ВВЕДЕНИЕ

Задача курсового проекта – освоение принципов работы с технической документацией, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭРА, получение необходимого минимума знаний при проектировании теле- и радиоэлектронных устройств. А также при разработке темы, закрепить на практике знания, полученные из курса «Конструктивно-технологические особенности проектирования».

Цель курсового проекта – используя нормативно-техническую документацию, а также ознакомившись с оформлением и изложением конструкторской документации, разработать конструкторскую и техническую документацию для радиоэлектронного устройства – комбинированный переключатель гирлянд.

В данной курсовой работе необходимо произвести расчет основных параметров разрабатываемого изделия, разработать компоновку модулей в корпусе прибора, разместить навесные ЭРЭ на печатной плате модуля, разработать конструкцию корпуса прибора и коммутацию между модулями, при условии выполнения всех требований, предъявляемых к данному устройству.

Основные области применения комбинированного переключателя гирлянд – это дома, квартиры, витрины и другие помещения.

Описываемое устройство используется как автомат управления гирляндами и имеет электронное переключение режимов работ и снабжено светодинамическим устройством (СДМ). С помощью автомата можно получить фиксированные варианты переключения гирлянд (режим “Автомат”), переключение определяемое музыкальной композицией сигнала ЗЧ (режим “СДУ”), а также комбинированную работу при одновременном включении обоих режимов.

Данная конструкция переключателя гирлянд имеет ряд преимуществ: устройство не содержит дорогостоящих деталей и радиоэлементов, имеет сравнительно невысокую стоимость при массовом производстве, а также удобно в обращении, имеет небольшие габаритные размеры, отвечает требованиям техники, прост в применении.

1 Расширенное техническое задание

1.1 Назначение

Комбинированный переключатель гирлянд применяется для управления гирляндами ламп.

1.2 Состав изделия:

- основной модуль;

- светодинамический модуль;

1.3Технические и конструктивные требования.

Разрабатываемый комбинированный переключатель гирлянд должен обладать следующими техническими характеристиками

Напряжение питания прибора (от блока питания),В 12;

Отклонения от номинального напряжения, % 10;

Ток потребления от батарей питания не более, А 0,15;

Проектируемое устройство должно удовлетворять следующим

усло­виям эксплуатации и транспортирования (ГОСТ 16019 – 78):

Температура окружающей среды, °С от нуля до +60;

Влажность окружающей среды, % не выше 80;

Воздействия вибрации и ударов не допускаются;

Объект размещения стационарная;

Условия транспортировки всеми видами транспорта.

Применяемые радиоэлектронные элементы должны быть отечествен-­ ного производства и предназначенные для общего применения, а также должны удовлетворять условиям ремонтопригодности и взаимозаменяемо­сти.

Устройство должно удовлетворять следующим требованиям надежности

Среднее время безотказной работы, ч не менее 30000;

Интенсивность отказов, ч^-1 2510^-6;

Гарантийный срок эксплуатации, лет 3.

Проектируемое устройство должно удовлетворять следующим конструктивным требованиям

Число марок применяемых материалов не более 6;

Коэффициент применяемости не менее 0,8;

Коэффициент унификации 0,9.

Органы управления и индикации необходимо вывести на лицевую па­нель. Размеры блока определяются конструктивно.

Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

1. Комбинированный переключатель гирлянд – А4;

2. Комбинированный переключатель гирлянд, схема электрическая принципиальная – А2;

3. Комбинированный переключатель гирлянд, сборочный чертеж – А2;

4. перечень элементов схемы электрической принципиальной – А4;

5. плата, сборочный чертеж – А2;

6. плата, спецификация – А4;

7. плата, компоновочный чертеж – А1.

2 Анализ технического задания, электрической схемы. Оценка элементной базы

2.1 Разработанный комбинированный переключатель гирлянд, по сравнению с уже существующим его аналогом, описанным в [1], отличается большим количеством элементов, что повышает их себестоимость, но при этом повышается функциональная база данного устройства.

