курсовой проект / Настенное цифровое табло / исходник

Модуль первого уровня выполнен в виде ячейки на двусторонней печатной плате четвертого класса точности из стеклотекстолита СФ-2Н-50. Ширина проводников и расстояние между ними равны 1,54 мм. Максимальная длина области связи проводников пассивной и активной линий - 250 мм. Максимальное напряжение в активной линии составляет 9 В на частоте 50 Гц. В ячейке используются микросхемы серий К176 и К561.

В состоянии логической единицы помеха меньше влияет на срабатывание логического элемента, чем в состоянии логического нуля, т.к. в этом случае выше помехоустойчивость ЭРЭ. Поэтому рассмотрим случай, когда на выходе микросхемы логический нуль.

Необходимые данные для расчета перекрестных помех приведены в таблице.

Таблица 1 - Электрические параметры используемых серий микросхем

Серия ИС	U^0вх, В	U^0вых, В	I^0вх, мА	I^0вых,мА	R^0вх,Ом	R^0вых, Ом
К176	7,2	2,9	10	5	720	580
К561	8,2	0,3	10	1	820	300

При этом входное и выходное сопротивления определяются по формулам, Ом

Исходные данные для расчета:

Е - напряжение генератора в активной линии связи

Е=Е₀е^jwt, (52)

где w=2f - круговая частота генератора. Для разрабатываемого устройства E₀=9 В, f=50 Гц.

R1, R2, R3 - сопротивление нагрузок в активной и пассивной линиях;

 - расстояние между проводниками (минимальное расстояние между краями проводников =1,510^-4 м);

h - толщина проводников (h=510^-5 м);

b - ширина проводников (b=310^-4 м);

U_n - помехоустойчивость микросхем;

L - длина области связи проводников. Для предварительного расчета длину области связи проводников можно принять равной максимальной стороне ПП, т.е. L=0,25 м.

Диэлектрическая проницаемость среды между проводниками:

_r = 0,5_п = 0,56=3,

где _п - диэлектрическая проницаемость материала платы. Для стеклотекстолита _п = 6.

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

Паразитная емкость, возникающая между параллельными проводниками на печатной плате

Определяем взаимную индуктивность в параллельных проводниках печатной платы, мкГн

Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками активной и пассивной линий связи. Для проводников, расположенных на одной поверхности ПП, Ом

R_и=  L, (56)

где  - удельное поверхностное сопротивление основания печатной ПП (у стеклотекстолита =510¹⁰ Ом).

Вычисляем сопротивление изоляции между проводниками активной и пассивной линий связи

R_и=  L= 510¹⁰1,510^-4 / 0,25=310⁷ Ом (57)

Определяем действующее напряжение помехи на сопротивлениях R₂ и R₃. При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входные сопротивления микросхем. Тогда расчет проводится по формуле:

Определим действующее напряжение помехи на входе микросхемы К176 в режиме логического “0”

Сравниваем действующее напряжение помехи в пассивной линии с помехоустойчивостью микросхемы. Для используемых серий микросхем U_п=0,5 В, т.е. U⁰_вых<<U_п.

Таким образом, действие помехи не приведет к нарушению работоспособности модуля.

Вывод. Из проведенных расчетов и условий эксплуатации, заданных в техническом задании, следует, что проектируемое устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования.

4.3 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.

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

20

3

3'

q,

0

600

500

400

300

200

100

0

Рисунок 3 - График тепловой нагрузки блоков различной конструкции

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 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(AB+(A+B)HК_з.о), (61)

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

A=0,09; B=0,09; H=0,04

К_з.о - коэффициент заполнения объема (К_з.о =0,52).

Тогда, получим

S_з = 2(0,090,09+(0,09+0,09)0,020,52) = 0,019872 м² (62)

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

(63)

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

Q = I_maxU, (64)

где I_max - максимальный потребляемый ток для цепи питания;

U - напряжение питания. Так как I_max=0,02 А, а U=9В.

Тогда, получим

Q=0,029=0,18 Вт; (65)

(66)

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=60 ⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Т_с=40 ⁰С. Тогда перепад температур t_k будет определяться по формуле

t_k =Т_з-Т_с = 60-40 = 20 ⁰С (67)

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, т.е. отпадает необходимость использования специальных методов охлаждения.

