2.1Технико-экономическое обоснование выбора элементной базы

Правильный выбор элементов является весьма ответственным этапом, так как во многом определяет важнейшие показатели проектируемого изделия, его надежность и стоимость, а также обеспечивает работоспособность аппаратуры в соответствии с техническим заданием.

Исходными данными для выбора того или иного элемента являются: назначение элемента (назначение цепи, в которую он включен);режим цепи, в которую включен элемент (рабочая частота, параметры импульсов, ток, напряжение);электрический номинал элемента и основные его параметры (величина сопротивления, номинальная рассеиваемая мощность, величина ёмкости и так далее);условия эксплуатации проектируемого прибора (температура окружающей среды, атмосферное давление, влажность окружающего воздуха, параметры механических воздействий – все эти данные указаны в технических заданиях).

При обосновании выбора того или иного элемента руководствуемся следующими критериями: электрические параметры выбираемого элемента должны соответствовать режиму цепи и номиналу, указанному на схеме;ТУ на выбираемый элемент должен соответствовать условиям эксплуатации проектируемого изделия, указанным в техническом задании на разработку; конструкция выбираемого элемента должна обеспечивать удобство его установки (монтажа); коммутационные изделия, устанавливаемые на передней панели прибора должны удовлетворять требования технической эстетики; при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более миниатюрным элементам; надежность выбираемого элемента должна быть максимальной; стоимость (цена) выбираемого элемента должна быть минимальной.

Следует подчеркнуть, что последние два критерия являются противоречивыми. Как правило, наиболее надежным элементом является наиболее дорогой. Поэтому при выборе элементов необходимо ориентироваться либо на обеспечение заданной надёжности, либо на обеспечение так называемой оптимальной надежности.

Выбор резисторов

Резисторы - носители электрического сопротивления, предназначены для создания в электрической цепи требуемой величины сопротивления, обеспечивают перераспределение и регулирование электрической энергии между элементами схемы.

При проектировании устройств БМС необходимо правильно выбрать тип, типономинал и типоразмер резисторов. В классификационном пространстве резисторы различают по функциональному назначению, электрическим параметрам, конструктивному исполнению и условиям эксплуатации.

Резисторы делятся на три большие группы:

-проволочные;

-непроволочные;

-металлофольговые;

Из прочих резисторов выбираем метало-электрические, так как они обладают большей стабильностью при циклическом воздействии температуры, механических нагрузках по сравнению с углеродистыми, меньшая зависимость значения сопротивления от приложенного напряжения, меньше ЭДС шумов по сравнению с композиционными. В проектируемом устройстве можно поставить резисторы типа С2-14, С2-22, С2-23, С2-29.

Выбираем С2-23, они имеют следующие достоинства: малые габариты, теплостойкость, хорошую сохраняемость, большую наработку на отказ. Уровень шумов у них не критичен и равен уровню шумов у других резисторов. Они удобны для установки на печатную плату.

Габаритные размеры этих резисторов представлены на рисунке 1 и в таблице 1:

Рисунок 1

Таблица 1

Вид резистора	Размеры, мм				Масса, г, не более
	Lmax	Dmax	d	L
С2-23-0,125	6,0-0,6	2,2-0,3	0,5±0,06	20±3		0,15
С2-23-2	15-15,5	5-0,3	0,6±0,06	20±3		0,30
С2-23-0,5	10,8-1,1	4,2-0,6	0,6±0,06	25±3		1,0

В схеме нам потребуются резисторы: R1, R2- 43кОм, R3 – 130 кОм, R5-390, R6 – 10, R7-39 кОм, R8- 5.6 кОм, R9- 5кОм, R-300кОм.

Выбираем PV32H103, 10 кОм (СП3-19А), резистор подстрочныйметаллокерамические однооборотные резистор. Серия является аналогом отечественных резисторов СП3-19, а также резисторов серии 3329 производства Bourns. Высокая стабильность, надёжность.

Рисунок 2

В таблице 2 показаны характеристики резистора PV32H103 (C3)

Таблица 2

Модель	pv32h(3321h)
Тип проводника	мет. кер.
Номин. сопротивление	10
Точность,%	5
Номин. Мощность ,Вт	0.5
Макс. рабочее напряжение ,В	300
Рабочая температура, С	-10…70
Количество оборотов	1

Выбор конденсаторов

Конденсаторы являются элементами электрической цепи, предназначенными для использования их емкости.

Конденсаторы различают по функциональному назначению, электрическим параметрам, условиям эксплуатации, конструктивному исполнению.

Исходные данные для выбора конденсатора с постоянной емкостью: номинальная величина емкости , указанная в схеме и допуск на величину емкости; назначение цепи, в которой стоит конденсатор; режим работы цепи (постоянный, переменный, импульсный), соответствующая сила, частота и параметры импульсов; условия эксплуатации проектируемого устройства; конструктивное строение конденсатора.

Существуют следующие виды конденсаторов:

КД - керамические дисковые;

КМ - керамические монолитные;

КЛС - керамические литые секционные;

КЭГ - керамические электролитические герметизированные;

МБМ - металлобумажные малогабаритные;

Конденсаторы классифицируются по роду диэлектрика: конденсаторы постоянной емкости газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные, вакуумные); с жидким диэлектриком (твердым неорганическим диэлектриком);стеклокерамические; стеклопленочные; слюдяные конденсаторы; керамические НЧ, ВЧ; бумажные; металлобумажные; пленочные; комбинированные; электролитические; алюминиевые, танталовые, ниобиевые, титановые.

Также существуют конденсаторы переменной емкости:

с механическим управлением величиной емкости;

с газообразным диэлектриком;

с жидким диэлектриком;

с твердым диэлектриком;

с электрически управляемой величиной емкости.

Предпочтение отдаем К10-17 (C1-C2) полиэтилентерефталатные защищённые конденсаторы. Предназначены для работы встроенных элементов внутри комплектных изделий в цепях постоянного, переменного тока и в импульсном режиме.

Внешний вид конденсаторов представлен на рисунке 3

Рисунок 3

Предпочтение отдаем K50-35,алюминиевые электролитический конденсатор обладает большой емкостью, в пересчете на единицу, низкой ценой и все доступностью.

Рисунок 4

В таблице 3 показаны характеристики K50-35

Таблица 3

Диапазон рабочих температур, °C		- 40 ... +85
Номинальное напряжение, В		6,3 - 450
Номинальная емкость, мкФ		0,1 - 15000
Допустимые отклонения емкости от номинала, %		± 20
Ток утечки, мкА (после 2-х минут работы при 25°C)
при V в диапазоне 6,3 - 100В	0,01 CV или 3 (что больше)
при V в диапазоне 160 - 450В	0,06 CV
где C и V - номинальные емкость и напряжение, соответственно

Выбор транзисторов

Транзисторы – это активные нелинейные полупроводниковые приборы с одним или несколькими р-n-переходам, предназначенные для усиления мощности электрических сигналов.

Достоинства:

-малое электропотребление;

-небольшие габаритные размеры и масса;

-технологичность их изготовления.

Недостатки:

-температурная и радиационная зависимость их параметров;

-собственные шумы.

Исходные данные для выбора транзисторов являются: назначение цепи, где будет установлен транзистор; допускаемая мощность; граничная частота; коэффициент усиления; прямой и обратный ток; коэффициент обратной связи; режим работы цепи.

Выбираем: КТ3107А (VT1) - кремниевые, маломощные высокочастотные, структуры - p-n-p.

В таблице 4 показаны характеристики транзистора

Таблица 4

Прибор	Предельные параметры												Параметры при T = 25°C																		RТ п-с, °C/Вт
			при T = 25°C
	IК max, мА	IК и. maxмА	UКЭ0 max, В	UКБ0 max, В	UЭБ0 max, В		PК max, мВт	T, °C		Tп max, °C		Tmax, °C		h21Э	UКБ, В	IЭ, мА		UКЭ нас, В		IКБ0, мкА		fгр, МГц		Кш, дБ		CК, пФ		CЭ, пФ		tрас, мкс
КТ3107 А	100	200	45	50	5		300	25		150		125		70...140	5	2		0,5		0,1		200		10		7						420

Корпус пластиковый - желтого, красного, темно - зеленого, оранжевого цветов. Масса - около 0,18г. Маркировка буквенно-цифровая, либо буквенная. Буква, обозначающая подкласс транзистора. располагается посередине корпуса напротив вывода коллектора. Вывод эмиттера - слева,

Рисунок 5

Рисунок 6

И выбираем импортный транзистор 2SK2101(VT2)

В таблице 4.2 показаны характеристики транзистор 2SK2101(VT2)

Таблица 4.2

1	2
Структура	n-канал
Максимальное напряжение сток-исток Uси,В	800
Максимальная рассеиваемая мощность Pси макс..Вт	±30

Продолжение таблицы 4.2

1	2
Сопротивление канала в открытом состоянии Rси вкл.,мОм	2100
Максимальная рассеиваемая мощность Pси макс..Вт	50
Корпус	to220f

Выбор диодного моста

Диодный мост – это одно из схематических решений, на основе которого выполняется функция выпрямления переменного тока. Как известно для работы большинства приборов требуется не переменный ток, а постоянный. Поэтому возникает необходимость в выпрямлении переменного тока.

