4. Расчет параметров печатной платы

Элементная база цифрового измерителя тока выбрана таким образом, что все выводы ЭРЭ имеют диаметр 0,5 мм. Это существенно упрощает как задачу конструирования печатного узла, так и технологический этап — производство ПП. Диаметр переходного отверстия равен 0,8 мм. Согласно ОСТ 4.ГО.010.030-92, диаметр металлизированного отверстия для вывода диаметром 0,5 мм равен 0,8 мм. Для таких отверстий по ОСТ 4.ГО.010.030-92 диаметр контактной площадки должен быть равен 1,8 мм, диаметр зенковки 1,1 мм. Эти значения мы будем использовать при проектировании ПП.

Крепежные отверстия зададим диаметром 3,0 мм, причем одно из них, ключ, должно быть смещено для правильной установки ПП в корпус устройства.

Характеристики ПП. Определим ориентировочно, какую площадь должна иметь печатная плата. На единичный ЭРЭ, согласно [4], приходится около 2 см². Общее число элементов, исключая интегральные компоненты и трансформаторы, располагаемых на ПП, равно 65 шт., что требует примерно 130 см² площади ПП. Площадь, занимаемая одним интегральным компонентом, составляет около 3 см², их у нас, исключая микроконтроллер, 5 шт., что требует ещё 15 см². Кроме того, на микроконтроллер приходится около 6 см². Всего в сумме имеем 151 см². На каждый из трансформаторов приходится по 12 см², что требует 24 см², и суммарная площадь оказывается равной 175 см². С учетом необходимости создания у ПП своего рода полей — отступа от края для того, чтобы не размещать контактные площадки на краю ПП, а также участка монтажного поля, эта площадь должна быть увеличена примерно на 50 см², что дает в итоге 225 см².

Плата выбранного размера 13 х 17 см имеет площадь 221 см, что почти соответствует рассчитанному ориентировочному значению.

Проверочный расчет печатных проводников позволяет определить минимально допустимую ширину проводника, которую можно использовать на ПП. Это можно сделать по двум формулам:

, или ,

где b — минимальная ширина проводника, мм; a = 35 мкм — толщина фольги; γ = 20 А/мм² — максимально допустимая плотность тока для внешних слоев коммутации ПП (в нашем случае нет других, т.к. плата двухслойная); ρ = 0,0175 Ом*мм²/м — удельное сопротивление материала проводника; ΔU — максимальное падение напряжения на самом длинном проводнике, В; — длина наиболее длинного проводника на плате.

В нашем случае ток, текущий в любом проводнике, с гарантией не превысит 2 А в любом из режимов работы, поэтому полагаем I_max = 2 A. Будем считать, что максимальное падение напряжения на самом длинном проводнике ΔU = 0,1 В. Максимальная длина проводника не превосходит 200 мм; = 200 мм.

Расчет по первой из приведенных формул дает значение 0,28 мм, по второй — 0,2 мм. Таким образом, проводник вычисленной ширины не перегорит при нормальном (не аварийном) режиме работы устройства, и на нем падение напряжения не превысит заданной величины. Ширина проводника 0,4 мм, указанная в предыдущем разделе, значительно превосходит минимально допустимую 0,28 мм, и поэтому мы можем использовать проводники шириной 0,4 мм.