2.3 Оценка элементной базы

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

1

УИТС.403231.025 ПЗ

) Микросхемы. В разрабатываемом устройстве применяются микросхемы серий К176 и К514 . Они предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции, применяются в цифровых вычислительных машинах, в узлах и блоках измерительных приборов. Напряжение питания микросхем составляет +9В±10%. Диапазон рабочих температур -30..+70 ⁰С.

При изготовлении устройства возможна замена используемых микросхем на микросхемы из серии К555 с таким же функциональным назначением, при этом назначения и номера выводов микросхем не меняются, т.к. К176 является аналогом серии К555. Микросхемы выпускаются в пластмассовых корпусах 201.14 – 1. Вариант установки VIIIа

2) Резисторы. В качестве распределителей электрической энергии между цепями и элементами схемы часов применены резисторы общего назначения с металлодиэлектрическим проводящим слоем типа КИМ-0.125 – резисторы металлизированные лакированные теплостойкие постоянного сопротивления, которые характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью. Вариант установки IIв.

3) Конденсаторы. В проектируемом устройстве используются керамические малогабаритные пакетные керамические конденсаторы серии К10-7В и К50-16А, предназначенные для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Диапазон рабочих температур -60…+155 ⁰С. Вариант установки IIв.

4) Кнопки. В качестве элементов электрической коммутации используются двухполюсные кнопки типа КМ1-1. Данный тип переключателя имеет малые габариты, механическую износостойкость. Диапазон рабочих температур -60...+100 ⁰С.

Кнопки устанавливаются на лицевую панель блока.

5) Кварцевый резонатор PВ-75 среднечастотный кварцевый резонатор с пьезоэлементом камертонного типа. Диапазон температур от –40 до +85 С. Резонатор устанавливается на печатной плате.

6) Транзисторы КТ315А маломощный высокочастотный. Диапазон температур от +10 до +60 С. Вариант установки IIв. устанавливается на печатной плате.

7) Индикатор. Для индикации применен индикатор ИЖЦ4-6/7 . Диапазон рабочих температур -10...+60 С. Предназначен для работы в проходящем свете. Устанавливается на лицевую панель блока.

8

УИТС.403231.025 ПЗ

) Динамик. В качестве устройства звуковой индикации используется диффузорный электродинамический громкоговоритель 0.1ГД-3, мощностью 0.1 Вт. Диапазон рабочих температур -60...+70 С Устанавливается на лицевую панель блока.

9) Диод КД105А – кремниевый диффузионный. Выпускается в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Диод КД105А имеет следующие основные параметры: постоянный (средний) прямой ток 300 мА, постоянное прямое напряжение 1 В, импульсный прямой ток 15 А, температура окружающей среды от 218 до 358 К

Основные параметры элементной базы, размещённой на печатной плате проектируемых часов, приведены в таблице 2.

Таблица 2

Элементы	№ ПП (модуля)	Площадь одного элемента, мм^2	Количество элементов	Общая площадь мм^2
Диод КД103А(VD1-VD11)	1	35	11	385
Конденсатор К10-7В (C1,C4,C5,C6,C7)	1	12	5	60
Конденсаторы К50-16А(С2,С3,С8,С9)	1	82	4	328
Кварцевый резонатор PK124A-32768Гц ZQ1	1	172,8	1	172,8
Микросхемы корпус 201.14-1 (DD4,DD5)	1	146,25	2	292,5
Микросхемы корпус 238.16-1 (DD1, DD2)	1	141,25	2	282,5
Микросхемы корпус 402.16-6 (DD3)	1	241,5	1	241,5
Резисторы КИМ-0,125 (R1-R3,R5-R9,R16-R27)	1	31,25	19	593.75
Резисторы КИМ-0,25 (R10-R16)	1	49	7	343
Резистор СП3-9а (R4)	1	28	1	28
Тиристор КУ101А	1	93	1	93
Транзисторы КТ315А (VT1÷VT12)	1	21	12	252

Вычисление значений приведённых в таблице 2 установочных площадей

э

УИТС.403231.025 ПЗ

лементов приведено в пункте 4.1.

УИТС.403274.023 ПЗ

3 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ РЭУ

3.1 Предварительная разработка конструкции устройства

При разработке конструкции устройства были учтены требования, приведенные в разделе “Расширенное техническое задание”. Объем устройства должен быть минимален, а коэффициент заполнения – максимален. Помимо этого конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Разрабатываемые часы также должны быть ремонтопригодными и обеспечивать удобства эксплуатации.

3.1.1 В ы б о р п р е д в а р и т е л ь н о г о в а р и а н т а к о м п о н о в к и у с т р о й с т в а, для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства, представленных на рисунке 1.

УИТС.403274.023 ПЗ

а

б

Рисунок 1 – варианты компоновки блоков устройств.

