4 Описание элементной базы

Описания элементов взяты из оригинальных datasheet-ов с сайта http://www.platan.ru

Микросхема интегральная Atmega8 выпускается в корпусах DIP и SOIC, в моём блоке будет использоваться 28-контактный DIP корпус.

Рабочие напряжения

2,7 - 5,5 В (ATmega8L)

4,5 - 5,5 В (ATmega8)

Рабочая частота

0 - 8 МГц (ATmega8L)

0 - 16 МГц (ATmega8)

Активный ток

3,5 mA (ATmega8)

Резисторы постоянные углеродные С1-4 (R1...R14 0.125Bт, R15 0.25 Вт)

Кварцевый резонатор HC-49SM/HC-49S

Оптосемистор МОС3043

Семистор ВТА140

Кнопки TSS

Конденсаторы К10-17

Индикатор четырёхразрядный FYQ-2541

Разъёмы штырьковые PLS2-20

Количество контактов	A	B
1	2.00	0
2	4.00	2.00
3	6.00	4.00
4	8.00	6.00
5	10.00	8.00
6	12.00	10.00
7	14.00	12.00
8	16.00	14.00
9	18.00	16.00
10	20.00	18.00

Материал Контакты: медь Варианты покрытия контактов: золото/олово/золото выборочно Изолятор: нейлон-6Т,усиленный стекловолокном UL-94V-0 Электрические характеристики Предельный ток: 2А Предельное напряжение: 500В в теч 1 мин Сопротивление изолятора: не менее 1000Мом Сопротивление контакта: не более :0,02 Ом Эксплуатационные характеристики Допустимые температуры: от -40 С + 105 С

Светодиод L-1344

Цвет свечения: красный Тип светодиода: одноцветные Минимальная сила света Iv мин.,мКд: - Максимальная сила света Iv макс.,мКд: 5 Длина волны,нм: 640 Видимый телесный угол,град: 60 при токе Iпр.,мА: - Тип монтажа: в отверстие Форма линзы: круглая Материал: - Цвет линзы: цветная матовая Габаритные размеры ,мм: d3 Максимальное прямое напряжение ,В: - Максимальное обратное напряжение ,В: 5 Максимальный импульсный прямой ток,мА: - Рабочая температура ,С: -40...85 Особенности: - Производитель: KNBR

Примечание:

Датчик DS18B20 и нагревательный элемент не присутствуют на печатной плате и не будут рассматриваться, для их подключения служат разьёмы.

5 Расчётная часть

5.1 Расчёт конструктивных параметров

5.1.1 Выбор типоразмера печатной платы:

Расчет площади элементов производится с учётом минимального расстояния между элементами ( +1мм к ширине элемента), длинна некоторых элементов взята с учётом шага координатной сетки печатной платы (2,54 мм), все данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1 (типоразмер печатной платы)

, (1)

где:

S_s - площадь ПП

S_yi - установочная площадь i-го ЭРИ;

k_sΣ - коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры (k_sΣ = 1-3);

На основании таблицы 1.3 [1 стр. 29] выбираем длинны сторон B= 75, A= 90.

5.1.2 Расчет диаметра монтажных отверстий

Для автоматизации выполнения данного расчета была создана электронная таблица Microsoft Exel, формулы и справочные материалы взяты из [1 стр. 108-109],

данные сведены в таблицу 2

Рис.1 (расчет диаметра монтажных отверстий)

Таблица 2 (диаметр монтажных отвертий)

5.1.3 Расчёт диаметра контактных площадок

Формула для расчёта взята из [1 стр. 114] , для упрощения расчёта были разработаны электронные таблицы Microsoft Exel.

Рис. 2 (диаметр контактных площадок)

5.1.4 Расчет расстояния Q2 от края паза, выреза до элементов проводящего рисунка

Расчётная формула приведена в [1 стр. 110].

= 0,6 (2)

где:

q= 0,35 ширина ореола, скола в зависимости от толщины материала основания и класса точности ПП [1 таблица 3.18 стр 110].

k= 0,15 наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка ( не менее 0,3 мм для 1-2 го класса точности, 0,15 для 3-4 го класса точности и 0,1 мм для 5 го класса точности)

TD = 0,15 позиционный допуск расположения центров контактных площадок [1 таблица 3.19 стр. 111].

Td = 0,08 позиционный допуск расположения осей отверстий в зависимости от размеров и класса точности ПП [1 таблица 3.20 стр. 111].

tв.о. = 0,05 верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции [1 таблица 1.1 стр. 26].

5.1.5 Расчёт ширины печатных проводников:

Ширина печатного проводника зависит от электрических, конструктивных и технологических требований.

Н аименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по следующей формуле [1 стр. 111]:

(3)

где:

t_minD - минимально допустимая ширина проводника;

Δt_н.о. - нижнее предельное отклонение размеров отклонения размеров ширины печатного проводника.

Рис. 3 (фрагмент эл. таблицы)

Минимальная ширина проводника по току равна 0,07 мм, но для повышения надёжности целесообразно выбрать ширину 0,25 мм (минимальная ширина для 3-го класса точности).

