2.2 Описание принципа работы устройства

Принципиальная схема реле времени фотолюбителя представлена на чертеже УИТС.403ХХХ.027 Э3.

Основной узел реле времени выполнен на микросхеме DD1 (К176ИЕ12), специально разработанной для электронных часов. В ее состав входит генератор, рассчитанный на работу с внешним резонатором ZQ1 на частоту 32768 Гц и два делителя частоты – с коэффициентом деления 2¹⁵ (32768) и 60. в итоге с выхода S1 (вывод 4) можно снимать секундные импульсы, а с выхода М (вывод 10) – минутные. Кроме того, на выходе F (вывод 11) присутствуют импульсы с частотой следования 1024 Гц, которые пригодны для звуковой сигнализации.

Минутные импульсы подаются непосредственно на переключатель под диапазонов SA1, а через него – на десятичный счетчик с дешифратором DD7 (К176ИЕ8). А секундные импульсы с выхода S1 микросхемы DD1 предварительно проходят через узел корректировки, выполненный на элементах DD2.1–DD2.3 и D–триггере DD3.1. При пуске реле времени, т.е. в момент начала формирования импульсов отсчета, фронт минутного импульса на соответствующем выходе микросхемы DD1 появляется через 39 с, а спад (именно по нему и «срабатывает» счетчик–дешифратор DD7) – через 59 с. Спад секундного импульса следует сразу же после пуска, хотя никакого отсчета времени еще не произошло – такова особенность работы микросхемы. Чтобы избежать ошибки в выдержке, этот импульс «уничтожается» указанным узлом, и на переключатель SA1 поступают с вывода 10 элемента DD2.3 второй и последующие импульсы.

Для получения выдержки, исчисляемой десятыми долями секунды, необходимы импульсы с частотой следования 10 Гц. Их получают с помощью десятичных счетчиков DD5, DD6, соединенных последовательно и подключенных к выходу F микросхемы DD1, на котором формируются импульсы с частотой следования 1024 Гц.

Хотя для этой цели характерна такая же ошибка, что и для предыдущей, специальный корректирующий узел отсутствует. Потому что ошибка частично компенсируется благодаря более позднему выключению тринистора VS1 (плата А2), управляющего лампой фотоувеличителя.

Счетчики–дешифраторы DD7 и DD8 включены последовательно, а их выходы подключены через переключатели SA2 и SA3 к выходам элемента DD4.3, выполняющий роль каскада совпадения. Указанными переключателями задают нужную выдержку в десятых долях секунды, в секундах или минутах в зависимости от положения переключателя SA1.

Как только заданная выдержка закончится, на входах элемента DD4.3 появится уровни логической единицы. Такой же уровень будет и на выводе 11 элемента DD4.4. В результате на выводе 4 элемента DD4.2 появится уровень логического нуля, что приводит к свечению светодиода HL1 «Готово» и открыванию элемента DD4.1 – через него теперь будут проходить импульсы частотой следования 1024 Гц на усилительный каскад, выполненный на транзисторе VT1. Раздастся звук в телефоне BF1, извещающий об окончании выдержки.

Лампой фотоувеличителя управляет узел, в который входят триггер DD3.2, транзисторный ключ VT1, тринистор VS1 и выпрямительный мост на диодах VD1–VD4 (VT1, VS1 и VD1–VD4 расположены на плате А2). Сразу же после подачи питания выключателем SA4 на реле времени триггер должен устанавливаться в нулевое состояние, при котором тринистор выключен, а значит, погашена лампа. Если этого не происходит, нажимают кнопку SB2 «Сброс», и лампа гаснет.

При нажатии кнопки SB1 «Пуск», триггер DD3.2 переходит в единичное состояние. Открывается транзистор VT1 в плате А2, включается тринистор и замыкает диагональ моста. Загорается лампа фотоувеличителя. По окончании выдержки появляется уровень логической единицы на выходе элемента DD4.4, а значит, на входе С (вывод 11) триггера DD3.2. Триггер возвращается в исходное состояние, и лампа фотоувеличителя гаснет.

