4.2.1 Расчет по постоянному току.

Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения. Определяем допустимое падение напряжения на проводниках схемы:

В.

Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

мм. Определяем минимальную ширину печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем:

мм,

где  - удельное объемное сопротивление проводника, Ом ^. мм²/м.

Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше или равна b_min1 и , поэтому принимаем ширину проводников питания и заземления равную b = 1,5 мм.

4.2.2 Конструктивно-технологический расчет.

В печатных платах применяются монтажные металлизированные отверстия для установки электрорадиоэлементов и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматической сборки ячеек.

Определяем минимальный диаметр монтажных отверстий для всех видов выводов электрорадиоэлементов: 0,6; 1,2; 0,8; 0,9; 1,1 (0,6-0,7; 0,8-0,9 и 1,1-1,2).

мм,

мм,

мм.

где – толщина припоя, мм;

= 0,6 мм;

= 0,8 - 0,9 мм;

= 1,1 - 1,2 мм.

С учетом на биение сверла:

мм,

мм,

мм.

где D_св – диаметр сверла,

D – коэффициент радиального биения сверла.

Определяем минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия. Для максимального уплотнения монтажа диаметр переходных отверстий выбирается наименьшим, но в связи ограниченной рассеивающей способностью электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы:

мм,

где H_р - расчетная толщина платы, мм;

- коэффициент зависящий от состава электролита.

Рассчитанный диаметр отверстия выбираем из ряда и принимаем равным 0,8 мм.

Определяем диаметры контактных площадок. Эффективный минимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий:

мм,

мм,

мм,

где b_м - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (гарантийный поясок ), мм;

, - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм;

Минимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий, при покрытии олово-свинец:

мм,

мм,

мм.

где h_r - толщина фольги, мм;

Максимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий:

мм,

мм,

мм.

В соответствии с полученными диаметры контактных площадок по ГОСТ 6636-69 составляют соответственно 1,5; 1,7 и 2 мм.

Таблица №4 – Диаметры отверстий и контактных площадок

Двыв, мм.	, мм.	, мм
0,6	0,6	0,8	1,5
0,8-0,9	0,9	1,1	1,7
1,1-1,2	1,2	1,3	2

Определяем минимальную ширину сигнальных проводников:

мм,

где t - допуск на ширину проводника, мм;

t_min1 - минимальная эффективная ширина проводника, мм.

При формировании проводников на фольгированном диэлектрике их минимально допустимая в производстве ширина определяется, прежде всего, адгезионными свойствами материала основания и гальваностойкостью оксидированного слоя фольги, так как браком является даже частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика. Поэтому минимальную эффективную ширину проводника (t_min1) выбирают в соответствии с классом точности и способом изготовления печатных плат по ГОСТ 23751-86.

Максимальная ширина сигнального проводника:

мм. Округляем максимальную ширину сигнального проводника в соответствии с рядом нормальных размеров до значения равного: t_max=0.3 мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка. Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой первого типа , мм:

мм ,

где - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

- допуск на расположение проводников, мм.

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа, мм:

мм,

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой третьего типа, мм:

мм,

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками первого типа:

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками второго типа:

мм.

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

мм.

По проведенному расчету выполняем трассировку ПП.

Вывод: было получено минимальное расстояние между проводниками 0,9 мм, ширина узкого проводника (сигнального) 0,3 мм, ширина проводников питания 1,5 мм, расстояние между двумя контактными площадками 0,6 мм, между проводником и контактной площадкой 0,12 мм.

4.2.3 Расчет электрических параметров ПП.

1. Сопротивление печатных проводников.

Омическое сопротивление печатных проводников в обычных низкочастотных платах, как правило, не оказывает влияния на работу схемы, но при значительной протяженности и минимальной ширине проводника эта величина может достигнуть значений, способных внести искажения в работу устройства.

Сопротивление проводника из однородного материала: _{R =}

где  - удельное электрическое сопротивление проводника, Ом*мм²/м;

l – длина проводника, мм;

b – ширина проводника, мм;

h – толщина проводника, мм.

При ширине проводника b = 0,3 мм и толщине h = 50 мкм, проводник длиной l = 40 мм будет иметь следующее сопротивление:

Ом.

2) Допустимая токовая нагрузка.

