2.2 Расчет печатной платы

Для генератора телевизионных сигналов изготавливается односторонняя печатная плата из фольгированного стеклотекстолита марки СФ-2-50-1,5, так как он имеет высокую механическую прочность, влагостойкость, термостойкость и при сверлении отверстий шероховатость поверхности значительно меньше, чем у гетенакса, выдерживает неоднократную перепайку. Плата изготавливается комбинированным позитивным методом с сухим фоторезистом.

Параметры печатной платы можно разделить на электрические и конструктивные.

Электрические параметры - параметры, связанные с электрическими величинами:

• ширина печатного проводника;

• электрическое сопротивление;

• паразитная индуктивность;

• паразитная емкость.

Конструктивные параметры:

• размеры печатной платы;

• диаметр отверстий и их количество;

• диаметры контактных площадок;

• минимальное расстояние между центрами двух отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Ширина печатного проводника определяется по формуле:

t≥Ij×h, (5)

где, j - плотность тока, А/мм²;

h - толщина фольги, мм;

t - ширина печатного проводника , мм;

I- максимальный ток протекающий по проводнику, А.

Максимальный ток, протекающий по проводнику I = 0,00005 А. Толщина фольги h = 0,05 мм. Для электронных устройств берется плотность тока, равная 0,000035 А/мм.

Таким образом, исходя из формулы (5), минимальная ширина печатного проводника будет равна:

t≥50×10-635×10-6×30≥0,1(мм).

Выбор расстояния между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Поскольку материал для изготовления печатной платы фольгированный стеклотекстолит, то при рабочем напряжении до + 25 В минимальное расстояние между печатными проводниками может составлять (от 0,1 до 0,2) мм.

Учитывая малые расстояния между выводами микросхем и высокую плотность монтажа, выбирается третий класс точности изготовления печатной платы.

Основные параметры третьего класса точности:

• ширина печатного проводника t = 0,25мм;

• расстояние между двумя печатными проводниками, S = 0,25мм;

• радиальная ширина контактной площадки, b = 0,1мм.

Плата изготовлена комбинированным позитивным методом сухим фоторезистом, следовательно, удельное сопротивление меди равно R = 0,02 Ом-мм²/м.

Сопротивление печатного проводника определяется формуле:

R=p×lt×h, (6)

где, 1 - длина самого протяженного проводника, 1=0,028м.

Исходя из формулы, (6)рассчитано сопротивление печатного проводника:

R=0,02×280,25×0,35×10-6=0,064 (Ом).

Для выбора размера печатной платы нужно найти площадь печатной платы, которая определяется по формуле:

Fпп=Fэрэ+Fто+FсвК3, (7)

где,F_эрэ - площадь, занимаемая ЭРЭ определяется по установочным размерам или площади, занимаемой элементом на плате, мм²;

F_то-площадь, занимаемая технологическими или крепежными отверстиями, мм²;

F_CB - площадь, которая не должна заниматься электро-радиоэлементами по конструктивным соображениям;

К₃-коэффициент заполнения печатной платы.

Исходные данные для определения площади, занимаемой ЭРЭ, занесены в таблицу 14.

Площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями, определяется по формуле:

Fто=π×dто24×n, (8)

Таблица 13

Тип ЭРЭ	Кол-во	Площадь занимаемая ЭРЭ, мм2	Площадь занимаемая всеми ЭРЭ, мм2
Конденсаторы К10-17Б	13	30	390
Резисторы С2-23	12	13,2	158,4
Диоды КД521 КД503Б	4 2	7,22 22,5	28,88 45
Транзисторы КТ315Г КТ361В КТ368БМ	2 1 1	21,6 21,6 21,84	43,2 21,6 21,84
Кварцевые резонаторы HC_52	1	40,8	40,8
Микросхемы К561ИЕ11 К561ИЕ8	2 3	131,25 131,25	262,5 393,75
Монтажные отверстия для ЭРЭ	108	0.8	86,4
Итого Fэрэ			1495,37

Так как плата будет крепиться винтами М2,5, то диаметр технологического отверстия будет равен 2,7 мм.

Fто=3,14×2,724×2=11,4 (мм2).

Коэффициент заполнения печатной платы выбирается из следующих соображений:

• если Кз менее значения 0,3, то, следовательно, компоновка плохая;

• если значение Кз более 0,8, то усложняется обеспечение теплового режима и электромагнитной совместимости.