Продолжительность световой и звуковой сигнализации окончания выдержки зависит от установленного переключателем SA1 поддиапазона. В первом положении «М.» подвижного контакта переключателя она составит минуту, во второй «Сек.» – секунду, в третьем «0,1 Сек.» – десятую долю секунду.

2. 3 Оценка элементной базы

Система сохраняет работоспособность при изменении напряжения питания +9В10%. Достоинством данного устройства является повышенная точность передачи сигналов и быстродействие.

Применяемая элементная база широко распространена в отечественной промышленности, обладает свойствами безотказности, долговечности, сохраняемости и хорошими электрическими показателями, а также имеет много отечественных и зарубежных аналогов, что повышает ремонтопригодность изделия.

2.3.1 Микросхемы. В разрабатываемом устройстве применяются микросхемы серий К176, представляющие собой комплекс микромощных микросхем, второй-третьей степени интеграции на КМОП транзисторах. Предназначены для применения в аппаратуре цифровой автоматики и вычислительной техники с жесткими требованиями по потребляемой мощности, массе, габаритным размерам в условиях значительного изменения напряжения питания при работе от одного источника напряжения питания. Напряжение питания серии составляет +9В10%. Диапазон рабочих температур минус 30..+70 С.

При изготовлении устройства возможна замена используемых микросхем на микросхемы из серии К561 с такими же функциональными назначениями. При замене микросхем не меняются назначения и номера выводов микросхем, т.к. К561 является аналогом серии К176, но только с более меньшим током потребления, из-за этого уменьшается ток потребления. Для микросхемы К176ИЕ14 аналога в серии К561 нет.

2.3.2 Элементы сопротивления. В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы реле времени применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа МЛТ–0,125, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Диапазон рабочих температур минус 60…+125⁰С.

2.3.3 Элементы емкости. В проектируемом устройстве используются малогабаритные пакетные керамические конденсаторы серии КМ-5, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Диапазон рабочих температур минус 30…+90 ⁰С.

Для точной подстройки частоты задающего генератора используется построечный конденсатор серии КТ4-21. Он обладает стабильными параметрами настройки, механической прочностью и надежностью эксплуатации. Диапазон рабочих температур минус 20…+80⁰С.

2.3.4 Элементы индикации. Применение в качестве элемента световой сигнализации светодиодов серии АЛ307Б обусловлено малым потреблением энергии в отличие от ламп накаливания. Светодиод с индексом «Б» имеет красный цвет свечения. Диапазон рабочих температур минус 20...+70 С.

2.3.5 Полупроводниковые элементы. В устройстве используется транзистор КТ361Б. Транзистор КТ361Б (p-n-p) маломощный, высокочастотный; максимальный ток коллектор-эмиттер 100мА; максимальное напряжение коллектор-база 20В. Данный транзистор применяется включения пьезоэлектрического излучателя. Диапазон рабочих температур минус 40...+80 С.

В модуле управления нагрузкой используется транзистор КТ940А, управляющий работой тиристорного ключа. Транзистор КТ940А (n-p-n) мощный, высокочастотный. Диапазон рабочих температур минус 30...+120 С.

Для выпрямления переменного напряжения используется диодный мост, собранный на четырех диодах КД105Б, которые являются маломощными на ток до 2А. Диапазон рабочих температур минус 30...+90 С.

Для электрической коммутации нагрузки используется тиристор КУ202Л на рабочее напряжение 300В и ток не более 10А. Данный тиристор взят из-за того, чтобы обеспечить передаваемую мощность до 200А. Диапазон рабочих температур минус 30...+110 С.

2.3.6 Элементы коммутации. В качестве элементов электрической коммутации используются кнопки типа П2К-2 без фиксатора (SB1 и SB2) и переключатель П2К-2 с фиксацией (SA4). Последняя цифра обозначает количество перемыкающихся групп. Данный тип переключателей имеет малые габариты, механическую износостойкость. Диапазон рабочих температур минус 30...+100 С.

Для выбора поддиапазонов используется галетный переключатель типа ПГ2-3П3Н-КР с одной платой на три фиксированных направления. Для выбора необходимого времени в установленном поддиапазоне используются галетные переключатели типа ПГ2-10П1Н-КР с одной платой на десять фиксированных направлений. Оба типа галетных переключателей относятся к одной серии ПГ2, предназначенных для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока с напряжением 0,01…130 В и током 0,5 А. Данная серия взята из-за того, т.к. у них малые габариты и достаточно высокая износостойкость переключений при активной нагрузке не менее 10000 циклов. Диапазон рабочих температур минус 20...+80 С.

2.3.7 Разъемные соединения. Для подключения проектируемого прибора к внешнему источнику питания на 9В используется розетка типа РГ-1-2-10-В, рассчитанная на ток при данном напряжении до 1,5 А. Диапазон рабочих температур минус 40...+110 С.

Для подключения нагрузки (фотоувеличитель) к проектируемому устройству используется розетка типа РП1500-220В/50, имеющая стандартные размеры под европейский стандарт. Розетка рассчитана на напряжение до 250 В частотой 50 Гц и ток до 5 А. Диапазон рабочих температур минус 40...+90 С.

2.3.8 Кварцевый резонатор. В схеме используется кварцевый метод стабилизации частоты. Для этого применен кварцевый резонатор RК124A, с частотой колебаний 32768 кГц, выполненный в стеклянном корпусе типа КА. Диапазон рабочих температур минус 20...+70 С.

Параметры элементной базы модуля реле приведены в таблице 2, а модуля управления нагрузкой в таблице 3.

Таблица 2 - Основные конструктивные параметры элементной базы

Наименование элемента	Кол-во	Конструктивные параметры
		Вариант установки	Установочная площадь, мм^2	Диапазон температур, С
Конденсаторы: КМ-5-П33-47 пФ КМ-5-М1500-1000пФ КМ-5-Н90-0,047 мкФ КТ4-21-М75-5/20 пФ	1 1 1 1	II-в II-в II-в I-а	25,5 32,6 43,6 104,2	-30...+90 -30...+90 -30...+90 -20...+80
Микросхемы: К176ИЕ12 К176ЛА7 К176ТМ2 К176ИЕ4 К176ИЕ8	1 2 1 2 2	VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a	227 189 189 189 227	-30…+70 -30…+70 -30…+70 -30…+70 -30…+70
Резистор МЛТ-0,125	10	II-а	30,8	-60…+125
Транзистор КТ361Б	1	II-в	23,2	-40…+80
Резонатор RK124А	1	-	117	-20…+70

Таблица 3 - Основные конструктивные параметры элементной базы

Наименование элемента	Кол-во	Конструктивные параметры
		Вариант установки	Установочная площадь, мм^2	Диапазон температур, С
Резистор МЛТ-0,5	1	II-а	88,2	-60…+125
Диод КД105Б	4	I-а	84	-30…+90
Транзистор КТ940А	1	II-в	28,6	-30…+120
Тиристор КУ202К	1	I-а	550	-30…+110

Таким образом, с учетом выбранной элементной базы диапазон рабочих температур устройства составит плюс 10…+40С, что соответствует техническому заданию.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОМПОНОВКА УСТРОЙСТВА

Рисунок 1

Рисунок 2

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

Для выбора компоновки блока реле времени фотолюбителя рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатной платы, органов коммутации, управления и индикации (рисунок 1, а и б).

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам [6, страница 4]:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

3.2.1 Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки. Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) сравниваемых вариантов блоков. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата реле времени, печатная плата управления нагрузкой, разъема для подключения к блоку питания, разъем для подключения нагрузки, органы индикации и звуковой сигнализации, переключатели различного типа).

