение заготовительных операций по раскрою материала сопряжено с опасностью повреждения рук работающего в случае попадания их в зону между пуансоном и матрицей, в частности верхним и нижним ножом гильотинных ножниц, при ручной подаче материала.

Наибольшую опасность представляет работа пресса в автоматическом режиме, требующая большого напряжения, внимания и осторожности работающего, так как всякое замедление движения рабочего может привести к травматизму. Во избежание попадания рук рабочего в опасную зону применяют систему двурукого включения, при котором пресс включается только после одновременного нажатия обеими руками двух пусковых кнопок.

В прессах и ножницах с ножными педалями для предотвращения случайных включений педаль ограждают или делают запорной. Часто, кроме этого, опасную зону у пресса ограждают при помощи фотоэлементов, сигнал от которых автоматически останавливает пресс, если руки рабочего оказались в опасной зоне. При ручной подаче заготовок необходимо применять специальные приспособления: пинцеты, крючки и т.д.

Радикальным решением вопроса безопасности является механизация и автоматизация подачи и удаления заготовок из штампа, в том числе с использованием средств робототехники.

Базовые отверстия получают различными методами в зависимости от класса печатных плат. На печатных платах первого класса базовые отверстия получают методом штамповки с одновременной вырубкой заготовок. Базовые отверстия на заготовках плат второго и третьего классов получают сверлением в универсальных кондукторах с последующим развертыванием. В настоящее время в серийном и крупносерийном производстве традиционное сверление базовых отверстий по кондуктору на универсальных сверлильных станках уступило место сверлению на специализированных станках (например, модель AB-2 фирмы "Schmoll", ФРГ) . Таким образом, станки в одном цикле со сверлением предусматривают установку фиксирующих штифтов, плотно входящих в просверленное отверстие и скрепляющих пакет из 2-6 заготовок. Во избежание травм при работе на сверлильных станках необходимо следить за тем, чтобы все ремни, шестерни и валы, если они размещены в корпусе станка и доступны для прикосновения, имели жесткие неподвижные ограждения. Движущиеся части и механизмы оборудования, требующие частого доступа для осмотра, ограждаются съемными или открывающимися устройствами ограждения. В станках без электрической блокировки должны быть приняты меры, исключающие возможность случайного или ошибочного их включения во время осмотра.

Во избежание захвата одежды и волос рабочего его одежда должна быть заправлена так, чтобы не было свободных концов; обшлага рукавов следует застегнуть, волосы убрать под берет.

Образующуюся при сверлении, резке материала заготовок печатных плат пыль необходимо удалять с помощью промышленных пылесосов.

Заключение

Современное производство печатных плат основано на гальванических процессах в сочетании с механической обработкой и рядом других дополнительных приемов и технологий. Сегодня существенно возрос интерес к самостоятельному конструированию самых разнообразных электронных устройств.

Раньше разработка печатных плат с их многочисленными конструкторско-технологическими параметрами всегда являлась прерогативой конструкторов, для которых выполнение проектирования печатной платы процесс знакомый. Последнее время в этой отрасли появилось очень много энтузиастов, которые своими нехитрыми изобретениями пытаются облегчить свою жизнь и жизнь рядом живущего, но для студентов, которые только осваивают основы процесса разработки, все это может показаться сложным. Поэтому результаты выполненного дипломного проекта: расчеты параметров печатной платы стробоскопа со стоп кадром могут быть использованы при ознакомлении студентов с производством печатных плат.

Список литературы

1.Пирогова Е.В. «Проектирование и технология печатных плат» Москва изд. «Форум» «Москва - Инфа-М» 2011год.

2. Ромкин ГН. «Расчет и конструирование радиоаппаратуры» Москва высшая школа 2009год.

3. Голомедов А.В. «Справочник полупроводниковые приборы» Москва - кубка. 2010год.

4. Мукосеев В.В. «Маркировка и обозначение радиоэлементов» Москва горячая линия телком 2001год.

5. Садченков Д.А. «Маркировка радиодеталей отечественных и импортных» Москва Солон-Н 2001год.

6. ru.wikipedia.org/wiki

7. www.rfcafe.com/references/electrical/

8. www.datasheet.ru

9. www.chipdip.ru

10. www.radiokot.ru

11. http://electronix.ru/forum/lofiversion/index.php/t6484-0.html

12. http://radio-konst.narod.ru/soft/bibliot_accel/bibliot_accel.html

Приложение

Таблица 1. Обоснование класса точности

Класс точности	Область применения	Оборудование	Основные материалы	Вспомогательные материалы	Тип производства
1 и 2	Для ПП с дискретными ЭРИ при малой и средней насыщенности ПП ЭРИ	Без ограничения	Без ограничения для ПП первой и второй групп жёсткости	Без ограничений	От мелкосерийного до крупносерийного
3	Для ПП с СМБ и ЭРИ имеющих штыревые и планарные выводы а также с безвыводными ЭРИ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП ЭРИ	Фото координатограф, фотоплоттер, сверлильно-фрезерный станок с ПУ, Линии химикогальванической металлизатции и травлеия модульного типа	На основе стеклоткани с гальваностойкой фольгой	Сухой плёночный фоторезист
4 (требуются ограничения габаритных размеров, специальные материалы)	Для ПП с ЭРИ и ПМК имеющих штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными компонентами при средней и высокой степени насыщенности ПП ЭРИ и ПМК	Фотоплоттеры, плоттеры	Травящиеся термостойкие диэлектрики с тонкомерной фольгой, диэлектрик с адгезивным слоем	Малоусадоная фотоплёнка с относительной усадкой неболее 0,03% СПФ	От еденичного до мелкосерийного
5	Для ПП с БИС и МСБ и имеющих штыревые и планарные выводы, ПМК при очень высокой насыщенности ПП ЭРИ иПМК	Специальное прецизионное оборудование фотоплоттеры, плоттеры Лазерное оборудование		Фоторезисты с высокой разрешающей способ ностью и толшиной не более 35 мкм фоторезисты лазерного экспонирования

Вид платы	Класс точности
	1	2	3	4
ОПП	470х470	470х470	400х400	240х240
ДПП	470х470	470х470	400х400	180х180
МПП	470х470	470х470	400х400	180х180

Таблица 2. Максимальные размеры печатных плат

Ширина мм	Длина мм	Ширина мм	Длина мм	Ширина мм	Длина мм	Ширина мм	Длина мм
20	30,40	60	60,80,90 100, 140,160	110	150,170	160	170,200
30	40	75	75,90, 170	120	120,140, 150,160, 170,180	170	200,280
40	60	80	130,140	130	200	200	360
45	75,80	90	150,170	140	150,200
50	60,80, 100,150	100	12,110	150	150,170, 180,200

Размещено на Allbest.ru