1.4.5 Обоснование выбора микросхем КР 544УД2А
Быстродействующий операционный усилитель применяется для работы в цепях постоянного тока и импульсных режимах.
Оформление - в пластмассовом корпусе. Микросхемы предназначены для ручной и автоматизированной сборки аппаратуры.
Напряжение питания, В от ±5 до ±18
Ток потребления, мА
не менее - 8
не более +8
Максимальное выходное напряжение, В, не менее +12
Минимальное выходное напряжение, В, не более -12
Входной ток, нА, не более 500
Минимальная наработка на отказ, ч 50 000
Срок сохраняемости, лет 15
Диапазон рабочих температур от -40ºС до +70ºС
Исходя из параметров, данные микросхемы подходят для применения их в устройстве гальванической развязки.
Таким образом, элементная база соответствует техническим характеристикам проектируемого устройства гальванической развязки по электрическим и эксплуатационным параметрам.
2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Расчёт печатной платы
2.1.1 Расчёт площади печатной платы
Определяем стандартные размеры элементов, которые применяются в схеме, и сводим данные в таблицу.
| Наименование групп компонентов | Кол-во N, шт. | Длина L, мм | Ширина В, мм | Диаметр D, мм | Площадь S=L*В, мм2 | Площадь Nэлементов S*N, мм2 | Диаметр выводов d, мм |
| Резисторы постоянные непроволочные мощностью 0,125 Вт С2-33Н | 8 | 6 | 2 | 12 | 96 | 0,6 | |
| Конденсаторы оксидно-полупроводниковые К53-4А | 4 | 4 | 3,2 | 12,8 | 51,2 | 0,6 | |
| Диоды импульсные, кремниевые 2Д512А | 3 | 4 | 2,5 | 10 | 30 | 0,56 | |
| Микросхемы КР544УД2А | 2 | 7,5 | 7,5 | 56,25 | 112,5 | 0,55 | |
| Оптрон (оптопара диодная) АОД 130А | 1 | 7,5 | 7,5 | 56,25 | 112,5 | 0,55 | |
| Соединители DB9 | 2 | 30,8 | 11 | 338,8 | 677,6 | 0,7 |
1. Из таблицы получаем суммарную площадь S сум.= 1078,8 мм2
2. Определяем установочную площадь всех элементов на плате, если
Куст.=1,2; Куст - коэффициент установки.
Sуст.= Scум.*1,2
Sуст =1078,8*1,2=1294,56 мм2
3.Определяем площадь печатной платы, которая необходима для установки элементов с учетом расстояния между элементами и выводами, а установки элементов с учётом расстояния между элементами и выводами а также для обеспечения нормальных тепловых режимов работы по формуле Sпов.= Sуст/Кисп ,. где Кисп – коэффициент использования Кисп=0,9
Sпов= 1438,4 мм2
4.Определяем площадь, необходимую для размещения элементов крепления. Принимаем, что плата устанавливается на четыре штифта. Площадь
Sшт.=25мм2*4=100 мм2
5.Определяем общую площадь печатной платы
Sпл.общ.= Sуст + Sпов + Sшт =1294,56+1438,4+100=2852,96 мм2
6. Исходя из полученной площади, выбираем ширину платы В=35мм, тогда длина платы
L= Sпл.общ /В=2852,96/35=81,5мм. Принимаем L=82мм.
2.1.2 Расчет параметров металлизированных отверстий
1. Исходя из диаметров выводов элементов, которые устанавливаются на плату (табл.) определяем диаметр металлизированных отверстий, если толщина металлизированного покрытия при металлизации гальваническим методом mпок.=0,005мм. Зазор между выводом и стенкой металлизированного покрытия К=0,2мм.
