2. Вибір параметрів провідного рисунка

Для розрахунку конструкторсько-технічних параметрів 2-сторонньої друкованої плати введемо такі початкові дані:

• метод виготовлення друкованої плати – комбінований, позитивний;

• метод одержання рисунку друкованих провідників – фотохімічний;

• мінімальна відстань між отворами – 2,5 мм;

• крок координатної сітки – 1,25 мм;

• діаметр перехідних, не металізованих монтажних отворів – 0,8 мм;

• контактні площадки круглої форми;

• товщина плати – 1,5 мм.

Такий вибір зумовлений тим, що схема багато потужна, а також має великі струми споживання, що призводить до значного нагромадження елементів плати.

3.3 Вибір класу точності друкованої плати

Для даного виробу, з огляду на те, що трасування ускладнене, оптимальним варіантом буде вибір 3-го класу точності друкованої плати. Даний клас характеризується наступними елементами конструкції:

• ширина друкованого провідника, b – 0,25 мм;

• відстань між провідниками та контактними площадками – 0,25 мм;

• гарантійний поясок, с – 0,1 мм;

• відношення номінального діаметра найменшого з отворів до товщини плати – 0,33.

В широких місцях вказані значення встановлюються за більш низьким класом. Так для 3-го класу точності це буде 2-й.

3.4 Розрахунок діаметрів контактних площадок

Мінімальний діаметр контактної площадки 2-сторонньої друкованої плати, виготовлено комбінованим позитивним методом, при фотохімічному способі отриманні рисунку розраховується за формулою:

, (3.3)

де d – діаметр отворів;

Δd_вв – граничне верхнє відхилення діаметрів отворів. Всі отвори з металізацією:

;

с – ширина контактної площадки у вузькому місці, 0,1 мм;

Δd_тр – значення підтравлювання діелектрика в отворі. Для 2-сторонньої друкованої плати = 0;

Δt_вв – граничне верхнє відхилення діаметра контактної площадки = +0,1 мм;

Т_D –позиційний допуск розміщення центрів контактних площадок = +0,15мм;

Т_d – позиційний допуск розміщення отворів = +0,08 мм;

Δt_нв – граничне нижнє відхилення контактної площадки = 0,1 мм.

Діаметр отвору визначається в залежності від товщини виводів елемента за формулою:

, (3.4)

де d_В – діаметр виводу елемента.

Визначаються діаметри отворів для елементів за формулою (3.4):

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Визначаються діаметри контактних площадок для радіоелементів за формулою (3.3):

;

.

Діаметри контактних площадок згідно ГОСТ 10317-79 вибираються такими: D₁=1,3 мм, D₂=1,5 мм, D₃=1,7 мм.

Розрахуємо площу, яку займають контактні площадки на платі підсилювача.

Для радіусу контактних площадок 0,8 мм і кількості контактних площадок 53 штуки:

Для радіусу контактних площадок 0,9 мм і кількості контактних площадок 20 штук:

Для радіусу контактних площадок 1,1 мм і кількості контактних площадок 24 штуки:

З вище наведеного можна зробити висновок, що струмопровідний рисунок на друкованій платі повинен бути чітким, без рваних країв, здуттів, розшарувань, розривів, темних плям, забруднень, протравів та окислів.

3.5 Розрахунок ширини провідників

Мінімальна ширина друкованого провідника в залежності від величини струму у колі розраховується за наступною формулою:

, (3.5)

де j_доп – допустима густина струму, для двосторонньої плати, виготовленої комбінованим позитивним методом, j_доп=48 А/мм²;

t – товщина провідника, мм, t=0,035 мм;

I_max – максимальний постійний струм, який проходить через провідник. А (визначається із аналізу схеми):

.

Обчислюємо:

.

Визначимо мінімальну ширину провідника з умови допустимого падіння напруги:

, (3.6)

де ρ – питомий опір провідників, ρ=0,0175 Ом•мм²/м;

І_max – струм, який проходить по провіднику, І_max=2,5 А;

l_max – максимальна довжина провідника, l_max=0,185 м;

U_доп – допустиме падіння напруги (становить 5% від напруги живлення U_доп=25·0,05=1,25 В);

t – товщина провідника, t=0,035 мм.

.

Мінімальні значення ширини провідників необхідно порівняти з технологічно можливою шириною, яка відповідає прийнятому класу точності і вибрати максимальну.

3.6 Розробка топології і компонування друкованої плати

Розробка топології друкованої плати та її компонування проводились за допомогою графічного пакету прикладних програм системи автоматизованого проектування OrCAD.

Топологічне креслення друкованої плати зображено в додатку В.

Компонування плати представлено в додатку Д.

3.7 Розрахунок теплового режиму пристрою та вибір методів охолодження

В процесі виробництва, зберігання і експлуатації пристрій зазнає дії різних температур. Сам пристрій є джерелом тепла, оскільки ККД мікросхем становить 50..60%, тому значна кількість енергії виділяється у вигляді тепла. Якщо ця енергія не розсіюється, то підвищується температура пристрою і зростає інтенсивність відмов.

Визначимо тепловий режим і виберемо систему для охолодження приладу.

Розрахуємо температуру корпуса пристрою:

1. визначимо питому поверхневу потужність теплового потоку корпуса:

, (3.7)

де Р₀ – розсіювана приладом потужність Р₀=15 Вт;

S_k – площа внутрішньої поверхні корпусу приладу:

, (3.8)

L1 – довжина корпусу приладу (0,09 м); L2 – ширина корпусу (0,09 м);

L3 – висота корпусу (0,033 м).

Слід відмітити, що L1, L2, L3 корпусу вибираємо на 10-15 мм більше, ніж плати, тобто внутрішні розміри пристрою рівні 0,9*0,9*0,033 м.

.

Отже, питома поверхнева потужність теплового потоку корпуса дорівнює:

.

2. визначаємо питому поверхневу потужність нагрітої зони за формулою:

, (3.9)

для цього необхідно для початку знайти площу поверхні нагрітої зони:

, (3.10)

де k_З – коефіцієнт заповнення об’єму (k_З=0,5);

L1 = 0,09 м – довжина нагрітої зони;

L2 = 0,09 м – ширина нагрітої зони;

L3= 0,033 м – товщина нагрітої зони.

.

Отже, питома поверхнева потужність нагрітої зони рівна:

.

3. визначаємо перегрів герметичного корпусу:

, (3.11)

Отже, перегрів герметичного корпуса дорівнює:

.

Відповідно перегрів зони дорівнює:

. (3.12)

Отже, перегрів зони дорівнює:

.

Для корпуса та зони перегрів дорівнюватиме відповідно:

, (3.13)

(3.14)

Ці умови будуть виконуватись тільки при наявності змінного тиску. Коефіцієнт для зовнішнього середовища k_H1 рівний:

. (3.15)

Коефіцієнт для внутрішнього середовища k_H2 рівний:

, (3.16)

де H1,H2 – тиск зовні і всередині відповідно, Н1=101,325·10³ Па, Н2=102·10³ Па.

Отже, коефіцієнт k_H1 для зовнішнього середовища дорівнює:

.

Відповідно коефіцієнт k_H2 для внутрішнього середовища дорівнює:

.

Відповідно до цього перегрів для корпуса рівний:

.

А для зони роботи перегрів дорівнює:

.

Перегрів повітря знаходимо за формулою:

(3.17)

.