- •Введение
- •Расширенное техническое задание
- •Технические требования:
- •Анализ электрической схемы. Обоснование выбора элементной базы
- •Разработка конструкции
- •Продолжение таблицы 2
- •Толщина платы, мм 1,5
- •Удельное сопротивление печатного
- •Диаметры отверстий и контактных площадок
- •4 Расчет теплового режима
- •Разработка конструкции рэу
- •Заключение
Диаметры отверстий и контактных площадок
Таблица 3
раз-ры, мм элементы |
Dвыв |
Dотв |
Dотв, выбр. |
Dсв |
Dо max |
D1min |
Dmin |
Dmax |
DD1÷DD5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,92 |
1,0 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
R1÷R24 |
1,0 |
1,1 |
1,1 |
1,22 |
1,3 |
1,7 |
1,8 |
2,0 |
C1÷C11 |
0,7 |
0,8 |
0,8 |
0,92 |
1,0 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
ZQ |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,52 |
0,6 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
VD6 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
2,12 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
VD1÷ VD4 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,92 |
1,0 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
VD5 |
1,0 |
1,1 |
1,1 |
1,22 |
1,3 |
1,7 |
1,8 |
2,0 |
VТ1÷VТ12 |
0,95 |
1,05 |
1,1 |
1,22 |
1,3 |
1,7 |
1,8 |
2,0 |
Вывод: в результате расчета, мы определили минимальные и максимальные диаметры контактных площадок, что позволяет правильно сконструировать плату в соответствии с ГОСТ.
Определяем ширину проводников.
Минимальная ширина проводников на ДПП определяется выражением:
(29)
где t1min – выбираем из таблицы в соответствии с классом точности, для 4 класса точности t1min = 0,15 мм;
Δt – допуск на ширину проводников, Δt = ±0,05.
Максимальная ширина проводников на ДПП определяется:
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
(30)
где LЭ – минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка, LЭ = 1,25;
Dmax – максимальный диаметр контактной площадки, мм;
σd – погрешность расположения проводника относительно координатной сетки, σd = 0,03.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:
, (31)
Для двух близко расположенных отверстий LЭ = 2,5.
Минимальное расстояние между двумя проводниками:
(32)
Вывод: в результате расчета, мы определили минимальные расстояния между проводником и контактной площадкой, расстояния между двумя контактными площадками и расстояния между двумя проводниками. В результате получили, что минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой равно 0,13 мм; между двумя контактными площадками – 0,2 мм; между двумя проводниками – 0,9 мм.
Проводники можно проводить между отверстиями микросхем, резисторов, конденсаторов, диодов.
Исключением является транзисторы VT1-VT11. Между отверстиями транзисторов невозможно провести проводник, так как минимальное расстояние между двумя контактным площадками, при диаметре контактной площадки транзистора 2 мм, равен 0,2 мм. А минимальная ширина проводника 0,28 мм.
3.3 Расчет плотности монтажа на печатной плате
(33)
где – количество выводов элементов на печатной плате;
–полезная площадь, см2.
∑ резисторов = 47;
∑ конденсаторов = 26;
∑ микросхем = 78;
∑ диодов = 12;
∑ квар. рез. = 2;
∑ транзисторов = 36.
Подставляя найденные данные, получим значение плотности монтажа:
Вывод: в результате данного расчета получили, что плотность монтажа ПП S= 1,8. Этому значению соответствует двусторонняя печатная плата с машинным проектированием.
4 Расчет теплового режима
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.
Целью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.
Конструкцию РЭА заменяем её 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 2 приведены зависимости между перепадом температур tk и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.
Условная поверхность нагретой зоны Sз, м2 для воздушного охлаждения:
Sз = 2 · (A · B + (A + B) · H · Кз.о), (34)
где A, B, H – геометрические размеры блока, м.
A = 0,150 м
B = 0,110 м
H= 0,060 м
Кз.о – коэффициент заполнения объема (Кз.о = 0,565).
Sз = 2 · (0,150 · 0,110+(0,150+0,110) · 0,060 · 0,565) = 0,0506 м2
Удельная мощность нагретой зоны q3, как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:
, (35)
где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт.
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.
tk – перепад температур
q – удельная мощность нагретой зоны
Рисунок 2 – График тепловой нагрузки блоков различной конструкции
Мощность, рассеиваемая блоком:
Q = Imax · U, (36)
где Imax – максимальный потребляемый ток для цепи питания с напряжением питания U = +12 В.
Imax = 0,2 А.
Q = 0,212 = 2,4 Вт
Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в не перегруженном режиме, температура зоны должна быть меньше или равна Тз = 60 0С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Тс = 40 0С. Тогда можно определить перепад температур tk.
tk = Тз – Тс, (37)
tk = 60 – 40 = 20 0С
Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 2). Учитывая, что в проектируемом устройстве модуль расположен горизонтально, по графику определяем, что прибор относится к зоне 1. Так как удельная мощность нагретой зоны q3 = 47, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции (без вентиляции).
Вывод: разрабатываемая конструкция блока автомата-прогревателя двигателя обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляцией.