4) 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.

5) 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.

Таким образом, проведенный расчет позволяет выполнить трассировку ПП.

4.3 Расчет электрических параметров

Рассмотрим случай двух параллельных проводников.

Емкость проводников определяется по следующей формуле:

,

где εr=8,85 пФ/м – диэлектрическая проницаемость среды;

l =22,5 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.

Индуктивность между проводниками:

(36)

мкГн.

Собственная индуктивность параллельных проводников:

,

мкГн, мкГн.

Взаимоиндуктивность двух параллельных проводников (потенциального и сигнального проводников) рассчитывается при условии:

;

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

b2 = 1 мм – ширина второго проводника;

а = 1,25 мм – расстояние между проводниками,

l = 40 мм – расстояние на котором рассматриваемые проводники параллельны.

10(0,3 + 1 + 1,25) = 25,5 мм

Так как l ненамного больше рассчитанного значения (25,5 мм), то есть условие не выполняется, то взаимоиндуктивность не влияет на проводники. Кроме того, получили, что значения индуктивности и емкости между проводниками невелики. Поэтому влияние помех незначительно.

Выбор способа обеспечения нормального теплового режима устройства

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета.

Ц

График тепловой нагрузки блоков различной конструкции

елью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ [20].

Конструкцию РЭА заменяем ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру to и рассеиваемую тепловую мощность Ро. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. На рисунке приведены зависимости между перепадом температур tk и выделяемой тепловой мощностью для блоков различного расположения.

Определим условную поверхность нагретой зоны Sз, м2 для воздушного

охлаждения:

Sз=2(AB+(A+B)HКз.о),

где Кз.о - коэффициент заполнения объема (Кз.о =0,3);

A, B, H - геометрические размеры блока, м.

A=0,120 м; B=0,100 м; H=0,03 м.

Условная поверхность нагретой зоны:

Sз = 2(0,1200,01+(0,120+0,1)0,030,3) = 0,038 м2

Удельная мощность нагретой зоны определяется как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:

где Q - мощность, рассеиваемая блоком, Вт.

Мощность, рассеиваемая блоком, вычисляется по формуле:

Q = ImaxU,

где Imax=15 мкА - максимальный потребляемый ток для цепи питания;

U=5 В- напряжение питания.

Q=0,0000155=0,0000525 Вт;

.

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в не перегруженном режиме, тогда температура зоны должна быть меньше или равна 60 0С.Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна 40 0С. Тогда перепад температур tk будет определяться по формуле:

tk =Тз-Тс = 60-40 = 20 0С

Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 2). Учитывая, что в проектируемом блоке модули расположены горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1. Следовательно, прибор не нуждается в вентиляции и не требует установки теплоотводящей шины радиатора, так как в схеме устройства отсутствуют теплонагруженные элементы.

По результатам расчета можно сделать вывод, что разрабатываемая конструкция блока обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляции воздуха, то есть отпадает необходимость использования специальных методов охлаждения .

Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

Корпус — пластмассовый кожух от ав­томобильного реле-регулятора РР362Б1 (его внутренние размеры 76x57x22 мм); под этот кожух выбраны и размеры мон­тажных плат — 74x50 мм. Через отвер­стие в задней стенке корпуса выведен ка­бель питания; выключатель ЗА1 из-за большой плотности монтажа вынесен на­ружу и размещен на этом кабеле.

Лицевая панель устройства — плас­тина из органического стекла зеленого цвета, в которой просверлены восемь от­верстий под светодиоды. Внутри корпуса под оргстекло подложен лист плотной черной бумаги с соответствующими от­верстиями. Сами же светодиоды разме­щены на плате в ряд (1Н1_1 — крайний справа) с таким расчетом, чтобы их лин­зы выступали наружу из панели.

Корпус может быть другим, в том чис­ле и самодельным, — это определяется размерами индикаторов и плат, наличием встроенного источника питания и др.

Для питания устройства пригоден любой сетевой источник с выходным на­пряжением от 9 до 12 В, желательно ста­билизированный (в противном случае яркость свечения будет зависеть от чис­ла одновременно включенных индикато­ров). Устройство можно питать и от авто­мобильной аккумуляторной батареи.

