4. Конструкторские расчеты

4.1. Объемно-компоновочный расчет.

Определим размер печатной платы, зависящий от посадочных мест ЭРЭ. Площади посадочных мест указаны в таблице 2.

Таблица 2

ЭРЭ	Площадь одного посадочного места, мм2	Количество ЭРЭ	Общая площадь, мм2
Резисторы R1-R11, R13-R19	117,25	18	2110,5
Конденсаторы С1, С7	101,25	2	202,5
Конденсатор С2	81,25	1	81,25
Конденсаторы С3, С5, С6	233,75	3	701,25
Конденсатор С4	31,5	1	31,5
Транзисторы VT1-VT4	53,35	4	213,4
Транзистор VT5	54,59	1	54,59
Микросхема DA1	160,8125	1	160,8125
Диоды VD1, VD2, VD4, VD5	76,5	4	306
Диод VD7	136	1	136
Стабилитроны VD3, VD6	261,25	2	522,5
Переменный резистор R12	183	1	183
Площадь всех ЭРЭ			4703,3025

Рассмотрено несколько вариантов соотношения сторон печатной платы, в результате чего был выбран размер 120х70 мм.

Определим объем печатной платы.

Высота печатной платы зависит от размера самого высокого ЭРЭ, при этом должны учитываться: вариант установки, толщина печатной платы и размер, обходимый для осуществления электрической и механической связи ЭРЭ с печатной платой – припой.

Тогда высота печатной платы

Н = 13,64 + 1 + 1,5 + 1 = 17,14 мм.

Объем блока

V = 120 х 70 х 17,14 = 143976 мм³.

Приведенная площадь наружной поверхности

S_ПР = S / V = 0,0(3) мм^-1,

где S – площадь наружной поверхности блока, мм²,

V – объем блока, мм³.

Коэффициент заполнения объема

К _ЗО = (V / V _ОБ) х 100 % = (143976 / 220224) х 100 % = 65,

где V _ОБ – объем, отводимый на устройство.

4.2. Расчет печатного монтажа.

Печатная плата выполнена комбинированным позитивным методом из стеклотексолита фольгированного СФ-2Н-50Г-1,5 (ГОСТ 10316-78) по четвертому классу точности.

• Толщина платы 1,5 мм.

• Максимальный допустимый ток I _MAX = 800 мА.

• Толщина фольги h = 0,05 мм.

• Допустимая плотность тока I _ДОП = 38 А/мм².

• Допустимое падение напряжения U _ДОП = 0,6 В.

• Удельное сопротивление печатного проводника  = 0,0175 Ом мм²/м.

• Длина печатного проводника l = 0,875 м.

• Расстояние между выводами микросхемы 1,25 мм.

Основные конструктивные параметры печатных плат для четвертого класса точности:

• минимальное значение номинальной ширины проводника t _{1 MIN} = 0,15 мм;

• номинальное расстояние между проводниками S = 0,15 мм;

• допуск на ширину проводника без покрытия t =  0,05 мм;

• допуск на расположение отверстий d = 0,05 мм;

• допуск на расположение контактных площадок p = 0,15 мм;

• допуск на отверстие d = ^+0,05;

• допуск на расположение проводников на ДПП l = 0,03 мм;

• гарантийный поясок b _М = 0,05 мм.

1. Расчет ширины проводников.

Рассчитаем ширину проводника цепи питания и заземления по

постоянному току:

b _{MIN 1} = I _MAX / I _ДОП x h = 0,42 мм.

Определим минимально допустимую ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения:

b _{MIN 2} = I _MAX х l х  / U _ДОП x h = 0,41 мм.

Ширина печатного проводника должна быть не менее 0,42 мм, исходя из того, что ширина не должна быть меньше рассчитанного.

2. Расчет индуктивности и емкости между двумя печатными проводниками.

В рассматриваемом случае печатные проводники расположены

параллельно с одной стороны печатной платы.

Определим индуктивность:

L = 0,04 x l x [ln ((a + b) / (h + b)) – (a – b) / l + 0,2235 x (h + b) / l + 1,5],

где а – расстояние между проводниками,

b – ширина проводника,

h – толщина фольги,

l – длина проводника.

a = 2,05 мм,

b = 0,45 мм,

h = 0,05 мм,

l = 15 мм.

Следовательно L = 1,8 мкГн.

Определим емкость:

С = 0,12 x l x _R / ln [2 x a / (h + b)],

где _R = 1 – электрическая проницаемость воздуха.

Следовательно C = 0,86 пФ.

В этом месте печатной платы расположены конденсатор емкостью 68 мкФ и резистор, малочувствительные к значению такой помехи.

4.3. Конструктивно-технологический расчет.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

Д = Д _ВЫВ + Id _HOI + з,

где Д _ВЫВ – диаметр вывода ЭРЭ,

d _HO (0,1) – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия,

з (0,1) – разница между номинальным диаметром ЭРЭ (0,1…0,4 мм).

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

Д _{0 MAX} =Д + d + (0,1...0,15),

где d (0,05) – допуск на отверстие.

Минимальный диаметр контактной площадки для оплавляемого покрытия олово-свинец:

Д _MIN = 2 х [b _M + Д _{0 MAX} / 2 + d + p] + 1,5 x h.

Максимальный диаметр контактной площадки:

Д _MAX = Д _MIN + (0,02…0,06).

Результаты рассчитанных диаметров отверстий и контактных площадок приведены в таблице 3.

Таблица 3

Д ВЫВ, мм	Д, мм	Д MIN, мм	Д MAX, мм
0,4	0,6	1,4	1,5
0,55-0,6	0,8	1,6	1,7
0,8-1,0	1,3	2,0	2,1
1,8	2,0	2,7	2,8

Минимальная ширина проводника:

t _min = t _{1 min} + 1,5 x h + t,

где t _min – минимальное значение номинальной ширины проводника,

t (0,05) – допуск на ширину проводника.

t _min = 0,15 + 1,5 x 0,05 + 0,05 = 0,275 мм.

Максимальная ширина проводника:

t _mAX = t _min + (0,02...0,06).

t _mAX = 0,275 + 0,025 = 0,3 мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

S _MIN = L _Э – [(Д _MAX / 2 + p) + (t _mAX / 2 + l)],

где L _Э – расстояние между центрами рассматриваемых элементов.

S _MIN = 2,5 – [(1,7 / 2 + 0,15) + (0,3 / 2 + 0,03)] = 1,32 мм.

Минимальное расстояние между проводниками:

S _MIN = L _Э – (t _MAX + 2 x l).

S _MIN = 2,5 – (0,3 + 2 x 0,03) = 2,14 мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

S _MIN = L _Э – (Д _MAX + 2 x p).

S _MIN = 2,5 – (2,1 + 2 x 0,15) = 0,15 мм.

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

S _MIN = L _Э – (t _MAX / 2 + b / 2 + 2 x l).

S _MIN = 2,5 – (0,3 / 2 + 0,45 / 2 + 2 x 0,03) = 2,065 мм.

Расчет показывает, что расстояние между элементами проводящего рисунка больше минимально допустимого значения и параметры печатного монтажа отвечают требованиям четвертого класса точности.