4.КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. Расчет печатного монтажа

Исходные данные:

1) плата печатная двухсторонняя;

2) метод изготовления - комбинированный позитивный;

3) линейные размеры платы 80100 мм;

4) материал-стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г1,5

ГОСТ 10316-78;

5) максимальный допустимый ток I_max:

для сигнальных цепей – 5 мА;

для цепей питания – 15 мА;

6) допустимое падение напряжения U_доп=0,45 В;

7) толщина фольги h=50 мкм;

8) допустимая плотность тока i_доп=38 А/мм²;

9) удельное сопротивление печатного проводника =0,0175 Оммм²/м;

10) максимальная длина печатного проводника l=0,0525 м;

11) расстояние между выводами микросхем 1,25 мм;

12) класс точности - 4. Основные конструктивные параметры печатных

плат для четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86):

минимальное значение номинальной ширины проводника t_1min=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=;

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

гарантийный поясок b_м=0,05 мм;

4.1.1. Расчет по постоянному и переменному току.

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

где I_max - максимальный постоянный ток протекающий в проводнике;

i_доп - допустимая плотность тока, А/мм²;

h - толщина проводника, мкм,

b_min1=15/3850=0,008 мм.

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

b_min2=I_maxl/U_допh,

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

l - длина проводника, м;

U_доп - допустимое падение напряжения, В;

b_min2=150,0175·0,0525/500,45 ≈ 0,0006 мм,

Значения b_{min 1} и b_{min 2} не должны быть меньше рассчитанных значений.

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

4.1.2.Конструктивно-технологический расчет

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

Д=Д_выв+/d_н.о./+з,

где Д _выв - диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

d_н.о.- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;

з - разница между минимальным диаметром ЭРЭ, ее выбирают в пределах 0,1...0,4 мм.

При Д_выв=0,5 мм:

Д=0,5+0,1+0,1=0,7мм.

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

Д _0max=Д+d+(0,1...0,15),

где d - допуск на отверстие, мм;

Д _0max=0,7+0,05+0,15=0,9 мм.

Минимальный диаметр контактной площадки для оплавляемого покрытия олово-свинец:

где b_м - гарантийный поясок, мм;

d и p - допуски на расположение отверстий контактных площадок,мм;

Д_min=2(0,05+0,9/2+0,05+0,15)+1,50,05=1,5 мм.

Максимальный диаметр контактной площадки:

Д_max=Д_min+(0,02...0,06);

Д_max=1,5+0,05=1,6 мм.

Результаты расчетов сведены в табл.3. Рассчитанные диаметры отверстий выбраны из ряда предпочтительных размеров.

Таблица 3

Диаметры отверстий и контактных площадок

Двыв, мм	Д, мм	Дmin, мм	Дmax, мм
0,5-0,7	0,8	1,5	1,6
0,8	1,3	1,8	2,0
1,3	2,0	2,3	2,5

Минимальная ширина проводника:

t_min=t_{1 min}+1,5h_ч+t,

где t_min - минимальное значение номинальной ширины проводника, мм;

t - допуск на ширину проводника, мм;

t_min=0,15+1,50,05+0,05=0,3 мм.

Максимальная ширина проводника:

t_max=t_min+(0,02...0,06);

t_max=0,3+0,05=0,35мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

,

где L_э - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

l - допуск на расположение проводника, мм;

=0,1 мм.

Результаты расчета показывают, что расстояния между элементами проводящего рисунка больше минимально допустимых.

4.2. Оценочный расчет надежности

Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установленных пределах. Это физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, от условий, в которых оно эксплуатируется (чем выше температура окружающей среды, чем больше относительная влажность воздуха, перегрузки при вибрации и т.д., тем меньше надежность), и от ряда других причин.

Надежность аппаратуры определяется надежностью и количеством используемых в ней элементов.

В соответствии с методикой [3,4] расчет надежности по ориентировочным данным проводится следующим образом:

1. По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпоненты, определяем интенсивность отказов _о.

2. Определяем коэффициент нагрузки:

-для транзисторов

,

где Р_к- фактическая мощность рассеивания на коллекторе;

Р_к.max- максимально допустимая мощность рассеивания;

-для диодов и тиристора

,

где U_о - фактическое обратное напряжение ,В;

U_о.доп- обратное напряжение ,В;

-для резисторов

,

где Р - фактическая мощность, рассеивания на радиокомпоненте, Вт;

Р_н - номинальная мощность, Вт;

- для конденсаторов

,

где U - фактическое напряжение приложенное к конденсатору, В;

U_н - номинальное напряжение конденсатора, В;

3. Определяем интенсивность отказов ЭРЭ при заданном значении температуры окружающей среды:

_i=_o∙N∙α ,

где N - количество радиоэлементов i–го типа

α - коэффициент влияния, значения которого берутся из зависимости [3] α от к и температуры окружающей среды t_окр. Зададим t_окр=40С.

Результаты расчетов сведены в табл. 4.

4. По табл. 4 определяется интенсивность отказов устройства, состоящего из n - различных элементов:

=₁+₂+...+_n= ;

λ=18,82·10^-6 ч.

Мерой надежности является средняя наработка до первого отказа:

Т_ср=1/λ=53135 ч.

Вероятность безотказной работы Р(t_p) показывает какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного интервала времени t_p. Выберем t_p=1000ч, тогда:

Из расчетов видно, что показатели надежности разрабатываемого реле времени выше, чем указанные в техническом задании, следовательно, требования надежности выполнены.

4.3. Определение уровня стандартизации и унификации

Под уровнем стандартизации и унификации (УСУ) изделий понимается насыщенность их стандартными, унифицированными, заимствованными и покупными составными частями. Составные части изделия могут быть пяти типов:

N_с - стандартные составные части изделия, изготовленные по ГОСТ и ОСТ, на которые имеется ссылка в конструкторской документации изделия;

N_у -унифицированные составные части изделия, специально разработанные для применения в нескольких изделиях;

N_з - заимствованные составные части изделия, ранее спроектированные как оригинальные для конкретного изделия и примененные в другом изделии данного или другого предприятия;

N_n - покупные составные части изделия, не изготавливаемые на данном предприятии, а получаемые в готовом виде;

N_o - оригинальные составные части, разработанные по ТЗ разработчиком изделия.

Показатель уровня стандартизации и унификации определяется с целью:

-оценки соответствия полученных значений показателей УСУ значениям заданным в ТЗ;

-систематического изучения и анализа значений показателей УСУ по группам продукции отрасли для разработки предложений по повышению УСУ и снижению стоимости разработки и изготовления изделий.

Основным показателем УСУ является коэффициент применяемости К_пр. Он характеризует степень насыщенности изделия стандартными, унифицированными, заимствованными и покупными составными частями.

Он вычисляется в процентах по формуле:

К_пр=(1–N_o/N)·100%,

где N=N_с+N_у+N_з+N_n+N_o -общее количество составных частей изделия;

N= 114;

N_о= 15;

К_пр=(1–15/114)·100%=87%

Полученный коэффициент применяемости не ниже определенного в техническом задании (К_пр не менее 80%).