1- индикатор; 2 – батарейный отсек; 3 – печатная плата; 4 - кнопки; 5 - динамик

Расчет объемно-компоновочных характеристик устройства приведен в пункте 4.1. Из расчета видно, что первый вариант компоновки имеет меньший объем блока и больший коэффициент заполнения объема, чем второй вариант. Следовательно, целесообразно остановить выбор на первом варианте компоновки блока. Этот вариант и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

3.1.2 В ы б о р т и п а э л е к т р и ч е с к о г о м о н т а ж а. В проектируемом устройстве применяются два типа монтажа – печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов. Объемный монтаж необходим для соединения платы с панелью индикатора, кнопками и динамиком.

3

УИТС.403231.025 ПЗ

.1.3 В ы б о р с п о с о б о в з а щ и т ы у с т р о й с т в а о т в н е ш н и х в о з д е й с т в и й. 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.

3.1.4 О п и с а н и е в ы б р а н н о г о в а р и а н т а к о м п о н о в к и у с т р о й с т в а. Корпус блока часов выполнен в форме параллелепипеда. Габаритные размеры 225 110 80 мм. Блок состоит из основания и верхней крышки. Основание имеет вид прямоугольного параллелепипеда без верхней стенки. К основанию крепится печатная плата, размерами 90 130 мм, устанавливаемая на стойках. Индикатор, динамик и кнопки устанавливаются на верхней крышке. В блоке предусмотрен батарейный отсек, выполненный за одно целое с основанием.

Данный корпус может быть легко собран и разобран для проведения профилактических или ремонтных работ.

3.2 Разработка основных элементов и узлов конструкции устройства

3.2.1 В ы б о р э л е м е н т о в н е с у щ е й к о н с т р у к ц и и, э л е м е н т о в к р е п л е н и я и ф и к с а ц и и. Корпус устройства изготовлен из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л по ОСТ6-65-406-80 методом литья под давлением. Выбранный материал обладает повышенной механической прочностью и невысокими электроизоляционными свойствами, рекомендуется для изделий технического назначения средней и ударной прочности.

К

орпус состоит из трёх частей: основания, верхней крышки и крышки батарейного отсека. Толщина стенок основания 1,5 мм, крышки - 2 мм. Соединение основания и верхней крышки осуществляется с помощью винтов и резьбовых втулок диаметром 5 мм, выполненных за единое целое с основанием. Основание и верхняя крышка устройства соединяются с помощью винтов с потайной головкой 2,5-10-Ц ОСТ 1 315 42-80, которые ввинчиваются в резьбовые втулки. Основание выполнено в виде параллелепипеда с выемкой для батареи. Крышка батарейного отсека входит в корпус по направляющим П-образной формы, выполненным на основании корпуса.

На основании корпуса устанавливается печатная плата на стойках высотой 5 мм и диаметром 5 мм, являющихся частью корпуса, с резьбовыми отверстиями диаметром 2,5 мм под винты 2,5-6-Ц ОСТ 1 315 28-80. Для увеличения основания сцепления винтов с печатными платами используются шайбы 2,5-Ц ГОСТ 11371-78.

Индикатор крепится к верхней крышке блока путем приклеивания к корпусу с помощью клея ВК-9 по ОСТ 180215-84.

Динамик крепится к верхней стенке блока винтами 2,5-10-Ц ОСТ 1 315 42-80, гайками 2,5-Ц ГОСТ 5915-7.

3.2.2 В ы б о р к о н с т р у к т и в н ы х э л е м е н т о в э л е к т р и ч е с к о г о м о н т а ж а. В конструкции устройства применяется печатный и объемный монтаж. Электрические соединения осуществляются пайкой. Для пайки элементов применяют припой ПОС61 ГОСТ 21931-76, флюс ФКСп ОСТ 4.ГО.033.200.

Двусторонняя печатная плата изготавливается комбинированным позитивным методом. Материал для изготовления печатной платы – стеклотекстолит фольгированный СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

Для объемного монтажа применяют провод МПО-0,35 ТУ 16-505 339-79 с полихлорвиниловой изоляцией. Жгут вязать капроновой крученой нитью 3К ОСТ 17-330-84. Места пайки изолировать полихлорвиниловой трубкой 305ТВ-40-1 ГОСТ 19064-82 длиной 15 мм. Номера проводов маркируются на полихлорвиниловых трубках краской ТНПФ-01.

Для защиты от атмосферных воздействий печатная плата покрываются бесцветным лаком УР-231.

3.2.3 В ы б о р з а щ и т н ы х и з а щ и т н о – д е к о р а т и в н ы х п о к р ы т и й. Данные по применяемым покрытиям приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие лакокрасочное
Основание	полистирол УПМ-0612Л
Верхняя крышка	полистирол УПМ-0612Л
Крышка батарейного отсека	полистирол УПМ-0612Л
Печатная плата	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	Лак УР-231 бесцветный

3.2.4 В ы б о р с п о с о б о в м а р к и р о в к и д е т а л е й и с б о р о ч н ы х е д и н и ц. На печатной плате маркировка элементов электрической схемы осуществляется травлением.