2.2 Принцип работы устройства

Схема комбинированного переключателя гирлянд показана на чертеже УИТС. 425613.015 ЭП. Она собрана на семи мик­росхемах и разбита на три модуля :

1. Основной модуль собран на микросхемах DD1-DD6. Элементы DD1.3 и DD1.4 выполняют функцию задающего генератора. Режим работы автомата переключения задается с помощью микросхем DD2 и DD3, а также элемента DD1.1. DD4 и DD5 выполняют функцию регистров сдвига. DD6 управляет тринисторами, которые включают гирлянды.

2. Светодинамическое модуль (СДМ) собран на транзисторах VT2-VT6 и микросхеме DD7.

Работает устройство следующим образом. В режиме "Автомат" (пере­ключатель SВ4 включен) стабилизиро­ванное напряжение питания 12 В по­ступает на микросхемы DD1—DD5. При этом на выводе 11 счетчика DD2 устанавливается уровень лог. 0. тран­зистор VT1 открывается и загорается светодиод HL5 "Обзор". Высокий уро­вень напряжения на коллекторе тран­зистора VT1 переводит все ключи ми­кросхемы DD3 в высокоимпедансное состояние. Одновременно низкий уровень на выводе 11 счетчика DD2 закрывает диод VD2 и разрешает про­хождение логических сигналов с выхо­да элемента DD1.2 на вход

D микро­схемы DD5 и на переключатель SB2. Генератор на элементах DD1.3 и DD1.4 начинает вырабатывать тактовые им­пульсы, частота которых определяет­ся емкостью конденсатора С22 и по­ложением движка переменного резис­тора R9.2

На инверсных выходах триггеров DD4 и DD5 появляются напряжения низких логических уровней, которые поступают на входы логических эле­ментов микросхемы DD6. А так как другие входы каждого из этих элемен­тов подключены к выходам элементов микросхемы DD7 СДМ, которое в дан­ный момент обесточено, то на этих входах присутствует уровень лог. 0. По этой причине логические элементы микросхемы DD6 работают в режиме повторителей и сигналы на их выходах совпадают с сигналами на выходах триггеров микросхем DD4 и DD5. Каж­дый раз при появлении напряжения низкого уровня на любом из выходов элементов микросхемы DD6 будет от­крываться подключенный к нему тран­зистор (VT7—VT10). В результате за­горится включенный в его коллектор­ную цепь светодиод (HL6—HL9), от­кроется один из тринисторов VS1— VS4 и зажгутся лампы гирлянды, под­ключенной к соответствующему гнез­ду разъема XS2.

При работе в режиме "Обзор" авто­мат обеспечивает различные комбина­ции включения гирлянд: "Бегущий огонь", "Бегущая тень", попарное вклю­чение и еще несколько вариантов.

Может получиться так, что триггеры микросхем DD4 и DC5 при первом вклю­чении окажутся в нулевом состоянии, из которого они самостоятельно не вы­ходят. В этом случае необходимо крат­ковременно нажать на кнопку SB2 и ав­томат начнет работать.

Другие варианты зажигания гирлянд программируются кнопками SB1 и SB2. Если нажать на кнопку SB1 и удерживать ее в нажатом положении около 1 с, кон­денсатор С1 зарядится через резистор R2 до уровня порогового напряжения переключения логического элемента DD1.1. Напряжение высокого уровня с выхода этого элемента поступит на выводы 7 и 9 микросхемы DD2. Верхний по

схеме счетчик этой микросхемы ока­жется в нулевом состоянии, а нижний перейдет в состояние лог. 1 и останется в этом положении после отпускания кнопки SB1. Высокий уровень напряже­ния на выводе 11 микросхемы DD2 с по­мощью диода VD2 заблокирует прохож­дение сигнала с выхода элемента DD1.2 на вывод 9 микросхемы DD5. Одновре­менно закроется транзистор VT1, све­тодиод HL5 погаснет, a HL1 зажжется, сигнализируя о переходе автомата в ре­жим работы"1".

При последующих кратковремен­ных нажатиях на кнопку SB1 короткие импульсы, сформированные цепью R4C3R5, поступят на вывод 1 счетчика DD2. Каждое новое нажатие на эту кнопку увеличивает логическое со­стояние счетчика на единицу. По­скольку выходы 1 и 2 счетчика DD2 со­единены с соответствующими входа­ми микросхемы DD3, поочередно бу­дут зажигаться светодиоды HL1—HL4, сигнализируя о включении того или иного режима работы автомата. Сами переключения осуществляются верх­ними по схеме ключами микросхемы DD3.