Для определения объема основной печатной платы реле времени найдем ее размеры. На основе таблицы 2 пункта 2.3 определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на ПП.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0,7, получим значение площади ПП

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП (50100, 6080, 6090, 8080,) и был выбран следующий: 6090 мм по ОСТ4.010.020-83. [3, страница 19]

Для определения объема печатной платы реле времени необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП. Для данной ПП она равна 13 мм. Тогда

V_пп1 = 60·90·13 = 70,2·10³ мм³

Для определения объема печатной платы управления нагрузкой найдем ее размеры. На основе таблицы 3 пункта 2.3 определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате

где i – количество ЭРЭ, устанавливаемых на ПП.

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0,7, получим значение площади ПП

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП (22,560, 3040, 3050, 4040,) и был выбран следующий: 3050 мм по ГОСТ 10317-79. [3, страница 19]

Для определения объема печатной платы реле времени необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП. Для данной ПП она равна 13 мм. Тогда

V_пп2 = 30·50·40 = 60,0·10³ мм³

Определим объемы внутреннего оборудования (внутренние размеры):

- кнопка типа П2К-2 (SB1 и SB2)

V_КН = 12·18·34 = 7,34·10³ мм³;

- переключатель типа П2К-2 (SA4)

V_ПЕР = 14·18·34 = 8,57·10³ мм³;

• светоизлучающий диод АЛ307Б (HL1)

V_СВД = 6·6·10 = 0,36·10³ мм³;

• галетный переключатель тина ПГ2 (SA1, SA2, SA3)

V_ГАЛ = 20·23·23 = 9,2·10³ мм³;

• пьезоэлектрический излучатель ТМ-2А (BF1)

V_ИЗЛ = 27·27·15 = 10,9·10³ мм³;

• разъем для подключения к блоку питания 9 В (XS1)

V_РАЗ9В = 13·13·20 = 3,38·10³ мм³;

• разъем для подключения нагрузки (XS2)

V_Р220В = 36·36·27 = 34,99·10³ мм³;

• проводной монтаж

V_ПРОВ = 35·100·1 = 3,5·10³ мм³.

Определяем габаритные размеры блоков обоих вариантов в зависимости от расположения печатной платы реле времени. В первом варианте печатная плата расположена вертикально (рисунок 1). Органы управления расположены на передней стенке устройства. С учетом этого и зазорами между печатной платой, всех органов управления и разъемов, светодиода и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры первого варианта блока: длина A₁=110 мм, ширина B₁=100 мм и высота H₁=70 мм.

Во втором варианте печатная плата расположена горизонтально (рисунок 2). Органы управления расположены на верхней крышке устройства. С учетом этого и зазорами между печатной платой, всех органов управления и разъемов, светодиода и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры второго варианта блока: длина A₂=100 мм, ширина B₂=100 мм и высота H₂=60 мм.

3.1.2 Сравнение выбранных двух вариантов компоновки блоков. Определяем полный объем первого (рисунок 1, а) и второго (рисунок 1, б) вариантов

V₁ = A₁·B₁·H₁=110·100·70 = 770·10³ мм³;

V₂ = A₂·B₂·H₂=100·100·60 = 600·10³ мм³

Площади поверхностей вариантов компоновки блока

S₁ = 2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)= 2·(110·100+110·70+100·70)=51,4·10³ мм²;

S₂ = 2·(A₂·B₂+B₂·H₂+A₂·H₂)= 2·(100·100+100·60+100·60)=44·10³ мм²

1. Приведенная площадь наружной поверхности [6, страница 4]

2. Коэффициент приведенных площадей [6, страница 4]

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

где d - диаметр шара, мм.