В проектируемой схеме выбираем мост DV 105, так как он применяется для выпрямления токов промышленной частоты 50/60 Гц. Имеет малые габариты и удобен для установки на печатную плату

На рисунке 8 показана схема диодного моста

Рисунок 8

В таблице 5 показаны характеристики диодного моста DV 105

Таблица 5

Максимальное постоянное обратное напряжение, В	600
Максимальное импульсное обратное напряжение, В	720
Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А	1
Ток включения, мА	5
Максимальный допустимый прямой импульсный ток, А	50
Нарпяжение на выводах фотосемистора, не более	600
Максимальный обратный ток, мк. А	10
Максимальное прямое напряжение, В	1.1
Способ монтажа	в отверст.
Диапазон допустимых температур, °С .	от - 40 до +85
Корпус	db-1

Выбор диодов

Диоды представляют собой компоненты с нелинейной не симметричной ВАХ, выполненные на основе р-n-перехода образованного материалами с различными типами проводимости.

Необходимые данные для выбора диодов:

прямое и обратное напряжение;

постоянный прямой ток;

рассеваемая мощность;

габаритный вес.

Классификация полупроводниковых диодов:

По технологии изготовления перехода:

точечные;

плоскостные.

По диапазону рабочих частот:

низкочастотные;

высокочастотные от 20 кГц до 30 МГц;

сверхвысокочастотные 100 МГц.

По максимально допустимой мощности, то есть безопасности теплового пробоя:

маломощные;

среднемощные (6 Вт);

мощные (больше 6 Вт).

По назначению: диоды общего назначения; низкочастотные; детекторные, высокочастотные и импульсные; диоды специального назначения (стабилитроны, варикапы, светодиоды, фотодиоды);диоды с отрицательным дифференциальным сопротивлением (туннельные, обращенные, лавинопролетные, диоды Рида, диоды Гана).

В устройстве целесообразно использовать диоды КД522А (VD3,VD4), так как они имеют меньшую длительность переходных процессов при включении и выключении, и предназначены для применения в импульсных устройствах. И удобны для установки на печатную плату, малогабаритны, недорогие, одни из самых распространённых.

В таблице 6 показаны характеристики диода КД522А (VD3-VD4)

Таблице 6

Материал	кремний
Максимальное постоянное обратное напряжение, В	75
Максимальное импульсное обратное напряжение, В	120
Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А	0.2
Максимально допустимый прямой импульсный ток, А	0.45
Максимальный обратный ток, мкА 25гр	5
Максимальное прямое напряжение, В	1
Максимальное время обратного восстановления, мкс	0.004
Общая емкость Сд, пФ	4
Рабочая температура, С	-65…150
Способ монтажа	в отверст.

Рисунок 8

Полупроводниковый стабилитрон D814D(VD2)— это диод, предназначенный для работы в режиме пробоя на обратной ветви вольт-амперной характеристики. В диоде, к которому приложено обратное, или запирающие напряжение.

В таблице 7 показаны характеристики стабилитрона D814D(VD2)

Таблица 7

Мощность рассеяния, Вт	0.34
Минимальное напряжение стабилизации, В	11.5
Номинальное напряжение стабилизации, В	12
Максимальное напряжение стабилизации, В	14
Статическое сопротивление Rст.,Ом	18
при токе I ст, мА	5
Температурный коэффициент напряжения стабилизации аUст.,%/С	0.095
Временная нестабильность напряжения стабилизации dUст., В	1
Минимальный ток стабилизации Iст.мин., мА	3
Максимальный ток стабилизации Iст. макс., мА	24
Рабочая температура, С	-60…125
Способ монтажа	в отверстие
Корпус	kd-8

Выбор светодиодов

Светодиод или светоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение (кванты света) при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (красный, оранжевый, зеленый, желтый, а также с переменным цветом свечения. Последние имеют два электронно-дырочных перехода.)в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром. Общий свет свечения зависит от соотношения токов, протекающих через эти переходы. Светодиоды чаще всего используют как индикаторные устройства.

Выбираем диод АЛ307А (HL1), так как он имеет низкое напряжение питания, малые токи, миниатюрность и долговечность.

