2.2 Розрахунок потужності

Для визначення потужності джерела живлення, необхідно для даної схеми розрахувати потужність, яку споживає даний пристрій.

Споживана потужність для однієї мікросхеми відповідно таблиці 11:

Р_U = 1,2 Вт

Споживчу потужність для мікросхем визначаємо в Вт за формулою:

Р_U = Р _U (2.2)

Р_U = 1,2 Вт

Максимальна потужність, що розсіюється на транзисторах,згідно з таблиці:

Р _VT1 – 0,2 Вт

Споживчу потужність для транзисторів визначаємо в Вт за формулою:

Р_VT = Р_VT1

Р_VT = 0,2Вт

Номінальна потужність резистору X7R1206 =0,25Вт

Споживчу потужність для резисторів визначаємо в Вт за формулою:

Р= U_жив. ×I_спож.

Р_R =0,25 ×13 = 3,25Вт

Споживчу потужність для діодів визначаємо в Вт за формулою:

Р= U_жив. ×I_спож.

Р_Vd =0,35 ×8 = 2,8 Вт

Споживчу потужність для трансформатору визначаємо в Вт за формулою:

Р= U_w1…w5. ×I_w1…w5

Р_Tr = 2×1 + 0,1 × 18 + 6 × 16 + 1,5 × 20 + 1,5 × 20 = 30+30+96+1,8+2 =159,8 Вт

Споживча потужність пристрою дорівнює:

P = 1,2 + 0,2 + 3,25 + 2,8 + 159,8 = 167,25 Вт

2.3 Розрахунок щільності друкованої плати

Розрахунок виконується для визначення ступені насиченості плати елементами та друкованими провідниками.

Імпульсне джерело живлення містить наступні ЕРЕ:

• діод VD1-VD4, VD5-VD8 U01501BRM 2шт.;

• мікросхеми UC3842 1шт.;

• конденсатору X7R1206 10шт.;

• транзистор 2N7002 1шт.;

• плавкий запобіжник ВП2Б-1В 1шт.;

• варистор E32VR602 1шт.;

• резистор X7R1206 13шт.

Розміри плати (70×115) мм, провідники мають ширину 0,15 мм, шини живлення - 1 мм.

Розраховуємо площу друкованої плати в мм² по формулі 2.1:

, (2.1)

де a - ширина друкованої плати;

b - довжина плати.

Розраховуємо площу інтегральної мікросхеми, резисторів, потенціометру, індикатору по формулі 2.2, а їх сумарну площу по формулі 2.3:

, (2.2)

, (2.3)

де n – кількість елементів.

Розраховуємо площу друкованих провідників лицьової та дзеркальної сторін по формулі 2.4, а загальну площу елементів по формулі 2.5:

, (2.4)

(2.5)

де а – довжина провідника / шини;

b – ширина провідника / шини.

=

Розраховуємо коефіцієнт щільності плати по формулі 2.6:

(2.6)

В результаті розрахунків з’ясувалося, що 45,2 % площі друкованої плати зайнято елементами та друкованими провідниками.

2.4 Розрахунок надійності

Оскільки сучасні обчислювальні машини мають надскладне схемне рішення, включаючи в себе тисячі різних елементів, питання їх надійності має особливе значення. Використання великої кількості елементів в схемах ЕОМ, негативно відображається на надійності усього виробу, адже в при виході з ладу навіть одного елемента, уся система перестане функціонувати. А ось задачі, які виконують ці обчислювальні системи, часто дуже відповідальні і збій в роботі буде означати або грошові втрати або навіть загрозу життю людей.

Надійність - одна з найважливіших властивостей виробів, у тому числі електронних пристроїв, яке визначає їх експлуатаційну придатність. Показники надійності є технічними параметрами вироби поряд з точністю, коефіцієнтом корисної дії, масо-габаритними характеристиками та ін. Технічне завдання на розробку будь-якого виробу повинно містити розділ (підрозділ) з вимогами щодо надійності. Ознаки, за якими оцінюється надійність виробу, називаються критеріями. Основними критеріями надійності є безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збереженість. Тільки разом перераховані критерії можуть дати повне уявлення про надійність виробу. На надійність виробу впливають численні фактори, що мають місце на етапах його проектування, виробництва і експлуатації. Відповідно розрізняють розрахункову, виробничу та експлуатаційну надійності. В ідеальному випадку їх значення повинні збігатися. Розрахунок надійності полягає у визначенні показників надійності проектованого вироби за відомими характеристиками надійності складових елементів конструкції і компонентів системи з урахуванням умов експлуатації. Основними показниками безвідмовності вироби є ймовірність безвідмовної роботи P_(τ) та ймовірність відмови Q_(t) – безрозмірні величини, залежні від часу напрацювання τ і змінюються в межах від 0 до 1. Розрахуємо надійність пристрою. Дані для розрахунку надійності представлені в таблиці 12.

Таблиця 12 – Інтенсивність відмов

Найменування, тип	Кільк.	Інт. відмов за н.у. λ×10-6 г-1	Інт. відмов з врах. кільк. ЕРЕ, λj×10-6 г-1	Інт. відмов з врах. умов експлуатації, λе×10-6 г-1
1. Мікросхеми	1	0,02	0,04	0,047
2. Резистори	13	0,016	0,208	0,245
3. Варистор	1	0,26	0,26	0,31
4.Трансформатор	1	0,5	0,5	0,59
5.Конденсатор	10	0,02	0,2	0,24
6.Транзистор	1	0,05	0,05	0,059
7.Плавкий запобіжник	1	0,5	0,5	0,59
8.Діодний міст	2	0,2	0,4	0,47
9. Пайки	73	0,01	2,16	2,551

Розраховуємо інтенсивність відмов з урахуванням кількості ЕРЕ.

Розраховуємо інтенсивність відмов ЕРЕ з урахуванням умов експлуатації. Коефіцієнт k_λ розраховуємо по формулі 2.7:

, (2.7)

де k_λ1=1,07 – вплив вібрацій та ударних навантажень;

k_λ2=1 – вологість та температура повітря;

k_λ3=1,1 – висота.

Визначаємо інтенсивність відмов ЕРЕ при роботі за нормальних умов та з урахуванням умов експлуатації по формулі 2.8:

(2.8)

×10^-6 г^-1

×10^-6 г^-1

Розраховуємо середній час безвідмовної роботи за нормальних умов та умовах експлуатації по формулі 2.9:

(2.9)

Розраховуємо інтенсивність безвідмовної роботи по формулі 2.10:

(2.10)

Розраховуємо інтенсивність відмов по формулі 2.11:

(2.11)

На основі одержаних даних будуємо графік залежності : Q = (t)

Рисунок 13 – Графік ймовірності відмов

Отримані розрахунки показали, що після 200000 годин безперервної роботи кількість відмов сягне 76,4%.

3 КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

3.1 Комбінований негативний метод

У негативному методі спочатку витравлюються провідники, і потім металлизуються отвори. Метод виник, коли у виробництві ще були відсутні свердлильні верстати з програмним управлінням, і плати були змушені свердлити вручну по рисунку схеми (по контактних майданчиках). Оскільки після травлення рисунка потрібно було не тільки свердлити отвори, але і їх металлизовувати, вживалися заходи для створення провідного підшару в отворах, але не на поверхні плати. Для цього перед свердлінням плату покривають захисною «лаковою сорочкою», свердлять через неї отвори і хімічно металлизують всю заготовку. Лакову сорочку наносять так, щоб вона легко відшаровувалась, і пілся її видалення хімічно осаджений метал залишається тілки в отворах. Оскільки рисунок схеми вже витравлений, металізовані отвори, що підлягають електрохімічної металізації, не мають електричного з'єднання з катодом гальванічної ванни. Його створюють або проводом, нанизуючи на нього всі отвори плати, або м'якими провідними подушками, піддуваємі повітрям або що наповнюються водою для надійного електричного контактування по всій поверхні заготовки. Звичайно, що подушки можуть розташовуватися тільки з одного боку плати, залишаючи іншу відкритою для електроліту металізації. Щоб забезпечити рівномірність металізації отворів, в процесі осадження заготовки змінюють сторонами.

Недоліки методу:

• при металізації отворів відкриті ділянки діелектричного підстави насичуються хімічними розчинами і отримують за рахунок цього підвищену провідність. Надійність ізоляції, реалізована цим методом - низька;

• для гальванічної металізації отворів виникають великі труднощі для організації електричного контакту стінок отворів з катодом гальванічної ванни. Це обумовлює наявність помітної кількості непрокритих чи погано прокритих отворів;

• при відділенні лакової сорочки можливо часткове руйнування провідного підшару в отворах. Умови для електрохімічної металізації порушуються.У зв'язку з цим негативний метод поступився у поширенні позитивного;

Послідовність операцій:

• виготовлення заготовок , виконання базових отворів , підготовка поверхні;

• формування захисного малюнка;

• травлення;

• видалення захисного малюнка;

• нанесення захисної лакової плівки;

• виконання отворів (свердління ), що підлягають металізації;

• підготовка поверхні та хімічне міднення;

• видалення лакової плівки;

• гальванічне міднення;

• нанесення сплаву олово – свинець;

• оплавлення сплаву олово – свинець;

• фінішна обробка.

Як вже зазначалося, єдиною перевагою негативного методу на ранніх стадіях розвитку виробництва друкованих плат з металізованими отворами була можливість свердління отворів по сформованому малюнку друкованої плати, коли контактні площадки можна було використовувати як мішень для ручного свердління отвору. З появою високопродуктивних свердлильних верстатів ця єдина перевага негативних методів зникла. У позитивному методі травлення рисунка відбувається після металізації отворів, а для з'єднання металізуючих отворів з катодом використовується ще не витравлена фольга, присутня на поверхні заготовки з самого початку.