5. Расчетная часть.

5.1 Электрический расчет.

Для электрического расчета был выбран участок принципиальной схемы устройства

Для стробоскопа был выбран светодиод Luxeon white LED 1W, его характеристики приведены ниже:

Электрические характеристики при токе 350 мА, температуре 25 градусов Цельсия.

Прямое напряжение:

Минимальное – 2,79В

Среднее – 3,42В

Максимальное – 3,99В

Динамическое сопротивление – 1 Ом

Таким образом, U_пр = 3,42В, I_max = 350 мА

Определяем величину ограничения резистора R10.

Для увеличения надежности и уменьшения нагрева светодиода принимается заданный рабочий ток 250 мА.

Где

U_пит – напряжение питания

ΔU_hl - прямое напряжение светодиода HL1

ΔU_vt – напряжение насыщения VT1

I_пр – прямой ток HL1

Исходные данные:

U_пит = 12В

ΔU_hl = 3,42В

ΔU_vt = 0,8В

I_пр = 0,25 А

Ом

Выберем ближайший номинал R₁₀ - 33 Ом

Определяем мощность R10

P = (I²*R)/Q

Где:

I – ток через резистор

R – сопротивление

Q – скважность

Реальная мощность выделяемая на резисторе R10 будет в Q раз меньше, где Q – скважность которая учитывает время горения светодиода в течение периода. При минимальной измеряемой скорости (166 об/мин) время горения светодиода будет равно 6,5 миллисекунд. Чтобы устранить размытость изображения, время включения HL1 уменьшается пропорционально росту скорости и составляет 32 микросекунды при скорости 5200 оборотов в минуту.

Определяем минимальную скорость вращения в секунду:

V^l = V_min / 60 = 166/60 = 2,7 об/сек

Определяем скважность.

Q = T_повт / t _имп

Где:

Т_повт – период повторения

T_имп – период импульса (6,5 миллисекунд)

Для этого определим период вращения при минимальной скорости Т_вращ:

Т_вращ = = = 370 мс

Q = 370 / 6,5 = 56,92 мс

Следовательно,

P₁₀ = (0,25² * 33) / 0,25 = 0,056 Вт

Для увеличения надежности выберем мощность резистора R₁₀ – 1 Вт, потому что резисторы мощностью 0,125 – 0,25 Вт могут не обеспечить требуемой надежности при импульсном токе 250 мА.

В качестве ключа для управления HL1 выберем n-p-n транзистор КТ630Е

Характеристики транзистора КТ630Е:

U коллектор-эмиттер максимальное – 60В

I коллектора среднее – 1А

I коллектора импулсное – 2А

Статический коэффицент усиления β – 160- 480

Определим Iб VT1, необходимый для гарантированного насыщения

I_б = = = 0,018 А

К – коэффицент запаса для гарантированного насыщения транзистора в условиях изменения окружающей среды.

К = 1,1;1,2;1,3;1,4.

Определим напряжение на резисторах R6, R7.

В схеме используется микроконтроллер PIC16f86, к которому и подключены резисторы R6 и R7. Напряжение единицы на сигнальных выводах микроконтроллера равно 5В.

Исходные данные:

U_DD1 = 5В

U_бэ = 1В

R_6,7 = = 200 Ом

Исходя из расчета выбраны резисторы С2-23 220Ом.

Определим мощность R6, R7.

P_R6,7 = = 0,00125 Вт

5.2. Конструкторский расчет Расчет площади печатной платы

Расчет площади печатной платы необходим для определения минимального размера печатной платы, это позволяет получить представление о её параметрах еще до начала разработки.

S_{раб min} = 2,5*S_мг+1,8*S_сг +1,2*S_кр (8)

S_{раб min} =2,5 * 86 + 1,8 * 197 + 1,2 * 909 = 1660,4 (мм²)

S_мг – суммарная установочная площадь для малогабаритных элементов;

S_сг – суммарная установочная площадь для среднегабаритных элементов;

S_раб – площадь разработанной печатной платы.

S_раб = 142* 78,5 = 11147 (мм²) (9)

Выполняется неравенство:

S_{раб min} <S_раб (10)

1660,4 <11147

Таблица 2

Группа	Наименование элементов	Позиционное обозначение	Габаритные размеры, мм3	Вариант установки на плате	Установочная площадь, мм2	Установочная площадь группы элементов, мм2
Малогабаритные элементы	Резистор	R1,R3,R4,R5,R6,R7,R8	2 * 4 * 2	1а	56	86
	Конденсатор	С2,С5	1 * 2 * 1	1а	4
	Конденсатор	С1,С6,С7,С8	d 2,5 * 4	2г	20
	Диод	VD1,VD2	1 * 3	1а	6
Среднегабаритные элементы	Конденсатор	С3	d 3 * 5	2г	6	197
	Конденсатор	С9	2 * 3 * 2	1а	6
	Микросхема	DD1	5 * 22 * 7	6a	110
	Транзистор	VT1	d 5 * 7	2г	10
	Разъем	X1	5 * 8 * 5	По чертежу	40
	Потенциометр	R8	7 * 5 * 4	2г	35
Крупногабаритные элементы	Микросхема	DA1	15 * 8 * 5	По чертежу	120	909
	Разъем	X2,X3	7 * 9 * 7	По чертежу	126
	Разъем	Х4	4*15*10	По чертежу	60
	Конденсатор	С10	d 10 * 14	5в	140
	Резистор	R10	10 * 17*8	1a	170
	Потенциометр	R2	17*13*30	По чертежу	221
	Кнопка	SA1-SA3	d 12 * 17,5	1a	72

Полученные значения удовлетворяют неравенству (10)

Все необходимые данные сведены в таблицу 2.