Основные параметры диода АЛ307А приведены в таблице 8:

Таблица 8

Тип прибора	Цвет свечения	Значения параметров при Т=25°С				Iпр.мах. mA	Uобр (Uобр.и) B	Тк.мах (Тп.) °С
		Iv. мккд (L, кд/м2)	Uпр. B	Iпр.ном. mA	lмах. mkM
АЛ307А	Зеленый	150	2	10	0,666	20	2,0	70

Рисунок 9

Выбор микросхем

Интегральная микросхема - электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.

На сегодняшний день большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС, чипом) - ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение чип - компоненты означает «компоненты для поверхностного монтажа» (в отличие от компонентов для пайки в отверстия на плате).

Основные характеристик микросхем: микросхемы на униполярных (полевых) транзисторах - самые экономичные (по потреблению тока); МОП- логика (металл-окисел-полупроводник логика) - микросхемы формируются из полевых транзисторов n - МОП или p - МОП типа;

КМОП - логика (комплементарная МОП - логика) - каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). Существует также смешанная технология BiCMOS.

В данном устройстве применяется микросхема типа CD 4060, изготовленная по КМОП технологии.

Основные параметры микросхемы CD 4060 приведены в таблице 9:

Таблица 9

1	2
Напряжение питания Диапазон , (VDD), В	-0.5… + 20
Диапазон входного напряжения , Все входы	- 0.5 до VDD + 0.5

Продолжение таблицы 9

1	2
Диапазон рабочих температур, ° С	-55… + 125
Диапазон температур хранения, ° С	-65…+ 150
Допустимая температура ( при пайке )	+ 265
Температура перехода, ° С	+ 175

Рисунок 10

Выбор кнопочных выключателей

Кнопки предназначены для включения или для разрыва электрической цепи, в которую они включены. Замыкание (размыкание)контактов кнопки происходит при приложении некоторого, заданного конструктивного усиления вдоль воображаемой оси нажатия, которая чаще всего перпендикулярна к плоскости крепления кнопки.

Два (три, в случае переключающего) контакта, коммутирующих электрические линии в процессе нажатия кнопки, называется контактной группой. Кнопка может содержать как одну, так и несколько контактных групп. Кнопки делятся на кнопки фиксирующегося и не фиксирующегося типа:

-кнопка, возвращающаяся в исходное состояние после снятия приложенного усилия, является не фиксирующей;

- кнопка, изменяющаяся свое состояние на противоположное тому, что было до нажатия, и остающаяся в нем после снятия приложенного усилия, является фиксирующей;

Контакты кнопки по своему состоянию в положении «отпущено», делятся на нормативно разомкнутые или нормативно замкнутые.

В проектируемом приборе можно использовать кнопочные выключатель Т2-1 имеет не большие габариты поэтому выбираем ее.

Основные параметры и внешний вид переключателя приведены в таблице 10 и на рисунке 11:

Таблица 10

Изделие	Род тока	Вид нагрузки	Tmin - Imax, А	Umin - Umax, В	P max, Вт (ВА)	Число циклов коммутации
	Постоянный	Активная	0,01 - 6	0,1 - 250	135	2 000 10 000
Т1, Т2, Т3		индуктивная	0,01 - 6	0,1 - 27	135	5 000
	Переменный	Активная	0,1 - 6	0,1 - 250	660	10 000
		индуктивная	0,1 - 6	127	317	10 000

Рисунок 11

Выбор предохранителя

Электрический предохранитель - компонент электрических и радиоэлектронных устройств, предназначенный для защиты оборудования и приборов от повреждений при их неисправностях или для защиты питающей сети от аварийных электрических токов, возникающих при авариях и отказах, неправильного включения, ошибок монтажа.

Предохранитель включается последовательно с потребителем электрического тока и разрывает цепь тока при превышении им номинального тока, — тока, на который рассчитан предохранитель.

По принципу действия при разрыве тока в защищаемой цепи предохранители разделяются на четыре класса — плавкие, электромеханические, электронные и использующие нелинейные обратимые свойства по изменению сопротивления после воздействия экстратонка у некоторых проводящих полупроводниковых материалов (самовосстанавливающиеся предохранители).В плавких предохранителях при превышении тока свыше номинального происходит разрушение токопроводящего элемента предохранителя (расплавление, испарение), традиционно этот процесс называют «перегоранием» или «сгоранием» предохранителя.

Выбираем предохранитель H630, 1 А, 250 В, 6.35х30 мм.