В каждом из четырех режимов рабо­ты автомата возможно программирова­ние различных комбинаций включения гирлянд путем нажатия на кнопку SB2.

При кратковременных нажатиях на кнопку SB1 все четыре режима рабо­ты автомата будут переключаться по кольцу. Для перехода в режим "Об­зор" следует удерживать кнопку SB1 в нажатом состоянии около 1 с, и на выводе 11 микросхемы DD2 опять по­явится уровень лог. О, зажжется све­тодиод HL5 и начнет работать эле­мент DD1.2. При этом автомат будет работать в режиме "1", так как верх­ний по схеме счетчик микросхемы DD2 установится в нулевое состояние высоким уровнем напряжения на вы­воде 7. Желаемую частоту переклю­чения гирлянд подбирают, перемен­ным резистором R9.2.

При замыкании контактов переклю­чателя SB3 и разомкнутых контактах SB4 включается в режим СДУ. В этом режиме на разъем XS1 должен быть по­дан сигнал ЗЧ с магнитофона, телеви­зора, CD-плейера или другого источни­ка звукового сигнала. Сигналы ЗЧ сте­реофонических каналов складываются на верхнем по схеме выводе резистора R9.1, выполняющего функции регулято­ра

уровня. Для увеличения чувствитель­ности блока СДМ на его входе установ­лен усилитель на транзисторе VT2. Если же потребности в высокой чувствитель­ности нет, то этот каскад можно исклю­чить, подав сигнал с движка резистора R9.1 через конденсатор С5 непосредст­венно на базу эмиттерного повторителя на транзисторе VT3.

В эмиттерные цепи транзистора VT3 включены переменные резисторы R18—R20, служащие регуляторами чувствительности каждого из трех ка­налов СДМ ("НЧ", "СЧ" и "ВЧ"). По­скольку все три канала идентичны, рас­смотрим работу только одного из них. С движка переменного резистора R18 сигнал поступает на активный фильтр на транзисторе VT4, настроенный на частоту около 10 кГц ("ВЧ"). Усиленный фильтром сигнал детектируется дио­дами VD3, VD4 и поступает на вход триггера Шмитта на элементе DD7.1. Два других канала настроены на часто­ты 1 кГц ("СЧ") и 100 Гц ("НЧ"). Логиче­ский элемент DD7.3 управляет включе­нием ламп фоновой подсветки, его входы подключены к выходу элемента DD7.2 канала "СЧ".

Выходы всех четырех элементов микросхемы DD7 подключены к соот­ветствующим входам микросхемы DD6, элементы которой в данном режиме выполняют функции повтори­телей. Каждый канал СДМ выделяет сигнал своей частоты, что в итоге приводит к включению гирлянд в со­ответствии с изменениями музы­кальной окраски сигнала ЗЧ. Гирлян­ды фоновой подсветки гаснут при на­личии сигнала СЧ и вспыхивают при его отсутствии.

Если одновременно включить пере­ключатели SB3 и SB4, то логические элементы микросхемы DD6 будут ра­ботать в режиме "Исключающее ИЛИ", так как на их входы поступят сигналы с блока автоматики (DD4, DD5) и с бло­ка СДМ (DD7). При этом комбинации зажигания гирлянд могут быть самыми разнообразными. При отсутствии сиг­нала ЗЧ (пауза) гирлянды по-прежне­му будут переключаться, поскольку блок автоматики продолжит вырабатывать управ

ляющие сигналы. Правда, скорость переключения гирлянд в этом режиме окажется фиксирован­ной, так как место переменного резис­тора R9.2 в генераторе займет резис­тор R41, подключенный секцией пере­ключателя SB3.2.

При выключении SB3 и SB4 на обоих входах каждого элемента микросхемы DD6 будет присутствовать уровень лог. О, так как оба блока окажутся обес­точенными. В таком режиме все лампы гирлянд горят непрерывно.

2. 3 Оценка элементной базы

Применяемая элементная база широко распространена в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями.

2.3.1 Микросхемы.

К561ЛП2 – ПП микросхема серии 561 широкого применения, содержит 4 логических элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, упакована в корпус 201.14-1 с штыревыми выводами.

