Содержание

Введение……………………………………………………………………….….3

1 Расчет схемы…………………………………………………………………..5

2 Расчет надежности платы с элементами…………………………........9

Литература................................................................................................13

Введение

Целью данной расчетно-графической работы является разработка чертежа печатной платы, а также сборочного чертежа. При этом необходимо произвести минимальный расчет схемы, провести расчет надежности платы с элементами.

Печатная плата – изоляционная плата ограниченного размера с нанесенными на ней методом печатного монтажа проводниками электрического тока и контактными площадками, служащими для соединения навесных электро- и радиоэлементов, а также металлизированными (переходными) и неметаллизированными (крепежными) отверстиями. В качестве материала для печатных плат используют гетинакс, текстолит, стеклотекстолит и др. Печатные платы применяют для установки и закрепления дискретных элементов, модулей, микромодулей и др.

Принципиальная электрическая схема предусилителя-корректора, печатную плату которого необходимо разработать, приведена на ри- сунке 1.

Рисунок 1 – Принципиальная схема предусилителя-корректора

Используемые в схеме элементы:

Резисторы:

R1…R10: МЛТ-0,125;

R11,R12: C2-23-0,125.

Конденсаторы:

С1,C4,C5,C7,C8: К10-17a-1П33

С2, C3: К50-16;

С6: КM-5a-H30;

С9:К73-17;

С10: КМ-6-Н90.

Транзисторы:

VT1:КТ3107Ж

VT2:КТ3102Д

Микросхема:

К553УД2.

1 Расчет схемы

Основные требования к электрическим параметрам печатных плат сформулированы в ГОСТ 23751 – 86 и отраслевых стандартах.

Выберем метод изготовления платы – химический, разрабатываемая плата односторонняя.

Рассчитаем максимальный ток, протекающий по схеме, это может быть выходной ток операционного усилителя, ток потребления усилителя или ток, проходящий через наименьшее сопротивление в схеме. В первом случае , согласно описанию операционного усилителя . Во втором случае, также согласно описанию операционного усилителя , и в последнем согласно рабочему напряжению на конденсаторе С2 и номиналу сопротивления R4, ток равен .

Проведем минимальный расчет для принятия числовых значений ширины проводника, расстояния между проводниками и размера контактной площадки. Ток, протекающий в плате можно найти по формуле:

,

где :- плотность электрического тока в печатном проводнике, которая не должна превышать 20 А/m²; - толщина фольги, mm; t – ширина проводника, mm. Примем, минимальное значение толщины фольги 20 mkm

Рассчитаем ширину дорожек при А:

mm.

Если принять пятый класс точности, то ширина проводника должна быть не менее 0,1 mm (t0,1), расстояние между проводниками – не менее 0,1 mm ( S0,1), гарантийный поясок b>0,025 mm, однако для изготовления плат четвертого и пятого классов требуется специализированное высокоточное оборудование, специальные материалы, безусадочная пленка для изготовления фотошаблонов, идеальная чистота в производственных помещениях, вплоть до создания "чистых" участков (гермозон) с кондиционированием воздуха и поддержанием стабильного температурно-влажностного режима. Технологические режимы фотохимических и гальвано-химических процессов должны поддерживаться с высокой точностью. Остановимся на третьем классе точности, потому что массовый выпуск плат третьего класса освоен основной массой отечественных предприятий, поскольку для их изготовления требуется рядовое, хотя и специализированное оборудование, требования к материалам и технологии не слишком высоки.

Полученная ширина дорожек входит в рамки принятой ширины.

Примем ширину дорожек и расстояние между дорожками равным 0,25 mm. Тогда норма допустимого рабочего электрического напряжения не должна превышать 50 V. Допустимое рабочее электрическое напряжение можно также рассчитать по формуле: ,

Данное напряжение входит в интервалы установленных ГОСТ 23751-86 (таблица 8) максимальных напряжений.

Выбор размеров отверстий связан с толщиной платы. Установлено, что чем толще плата, тем шире зона частичного (даже полного) разрушения материала, а при одинаковой толщине платы зоны разрушения больше у отверстий с малыми диаметрами.

Диаметр отверстий рассчитываем исходя из диаметра вывода по формуле: d=d_выв+0,2mm

Диаметры выводов элементов схемы равны:

d_R=0,6 mm, d_С=0,6 mm d_DА1=0,5 mm d_VT=0,48mm

Для выбранной печатной платы диаметр отверстий находим по формуле:

и ; где - диаметр выводов.