Внешний вид предохранителя показан на рисунке 12

Рисунок 12

Техническая характеристика предохранителя указана в таблице 12

Таблица 12

Материал	стекло
Номинальное напряжение, В	250
Номинальный рабочий ток, А	1
Контакты	цилиндрические
Длина корпуса, мм	30
Диаметр корпуса, мм	6.35
Рабочая температура, С	-60…85

2.2 Расчет печатной платы.

Печатная плата (ПП) – изделие, состоящее из плоского изоляционного основания с отверстиями, пазами, вырезами и системой токопроводящих полосок металла (проводников), которое используют для установки и коммутации электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и функциональных узлов в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Различают односторонние печатные платы (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные печатные платы (МПП) на гибком и жестком диэлектрическом основании, гибкие печатные кабели(ГПК) и рельефные платы.

Элемент проводящего рисунка должны иметь ровные края. Не иметь разрывов, темных пятен, вздутий, отслоений. Контуры ПП, пазов, вырезов, неметализированных отверстий должны быть обработаны без заусенцев и зазубрин. Поверхность проводящего рисунка желательно защитить металлическим покрытием. Контактные площадки и металлизированные отверстия должны равномерно смачиваться припоем (обладать паяемостью). Контактные площадки должны выдерживать не менее трех циклов перепаек. Средняя толщина слоя меди в металлизированном отверстии должна быть не менее 20 мкм. Элементы проводящего рисунка ПП должны обеспечивать правильность монтажных соединений, целостность цепей и отсутствие коротких замыканий.

Печатные платы и гибкие печатные кабели должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них климатических факторов в соответствии с одной из 5 групп жесткости, определяющую перечень воздействующих факторов, которую устанавливают конструктор и записывает в технических требованиях на чертеже.

Односторонние печатные платы просты по конструкции, экономичны в изготовлении. Применяются для монтажа бытовой техники, блоков питания, устройств техники связи и биомедецинских аппаратов.

Для изготовления печатных плат используют фольгированный гетинакс и фольгированный стеклотекстолит. Выбираем фольгированный гетинакс, так как он дешевле стеклотекстолита и применяется для установки электрорадиоэлементов в аппаратуре, работающей на постоянном месте в закрытых отапливаемых помещениях.

Выбираем материал проектируемой платы ГФ1-50-1,5 ГОСТ 10316 -79 (гетинакс фольгированный, односторонний с толщиной фольги 50 мкм, толщиной материала 1,5мм). Трассировка платы односторонняя, монтажные отверстия без металлизации.

Печатные платы имеют электрические и конструктивные параметры.

К электрическим параметрам относятся:

T–ширина печатного проводника, мм; S- расстояние между печатными проводниками, мм;

B- радиальная ширина гарантийного пояска контактной площадки, мм; R- сопротивление печатного проводника, Ом;

C- емкость печатного проводника, Ф;

L- индуктивность печатного проводника.

К конструктивным параметрам печатных плат относятся:

• размер печатной платы (длинна, ширина, толщина.);

• диаметры и количество монтажных отверстий;

• диаметры контактных площадок;

• диаметры крепежных отверстий;

• минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Ширина печатного проводника для платы таймера определяется по формуле 1.

t ≥ , (1)

где I - ток протекающий по проводнику, А;

h - толщина фольги, мм;

j – плотность тока А/мм²

По справочнику выбираем j=20А/мм² , для внешних слоев печатной платы без металлизации отверстий. Плату, согласно ГОСТ 23751-86, будем изготавливать по 2-му классу точности. Расстояние между проводниками должно быть S=0,45 мм. Ширина радиального гарантийного пояска контактной площадки b=0,2 мм.

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значение допустимых напряжений между элементами проводящего рисунка расположенных на плате приводятся, в таблице 14.

Таблица 14

Расстояние между элементами проводящего рисунка, мм.	Значение рабочих напряжений, В.
	ГФ	СФ
От 0.1 до 0.2	-	25
Свыше 0.2 до 0.3	30	50
От 0.3 до0.4	100	150
От 0.4 до 0.7	150	300

Электрические параметры печатных плат в зависимости от класса точности изготовления приводятся в таблице 15.

Таблица 15

Параметры печатных плат	Номинальное значение основных размеров для класса точности
	1	2	3	4	5
T	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
S	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
B	0.3	0.2	0.1	0.5	0.025

Печатная плата будет изготавливаться химическим способом, нанесение печатных проводников методом сеткографии.

