2. Расчет по постоянному току.

Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

, (45)

где J_max = 15мкА – максимальный ток, протекающий в проводниках

i_доп = 75А/мм² – допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления.

h = 20мкм – толщина проводника.

, (46)

Определяем минимальную ширину проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем для цепей питания и заземления:

, (47)

где =0,0175 Оммм² /м – удельное объемное сопротивление;

L=100 мм – длина проводника (земля);

U_доп =5%U=0,175 В – допустимое падение напряжения;

h=20мкм – толщина проводника;

, (48)

Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше b_min1 и b_min2. Ширина потенциальных проводников питания и заземления принята равной 1 b= 1 мм. Ширина сигнальных проводников равна 0,3мм. Т.к. реальные значения ширины проводников превышают вычисленные минимальные, то они будут работать стабильно в заданных условиях.

2. Расчет электрических параметров пп

Определяем взаимные емкости С и индуктивности L линий связи для заданного типа электрических соединений.

Паразитная емкость, возникающая между параллельными проводниками на печатной плате при b₁ = b₂=1мм:

, (49)

где ε=1 – диэлектрическая проницаемость среды;

l=100мм – длина проводника;

h=20мкм – толщина проводника;

а=22,5мм – зазор между проводниками.

, (50)

Паразитная индуктивность:

, (51)

, (52)

При b₁ = b₂=0.3мм

а=1,25мм l=65мм

, (53)

, (54)

Вывод. Из результатов проведенных расчетов и условий эксплуатации, установленных в техническом задании, следует, что проектируемое устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования, т.к. действие помехи не приведет к нарушению работоспособности модуля.

3. Расчет теплового режима

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, в частности блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты (пассивные навесные радиоэлементы и при высокой плотности тока – проводники печатной платы). Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.

1’, 2’, 3’ - для вертикального расположения блоков;

1, 2, 3 - для горизонтального расположения блоков;

1, 1’ - без вентиляции;

2, 2’ - естественная вентиляция;

3, 3’ - принудительная вентиляция.

t_k, С

1

100

1'

80

2'

60

2

40

К

20

3

3'

q,

0

600

500

400

300

200

100

0

Рисунок 3 - График тепловой нагрузки блоков различной конструкции

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

S_з=2(lb+(l+b)hК_з.о), (55)

где l, b, h - геометрические размеры блока, м

l=0,06; b=0,1; h=0,0345

К_з.о - коэффициент заполнения объема (К_з.о =0,686).

Тогда, получим

S_з = 2(0,060,1+(0,06+0,1)0,03450,686) = 0,01957344 м² (56)

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

, (57)

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

Q = I_maxU, (58)

где I_max =15мкА=0,000015- максимальный потребляемый ток для цепи питания;

U =3,5В- напряжение питания.

Тогда, получим

Q=0,0000153,5=0,0000525 Вт, (59)

, (60)

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Поскольку в схеме имеются конденсаторы параметры которых ухудшаются при увеличении температуры до 7085С, то температуру зоны примем равной Т_з=65⁰С. 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 = 65-40 = 25⁰С (61)

Получили точку К (0,0027, 25) на графике тепловой нагрузки. Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 3). Учитывая, что в проектируемом блоке модули расположены горизонтально, то есть прибор относится к зоне 1, точка К лежит выше соответствующей линии номограммы, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции.

По результатам расчета делаем вывод, что разрабатываемая конструкция блока обеспечивает нормальный тепловой режим работы без дополнительной вентиляции.

5. Описание конструкции устройства