К561ИЕ10 – ПП микросхема серии 561 широкого применения, выполняет функцию двух четырехразрядных счетчиков, упакована в корпус 238.16-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 15;

• помехоустойчивость, не менее, В 2;

- потребляемая статическая мощность не более, мкВт 10.

КР1561КП1- ПП микросхема серии КР1561 широкого применения, выполняет функцию двойного четырехканального мультиплексора, упакована в корпус 238.16-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 15;

• помехоустойчивость, не менее, В 2;

• потребляемая статическая мощность не более, мкВт 8.

К561ТМ2 – ПП микросхема серии 561 широкого применения, содержит 2 D-триггера, упакована в корпус 201.14-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 15;

• помехоустойчивость, не менее, В 2;

• потребляемая статическая мощность, не более, мкВт 8.

К561ТЛ1 – ПП микросхема серии 561 широкого применения, содержит четыре триггера Шмита с входной логикой 2И-НЕ, упакована в корпус 201.14-1 с штыревыми выводами:

• номинальное напряжение питания, В 15;

• помехоустойчивость, не менее, В 2;

• потребляемая статическая мощность, не более, мкВт 10.

2.3.2 Резисторы.

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.

2.3.3 Конденсаторы

К10У-5 0,01 мк,0,47 мк, 0,068 мк, 0,1 мк,0,047 мк - конденсатор алюминиевый оксидно-электрический с оксидным диэлектриком. Диапазон температур -60..+85.

К50-6 20 мк x 25 В, 100 мк x 25 В, 500 мк x 25 В, 2 мк x 25 В - конденсатор алюминиевый оксидно-электрический с оксидным диэлектриком. Диапазон температур -60..+85.

К40У-9 1000 п, 1800 п - керамический, устанавливается в цепях постоянного и переменного тока, с напряжением 35В. Диапазон температур -60..+70.

2.3.4 Органы индикации. Применение в качестве элемента световой сигнализации светодиодов серии АЛ307Б обусловлено малым потреблением энергии в отличие от ламп накаливания. Светодиод с индексом «Б» имеет красный цвет свечения. Красный цвет свечения более заметен. Диапазон рабочих температур светодиода минус 30...+70 С.

2.3.5 Органы коммутации. В качестве элемента коммутации включения питания устройства используются тумблера типа П2Т. Данный тип переключателей имеет небольшие габариты, механическую прочность и рассчитан на постоянное напряжение до 300 В током до 6 А. Диапазон рабочих температур минус 30...+100 С.

Для кратковременной коммутации (во время нажатия) используются малогабаритные кнопки типа КМ1-I, предназначенные для коммутации

цепей постоянного тока напряжением до 30 В (в проектируемом устройстве коммутируются цепи 5 В). Износостойкость кнопок не менее 10000 циклов переключений. Диапазон температур минус 30...+90 С.

2.3.6 Полупроводниковые элементы. В устройстве используется транзистор КТ315Б, КТ361Б.

Транзистор КТ315Б (n-p-n) маломощный, высокочастотный; максимальный ток коллектор-эмиттер 100 мА; максимальное напряжение коллектор-база 40 В. Диапазон рабочих температур транзистора минус 40...+80 С.

Транзистор КТ361Б (p-n-p) маломощный, высокочастотный; максимальный ток коллектор-эмиттер 100 мА; максимальное напряжение коллектор-база 40 В. Диапазон рабочих температур транзистора минус 40...+80 С.

В качестве выпрямителей направления сигналов используются диоды малой мощности КД522Б с прямым током до 1 А. Их применение обусловлено необходимыми параметрами и малыми габаритами. Диапазон рабочих температур диода минус 30...+90 С

Тиристоры КУ202Б – низкокочастотные, с прямым током до 10А. Диапазон рабочих температур 30…+80.

2.3.7 В разрабатываемом устройстве применяется подстроечный резистор типа СП3-38 со следующими параметрами:

• 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.

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

Комбинированный переключатель гирлянд 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.

4.1 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 1.

