5 Конструкторский раздел

5.1 Назначение и условия эксплуатации изделия

Различают четыре класса электронной аппаратуры по объекту установки: наземная, морская, бортовая, переносная. В каждом классе различают специализированные группы в зависимости от объекта установки. Конструкция электронной аппаратуры различного назначения, устанавливаемой на различные объекты, имеет особенности, вытекающие из специфики назначения и условий эксплуатации.

Условия эксплуатации – это совокупность внешних факторов, оказывающих влияние на работоспособность аппаратуры. К таким факторам относятся температура и влажность окружающей среды, атмосферное влияние, давление, вибрации, удары. Эти факторы называются дестабилизирующими, так как под их воздействием возможны изменения электрических, физических, механических характеристик.

Всё многообразие различных воздействий внешних факторов можно свести к следующим видам: климатический, механический и радиационный.

К климатическим факторам относят: изменения температуры и влажности окружающей среды, тепловой удар, атмосферное давление, присутствие агрессивных веществ и озона, солнечное облучение, взрывоопасность и воспламеняемость атмосферы, водные воздействия.

К механическим факторам относят: вибрацию, механические и акустические удары, линейные ускорения.

К радиационным факторам относят все виды космической, естественной и искусственной радиации.

В зависимости от условий эксплуатации, изделия делятся на три группы:

1) Стационарные изделия, использующиеся в нормальных условиях (закрытые, отапливаемые помещения при отсутствии в воздухе пыли, кислот) и использующиеся на открытом воздухе в не отапливаемых помещениях;

2) Транспортируемые изделия, работающие на автомобильном и дорожном транспорте, морских и речных судах, летающих объектах;

3) Портативные изделия, работающие в условиях, соответствующих зоне комфорта человека.

Данное изделие является наземным, стационарным, предназначено для работы в закрытых отапливаемых и вентилируемых помещениях, рассчитано на работу в условиях:

- температура (+25 ± 10)˚С;

- относительная влажность (65 ± 15)%;

- атмосферное давление (83,6÷10,6)кПа (630÷800 мм рт. ст.)

Допустимые значения механических воздействующих факторов:

- вибрация (10÷70)Гц;

- многократные удары, ускорение (10÷15)g, длительностью (5÷10)мс;

- одиночные удары, ускорение (50÷1000)g, длительностью (0,5÷10)мс;

- линейное ускорение (2÷5)g;

- акустические шумы (85÷125)дБ, частота (50÷1000)Гц.

5.2 Выбор типа компоновочной структуры, класса точности и группы жесткости

Конструкция, масса, габариты электронной аппаратуры, а также печатной платы во многом, если не полностью, определяются типом используемой элементной базы и способами ее монтажа.

Возможны следующие конструктивно-технологические направления монтажа:

- монтаж ЭРЭ и корпусных ИМС (в корпусах 1-4 типа) – традиционный монтаж (тип 1А);

- монтаж безкорпусных ИМС, БИС, микросборок (тип 1В);

- поверхностный монтаж (тип 2В);

- смешанный монтаж (тип 2С).

Исходя из элементной базы, выбираем тип компоновочной структуры 2С, смешанный односторонний монтаж на двухстороннюю печатную плату:

ГОСТ 23751-86 устанавливает 5 классов точности печатной платы, каждый из которых характеризуется минимальным допустимым значением номинальной ширины проводника(t), расстоянием между проводниками(S), расстоянием от края просверленного отверстия до края контактной площадки(b).

Для данной печатной платы, согласно ГОСТ 23751-86, выбираем 3 класс точности.

В зависимости от условий эксплуатации по ГОСТ 23752—79 определяют группу жесткости, которая предъявляет соответствующие требования к конструкции ПП.

Для данной печатной платы, согласно ГОСТ 23752—79, выбираем 1 группу жесткости.

5.3 Разработка компоновки, выбор габаритных размеров печатной платы

Печатная плата является несущей конструкцией модуля 1-го уровня. В общем случае число типоразмеров печатной платы в одном изделии необходимо ограничить. Это связано со значительным снижением затрат на производство печатной платы. В большинстве случаев при использовании, при проектировании, модульного принципа конструирования размеры и форма печатной платы определяются системой унифицированных типовых конструкций модулей, что обеспечивает совместимость модулей по конструктивным, электрическим и эксплуатационным требованиям, сокращает сроки и стоимость проектирования и производства изделий.

Установочную площадь ЭРИ определяют как площадь прямоугольника, размеры которого зависят от внешних предельных очертаний установочной проекции ЭРИ на поверхность печатной платы, включая отформованные выводы.

Ориентировочно площадь печатной платы на ранних стадиях проектирования и при разработке можно определить по формуле:

S_Σ= k_SΣ Σ S_yi, (5.1)

где S_yi — установочная площадь ЭРЭ, мм²;

k_SΣ — коэффициент, зависящий от назначения и условий эксплуатации аппаратуры (k_SΣ = 1—3).

Конструктивы элементной базы приведены в приложении Д.

Исходя из формулы (5.1) рассчитаем:

S_Σ=((12,5*4,5*14)+(9,8*10*2)+(8,5*4,2*2)+(5*11*2)+(3,7*1,6*1)+ +(3,05*2,5*1)+(6,35*19,*1)+(5*6,2*1)+(10,16*8,1*1)+(5,2*4,8*3)+(17*17,8*1)+ +(2,54*2,5*8)+ (37,6*19*1))*2,5=2524,3*2,5=6310,75 мм²

Зная площадь печатной платы, задаваясь соотношением сторон печатной платы, можно определить ее размеры по ГОСТ 10317—79. Типовые размеры печатных плат сведены в таблицу 5.1.

Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура печатной платы должны быть не выше 12 квалитета, а на несопрягаемые — не выше 14 квалитета по ГОСТ 25347—82.

Таблица 5.1 – Типовые размеры печатных плат

Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
20	30	60	90	100	120	140	150
	40		110		130		200
30	40		140	110	150	150	150
40	60		160		170		170
45	75	75	75	120	120		180
	80		90		140		200
50	60		170		150	160	170
	80	80	130		160		200
	100		140		170	170	180
	150	90	90		180		200
60	60		120		200		280
	80		150	130	200	200	360

Определяем размеры печатной платы ПП=x*y=60*110=6600.

Выбираем печатную плату: ширина 60мм, длина 110мм.

Компоновку производим в соответствии с ГОСТ 29137—91, ОСТ 45.010.030—92 и ОСТ 4.010.030—81, а также в зависимости от условий эксплуатации, метода изготовления печатной платы, степени автоматизации сборки.