Налаживать устройство необходимо в следующей последовательности.

С учетом напряжения питания подо­брать ограничительные резисторы 1В1 — 8В1, 1В2—8В2, чтобы обеспечить требу­емую яркость свечения красных и зеле­ных переходов светодиодов, а также нуж­ный оттенок желтого при их совместном включении. Достаточно испытать на од­ном индикаторе до сборки устройства.

Подборкой элементов В4, СЗ настро­ить частоту тактового генератора в пре­делах 2...5 Гц, чтобы получить приятную для глаз скорость переключения индика­торов. Если конденсатор СЗ — с плохой термостабильностью (например, КМ группы Н70, Н90), настройку следует проводить после прогрева устройства.

Проверить, переключаются ли све­товые эффекты случайным образом. Если это не так, изменить число им­пульсов в пачке подборкой емкости конденсатора С4.

Полезным дополнением будет введе­ние регулировки частоты переключения индикаторов. Для этого необходимо ре­зистор В4 заменить составным, причем переменный резистор можно взять сов­мещенным с выключателем питания. Другой вариант доработки автомата — наращивание разрядности сдвигающего регистра и соответственно числа инди­каторов (например, до 12 или 16). При этом сигнал О1ЛГ1 (О11Т2) снимается с последнего выхода соответствующей цепочки регистров.

Дальнейшее расширение устройства (в том виде, как оно есть) представляется сомнительным. Попытки ввести новые строки индикаторов при сохранении та­кого же набора световых эффектов при­водят к значительному росту числа мик­росхем. Также неэффективно и введение динамической индикации — при неболь­шом числе светодиодов это лишь услож­няет схему.

По-видимому, принципиально увели­чить информационную емкость табло и разнообразие световых эффектов мож­но лишь за счет применения БИС. Пер­спективно использование для этой цели однокристальных микро-ЭВМ или кон­троллеров на базе микропроцессоров широкого применения (например 280). Оптимальное сочетание аппаратной структуры, в частности динамического управления табло, с программными средствами позволяет многократно рас­ширить возможности такого рода уст­ройств при относительно небольшом росте затрат.

Корпус устройства имеет форму прямоугольного параллелепипеда и изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л по ОСТ6-05-40-80 методом прессования под давлением. Толщина стенок корпуса 3 мм. Корпус состоит из основания и верхней крышки. Основание и верхняя крышка устройства соединяются с помощью винтов 2,5-13-Ц ОСТ1 31544-80, которые ввинчиваются в резьбовые втулки диаметром 5 мм, выполненных за единое целое с основанием корпуса.

В корпусе прибора размещен печатный узел. На печатной плате размещены основные элементы печатного монтажа. Плата крепится ко дну корпуса. Плата устанавливается на резьбовые втулки, выполненные за единое целое с основанием корпуса и крепится винтами 2,5-10-Ц ОСТ131544-80.

Связь между радиоэлементами на печатных платах осуществляется печатным монтажом, электрические соединения выполняются с помощью пайки припоем ПОС-61 ГОСТ 219321-76 с флюсом ФКСп ОСТ4.ГО.033.200. Число слоев печатной платы – два (ДПП).

Соединение выводов печатной платы с органами коммутации осуществляется объемным монтажом - проводом МПО 0.35 ТУ 16-505.339-79 с полихлорвиниловой изоляцией. Провода увязываются в жгут нитью х/б глянцевой ГОСТ 6309-87. Места пайки проводов изолированы полихлорвиниловой трубкой 305ТВ-40-3 ГОСТ 19034-82 длиной 15 мм.

На крышку корпуса блока вынесены индикаторы. Крепление индикатора для исключения излома выводов производится с помощью резиновой втулки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выполнения курсового проектирования является разработка конструкции устройства МИНИ-АВТОМАТ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ НА СВЕТОДИОДАХ

.

В курсовом проекте проведен сравнительный анализ аналогов, расчет объемно-компоновочных, геометрических, электрических, тепловых характеристик. На основании расчетов, в соответствии с техническим заданием, разработана конструкция прибора, которая обеспечивает ремонтопригодность и простоту эксплуатации. Разработана конструкторская документация в соответствии с требованиями существующих стандартов.