Для блока, выполненного в форме шара, диаметр равен максимальной стороне блока, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, т.е. для первого варианта d₁=110 мм, для второго варианта d₂=100 мм. Тогда

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен

оба варианта блока равны по площади наружной поверхности.

3) Коэффициент заполнения объема.

Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем занимаемой аппаратурой (печатная плата реле времени, печатная плата управления нагрузкой, две кнопки типа П2К, переключатель типа П2К, светодиод, три галетных переключателя, пьезоэлектрический излучатель, разъем для подключения к блоку питания, разъем для нагрузки)

V_а = V_ПП1+V_ПП2+2V_КН+V_ПЕР+V_СВД+3V_ГАЛ+V_ИЗЛ+V_РАЗ9В+V_Р220В+V_ПРОВ =

= (70,2+60+27,34+8,57+0,36+39,2+10,9+3,38+34,99+3,5)10³ =

= 234,18·10³ мм³

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %

;

Коэффициент заполнения объема для второго варианта компоновки блока (рисунок 2) больше, чем для первого варианта (рисунок 1). Следовательно, во втором случае объем используется более эффективно.

Вывод. По результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран второй вариант компоновки блока реле времени (рисунок 2), так как его объем используется наиболее эффективно.

3.1.3 Выбор типа электрического монтажа. В проектируемом приборе реле времени фотолюбителя применяются два типа монтажа – печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в функционально-законченные узлы – печатные платы реле времени. Объемный монтаж необходим для соединения функционально-законченного узла печатной платы с разъемами, органами индикации и управления.

3.1.4 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий. Из требований по условиям эксплуатации, записанных в техническом задании следует, что нет необходимости в применении специальных способов защиты устройства от климатических факторов, вибрации и помехонесущих полей. Частичную герметизацию осуществляет корпус устройства.

3.1.5 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 ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру t_o и рассеиваемую тепловую мощность Р_о. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. На рисунке 3 приведены зависимость между перепадом температур t_k и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

Определим условную поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения [5, страница 145]

S_з=2(AB+(A+B)HК_з.о);

где A, B, H – геометрические размеры блока, м

A = 0,100 м; B = 0,100 м; H= 0,060 м.

К_з.о – коэффициент заполнения объема (К_з.о =0,39).

Тогда, получим

S_з = 2(0,1000,100+(0,100+0,100)0,0600,39) = 0,0294 м².

Определим удельную мощность нагретой зоны q₃, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади

q₃=Q/S₃,

где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт, вычисляемая по формуле

Q = I_maxU,

где I_max – максимальный потребляемый ток для цепи питания с напряжением питания U=+9 В, I_max=0,2 А.

Тогда, получим

Q = 0,29 = 1,8 Вт;

q_з = 1/0,0294 = 34,01 Вт/м²

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в не перегруженном режиме, тогда температура зоны должна быть меньше или равна Т_з=60⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Т_с=40⁰С. Тогда перепад температур t_k будет определяться по формуле

t_k = Т_з-Т_с = 60–40 = 20 ⁰С

Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 3). Учитывая, что в проектируемом устройстве модуль расположен горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции.

По результатам расчета делаем вывод, что разрабатываемая конструкция блока реле времени фотолюбителя обеспечивает нормальный тепловой режим работы без обеспечения какой либо вентиляции.

3.1.6 Расчет электромагнитной совместимости. Устройство работает на низкой частоте 327680 Гц, поэтому расчет электромагнитной совместимости проводить нецелесообразно.

3.1.7 Описание выбранного варианта компоновки устройства. Корпус реле времени выполнен в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 10010060 мм. Он состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда, без верхней и боковых стенок. К основанию крепится обе печатные платы. Печатная плата реле времени устанавливается горизонтально на колонках. Печатная плата управления нагрузкой крепится вертикально и крепится с помощью уголков. Разъемы, предназначенный для подключения реле времени к внешнему источнику питания и нагрузки (фотоувеличитель), устанавливаются на задней стенке основания.