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

4 КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1. РАСЧЁТ ОБЪЁМНО-КОМПОНОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВА

Расчет общей площади печатной платы ведется по следующей формуле:

S = S_R + S_C + S_MC + S_D + S_Т + S_ZQ, (1)

где S_R – площадь, необходимая для установки резисторов на ПП;

S_C – площадь, необходимая для установки конденсаторов на ПП;

S_MC – площадь, необходимая для установки микросхем на ПП;

S_D – площадь, необходимая для установки диодов на ПП;

S_Т – площадь, необходимая для установки транзисторов на ПП;

S_ZQ – площадь, необходимая для установки кварцевого резонатора на ПП.

Общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате:

S = 3236 мм².

При расчете площади печатной платы для бытовой РЭА принято учитывать коэффициент заполнения площади ПП, k_з = 0,6.

Площадь печатной платы:

, (2)

где S_ПП1 – площадь печатной платы;

S – общая площадь, занимаемая ЭРЭ на печатной плате.

Так как необходимо учесть площадь, занимаемую группой отверстий для вывода соединительных проводов на индикатор, было рассмотрено несколько возможных вариантов соотношения сторон печатной платы (80×100, 80×120, 90×120) и по ГОСТ 10317-79 был выбран следующий - 90×120мм.

Д

ля определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП. Высота рассматриваемой печатной платы равна 21мм (высота пьезорезонатора, равная 19,5 мм, плюс толщины платы, равная 1,5 мм). Тогда

V_пп = 90·130·(19,5+1,5)= 90·130·21=226800(мм³).

Для выбора рациональной компоновки блока используют три параметра:

1) приведенная площадь наружной поверхности;

2) коэффициент приведенных площадей;

3) коэффициент заполнения объема.

Определим объемы внутреннего оборудования (внутренние размеры):

• кнопки типа КМ1-I (SB1-SB3,SA1)

V_КН = 5·(13·21·23) = 31,39·10³ (мм³);

• индикатор ИЖЦ4-6/7 (HG1)

V_инд = 15,7·10·1,7 = 266,9 (мм³);

• динамик 0,1ГД-3 (BF1)

V_Д = 50·50·20,5 = 51,25·10³ (мм³);

• батарейный отсек

V_Б = 30·50·20 = 30·10³ (мм³).

Для выбора компоновки часов рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатной платы, динамика, индикатора и кнопок (рисунок 1).

Для выбора компоновки часов рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением печатной платы, динамика, индикатора и кнопок (рисунок 1).

О

пределяем габаритные размеры блоков обоих вариантов в зависимости от расположения печатной платы часов. В первом варианте печатная плата расположена горизонтально (рисунок 1,а). Органы индикации и кнопки расположены на верхней крышке устройства. С учетом этого и зазоров между печатной платой, динамиком, кнопками и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры первого варианта блока: длина A₁=225 мм, ширина B₁=110 мм и высота H₁=80 мм.

Во втором варианте печатная плата расположена вертикально (рисунок 1,б). Органы управления расположены на боковой крышке устройства. С учетом этого и зазоров между печатной платой, динамиком, кнопками и стенками корпуса, а также с учетом толщины стенок корпуса, получаем габаритные размеры второго варианта блока: длина A₂=80 мм, ширина B₂=100 мм и высота H₂=160 мм.

Сравним выбранные варианты компоновки блока.

1) Определим полный объем первого (рисунок 1,а) и второго (рисунок 1,б) вариантов компоновки блока.

V₁ = A₁·B₁·H₁=225·110·80 = 1980·10³ (мм³);

V₂ = A₂·B₂·H₂=100·110·200 = 2200·10³ (мм³).

Площади наружной поверхностей блоков:

S₁=2·(A₁·B₁+B₁·H₁+A₁·H₁)=2·(225·110+110·80+225·80)= 103,1·10³ (мм²);

S₂=2·(A₂·B₂+B₂·H₂+A₂·H₂)=2·(100·110+110·200+100·200)= 106·10³ (мм²)

Приведенные площади наружной поверхности:

(мм^-1);

(мм^-1).

2) Коэффициент приведенных площадей определяется по формуле:

где S_пр.ш - приведенная площадь шара.

где d - диаметр шара, мм.

Диаметр d определим из условия равновеликости объёмов блока, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, и блока, выполненного в форме шара, т.е.

(мм);

(мм).

Тогда

(мм^-1);

(мм^-1).

Таким образом, коэффициент приведенных площадей, равен

;

;

>1,что значит лучшим вариантом по площади наружной поверхности является первый вариант блока.

3) Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем занимаемой аппаратурой

V_А=V_пп+V_кн+V_д+V_инд+V_Б=(226,8+31,39+51,25+0,26+30)·10³=339·10³ (мм³).

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

;

;

.

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

Таким образом, по результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, выбираем первый вариант компоновки (рисунок 1,а), так как его объем используется наиболее эффективно.

УИТС.403274.023 ПЗ