7.5 Расчёт механической прочности и системы виброударной защиты

К основным динамическим характеристикам аппаратуры и её элементов относят значения собственных (резонансных) частот, собственные формы колебаний, значения коэффициентов динамичности и коэффициентов демпфирования.

Значения собственных частот конструктивных элементов аппаратуры (элементов рамных конструкций, пластин и т.д.) определяются по формулам, известным из курса классической механики.

Применительно к печатной плате используется следующая формула для расчета собственной частоты:

где Km - коэффициент, учитывающий материал, из которого выполнена плата (для гетинакса - 0,5, для стеклотекстолита – 0,52);

𝐾𝑏 – коэффициент, рассчитывающийся по формуле

где массы элементов m_Э, размещенных на поверхности платы, масса которой m_n

В – коэффициент, зависящий от варианта закрепления пластины и соотношения сторон a/b;

h – толщина пластины;

а – длина платы.

Печатная плата выполнена из стеклотекстолита. Его плотность равна: ρ=2 г/см3. Коэффициент, учитывающий материал K_m = 0,52. Размеры платы (152×102×0,41)мм. Масса элементов – 110г.

Определяем массу платы:

m_n = (a · b · h) · ρ,

m_n = (152·102·0,41) · 2 =12730

Определяем коэффициент K_b. Получаем K_b=1.

Подставляя полученные значения, получим значение собственной частоты платы: f₀=12,5 Гц

Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибраций. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний плат удовлетворяла условию

где – безразмерная постоянная, выбирается в зависимости от величины частоты собственных колебаний и воздействующих вибраций, 25;

b – размер короткой стороны платы, 65 мм.;

n_bmax - вибрационные перегрузки в единицах g, 3...10.

Условие выполняется: = 3010 Гц 12,5Гц , таким образом, плата будет обладать достаточной усталостной долговечностью при воздействии линейных перегрузок до 5g.

6. Обеспечение электромагнитной совместимости

В данном разделе проводится определение работоспособности нашего устройства в условиях воздействия перекрестных помех.

Электромагнитная совместимость (ЭМС) – это управление излучаемыми и кондуктивными электромагнитными помехами. Плохая ЭМС является одной из основных причин, вынуждающих повторно начинать проектирование печатной платы.

Для определения работоспособности высотомера таймерной авиамодели в условиях воздействия перекрестных помех, необходимо произвести расчет для двух проводников, идущих параллельно, расположенных на одной стороне печатной платы. [13]

Расчет производим по методике.

Расчет будем производить для проводников, расположенных на одной стороне печатной платы и идущих параллельно.

1 - основание печатной платы; 2 – проводник

Рис. 7.6.1 Расположение проводников

Ширина проводников и расстояние между ними равны 1,5 мм. Максимальная длина области связи проводников – 0,1м. Максимальное напряжение в активной линии составляет 1,5 В на частоте 0,3 МГц. В схеме использованы цифровые микросхемы.

Рассмотрим случай, когда микросхема начинает генерировать сигналы. При этом U^«0»_вх= 0,5 В, I ^«0»_вх = 0,4 мА, U ^«0»_вых = 0,5 В, I^«0»_вых= 4 мА. Тогда можно определить входное сопротивление и выходное сопротивление:

Исходными данными для расчета являются:

• напряжение резонатора в активной линии связи Е=1,5 В

• круговая частота w=0,3 МГц

• 

• 

• относительная диэлектрическая проницаемость среды между проводниками Ɛr=5

Определяем взаимные емкости С и индуктивности М линий связи:

Рассчитаем индуктивность ПП, М=2,4 мГн

Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками

где - удельное поверхностное сопротивление основания печатной платы. Для стеклотекстолита = 5·10¹⁰ Ом.

Подставив данные, получим

Полученные значения паразитной емкости и индуктивности малы. Таким образом ими можно пренебречь и дополнительных мер по ее устранению предпринимать не следует.