Верхняя крышка является лицевой панелью устройства. Она состоит из верхней и боковых стенок. К ней с внутренней стороны на верхней стороне корпуса устройства крепятся три галетных переключателя, две кнопки, один переключатель и светоизлучающий диод. На боковой стенке крепится пьезоэлектрический излучатель.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

3.2.1 Выбор элементов несущих конструкций, крепления и фиксации. Корпус устройства имеет форму прямоугольного параллелепипеда и изготовлен из сплава алюминия Д16Т. Основание и верхняя крышка имеют толщину 1,5 мм. Детали конструктивно крепятся между собой свинчиванием винтами М2,5-8 ГОСТ 11644-80. Ввинчивание происходит во втулки с резьбой 2,5 мм, завальцованные в основание.

Основная печатная плата реле времени устанавливается на втулки 4-7-7 по ОСТ 11599-75 и крепится винтами М3-13 ГОСТ 17475-80, гайками М3 ГОСТ 1526-70 и шайбами М3 ГОСТ 6958-78.

Печатная плата управления нагрузкой устанавливается у задней стенке устройства и крепится с помощью трех уголков, которые прикрепляются к основанию с помощью заклепок. Плата крепится к уголкам с помощью винтов М2-6 ГОСТ 17473-80 и шайб М2 ГОСТ 6958-78. Ввинчивание происходит в резьбовые втулки с резьбой на 2 мм, завальцованные в уголки.

Блок переключателей (переключатель SA4, кнопки SB1 и SB2 устанавливаются на специальную планку) ставится на металлические втулки3-7-14 по ОСТ 11599-75 и крепится к верхней крышки двумя винтами М2,5-19 ГОСТ 17475-80, двумя гайками М2,5 ГОСТ 15526-70 и двумя шайбами М2,5 ГОСТ 6958-78.

Три галетных переключателя крепятся к верхней крышке с помощью гайки М8 ГОСТ 5916-70 и шайбы ГОСТ 6958-78. Отверстие под них 9 мм.

Разъем для подключения к блоку питания устанавливается на задней стенке устройства и крепится гайкой М8 ГОСТ 5916-70 и шайбой ГОСТ 6958-78.

Разъем для подключения нагрузки устанавливается также на задней стенке и крепление осуществляется винтами М3-9 ГОСТ 17475-80, гайками М3 ГОСТ 15526-70 и шайбами М3 ГОСТ 6958-70.

Светодиод и пьезоэлектрический преобразователь приклеиваются к корпусу с помощью клея ВК-9 по ОСТ 180215-84.

Для устойчивого положения устройства на поверхности и для уменьшения скольжения снизу к нему приклеиваются четыре резиновые ножки клеем ВК-9 по ОСТ 180215-84.

3.2.2 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа. В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76 и флюс ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200.

Компоновка печатной платы выполнена с учетом автоматизации ее изготовления. Установка элементов выполнена в соответствии с ГОСТ 10317-76. Двухсторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы – стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5 в.с. ГОСТ 10316–78.

Для объемного монтажа применяют провод МПО-0,35 ТУ16-505339-79 с сечением жилы 0,35 мм² с изоляцией в оплетке из капроновой нити.

3.2.3.Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий. Данные по применяемым покрытиям внесены в таблице 4.

Таблица 4 - Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Лакокрасочное покрытие
Основание	Фенопласт 02-010-02 ГОСТ 5689-79	—
Лицевая панель	Фенопласт 02-010-02 ГОСТ 5689-79	—
Печатная плата П1	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	Лак УР-231 Бесцветный

3.2.4 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы (резисторов, транзисторов, ИС и т.д.) осуществляется травлением.

На лицевую панель надписи наносятся краской ТНПФ-0,1, белого цвета.