5.2 Расчёт вибропрочности

Под вибрацией понимают механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением. Проводя проработку компоновки ячейки ЭА, конструктор должен обеспечить вибропрочность, виброустойчивость и отсутствие резонанса ЭРИ в рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Целью расчета является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибраций, а также максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

В нашем случае диапазон вибраций будет взят из условий ТЗ Гц, виброускорение

Формулы используемые при расчётах взяты из [1 стр 512-516].

Определим частоту собственных колебаний:

668 Гц

(4)

где:

α = 90 мм - длина пластины

b = 75 мм- ширина пластины

D = 8, 926 - цилиндрическая жесткость

Ка=30,7- коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины

М = 0,049256 кг – масса пп с эри

К_а = 30,7 коэффициент зависящий от закрепления сторон пп

Цилиндрическая жесткость:

рис. 4 (определение цилиндрической жесткости)

где:

E= 3,02*10¹⁰ H/м² - модуль упругости для материала платы

h= 1,5 мм – толщина платы

v= 0,22 – коэффициент Пуассона

Масса печатной платы с ЭРИ (данные сведены в таблицу 3):

М= М_пп + М_эри=0,049256 кг (5)

Мпп= p*hab = 2,05*10³*1,5*10^-3*90*10^-3*75*10^-3= 0,0207 кг (6)

Где p=2,05*10³ кг/м³ – плотность материала платы

рис. 5 (масса ПП с ЭРИ)

Таблица 3 (Масса ЭРИ):

, . (7)

Где: к = 22,37, =1, = , =0,19 – коэффициенты закрепления сторон

Определим коэффициент динамичности:

(8)

Где = 0,01 – коэффициент затухания для стеклотекстолита

n – коэффициент расстройки n= f_max/f₀ = 200/668 = 0,30 (9)

Амплитуда вибросмещения основания

1,241*10^-5 м

(10)

Определение виброускорения и вибросмещения эри

(11)

Где x и y координаты элемента.

Коэффициент передачи по ускорению:

₍₁₂₎

Где K₁(x)= 1,29; K₁(y)= 1,28 – коэффициенты формы колебаний

Определим виброускорение:

a_в(x,y)=a_о(x,y)(x,y), a_в(x,y)=19,6 · 1,2 = 23,5 м/с=23,5 /9,81=2,4g (13)

Определим виброперемещение:

S_в(x,y)=E_0*(x,y) = 1,241·10^-5·1,2 = 1,5·10^-5м (14)

Определение максимального прогиба ПП:

= |1,5·10^-5 – 1,241·10^-5| = 0,26·10^-5м (15)

Допустимый прогиб ПП определяется по формуле

(16)

Где b сторона параллельно которой установлены эри

Допустимый прогиб равен:

S_В.доп = 0,003*75*10^-3=0,000225=2,25*10^-4 (17)

Условие выполнения вибропрочности:

δ=0,26·10^-5м<2,25*10^-4 (18)

Максимальный прогиб меньше допустимого, условие выполнено.

5.3 Расчёт ударопрочности

Ударопрочность – способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия ударов.

Конструкция ЭА выполняет требования к ударопрочности, если перемещение и ускорение при ударе не превышает допустимых значений.

Исходные данные: масса пп, геометрические размеры пп, характеристики материала пп (плотность материала пп, коэффициент Пуассона ), длительность удара τ =5…10 мс , ускорение a = 100 м/с², частота ударов v = 40...120 мин^-1.

Определение условной частоты ударного импульса:

Определяем условную частоту ударного импульса для наихудшего случая (τ = 5 мс).

ω = π/ τ = 3,14/0,005 = 628,319 с^-1 (19)

Определение коэффициента передачи при ударе =0,3/0,935=0,32 (20)

Где v= = 0,149 (21)

f₀ = 668 Гц

Определение ударного ускорения

Ударное ускорение рассчитывается по следующей формуле:

а_у= а*К_у =100*0,32=32 м/с²=3,2g (22)

Определение максимального относительного перемещения

М аксимальное относительное перемещение определяется так:

=1,8*10^-6 (23)

где:

K_у – коэффициент передачи при ударе

a – амплитуда ускорения ударного импульса

f₀ – частота собственных колебаний;

Проверка выполнения условий ударопрочность для ЭРИ.

Минимально допустимая ударная перегрузка для ЭРИ

a_доп = 20g (24)

a_доп = 20g> а_у=3,2g

Проверка выполнения условий ударопрочность для ПП с ЭРИ

.

Zmax<0,003b (25)

1,8*10^-6<2,25*10^-4

Оба условия выполнены.

5.4 Расчет надёжности схемы

Данные расчетов сведены в таблицу 4

Интенсивность отказов элементов: _i= _ika_i (26)

где:

_i- номинальная интенсивность отказа I элемента

k- поправочный коэффициент на условия эксплуатации

a_i – поправочный коэффициент нагрузки

Среднее время наработки на отказ

(27)

Таблица 4 (расчёт надёжности схемы)