Исходя из выше сказанного, принимаем значение Кз равное 0,7.

Следовательно, площадь печатной платы:

F=1495,37+11,4+14,50,7=2043,9 (мм2).

Далее необходимо выбрать габаритные размеры печатной платы, при этом учитываются, что размеры сторон должны быть кратны 2.5. Принимаем длину платы 60 мм, а ширину 45 мм.

Реальный коэффициент заполнения печатной платы определяется по формуле:

Кзреал=Fэрэ+Fто+FсвА×В, (9)

где А - длина печатной платы;

В - ширина печатной платы.

Исходя из формулы (9), реальный коэффициент заполнения равен:

Кзреал=1404,85+11,4+14,545×67 =0,47.

Определение диаметров монтажных отверстий производится, учитывая следующие требования:

• диаметр монтажного отверстия должен быть такой, чтобы в него свободно входил вывод радиоэлемента;

• его величина не должна быть слишком большой, иначе будет большой коэффициент непропайки.

Определяется этот диаметр по формуле:

d₀=d_B+

Диаметр для 0,8 равен:

d₀=0,8+0,3=1,1.

Диаметр для 0,6 равен:

d₀=0,6+0,2=0,8,

где d_B - диаметр вывода ЭРЭ, мм.

Если d_B<0,8 мм, то ∆ = 0,2 мм. Если d_B>0,8 мм, то ∆ = 0,3 мм.

При d_B =0,6 мм, ∆ = 0,2мм=>d₀= 0,8. При d_в = 1,2 мм,∆= 0,3мм=>d₀= 1,5.

Результаты расчета диаметров монтажных отверстий сведены в таблицу 14.

Таблица 14

Наименование	dB, мм	d0, мм
Конденсаторы К10-17Б	0,8	1,1
Резисторы С2-23	0,6	0,8
Транзисторы КТ315Г КТ361В КТ368БМ	0,8 0,8 0,8	1,1 1,1 1,1
Кварцевые резонаторы HC-52	0,8	1,1
Диоды КД521 КД503Б	0,8 0,8	0,8 1,1
Микросхемы К561ИЕ11 К561ИЕ8	0,6 0,6	0,8 0,8

Диаметры контактных площадок определяются по формуле:

dк=do+2b+∆d+Td+TD, (10)

где b -радиальная ширина контактной площадки, мм;

∆d - предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм;

T_d -значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм;

T_D - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм.

Согласно ГОСТ 23751-86 для печатных плат третьего класса точности: b = 0,1; для отверстий с диаметром до 1 мм с металлизацией предел отклонения диаметра ∆d = 0,1 мм и, так как размер печатной платы по большей стороне меньше 180 мм, то T_d = 0,08 мм;Т₀ = 0,15 мм - для односторонней платы.

Диаметр контактных площадок при диаметре отверстий 0,8 мм равен:

dк=0,8+2×0,1+0,08+0,15=1,33 (мм).

Диаметр контактных площадок при диаметре отверстий 1,1 мм равен:

dк=1,1+2×0,1+0,08+0,15=2,03 мм.

Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для размещения нужного количества проводников определяется по формуле:

l=d01+d022+2b+n×t+n+1×S+n×∆t+∆d+Td+TD+Tе (11)

где:-d02 - диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладываются проводники, мм;

n- количество, прокладываемых проводников;

∆t - предельное отклонение ширины печатного проводника, мм;

Т_е - значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.

Исходя из формулы (11),минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий, с диаметром 0.8 мм., для прокладки одного проводника равно:

l=0,8+0,82+2×0,1+1×0,25+ 1+1×0,25+1×0,5+0,1+0,08+0,15+0,05=2,18 (мм).

Для двух проводников - 2,73; для трех - 3,28; для четырех - 3,83.

Исходя из формулы (11),минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий, с диаметром 1.1 мм., для прокладки одного проводника равно:

l=1,1+1,12+2×0,1+1×0,25+ 1+1×0,25+1×0,5+0,1+0,08+0,15+0,05=2,93 (мм).

Для двух проводников - 2,93; для трех - 3,48; для четырех - 4,03.

3 Описание конструкции

Устройство собрано на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Плату устанавливаем в корпус из изоляционного материала (пластмассы), в котором сверлим отверстие для толкателей кнопок, двух трёхпозиционных переключателей и гнёзд для подключения нагрузки.