Выводы. Таким образом, была разработана конструкция реле времени фотолюбителя. Во время работы был проведен анализ существующих аналогов, технического задания, электрической схемы и элементной базы. Были проведены расчет тепловых режимов, расчет основных компоновочных параметров реле времени с соблюдением всех требований пунктов технического задания. Также была разработана техническая и конструкторская документация на реле времени фотолюбителя.

4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Выбор метода изготовления и класса точности ПП

Для соединения радиоэлементов электрической схемы проектируемого устройства (реле времени фотолюбителя) между собой, в качестве базовой несущей конструкции выбираем двухстороннюю печатную плату, изготовленную комбинированным позитивным методом. Учитывая, что при проектировании ПП используются интегральные схемы, а также высокий уровень насыщенности ПП навесными элементами по ГОСТ 23751 – 86 выбираем четвертый класс точности изготовления ПП.

В соответствии с тем, что максимальный диаметр выводов навесных элементов, размещаемых на плате реле времени, равен 1,0 мм (для подсоединения к плате проводного монтажа), то выбираем толщину платы [3, страница 8] и [4], равной 1,5 мм.

Материал изготовления печатной платы – стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для рациональной компоновки проведем расчет элементов конструкции печатной платы в соответствии с ГОСТ 23751-86.

Исходные данные представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Исходные данные

Параметры	Величина
Размеры печатной платы, мм	8090
Расчетная толщина ПП HР, мм	1,5
Толщина фольги h, мм	0,05
Диаметры выводов ЭРЭ, мм Dвыв1 (микросхемы, резонатор ZQ1) Dвыв2 (конденсаторы, резисторы) Dвыв3 (VT1, C2, подходящие провода)	0,5 0,7 1,0
Максимальный постоянный ток Imax, А	0,2
Напряжение питания U, В	9
Допустимая плотность тока Jдоп, А/мм^2	38
Наибольшая длина проводника L, м	0,09

Основные конструктивные параметры печатных плат для четвертого класса точности (ГОСТ 23751-86):

• минимальное значение ном. ширины проводника t_min1, мм 0,15;

• номинальное расстояние между проводниками S, мм 0,15;

• допуск на ширину проводника с покрытием t, мм 0,05;

• допуск на ширину проводника без покрытия t, мм 0,03;

• допуск на расположение отверстий _d, мм 0,05;

• допуск на расположение контактных площадок _p, мм 0,15;

• допуск на отверстие при его диаметре 1 мм d, мм ;

• допуск на расположение проводников на ДПП ₁, мм 0,03;

• гарантийный поясок b_м, мм 0,05.

4.2 Расчет печатного монтажа

4.2.1 Расчет по постоянному току. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 10% от питающего напряжения U_доп, В

U_доп = U0,1 = 90,1 = 0,9.

Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления b_min1, мм

Определяем минимальную ширину печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем b_min1, мм

,

где  - удельное объемное сопротивление материала проводника, Оммм²/м. Для меди =0,0175 Оммм²/м.

Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше b_min1 и b_min2,. Выбираем ширину проводников питания и заземления равную b=1,5 мм.

4.2.2 Расчет по переменному току. Данный расчет проводить нецелесообразно из-за малой частоты работы устройства (32768 Гц – рабочая частота задающего генератора сети).

4.2.3 Конструктивно-технологический расчет. В печатных платах применяются монтажные металлизированные отверстия для установки ЭРЭ и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматической сборки ячеек.

Определяем максимальный диаметр просверленных отверстий выводов ЭРЭ для ПП реле времени D_o.max, мм

D_o.max1 = D_выв1+d+0,1=0,5+0,1+0,1 = 0,7;

D_o.max2 = D_выв2+d+0,1=0,7+0,1+0,1 = 0,9;

D_o.max3 = D_выв3+d+0,1=1,0+0,1+0,1 = 1,2,

где d – допуск на диаметр отверстия.

