2.3 Оценка элементной базы.

В устройстве многокомандной системы телеуправления применяются микросхемы серии К176, представляющие собой:

а) микросхема К176ЛА7 – ПП микросхема серии 176 широкого применения, представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ, порядковый номер разработки 7, упакована в корпус 201.14-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 9;

• допустимое отклонение напряжения питания, В 0,45;

• ток потребления не более, мкА 3;

• масса не более, г 1.

б) микросхема К176ИР2 – ПП микросхема серии 176 широкого применения, представляет собой сдвоенный четырехразрядный регистр сдвига, порядковый номер разработки 2, упакована в корпус 238.16-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 9;

• допустимое отклонение напряжения питания, В 0,45;

• ток потребления не более, мкА 100;

• масса не более, г 1,5.

в) микросхема К176ЛЕ5 – ПП микросхема серии 176 широкого применения, представляет собой четыре логических элемента 2ИЛИ-НЕ, порядковый номер разработки 5, упакована в корпус 201.14-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 9;

• допустимое отклонение напряжения питания, В 0,45;

• ток потребления не более, мкА 3;

• масса не более, г 1.

г) микросхема К176ИЕ8 – ПП микросхема серии 176 широкого применения, представляет собой десятичный счетчик с дешифратором, порядковый номер разработки 8, упакована в корпус 238.16-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 9;

• допустимое отклонение напряжения питания, В 0,45;

• ток потребления не более, мкА 100;

• масса не более, г 1,5.

д) Диоды КД522Б - кремниевые эпитаксиально-планарные, импульсные; предназначены для применения в импульсных устройствах; упакованы в стеклянный корпус с гибкими выводами. Имеют следующие параметры:

• температура окружающей среды, С -40...+125;

• масса, г 0,15.

е) Транзисторы КТ315Б - кремниевые, эпитаксиально-планарные, структуры n-p-n, универсальные, применяются в низкочастотных устройствах с малым уровнем шумов, переключающих, усилительных и генераторных устройствах средней и высокой частоты, у которых:

- постоянная рассеиваемая мощность, мВт 150;

• температура окружающей среды, С -40...+85;

• масса, г 0,18.

ж) Транзисторы КТ361Б - кремниевые, эпитаксиально-планарные, структуры p-n-p, универсальные, применяются в низкочастотных устройствах с малым уровнем шумов, переключающих, усилительных и генераторных устройствах средней и высокой частоты, у которых:

- постоянная рассеиваемая мощность, мВт 150;

• температура окружающей среды, С -40...+85;

• масса, г 0,18.

з) В устройстве применены резисторы МЛТ – это резисторы с металлодиэлектрическим проводящим слоем, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов печатного монтажа. МЛТ относятся к неизолированным. Номинальная мощность 0.125 Вт.

Предельные эксплутационные данные:

- температура окружающей среды: -60…+70С;

- предельное рабочее напряжение постоянного и переменного тока: 200 В;

- минимальная наработка: 25000ч;

- срок сохраняемости: 15 лет.

Достоинством данного типа резисторов является широкий диапазон номинальных сопротивлений, малые габаритные размеры, большой срок сохраняемости, широкий диапазон рабочих температур: – 60 … +70 С.

и) В устройстве применяются также конденсаторы типов: К50-16, К10-7В и К53-30 с параметрами:

тип конденсатора	Номинальное напряжение, В	группа ТКЕ	Диапазон емкостей
К50-16	16	15…40	5..2000 мкФ
К10-7В	16	Н70	0,0068 – 0,1 мкФ
К53-30	16	Н90	0.022 - 2.2мкФ

к) В разрабатываемом устройстве применяются подстроечные резисторы типа СП3-38 со следующими параметрами:

• диапазон сопротивлений 68 Ом … 4,7 МОм

• группа по ТКС  50010^-6 1 / С;

• диапазон рабочих температур –60…+155 С;

• износоустойчивость 500 циклов;

• минимальная наработка 20000 ч;

• срок сохраняемости 15 лет.

л) В устройстве применены переменные резисторы типа СП3-9а со следующими параметрами:

- предельное рабочее напряжение, В 250

- диапазон номинальных сопротивлений, Ом 1*10³ – 4,7*10⁶

- номинальная мощность, Вт 0,5

- минимальная наработка, ч 15000

- срок сохраняемости, лет 15

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства были учтены требования, приведенные в разделе “Расширенное техническое задание”. Объем устройства должен быть минимален, а коэффициент заполнения – максимален. Помимо этого конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Разрабатываемый акустический автомат также должен быть ремонтопригодным и обеспечивать удобства эксплуатации.

