8.Расчет теплового режима с изделия эс

В качестве элемента с повышенным тепловыделением возьмем транзистор КТ801А, находящийся в блоке питания.

Точное описание температурных режимов внутри устройства ЭС не возможно из-за громоздкости и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов и других факторов. Поэтому при расчете теплового режима изделия ЭС используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур наиболее нагретой зоны и среды вблизи поверхностей ЭРЭ и ИС, необходимых для оценки надежности функционирования схемы и изделия в целом. Перегрев ЭРЭ и ИС можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности с помощью установки элемента на радиатор. Для охлаждения полупроводниковых приборов используют следующие типы радиаторов: ребристые, игольчато-штыревые, пластинчатые и др. Наиболее эффективные радиаторы игольчато-штыревые.

Исходными данными при проектировании и выборе радиатора являются:

Максимально допустимая темпера p-n перехода t_р=150 С;

рассеиваемая элементом мощность Р=4 Вт;

температура окружающей среды t₀=27 С;

внутреннее тепловое сопротивление R_вн=20 С/Вт,

Тепловая модель элемента и радиатора представлена на рисунке 4:.

Рисунок 4 Тепловая модель элемента с радиатором:

1 - элемент (ЭРЭ,ИС);

2 - площадь теплового контакта;

3 – радиатор

Порядок расчета:

1.Определим допустимый нагрев контакта транзистора с радиатором:

t_k-t_p=(t_p-t_o)-P(R_вн+R_k), где R_k≈2,2*10^-4/Sk

t_k-t_p=(150-27)-4(20+2,2*10^-4/65,5*10^-6)=29,56

2.Определим средний перегрев основания радиатора:

∆t_S=0.83(t_k-t_p)=0.83*29.56=24.535

3.Выберем игольчато-штыревой радиатор с параметрами:

h=20мм, S_Ш=7мм, d=2мм.

4.Находим по соответствующему графику коэффициент эффективной теплоотдачи выбранного радиатора при ∆t_S=25К:

α_ЭФ=63 Вт/(м*К)

5.Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближении. При этом выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого λ_Р=208Вт/(м*К)–коэффициент теплопроводности материала, а толщину основания δ_Р=2 мм.

∆t_Sо=,

где, α_ЭФS_p/d δ_Р

Тогда используя эти данные получим:

6.Уточняем площадь основания радиатора:

м².

9.Расчёт надёжности изделия

Расчет надежности изделия ЭВС заключается в определении показате­лей надежности изделия по известным характеристикам надежности ЭРЭ, ИС и др. составляющих конструкцию изделия с учетом условий эксплуата­ции.

Надежность электронной аппаратуры зависит от ее сложности и режи­мов эксплуатации. Поэтому одним из условий надежной работы ЭВС явля­ется правильность выбора режимов работы множества ЭРЭ и деталей, из ко­торых состоит изделие, качество изготовления, а также условий эксплуата­ции.

Вероятность безотказной работы за заданное время определяется:

, (7.1)

Интенсивность отказов изделия, состоящего из m комплектующих эле­ментов, определяется:

где _i - интенсивность отказа i-го элемента;

m - число контактных соединений коммутационного элемента (m=6).

, (7.2)

Среднее время наработки на отказ изделия определяется:

, (7.3)

а) Учет электрической нагрузки

Определяем коэффициенты электрической нагрузки элементов ЭС согласно схемы, используя формулы, приведенные в таблице 4:

Таблица4.

Элемент	Формула для определения Кн	Пояснение
Резистор	Кн=Рраб/Рном	Р– мощность
Конденсатор	Кн=Uраб/Uном	U– напряжение
Цифровые интегральные ИМС Аналоговые ИМС	К^Iн=Iвых раб/Iвых мах К^Iн=Iвых раб/Iвых мах К^Pн=Pраб/Pмах	Iвых – выходной ток
Элементы коммутации низковольтные (U3000)	Кн=Iраб/Iном	I – ток через контакт

Произведем расчет Рраб и Iвых раб для резисторов и ИС соответственно:

Рраб=U²/R

Рраб1,11=0,6

Рраб2–10=0,5

Iвых раб=U/R

Iвых раб1=13 мА

Iвых раб2=1=0,347мА

Iвых раб3=4=1,736мА

Расчет  следует проводить на основе ₀ - интенсивности отказов ЭРЭ в номинальных режимах и нормальных условиях эксплуатации без механиче­ских воздействий с учетом ряда поправочных коэффициентов, согласно формулам, приведенным в таблице 5:.