Полученные значения диаметров монтажных отверстий необходимо округлить по ГОСТ 23751-86. Тогда, с учетом требования минимизации числа различных диаметров монтажных отверстий [3, страница 8], получим следующий набор диаметров, мм – 0,8, 1,0 и 1,3.

Для максимального уплотнения монтажа диаметр переходных отверстий выбирается наименьшим. Однако, в связи ограниченной рассеивающей способностью электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы

D_M  H_Рv = 1,50,33 = 0,495 мм,

где H_Р – расчетная толщина печатной платы;

v – коэффициент, зависящий от состава электролита.

Так как число отверстий с различным диаметром должно быть минимальным, то принимаем диаметр переходного отверстия равным

D_M=D_o.max1=0,7 мм;

Определяем диаметры контактных площадок. Минимальный эффективный диаметр контактных площадок D_min, мм

мм;

мм;

мм,

где b_M – расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (гарантийный поясок), мм;

_d, _P – допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм.

Минимальный диаметр контактных площадок, при покрытии олово-свинец D_п.min, мм

D_п.min1 = D_min1+1,5h_r = 1,3+1,50,05 = 1,375 мм;

D_п.min2 = D_min2+1,5h_r = 1,5+1,50,05 = 1,575 мм;

D_п.min3 = D_min2+1,5h_r = 1,8+1,50,05 = 1,875 мм,

где h_r – толщина металлорезиста, мм.

Максимальный диаметр контактных площадок отверстий D_max3, мм

D_max1 = D_п.min1+0,05 = 1,375+0,05 = 1,425 мм;

D_max2 = D_п.min2+0,05 = 1,575+0,05 = 1,625 мм;

D_max3 = D_п.min2+0,05 = 1,875+0,05 = 1,925 мм.

Округляем максимальный диаметр контактных площадок до значений равных: D_max1=1,5 мм, D_max2=1,7 мм и D_max3=2,0 мм.

Определяем минимальную ширину сигнального проводника t_min, мм

t_min = t_min1+1,5h+t = 0,15+1,50,05+0,03 = 0,255 мм,

где t – допуск на ширину проводника, мм;

t_min1 – минимальная эффективная ширина проводника, мм.

При формировании проводников на фольгированном диэлектрике их минимально допустимая в производстве ширина определяется, прежде всего, адгезионными свойствами материала основания и гальванической стойкостью оксидированного слоя фольги, так как браком является даже частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика. Поэтому минимальную эффективную ширину t_min1 выбирают в соответствии с классом точности печатных плат по ГОСТ 23751-86.

Максимальная ширина сигнального проводника t_max, мм

t_max= t_min+0,02=0,275 мм.

Округляем максимальную ширину сигнального проводника до значения равного t_max=0,3 мм.

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка. Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой первого типа S_min1, мм

мм;

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа S_2min1, мм

мм;

Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой третьего типа S_3min1, мм

мм

где L_Э – расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

₁ – допуск на расположение проводников, мм.

При комбинированном позитивном способе изготовления печатной платы зазор между проводником и контактной площадкой должен быть не менее 0,15 мм.

Минимальное расстояние между двумя сигнальными проводниками S_min2

S_min2 = L_Э –(t_max+2₁) = 1,25-(0,3+20,03) = 0,89 мм.

Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником S_min3, мм

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками первого типа S_min4, мм

S_1min4 = L_Э –(D_max2+2_P) = 2,5-(1,5+20,15) = 0,7 мм;

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками второго типа S_2min4, мм

S_2min4 = L_Э –(D_max2+2_P) = 2,5-(1,6+20,15) = 0,5 мм;

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками третьего типа S_3min4, мм

S_3min4 = L_Э –(D_max2+2_P) = 2,5-(2,0+20,15) = 0,2 мм;

Вывод. Таким образом, из результатов расчета получаем, что расстояния между элементами проводящего рисунка больше минимально допустимых и параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к печатным платам четвертого класса точности изготовления.