5 Описание конструкции устройства

5.1 Описание конструкции блока.

Блок частотомера выполнен в виде модуля второго конструктивного уровня – блока, оригинальной конструкции. Корпус блока выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда. Окончательные габаритные размеры 909040. Корпус состоит из основания и верхней крышки. Основание и верхняя крышка выполнены из ударопрочного полистирола УПМ-0612Л по ОСТ 6-05-40-80. Толщина стенок 2 мм.

На дне основания расположена плата П1, которая прикреплена к нему с помощью втулок, запрессованных в основание. На задней стенке установлены две розетки, которые присоединяются к ней также при помощи склеивания. Первая розетка предназначена для соединения устройства с внешней аппаратурой, через нее в устройство поступает напряжение, частоту которого необходимо измерить. Вторая розетка предназначена для соединения устройства с блоком питания.

Верхняя крышка имеет прямоугольную форму. На верхней крышке предусмотрено прямоугольное отверстие под органы индикации. К верхней крышке присоединяется плата П2 (плата индикаторов). Присоединение платы индикаторов к верхней крышке осуществляется с помощью резьбового соединения болт-гайка. Чтобы не возникали перекосы при установлении платы индикаторов между платой и крышкой помещаются прокладки. Присоединение верхней крышки к основанию осуществляется при помощи винтов, которые ввинчиваются в резьбовые втулки. Резьбовые втулки выполнены со стенками основания за единое целое литьем.

Основание печатной платы выполнено из стеклотекстолита фольгированного СФ-2Н-50Г-1,5 ГОСТ 10316-78.

5.2 Выбор типа электрического монтажа.

В проектируемом устройстве применяются два типа монтажа - печатный и объемный. Печатный монтаж применяется для соединения между собой радиоэлементов, входящих в модули: модуль измерения частоты и модуль индикации. Объемный монтаж необходим для соединения между собой двух плат (модулей) и платы измерения частоты с розетками.

5.3 Выбор способов защиты устройства от внешних воздействий.

Из требований по условиям эксплуатации, записанным в техническом задании следует, что нет необходимости в применении специальных способов защиты устройства от климатических факторов, вибрации и помехонесущих полей. Корпус устройства осуществляет частичную герметизацию.

Устойчивость устройства на плоскости обеспечивают резиновые ножки, приклеенные к основанию.

5.4 Выбор конструктивных элементов электрического монтажа.

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-0,12 ТУ 16-505.339-79 с сечением жилы 0,12 мм² с изоляцией в оплетке из капроновой нити.

Жгуты внутриблочного монтажа увязаны х/б нитками.

5.5 Выбор защитных и защитно-декоративных покрытий.

Данные по применяемым покрытиям внесены в таблицу 2.

Таблица 2 – Применяемые покрытия

Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие химическое	Покрытие Лакокра-сочное
Основание	Полистирол УПМ-0612Л	-	-
Детали, сборочные единицы	Материал детали, сборочной единицы	Покрытие химическое	Покрытие Лакокрасочное
Верхняя крышка	Полистирол УПМ-0612Л	-	-
Печатная плата А1	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	-	Лак УР-231 бесцветный
Печатная плата А2	Стеклотекстолит СФ-2Н-50Г-1,5	-	Лак УР-231 бесцветный

5.6 Выбор способов маркировки деталей и сборочных единиц.

На печатной плате маркировка элементов электрической схемы (резисторов, транзисторов, ИС и т.д.) осуществляется травлением.

Заключение

Таким образом, была разработана конструкция радиоэлектронного устройства - частотомера. Были проведены расчет геометрических параметров, электрических параметров, электромагнитной совместимости, расчет тепловых режимов, расчет основных компоновочных параметров проектируемого устройства. Конструкция и параметры разработанного частотомера полностью соответствуют тем требованиям, которые были указаны в техническом задании. Также была разработана конструкторская документация на проектируемое устройство.

Была решена основная задача курсового проекта – развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи, овладение методикой расчета и конструирования изделий ЭАВТ.