Сопротивление печатного проводника определяется по формуле 2:

, (2)

где h – толщина фольги, мм;

p – удельное сопротивление меди, ;

l – длина проводника. Определяется по чертежу ПП, меряем самый длинный проводник.

Сопротивление печатного проводника:

Паразитные параметры платы С и L оказывают влияние на частотах выше 50 МГц, поэтому расчет этих параметров для таймера не производится.

Для выбора размера печатной платы нужно найти площадь печатной платы, которая определяется по формуле:

F_nn = F_эрэ + F_то + F_св / К₃, (3)

где F_эрэ - площадь, занимаемая ЭРЭ определяется по установочным размерам или площади, занимаемой элементом на плате, мм²;

F_то - площадь, занимаемая технологическими или крепежными отверстиями, мм²;

F_CB - площадь, которая не должна заниматься электрорадиоэлементами по конструктивным соображениям; мм²

К₃-коэффициент заполнения печатной платы.

Исходные данные для определения площади, занимаемой ЭРЭ, занесены в таблицу 16

Таблица 16

Тип ЭРЭ	Кол-во	Площадь, занимаемая ЭРЭ, мм.2	Площадь, занимаемая всеми ЭРЭ, мм.2
1	2	3	4
Резистор С2-23-0,125 С2-23-0,5 С2-23-2 СП3-19А	6 1 2 1	17,5 47,25 85,25 34,2	105 47,25 170,5 34,2
Конденсатор К10-17 К50-35	2 1	33,75 32,15	33,75 32,15
Диоды КD522Б	2	19	98
Стабилитрон D814D	1	175	175
Диодный мост DB105	1	68	68
Транзистор КТ3107А 2SK2101	1 1	21.84 45	21.84 45
Светодиод АЛ307А	2	28,26	56,52
Переключатель Т2-1	1	400	400

Продолжение таблицы 16

1	2	3	4
Микросхема CD4060	1	176	176
Итого			1419,51

Реальный коэффициент заполнения ПП определяется по формуле (4) :

, (4)

где А и В выбранные размеры сторон печатной платы. Печатная плата имеет следующие размеры: 50×40мм

=0,7

Плата имеет хорошую заполняемость и малые габариты

Спроектированная плата имеет хорошую заполняемость и малые габариты.

Расчет диаметра монтажных отверстий приведен в таблице 17.

Таблица 17

Тип ЭРЭ	Кол-во, шт	Диаметр Выводов, мм	Δ	Диаметр Отверстий, мм	Выбранный диаметр отверстий, мм	Кол-во Отверстий, шт
1	2	3	4	5	6	7
Резистор С2-23-0,125 С2-23-0,5 С2-23-2 СП3-19А	6 1 2 1	0,5 0,6 0,6 0,6	0,2 0,2 0,2 0,3	0,7 0,8 0,8 0,8	0,8 0,9 0,9 0,9	12 2 4 3

Продолжение таблицы 17

1		2		3		4		5		6		7
Конденсатор К10-17 (0,47мкФ) К50-35 (0,1мкФ)		1 1		0,6 0,6		0,2 0,2		0,8 0,8		0,8 0,8		2 2
Диоды КD522Б		2		0,6		0,2		0,8		0,8		4
Стабилитрон D814D		1		1		0,3		1,3		1,3		2
Диодный мостDB105		1		0,5		0,2		0,7		0,7		4
Транзистор КТ3107А 2SK2101	1 1		0,5 0,7		0,2 0,2		0,7 0,9		0,7 0,9		3 3
Светодиод АЛ102АМ	2		0,6		0,2		0,8		0,8		4
Переключатель Т2-1	1		0,5		0,2		0,7		0,7		4
Микросхема CD4060	1		0,5		0,2		0,7		0,7		16

Количество отверстий ø 0,8=167 шт.

ø 1,3= 2 шт.

Диаметр контактных площадок определяется по формуле:

, (6)

где d –радиальная ширина контактной площадки, мм;

- предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм;

- значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм;

- значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм.

Согласно ГОСТ 23751-86 для второго класса точности минимальная ширина гарантийного поиска контактной площадки 0.2 мм.

Диаметр для контактной площадки, отверстий 0.8 мм.

м

Диаметр для контактной площадки, отверстий 1,3 мм.

м ,округляем до 2,3 м

Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяется по формуле 7

(7)

где d₀₁ и d_{02 –} диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладывают проводники, мм;

n – количество прокладываемы проводников;

– предельное отклонение ширины печатного проводника, мм;

T_l - значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.

