3. Разработка конструкции цифрового частотомера

1. Предварительная разработка конструкции

Для выбора компоновки разрабатываемого частотомера рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатных плат, органов коммутации и индикации.

Рациональная форма блока определяется по трем параметрам:

а) приведенная площадь наружной поверхности;

б) коэффициент приведенных площадей;

в) коэффициент заполнения объема.

1. Определение габаритных размеров блоков двух вариантов компоновки.

Для сравнения по данным трем параметрам необходимо знать габаритные размеры (длина, высота и ширина) блоков рассматриваемых двух вариантов компоновки. Для их определения вычислим габаритные размеры и объем занимаемой аппаратуры (печатная плата П1, печатная плата П2).

Для определения объема печатной платы П1 найдем ее размеры, для этого воспользуемся таблицей 2.

Таблица 2 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Элементы	Установочная площадь, мм^2	Количество элементов	Диапазон температур, С
Резонатор ZQ1	98,21	1
Микросхемы: К176ИЕ12 К176ЛЕ5 К176ТМ1 К176ИЕ4	197,505 177,413 177,413 177,413	1 1 1 5	-40..+70 -40..+70 -45..+85 -40..+70
Резисторы: МЛТ – 0,125 СП5-3В СП-1	58,75 240,25 778,9	17 1 1	-60..+125 -60..+125 -60..+125
Конденсаторы: К50-6 К53-7 КЛС КТ-1,КМ КПК-МП	143,1 450 113,75 75 89.88	2 2 2 1 1	-10..+60 -10..+60 -10..+60 -10..+60 -10..+60
Транзисторы: КТ361Г КТ315Б КТ315Г	53,35 53,35 53,35	2 2 1	-60..+125 -60..+70 -60..+70
Цифровой индикатор, ИВ-6	697,5	5	-60..+70
Светодиод АЛ310А	19,6	1	-60..+70
Диод VD1 КД503А	110	1	-60..+70

Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате П1:

(1)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П1

, (2)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П1 (60110, 70110, 8080,) и был выбран следующий: 8080 мм по ГОСТ10317-79.

Для определения объема печатной платы П2 найдем ее размеры. Определяем общую площадь, занимаемую ЭРЭ на печатной плате:

, (3)

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади ПП для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади П2

, (4)

Рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон ПП П2 (72,5125, 70110) и был выбран следующий: 70110 мм.

Для определения объемов печатных плат необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ. Для ПП П1 она равна h₁=18,5 мм, а для ПП П2 h₂=6 мм. Тогда:

• объем печатной платы П1:

, (5)

- объем печатной платы П2:

, (6)

• общий объем, занимаемый аппаратурой:

, (7)

По полученным габаритным размерам внутренней аппаратуры в зависимости от ее размещения определяем габаритные размеры рассматриваемых двух вариантов корпусов, которые представлены на рисунках 1а и 1б. В первом варианте плата П1 и плата П2 расположены горизонтально, органы индикации (плата П2) вынесены на верхнюю панель. Значение высоты блока будет складываться из высоты платы П1 и высоты платы П2, длина и ширина зависит от ширины и длины платы П1 и П2. Во втором варианте ПП П1 расположена горизонтально, а П2 вертикально. В этом случае длина блока будет равна длине ПП П2, высота будет равна ширине ПП П2, ширина равна ширине ПП П1 и толщины ПП П2. Тогда с учетом зазоров между печатными платами, между платами и стенками корпуса, получим габаритные размеры корпусов обоих вариантов компоновки.

Размеры блока для первого варианта: длина l₁=110 мм, ширина b₁=80 мм и высота h₁=18,5+6=24,5 мм.

Размеры блока для второго варианта: длина l₂=110 мм, ширина b₂=80+6=85 мм и высота h₂=70 мм.

а)

б)

Рисунок 1 – Варианты компоновки частотомера

Определяем полный объем первого (рисунок 1а) и второго (рисунок 1б) вариантов:

, (8)

_, (9)

1. Приведенная площадь наружной поверхности

, (10)

, (11)

, (12)

2. Коэффициент приведенных площадей

, (13)

где S_пр.ш - приведенная площадь шара

, (14)

где d - диаметр шара, мм.

Вычислим диаметр шара через объем шара V_ш=V_ап=274333мм³:

(15)

Тогда:

, (16)

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен:

, (17)

, (18)

Составим отношение:

, (19)

то второй вариант блока более оптимальный по площади наружной поверхности.

3. Коэффициент заполнения объема.

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

, (20)

, (21)

, (22)

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Вывод: По результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, был выбран первый вариант компоновки (рисунок 1а), так как его объем используется наиболее эффективно и является более оптимальным по площади наружной поверхности.