Величину токовой нагрузки одиночных проводников из медной фольги с постоянной шириной b и сечением S можно ориентировочно определить по графику. Сечение проводника шириной 0,3 мм, толщиной 50 мкм будет равно 0,015 мм², а плотность тока при t = 20⁰С равна 1,7 А/мм²; при t = 30⁰С – равна 2 А/мм². При максимальном токе в сигнальном проводнике платы в 20 мА плотность тока составляет 0,02/0,015=1,3 А/мм², т.е. меньше максимально допустимого.

3) Емкость между проводниками при их параллельном взаимном расположении:

C =

где E_r = 6– диэлектрическая проницаемость среды;

l = 40 мм – длина близко расположенных проводников;

а = 1,25 мм – расстояние между проводниками;

b = 0,3 мм – ширина проводника;

h = 0,05 мм – толщина фольги.

пФ

При других вариантах значение емкости меньше полученного значения.

4) Собственная индуктивность параллельных проводников:

L = 0.0002*l(lg мкГн; мкГн.

5) Взаимоиндуктивность проводников рассчитывается при условии

l>>10(b₁+b₂+a);

где b₁=0,3мм – ширина первого проводника;

b₂=0,7мм – ширина второго проводника;

а=1,25мм – расстояние между проводниками.

l>>30,5мм.

Так как l не намного больше рассчитанного значения (30,5 мм), т.е. условие не выполняется, то взаимоиндуктивность не влияет на проводники.

В результате расчета электрических параметров получили, что значения индуктивности, емкости и взаимоиндуктивности между печатными проводниками невелики.

4.3 Расчет теплового режима.

Тепловой режим блока характеризуется совокупностью температур отдельных его точек. Определим условную поверхность нагретой зоны S, м² для воздушного охлаждения: 100x120x60

= 2·(100·120+(100+120) ·60·0,598) = 397872 мм²

где L₁, L₂, L₃ - геометрические размеры блока, мм;

K_З – коэффициент заполнения объема;

Определим удельную мощность нагретой зоны q, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади. Для этого сначала определим мощность, рассеиваемую блоком.

Q= I·U= 0,01·12=0,12 Вт.

Вт/м²;

где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт.

Определим температуру зоны.

Если устройство работает в нормальном режиме, тогда температура зоны не превышает (по техническому заданию) Т_З=70 ⁰С. Температура зоны не превышает максимального значения рабочей температуры элементов. Нормальная температура окружающей среды, при которой работает устройство Т_с=20 ⁰С. Тогда разность температур будет равна:

70-20= 50⁰С;

По графику приближенного определения необходимого способа охлаждения прибора (рисунок 3) определяем, что прибор относится к зоне 1-1’, то есть прибору без вентиляции. При повышении температуры вентиляция не потребуется.

Рисунок 3 - Номограмма приближенного определения необходимого способа охлаждения прибора

На рисунке 3 цифрами обозначены следующие зоны:

1, 2, 3 – для вертикального расположения блоков;

1’, 2’, 3’ - для горизонтального расположения блоков;

1-1’ - без вентиляции;

2-2’ - естественная вентиляция;

3-3’ - принудительная вентиляция.

5 ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОХРАННОГО УСТРОЙСТВА

Корпус прибора выполняет функции несущей конструкции и предназначен для размещения, механического крепления, защиты от механических перегрузок и внешних воздействий размещенных внутри него деталей и узлов.

Корпус прибора изготовлен пластмассы и имеет форму параллелепипеда. Корпус состоит из двух частей: нижнего основания и крышки, свинченных при помощи винтов. Сверху установлены пьезосирена и розетка под лампу накаливания. Сбоку выведен разъём для подключения питания. Спереди установлены микрофон, головка динамическая.

Крышка и основание выполнены из листа толщиной 2 мм. Для улучшения технологии сборки прибора и его ремонтопригодности, все детали крепятся с помощью винтов М2,5. В соответствующих местах корпуса предусмотрены резьбовые отверстия.

В корпусе расположена печатная плата основного модуля. Печатная плата крепится при помощи винтов с втулками. Элементы на печатной плате соединяются при помощи печатного монтажа с использованием припоя ПОС-61. Электрические соединения между платой и другими элементами производятся объемным монтажом. Объемный монтаж используется для электрического соединения платы с элементами управления и индикации. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяется припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76 с флюсом ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200 .и ПОС-61 ГОСТ 21931-76 с флюсом ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200.

Печатная плата изготовлена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2Н-50Г-1,5в.с. ГОСТ 10316-78. Двусторонняя печатная плата изготовлена комбинированным позитивным методом.