Таблица 5.

Комплектующие изделия	Интенсивность отказов,0
Интегральные схемы	0а1а2а3а4
Резисторы	0а1а2а5
Конденсаторы	0а1а2
Транзисторы	0а1a3

a1-поправочный коэффициент, учитывающий условия работы;

а2 - коэффициент, учитывающий электрическую нагрузку и температуру;

а3 - коэффициент, учитывающий конструкцию корпуса;

а4 - коэффициент, учитывающий степень интеграции ИС;

а5 - коэффициент, учитывающий номинал постоянных резисторов.

Исходные данные и результаты расчетов сведены в таблицу 6:

Таблица 6.

Обозна- чение N/N	Наименование ЭРЭ, номинал и допустимые значения параметра	Коэффициент нагрузки Кн	Количество ЭРЭ данного типа N	Эксплуатационный коэф. отказов а=i/oi	Интенсивность отказа *10^6
					oi	i	
Микросхемы: К561ЛН2 К561ИЕ8 К561ЛА7	Iвых раб=13 мА Iвых раб=1 мА Iвых раб=4 мА	0,2 0,25 0,15	1 1 1	0,65 0,7 0,2	0,013 0,013 0,013	0,00840,0091 0,0026		0,00840,0091 0,0026
Транзисторы: КТ817В	Р к раб=0,05 Вт	0,84	9	1,6	0,5	0,8		7,2
Резисторы: МЛТ-0,125 1к±5% МЛТ-0,125 10к±5%	Рраб1,2=0,6 Вт Рраб3=0,5Вт	0,2 0,25	2 9	0,55 0,55	0,045 0,045	0,0247 0,0247		0,0495 0,2227
Конденсатор К73-17 0,01±20%		0,33	1	0,03	0,075	0,0022		0,0022

Суммарная интенсивность отказов:

∑_= (1/ч),

Среднее время наработки на отказ изделия:

Т_ср=1/7,49510^-6=133400(ч),

Вероятность безотказной работы при ресурсе t=100000ч:

P(t)=exp(-8,93610^-6100000)=0,928

• Вероятность безотказной работы при заданном ресурсе и среднее время наработки на отказ удовлетворяет техническому заданию, следовательно требования надежности выполняются.

• Данное устройство будет безотказно работать в течении 133400 часов. Это является отличным показателем для данного типа устройств. Он показывает, что при эксплуатации по 8 часов вдень (365 дней), это устройство будет работать 38 лет без отказов в следующих климатических условиях: умеренный климат, при температуре от +1 до 40°С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ходе работы было разработано устройство и комплект конструктор­ской документации на модуль телефонной сигнализации. Полученные дан­ные полностью удовлетворяют техническому заданию. Была разработана печатная плата размером 95,5х57,5 мм, шаг координатной сетки – 2,5 мм, параметры печатных проводников соответствуют третьему классу плотности. Паразитные параметры печатных проводников не превышают заданных в ТЗ и не оказывают существенного влияния на работу устройства. Параметры надежности удовлетворяют техническому заданию. Устройство устойчиво к воздействию заданных внешних факторов. Был достигнут высокий уровень технологичности.

В данной курсовой работе был проведен анализ электрической принципиальной схемы (Э3) (см. приложение А.). На основании Э3 было составлено техническое задание и проведен его анализ. Проведен конструкторский анализ электрической принципиальной схемы, в результате чего были найдены аналоги к интегральной схеме (ИС), из них был выбран наиболее близкий к ИС, используемой в данной конструкции, были выделены сигнальные элементы и выбрано их наилучшее расположение на печатной плате.

В результате расчета печатной платы, были рассчитаны наилучшие габариты печатной платы и наилучшее заполнение печатной платы (максимальная плотность К=0,54) (см. приложение Б).

Приложение А.

Приложение Б.

Компоновка элементов на печатной плате

(сборочный чертёж)

Приложение В.

Компоновка элементов на печатной плате

(сборочный чертёж)Вариант 2.

28