Разработанная печатная плата – односторонняя, без металлизации монтажных отверстий, имеет размеры 50х40х1,5 мм. Будет изготавливаться химическим методом с нанесением рисунка сеткографией, материал платы ГФ1-50-1,5 ГОСТ 10316 -79 (гетинакс фольгированный, односторонний с толщиной фольги 50 мкм, толщиной материала 1,5 мм).

2.3 Расчет надежности

Надежность – это свойство изделия сохранять работоспособность в течение определенного времени ,в определенных условиях эксплуатации.

Качественные составляющие надежности и ее показатели:

- безотказность – это свойство изделия непрерывно сохранять свою работоспособность в течение заданного времени;

- восстанавливаемость – это свойство изделия, заключающееся в его приспособлении к предупреждению и обнаружению отказов, и восстановление его работоспособности, либо нужны замены отказывающих элементов;

- долговечность – наработка изделия до предельного состояния при достижении, которого дальнейшая эксплуатация изделия должна быть прекращена.

Требуемая надежность обеспечивается разработкой принципиальной схемы и конструкции, правильным выбором ЭРЭ, выбором оптимального технологического процесса и соблюдением инструкции по эксплуатации.

Методы повышения надежности делятся на общие и специальные. В свою очередь общие методы рассматриваются на этапе проектирования и на этапе производства.

На этапе проектирования повысить надежность можно следующим образом:

- максимальным упрощением схемы электрической принципиальной, сокращением числа ЭРЭ, но с сохранением заданных функций и выходных параметров устройства;

- применением комплектующих изделий с высокой надежностью;

- применением унифицированных узлов, проверенных и отобранных в условиях массового производства и имеющих высокую надежность;

- обеспечением высокой ремонтопригодности изделия.

На этапе производства надежность устройства повышается за счет:

- точного соблюдения требований технологий, чертежей и технической документации;

- тщательного контроля материалов и комплектующих деталей, применяемых в изделии;

- внедрение технологий, обеспечивающих высокое качество производственных процессов;

- автоматизацией и механизацией производственных процессов;

- повышением общей культуры производства.

К специальным методам повышенной надежности можно отнести:

- использование элементов в облегченном режиме;

- предварительную электротренировку устанавливаемых в устройство электрорадиоэлементов.

Существуют три метода расчета надежности:

Прикидочный метод расчета надежности применяется в специальных случаях:

• при проверке требований по надежности, выдвинутым заказчиком технического задания на проектировании изделия;

• при расчете нормативных данных по надежности отдельных блоков, когда все изделия разбиваются на части;

• для определения минимального допустимого уровня надежности элемента проектируемого изделия.

Ориентировочный метод расчета надежности производится на этапе эскизного проекта, когда выбрана схема и становятся известны типы элементов и их количество.

Окончательный метод расчета надежности производится, когда известны условия эксплуатации устройства, окончательный вариант принципиальной электрической схемы, используемые в ней типы элементов, реальные электрические, тепловые режимы работы элементов.

Окончательный метод расчета надежности позволяет определить количественные характеристики надежности изделия с учетом всех воздействующих фактов.

Для упрощения расчета надежности применяются 2 допущения:

• в схеме используются основное соединение элементов, то есть отказ наступает тогда , когда откажет хотя бы один элемент;

• отказы носят случайный и независимый характер.

В этом случае интенсивность отказов определяется по формуле (8)

(8)

где , - интенсивность отказов, которая определяется по справочным материалам для каждого элемента ;

- поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации изделия;

- поправочный коэффициент, учитывающий режим работы элемента и температуру внутри;

-интенсивность отказа элемента, работающего в номинальном режиме , при нормальных условиях эксплуатации приводятся в справочниках;

n -количество однотипных элементов работающих в одинаковом режиме при одинаковой температуре.