Таблица 1 –Площади установочной поверхности элементов

Элементы	Площадь одного элемента,мм2	Количество элементов	Общая площадь,мм2
Резисторы R1-R6, R13-R17, R39-R53 Конденсаторы С1 Конденсатор С2 Конденсатор С3 Конденсатор С4 Конденсатор С22 Конденсатор С23 Транзисторы VT1,VT7-VT10 Микросхема DD2, DD3 Микросхема DD1,DD4 – DD7 Диод VD2 Разъем XS2	22 45 28 175 60 78 70 21.6 172 156 23.75 600	23 1 1 1 1 1 1 5 2 5 1 1	506 45 28 175 60 78 70 108 344 780 23.75 600

Общую площадь печатной платы найдем по формуле:

S=S_R+S_C+S_VT+S_MC+S_D +S_Р (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;

S_Р - площадь, необходимая для установки разъема на ПП;

Общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате:

S= 2817,75 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 печатного монтажа

Двухсторонняя печатная плата размером 7560 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 100;

- 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 0.1;

- 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.

4.3 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=1мм.

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

4.4 Конструктивно-технологический расчет

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

Д=Д_выв+/d_н.о./+з, (17)

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.

Отверстия для выводов микросхем и переходные отверстия, при

Д_выв= 0.5мм:

Д₁ = 0.5 + 0.1 + 0.1 = 0.7 мм; (18)

Отверстия для выводов резисторов МЛТ-0.125, конденсаторов КМ-6 и К50-16, при Д_выв=0.6 мм:

Д₂ = 0.6 + 0.1 + 0.1 = 0.8 мм; (19)

Отверстия для выводов транзисторов КТ315Б и подстроечного резистора СП3-38а, при Д_выв= 0.95 мм:

Д₃ = 0.95 + 0.15 + 0.1 = 1.2 мм. (20)

Максимальный диаметр просверленного отверстия:

Д _0max = Д + d + (0.1...0.15), (21)

где d - допуск на отверстие, мм;

Д _0max1 = 0.7 + 0.05 + 0.1 = 0.85 мм; (22)

Д _0max2 = 0.8 + 0.05 + 0.1 = 0.95 мм; (23)

Д _0max3 = 1.2 + 0.1 + 0.1 = 1.4 мм; (24)

Минимальный диаметр контактной площадки для оплавляемого покрытия олово-свинец:

; (25)

где b_м - гарантийный поясок, мм;

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

; (26)

; (27)

. (28)

Максимальный диаметр контактной площадки:

Д_max = Д_min + (0.02 ... 0.06); (29)

Д_max1 = 1.43 + 0.02 = 1.45  1.5 мм; (30)

Д_max2 = 1.53 + 0.02 = 1.55  1.6 мм; (31)

Д_max3 = 1.98 + 0.02 = 2.0 мм. (32)

Минимальная ширина проводника:

t_min = t_{1 min} + 1.5h_ч + t; (33)

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 = 0.275 мм. (34)

Максимальная ширина проводника:

t_max = t_min + (0.02...0.06); (35)

t_max = 0.275 + 0.02 = 0.295  0.3 мм. (36)

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

; (37)

где L_э - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

l - допуск на расположение проводника, мм;

1); (38)

2); (39)

3); (40)

4). (41)

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

Минимальное расстояние между проводниками:

S_min = L_З – (t_max + 2 l) = 1.25 – (0.3 +20.03) = 0.89 мм; (42)

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

1) ; (43)

2) ; (44)

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками металлизированных отверстий, необходимое для проведения между ними проводника:

; (45)

; (46)

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:

. (47)

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам четвертого класса точности.

5. Расчет электрических параметров печатной платы

Емкость между проводниками при их параллельном взаимном расположении:

; (48)

где E_r =8.85 пФ/м – диэлектрическая проницаемость среды;

l =45 мм – длина близко расположенных проводников;

а=1.25 мм – расстояние между проводниками;

b=0.3 мм – ширина проводника;

h=0.05 мм – толщина фольги.

. (49)

При других вариантах значение емкости меньше полученного.

Собственная индуктивность параллельных проводников:

; (50)

; (51)

. (52)

Взаимоиндуктивность проводников рассчитывается при условии

; (53)

где b₁ = 0.3 мм – ширина первого проводника;

b₂ = 0.3 мм – ширина второго проводника;

а = 1.25 мм – расстояние между проводниками.

Так как l не намного больше рассчитанного значения (18.5мм), т.е. условие не выполняется, то взаимоиндуктивность не влияет на проводники.