Для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства.

Первый вариант компоновки приведен на рисунке 1а. Второй вариант компоновки приведен на рисунке 1б.

Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства приведен в пункте 4.1. Из расчета видно, что первый вариант компоновки имеет меньший объем блока и больший коэффициент заполнения объема, чем второй вариант. Следовательно, целесообразно остановить выбор на первом варианте компоновки блока. Последний и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

3.2 Выбор типа электрического монтажа

В разрабатываемой конструкции используется два типа монтажа: печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально законченный узел. Объемный монтаж применяется для соединения друг с другом функционально законченных узлов схемы.

3.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий

Акустический автомат необходимо предохранять от пыли, воды и механических воздействий. Для этого применяется частичная герметизация устройства с помощью пластмассового корпуса.

3.4 Окончательная разработка конструкции

Устройство имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 1009065 мм, внутри которого расположена одна печатная плата размером 7560мм, модуль коммутации размером 85х53х30мм и модуль индикации размером 50х20х15мм. На задней панели корпуса имеется разъем для ввода в блок внешних электрических цепей.

Корпус устройства имеет форму прямоугольного параллелепипеда и изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-1003Л-05 по ОСТ6-05-406-80 методом литья под давлением. Толщина стенок корпуса 3 мм. Корпус состоит из двух частей: дна, выполненного за одно целое с лицевой и задней панелями; и крышки, выполненной как единое целое с боковыми панелями. На нижнем основании корпуса устанавливается ПП основного модуля на стойках высотой 5 мм и диаметром 5 мм, являющихся частью корпуса, с отверстиями диаметром 2 мм под шурупы 1-2,5х7.2.09 ГОСТ 1144-80. На лицевой панели просверлены четыре отверстия диаметром 4 мм под светодиоды и два отверстия диаметром 3 мм под винты М2,5х1,25-6gх13.58.35Х.01 ГОСТ Р 17474-80 для крепления модуля индикации. На задней стенке имеется отверстие трапециевидной формы для разъема ОНЦ-ВГ-65-15/41.3х8-Р24 бРО.364.097ТУ 16-85 и 6 отверстий диаметром 3 мм под винты. Ножки выполнены за единое целое с дном и имеют отверстия диаметром 3 мм под шурупы 1-2,5х13.2.09 ГОСТ 1144-80.

Нижнее и верхнее основания устройства соединяются шурупами 1-2,5х7.2.09 ГОСТ 1144-80, которые ввинчиваются в стойки, выполненные как единое целое с крышкой.

Связь между радиоэлементами осуществляется печатным монтажом, электрические соединения выполняются с помощью пайки припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76 с флюсом ФКС ОСТ 4.ГО.033.200. Число слоев печатных плат – два (ДПП), метод изготовления печатных плат – комбинированный позитивный, материал для изготовления – стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1.5 ГОСТ 10316-78, размер печатных плат 7560 мм и 5020 мм.

Соединение выводов печатной платы с приборами индикации и микрофоном осуществляется объемным монтажом - проводом МПО 0.2 ТУ 16-505.339-79 с полихлорвиниловой изоляцией. Жгут вязать капроновой крученой нитью 3К ОСТ 17-330-84. Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой 305-ТВ-40-1.0 ГОСТ 19034-82 длиной 15 мм.

Корпус устройства окрасить в черный цвет. Окраска производится путем добавления к массе полистирола соответствующего красителя при литье корпуса. Для защиты от атмосферных воздействий печатные платы покрываются бесцветным лаком УР-231.

4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Объемно – компоновочный расчет

Прежде, чем проводить расчет компоновочных параметров, определим размер печатной платы устройства. Площадь печатной платы рассчитаем, исходя из площади установочной поверхности элементов. Площади установочных поверхностей приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Площади установочной поверхности элементов

Элементы	Площадь одного элемента,мм2	Количество элементов	Общая площадь,мм2
Резисторы R1-R7, R9-R20 Резистор R8 Конденсаторы С2,C3, С5, C6 Конденсатор С1 Конденсатор С4 Конденсатор С7 Транзисторы VT1-VT5 Микросхема DD1, DD2 Микросхема DD3 - DD5 Микросхема DA1 Диоды VD1 – VD10	22 40 57 84 16 56.25 21.6 172 156 90.25 23.75	19 1 4 1 1 1 5 2 3 1 10	418 40 228 84 16 56.25 108 344 468 90.25 237.5

Общую площадь печатной платы найдем, используя следующую формулу:

S=S_R+S_C+S_VT+S_MC+S_D (1)

где S_R – площадь, необходимая для установки резисторов на ПП;

S_C - площадь, необходимая для установки конденсаторов на ПП;

S_VT - площадь, необходимая для установки транзистора на ПП;

S_MC - площадь, необходимая для установки микросхем на ПП;

S_D - площадь, необходимая для установки диодов на ПП;

Общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате S= 2090 мм².