Значение поправочного коэффициента можно взять из таблицы 18

Таблица 18

Условия эксплуатации аппаратуры	Поправочный коэффициент
Лабораторные	1,0
Стационарные на движущихся объектах	2,7
Автофургонные	3,7
Железнодорожные	3,9
Самолетные	6,0

Исходные данные для расчета надежности интенсивность отказа устройства сводятся в таблицу 19

Таблица 19

Наименование и тип ЭРЭ	Кол-во ni, шт.	Интенсив-ность отказа номинальная λ0i×10-6 1/ч	Режим работы		Попра-вочный коэффи-циент αi,	Интенсивность отказа действительная
			Кн	Темпера-тура, °С		αi×λ0i×10-6 1/ч	αi×λ0i×ni 10-6 1/ч
1	2	3	4	5	6	7	8
Резистор С2-23-0,125 С2-23-0,5 С2-23-2 СП3-19А	6 1 2 1	0,02 0,02 0,03 0,01	0,5200,52 0,52 0,35	-60…+70 -60…+70 -60…+70 -10…+70	1 1 1 1	0,02 0,02 0,02 0,011	0,02 0,02 0,02 0,011

Продолжение таблице 19

Конденсатор К10-17 К10-17 К50-35	1 1 1	0,14 0,14 0,24	0,4 0,4 0,7	-60…+80 -60…+80 -60…+80	0,05 0,05 0,1	0,007 0,007 0,024	0,07 0,07 0,024
Диоды КD522Б	2	0,5	1	-60…+70	0,81	0,406	0,81
Стабилитрон D814D	1	0,3	1	-60…+125	0,79	0,237	0,237
Транзисторы КТ307а 2SK2101	1 1	0.24 0.26	0.6 0.6	-40…+70 -40…+70	0.5 0.5	0,12 0,115	0,12 0,115
Диодный мост DB105	1	1	1	-55…+125	0,81	0,81	0,02
Светодиод АЛ102АМ	2	0,7	1	- 40…+70	0,83	0,581	0,581
Переключатель Т2-1	1	0,6	1	-40…+125	1	1,8	1,8
Микросхема CD4060	1	0,15	-	-40…+85	1	0,15	0,15
Пайка	60	0,02	0,6	180	1	0,004	0,216
Сумма:							7,079

В этом случае интенсивность отказа находится по формуле (9)

_у = k_a_i_oin_i, (9)

где К_λ – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации,

α_i – поправочный коэффициент, учитывающий режим работы

λ_i – интенсивность отказа элемента, работающего в номинальном режиме при нормальных условиях эксплуатации,

n_i – количество однотипных элементов, работающих при одинаковой температуры.

Так как проектируемое устройство переносное и эксплуатируется как в помещении так и в природе выбираем значение поправочного коэффициента равна k_=1.

Таким образом, интенсивность отказов равна:

λу =2,7 7,079 10 =19,113 10 1/ч

Средняя наработка до первого отказа определяется по формуле (10)

(10)

Средняя наработка до первого отказа будет равна:

52320

Вероятность безотказной работы рассчитывается по формуле (11)

P(t) =1- e ^{у t} , (11)

Если λ_у(t)<0,1, то с достаточной степенью точности вероятность без отказной работы может быть определена по формуле 12:

Р(t) = 1 – λ_Уt (12)

Значения вероятности безотказной работы сведены в таблицу 21

Таблица 20

t	10	100	1000	10000	Tср=52320
λуt	19,11*10	19,11*10	19,11*10	19,11*10	1
Р(t)	0,9998088	0,998088	0,98088	0,8088	0,368

По результатам расчетов строим график зависимости вероятности безотказной работы от времени.

График 1

Гарантийный срок службы изделия определяется на уровне 0,7. В этом случае он равен ~18661 ч.

Исходя из 24 часового рабочего дня и двенадцати месяцев в году, когда может понадобится устройство, гарантийный срок службы составляет:

Tci= =2,13 г.

Самым не надёжным элементом в схеме пробника является светодиод АЛ102АМ, необходимо иметь запасной.

Требуемая надежность обеспечивается разработкой принципиальной схемы и конструкции, правильным выбором ЭРЭ, выбором оптимального технологического процесса и соблюдением инструкции по эксплуатации.

Методы повышения надежности делятся на общие и специальные. В свою очередь общие методы рассматриваются на этапе проектирования и на этапе производства.

На этапе проектирования повысить надежность можно следующим образом:

- максимальное упрощение принципиальной схемы, сокращение числа ЭРЭ, но с сохранением заданного функционирования и выходных параметров устройства;

- применение комплектующих изделий с высокой надежностью;

- применение унифицированных узлов, проверенных и обработанных в условиях массового производства и имеющих высокую надежность;

На этапе производства:

- точное соблюдение требований технологий, чертежей и технической документации;

- тщательный контроль материалов и комплектующих изделий, применяемых в устройстве;

- внедрение технологий обеспечивающей высокое качество производственных процессов;

- автоматизация и механизация производственных процессов;

- повышение общей культуры производства;

К специальным методам повышения надежности можно отнести:

- использование элементов в облегченном режиме;

- электротренировку.