Диаметр контактной площадки определяем по формуле: D=1,8d

Тогда имеем: D₁=1,8*0,7=1.26 mm D₂=1,8*0,8=1,44 mm

При разводке схемы следовало стремиться к минимальной длине проводников. Использование сложных форм проводников приводит к увеличению паразитной индуктивности и емкости. Для уменьшения наводок за счет паразитной емкости между печатными проводниками иногда используют печатные экраны. При ширине проводника равном 0,25 mm и расстоянии между проводниками также 0,25 mm паразитную емкость на 10 mm длины проводника можно рассчитать по формуле:

,

где - диэлектрическая проницаемость; для текстолита - ,

Получим

.

Паразитная взаимоиндукция между печатными проводниками для платы без экранирующей пластины характеризуется коэффициентом взаимоиндукции и находится по формуле:

, nH

Эта формула справедлива для параллельных проводников одинаковой толщины.

Подставив численные значения, получим

.

Точность вычисления по этой формуле составляет , что вполне достаточно для практики.

2 Расчет надежности платы с элементами

Обеспечение надежности является одной из основных задач техники.

Надежностью (ГОСТ “Надежность в технике. Термины и определения”) называют свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Основной количественной характеристикой надежности является функция надежности P(t).

,

где - интенсивность отказа,

,

где - фактическая интенсивность отказа одного элемента схемы.

- время работы. Для нашей платы =4000 h.

Необходимо определить фактические интенсивного отказа всех элементов.

2.1 Интегральная схема (ИС) – микросхема К553УД2

,

где - интенсивность отказов для нормальных условий эксплуатации,

- коэффициент, учитывающий условия эксплуатации (=1 для стационарных условий эксплуатации)

- коэффициент, учитывающий проведение мероприятий по повышению надежности (=0,2 при эксплуатации в облегченных режимах)

Для аналоговой ИС К553УД2 ожидаемое значение

= для любых условий эксплуатации, разрешенных ТУ.

2.2 Соединения

В расчете на одно соединение для ручной пайки с печатным монтажом (10-8 h-1) составляет 0,06-15.

Количество соединений – 64.

h^-1.

2.3 Конденсаторы

В схеме присутствуют пять типов конденсаторов.

Для конденсаторов , где

- суммарная интенсивность внезапных (короткое замыкание, обрыв - потеря емкости) и постепенных (уход за норму ТУ емкости, тангенса угла потерь, тока утечки и сопротивления изоляции) отказов.

- коэффициент режима при условии, что и .

- зависит от типа конденсатора и его номинала. Для конденсаторов тонкопленочных с неорганическим диэлектриком, построечных и оксидно-полупроводниковых =1.

- коэффициент, учитывающий температурный режим работы.

- коэффициент, зависящий от величины последовательного активного сопротивления в схеме между конденсатором и источником питания в оксидно-полупроводниковых конденсаторах. Для остальных типов конденсаторов =1.

Для стационарной аппаратуры =1.

2.3.1 Конденсаторы К50-16 – оксидно-электролитические алюминиевые конденсаторы.

Значения их параметров следующие:

=13 *10⁸ h^-1; =0,29; = 2; = 1,2; = 1; =1.

9,048 10^-8*2=18,096 10^-8 h^-1.

2.3.2 Конденсаторы К10-17а, КМ-5а, КМ-6 – керамические конденсаторы постоянной емкости.

Значения их параметров следующие:

=3 *10⁸ h^-1; =0,18; = 0,9; = 1; = 1; =1.

0,972 10^-8 h^-1.

2.3.3 Конденсаторы К73-17 – пленочные полиэтитентерефталатные постоянной емкости.

Значения их параметров следующие:

=1 *10⁸ h^-1; =0,18; = 1; = 1; = 1; =1.

h^-1

2.4 Резисторы

Для резисторов (исключая терморезисторы) формула имеет следующий вид:

Резисторы МЛТ – 0,125, СН-23

=1; =1,2 *10^-8 h^-1; =0,59; =2; ==1 – коэффициенты сложности и корпуса; , - коэффициенты номинальной мощности и стабильности. =0,7; = -; - коэффициент напряжения для переменных непроволочных резисторов, =1.

=

=10*(1,2 *10^-8*0,59*1*2*1*1*0,7*1)=9,9296 10^–8 h^-1.

2.5 Транзисторы

Для биполярных транзисторов (кроме мощных СВЧ)

где – групповая интенсивность отказа

Для биполярных транзисторов КТ3107Ж и КТ3102Д =29; =1;

Кф=1,5; КД=1; Кр=0,136; Кs=0,5

Подставив все численные значения в формулу, получим

Суммарная интенсивность отказа:

=6.74*10^–6 h^-1,

Время наработки на отказ

h.

Находим функцию надежности P(t) по формуле:

=0,974.

Таким образом, исходя из полученного числового значения надежности, равного 0,974 можно сказать, что схема достаточно надежна.