- •Оценка элементной базы
- •Разработка конструкции частотомера
- •Предварительная разработка конструкции
- •Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки.
- •Выбор типа электрического монтажа
- •Конструкторские расчеты
- •Расчет печатного монтажа
- •Конструктивно – технологический расчет
- •Расчет по постоянному току.
- •Расчет электрических параметров пп
- •Расчет теплового режима
- •Описание конструкции устройства
- •Описание конструкции блока.
- •Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий.
- •Выбор конструктивных элементов электрического монтажа.
- •Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий.
- •Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц.
-
Расчет по постоянному току.
Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
, (45)
где Jmax =18мА – максимальный ток протекающий в проводниках
iдоп =75А/мм2 – допустимая плотность тока, выбирается в зависимости от метода изготовления.
h=20мм – толщина проводника.
, (46)
Определяем минимальную ширину проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем для цепей питания и заземления:
, (47)
где =0,0175 Оммм2 /м – удельное объемное сопротивление;
L=265 (500)мм – длина проводника (земля);
Uдоп =95%U=8,55 В – допустимое падение напряжения;
h=20мм – толщина проводника;
, (48)
, (49)
Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше bmin1 и bmin2, поэтому ширину проводников питания и заземления принимаем равной 1 b= 1 мм. Ширина сигнального проводника равна 0,3мм.
-
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:
, (50)
где ε=1 – диэлектрическая проницаемость среды;
l=10мм – длина проводника;
h=20мм – толщина проводника;
а=27,5мм – зазор между проводниками.
, (51)
, (52)
, (53)
При b1 = b2=0.3мм
а=1,25мм l=7,25мм
, (54)
, (55)
Вывод: Из проведенных расчетов и условий эксплуатации, заданных в техническом задании, следует, что проектируемое устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования, т.к. действие помехи не приведет к нарушению работоспособности модуля.
-
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.
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.
tk,
С
1 100
1' 80
2' 60
К
2 40
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 to и рассеиваемую тепловую мощность Ро. 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 tk и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.
Определим условную поверхность нагретой зоны Sз, м2 для воздушного охлаждения
Sз=2(lb+(l+b)hКз.о), (56)
где l, b, h - геометрические размеры блока, м
l=0,1; b=0,1; h=0,015
Кз.о - коэффициент заполнения объема (Кз.о =0,817).
Тогда, получим
Sз = 2(0,10,1+(0,1+0,1)0,0150,817) = 0,0167216 м2 (57)
Определим удельную мощность нагретой зоны q3, Вт/м2, как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади, Вт/м2
, (58)
где Q - мощность, рассеиваемая блоком, Вт, вычисляемая по формуле, Вт
Q = ImaxU, (59)
где Imax =18мА=0,018- максимальный потребляемый ток для цепи питания;
U =9В- напряжение питания.
Тогда, получим
Q=0,0189=0,162 Вт, (60)
, (61)
Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Поскольку в схеме имеются конденсаторы параметры которых ухудшаются при увеличении температуры до 7085С, то температуру зоны примем равной Тз=650С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Тс=250С. Тогда перепад температур tk будет определяться по формуле
tk =Тз-Тс = 65-25 = 400С (62)
Получили точку К(9.68, 40). Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 3). Учитывая, что в проектируемом блоке модули расположены горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции.
По результатам расчета делаем вывод, что разрабатываемая конструкция блока обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляции воздуха. Но устройство содержит транзистор, способный нагреваться, что может ухудшить параметры конденсатора и устройства в целом. Поэтому, целесообразно в корпусе устройства сделать вентиляционные отверстия.