Площадь ПП получим учитывая коэффициент заполнения площади ПП:

S_пл= S/0.6 = 3483.3 мм². (2)

Рассмотрено несколько вариантов соотношения сторон ПП и был выбран следующий: 75 X 60 мм по ГОСТ 10317-79.

Для выбора рациональной компоновки блока используют три параметра:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

Рассмотрим два варианта компоновки блока (рис.1 а, б).

Посчитаем объемы модулей, входящих в устройство:

Основной модуль: V₁₀ = 60x75x17 = 76500 мм³;

Модуль индикации: V₂₀ = 50x20x15 = 15000 мм³;

Модуль коммутации: V₃₀ = 85x53x30 = 135150 мм³.

Полный объем первого варианта:

V₁=1009065=585000 мм³; (3)

Площадь поверхности корпуса:

S₁ = 2(hb+hl+lb) = 2(9000+6500+5850)= 42700мм²; (4)

Полный объем второго варианта:

V₂= 10014060=840000 мм³; (5)

Площадь поверхности корпуса:

S₂ = 2(hb+hl+lb) = 2(8400+6000+14000)= 56800мм²; (6)

Приведенные площади наружной поверхности:

S_пр1=S₁/V₁=42700/585000=0.073мм ^-1; (7)

S_пр2=S₂/V₂=56800/840000=0.067мм ^-1; (8)

Для определения корпуса наиболее оптимального по площади наружной поверхности, воспользуемся следующим соотношением:

К_пр = S_пр1/S_пр2 = 0.073/0.067 = 1.09 > 1. (9)

Так как соотношение К_пр  1, то из двух вариантов второй вариант компоновки наиболее оптимален по площади наружной поверхности.

Коэффициент заполнения объема:

К_з.о.=V_п / V; (10)

-для первого варианта:

; (11)

-для второго варианта:

; (12)

Коэффициент заполнения объема больше у первого варианта компоновки, значит, у него объем используется более эффективно.

В качестве исходной компоновки блока выбираем первый вариант, т.к. у него элементы более доступны (легче осуществлять ремонт) и коэффициент заполнения больше.

4.2 Расчет параметров печатной платы шифратора

4.2.1 Расчет печатного монтажа

Двухсторонняя печатная плата размером 10040 выполнена комбинированным позитивным методом из стеклотекстолита фольгированного СФ-2Н-50Г-1.5 (ГОСТ 10316-78) по четвертому классу точности.

- толщина платы, мм 1.5;

- максимальный ток, протекающий в проводнике, I_max, мА 50;

- толщина фольги h,мм 0.05;

- допустимая плотность тока i_доп, А/мм² 38;

- допустимое падение напряжения на проводнике U_доп, В 0.09;

- удельное сопротивление печатного проводника ,Оммм²/м 0.0175;

- максимальная длина печатного проводника l, м 0.2;

- шаг координатной сетки, мм 1.25.

Основные конструктивные параметры печатных плат для четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86):

- минимальное значение номинальной

ширины проводника t_1min, мм 0.15;

- номинальное расстояние между проводниками S, мм 0.15;

- допуск на ширину проводника без покрытия t, мм ±0.03;

- допуск на расположение отверстий d, мм 0.05;

- допуск на расположение контактных площадок p, мм 0.15;

- допуск на отверстие d, мм ;

- допуск на расположение проводников на ДПП l, мм 0.03;

- гарантийный поясок b_м, мм 0.05.

4.2.2 Расчет по постоянному и переменному току

Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

(13)

где I_max - максимальный постоянный ток протекающий в проводнике;

i_доп - допустимая плотность тока, А/мм²;

h - толщина проводника, мкм,

(14)

Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

(15)

где  - удельное сопротивление, Оммм²/м;

l - длина проводника, м;

U_доп - допустимое падение напряжения, В;

. (16)

Значения минимальной ширины печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:b_min1 и минимальной ширины проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем: b_min2 не должны быть меньше рассчитанных значений. Исходя из технических особенностей производства плат по 4 классу точности, выбираем ширину проводника равную 0.15 мм. Это значение больше чем b_min1 и b_min2.

Выбираем ширину питающих проводников b = 0,5 мм.

Расчет по переменному току не проводится из-за низкой частоты работы схемы, т.е. влиянием паразитных емкостей и индуктивностей проводников можно пренебречь.