2.2. Обоснование выбора элементной базы

Для обеспечения малого энергопотребления в цифровом тахометре применяются микросхемы серии К176ЛП11, К561ИЕ16, К561ИЕ8, К561ЛА8. Применение в устройстве цифровых микросхем серии 561 упростило налаживание автоматического таймера для телевизора, причем не потребовался и дополнительный источник питания, благодаря высокой экономичности микросхем. Предназначены для применения в аппаратуре с жесткими требованиями по потребляемой мощности, массе, габаритным размерам в условиях значительного изменения напряжения питания при работе от одного источника. Основной особенностью этих микросхем является малое потребление тока.

3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ

Разрабатываемое устройство «автоматического таймера для телевизора» (УИТС.) состоит основного модуля;

Принципиальная электрическая схема данного устройства приведена на УИТС.426212.214.

3.1 Объемно-компоновочный расчет

Для выбора компоновки разрабатываемого устройства рассмотрим два варианта, которые отличаются расположением печатной платы, органов коммутации и индикации.

При выборе рациональной компоновки блока используют три параметра:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

3.1.1 Расчет площади печатной платы. Для проведения расчета компоновочных параметров необходимо предварительно определить размер печатной платы. Площадь печатной платы рассчитывается исходя из площади установочной поверхности элементов. [6]

Площади установочных поверхностей элементов, используемых в разрабатываемом устройстве, указаны в таблице 2.

Элементы	№ ПП (модуля)	Площадь одного элемента, мм2	Количество элементов	Общая площадь мм2
Кондесаторы К52-1-100мКф-16В (С1,С4,С11,С12)	1	36	4	144
К73-11 (С2, С3, С5 – С8, С9,С10)	1	94,5	8	756
Микросхемы корпус 238.16-1 (DD1-DD5)	1	203	5	1015
Резистор МЛТ-0,125 (R1-R26)	1	29	26	754
Транзистор КТ315А	1	20	5	100
Транзистор КТ109А	1	15,21	1	15,21
Диод КД522 (VD1-VD10)	1	114	10	1140
Диод KД105Б (VD11)	1	256,5	1	256,5

Расчет общей площади печатной платы ведется по следующей формуле:

S = S_R + S_C + S_MC + S_D + S_Т + S_ZQ, (1)

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

S_C – площадь, необходимая для установки конденсаторов на ПП;

S_MC – площадь, необходимая для установки микросхем на ПП;

S_D – площадь, необходимая для установки диодов на ПП;

S_Т – площадь, необходимая для установки транзисторов на ПП;

Общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате:

S = 4180,7 мм².

При расчете площади печатной платы для бытовой РЭА принято учитывать коэффициент заполнения площади ПП, k_з = 0,6.

Площадь печатной платы:

, (2)

где S_ПП1 – площадь печатной платы;

S – общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате.

Учитывая полученную площадь ПП, тепловые монтажные зоны, а также площадь проводников было выбрано следующее соотношение сторон: 75×102 мм, согласно ОСТ4.010.020-83.

Объем печатной платы:

, (4)

где h – высота самого высокого элемента ПП, мм (h = 18,5 мм).

Рассмотрим два варианта компоновки блока для сравнения – с размерами 110×25×80 мм, а второй 120×80×30 мм (рисунок 1а,б)

90

Рисунок 1 – Варианты компоновки блока

Полный объем блока определяется по формуле:

V = L · B · H, (5)

где L – длина блока, мм;

B – ширина блока, мм;

H – высота блока, мм.

Полный объем для блока первого варианта:

V₁ = 110 · 25 · 80 = 220000 мм³

Полный объем для блока второго варианта:

V₂= 120 · 90 · 30 = 324000 мм³

Площадь наружной поверхности блока:

S = 2· (L·B+L·H+B·H), (6)

где L – длина блока, мм;

B – ширина блока, мм;

H – высота блока, мм.

Площадь наружной поверхности блока для первого варианта:

S₁ = 2 · (110·25 + 110·80 + 25·80) = 27100 мм²

Площадь наружной поверхности блока для второго варианта:

S₂ = 2 · (120·90 + 120·30 + 90·30) = 34200 мм²

Приведенная площадь наружной поверхности:

(7)

где S – площадь наружной поверхности блока, мм²;

V – объем блока, мм³.

Так как приведенные площади S_пр1 и S_пр2 практически одинаковы, то, следовательно, форма первого и второго блока имеют одинаковую массу.

Между S_при К_прсуществует зависимость:

(8)

где индексы 1 и 2 обозначают блоки двух любых конфигураций.

Данное соотношение позволяет сравнивать между собой блоки любой конфигурации.

Проведем сравнение между блоками в виде прямоугольного параллелепипеда 1 и 2:

т.к. то второй блок более оптимален по площади наружной поверхности.

Коэффициент заполнения объема:

(9)

где V_ап– объем аппаратуры, мм³;

V_об – объем, отводимый на объекте, мм³.

V_ап = V_i, (10)

где V_i – объем занимаемый конструктивным элементом в блоке, мм³.

Объем занимаемый платой основного модуля:

V_о.м = Sh_макс, (11)

V_о.м = 7510218,51,5 = 212287,5 мм³

Объем, занимаемый разъемом в блоке:

V_р = L_рB_рH_р1,5, (12)

V_р = 825151,5 = 4500 мм³

Объем, занимаемый аппаратурой в блоке, согласно формуле (11):

V_ап = V_о.м + V_р

V_ап = 212287,5 + 4500 = 216787,5 мм³

Определим коэффициент заполнения объема для первого блока:

Определим коэффициент заполнения объема для второго блока:

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, следовательно, легче осуществлять ремонт и для этого варианта коэффициент заполнения объема больше

Вывод: на основании произведенных расчетов выбираем блок в виде прямоугольного параллелепипеда с размерами 110×25×80 мм.

3.2 Расчет печатного монтажа

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов:

1. расчет по постоянному току;

2. расчет по переменному току;

3. конструктивно-технологический расчет.

Выбираем метод изготовления и класс точности печатных плат (ГОСТ 23751 – 86).

Двухсторонняя печатная плата размером 65100 мм выполнена комбинированным позитивным методом из фольгированного стеклотекстолита СФ-2Н-50Г-1,5 (ГОСТ 10316-78) по четвертому классу точности. Основные параметры печатной платы: [6]