2. Элементы, которые устанавливают, имеют следующие диаметры выводов:
d1=0,6мм
d2=0,6мм
d3=0,56мм
d4=0,55мм
d5=0,55мм
d6=0,6мм
3. Диаметры металлизированных отверстий вычисляем по формуле
dотв 1= d1+2* mпок+2*К, dотв 1=0,6+2*0,05+2*0,2=1,1мм
dотв 2=0,6+0,5=1,1мм; dотв 3=0,56+0,5=1,06мм
dотв 4=0,55+0,5=1,05мм; dотв 5 =0,55+0,5=1,05мм;dотв 6=0,6+0,5=1,1мм
4.Определяем параметры контактных площадок вокруг металлизированных отверстий. Контактные площадки выполняются в виде контактного кольца с обеих сторон платы. Необходимая радиальная величина В=0,55мм, технологический коэффициент на ошибку С=0,1, тогда dкп1= dотв 1+2*В+С
dкп1=1,1+1,2=2,3мм; dкп2=1,1+1,2=2,3мм
dкп3=1,6+1,2=2,26мм; dкп4=1,05+1,2=2,25мм
dкп5=1,05+1,2=2,25мм;dкп6=1,1+1,2=2,3мм
5.Исходя из полученных размеров металлизированных отверстий и диаметров выводов элементов выбираем технологически обусловленные размеры металлизированных отверстий.
Полученные данные записываем в табл.
| N п.п. | Диаметр выводов элемента, мм | Расчетные данные | Стандартные | ||
| Диаметр отв.мм | Диаметр к.площадки, мм | Диаметр отв. мм | Диаметр к.площадки, мм | ||
| 1 | 0,6 | 1,1 | 2,3 | 0,9 | 2,3 |
| 2 | 0,6 | 1,1 | 2,3 | 0,9 | 2,3 |
| 3 | 0,56 | 1,06 | 2,26 | 0,9 | 2,3 |
| 4 | 0,55 | 1,05 | 2,25 | 0,9 | 2,3 |
| 5 | 0,55 | 1,05 | 2,25 | 0,9 | 2,3 |
| 6 | 0,6 | 1,1 | 2,3 | 0,9 | 2,3 |
Конструктивные параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам третьего класса точности:
- размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратны 2,5мм, при длине до 100мм.
- минимальная ширина печатных проводников 0,25мм.
- минимальный гарантийный поясок вокруг диаметра отверстия 0,1мм.
2.2 Обоснование компоновки печатной платы
Компоновка печатной платы – это процесс, при котором находят оптимальное размещение навесных элементов и ИМС на печатной плате. Требования компоновки: обеспечить оптимальную плотность расположения компонентов; -исключить заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия. Компоновку можно выполнять вручную или с использованием САПР. Ручную компоновку обычно выполняют с помощью шаблонов элементов, устанавливаемых на плате, изготовленных из бумаги или из другого материала. Шаблоны выполняют в том же масштабе, в котором оформлялся чертёж печатной платы. Эти шаблоны размещают на листе бумаги или другого материала с нанесённой координатной сеткой и ищут такое расположение элементов, при котором длина соединяющих их проводников минимальна. В результате компоновки находят положение контактных площадок для подключения всех элементов. Автоматическая компоновка выполняется с помощью программы Р-СА Dи графического редактора. Требования к габаритным размерам плат определяются технологией их изготовления. Размеры ПП должны быть экономически целесообразны (существенно ограничение на типоразмеры с целью стандартизации инструментов и приспособлений). Отклонение от прямоугольной формы и создание пазов во внешнем контуре приводит к повышенным производственным расходам и неполному использованию исходных материалов. Размеры ПП должны соответствовать ГОСТ 10317-72, в котором рекомендовано 74 типа плат с соотношением сторон от 1 к 1 до 2 к 1. Максимальная ширина не должна превышать 500 мм. Рекомендуемая толщина в мм: 0,8;1;1,5;2;2,5;3. Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами называют печатным узлом.
Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест. ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны (для плат с односторонней фольгой – на стороне где нет фольги). Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной». Для ЭРЭ с планарными выводами пайку «волной» применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов. При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:
1) Полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);
2) Должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;
3) Должна быть предусмотрена возможность лёгкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.
Если элемент имеет электропроводной корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника. Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса (эпоксидная маска), наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок. От правильного расположения корпусов микросхем на печатной плате зависят такие параметры ЭВМ как габариты, масса, надежность, помехоустойчивость.
Шаг установки интегральных микросхем определяется требуемой плотностью компоновки, температурными режимами работы компонентов на плате, методом разработки топологии ПП (ручная, машинная), типом корпуса и сложностью электрической схемы. Рекомендуемый шаг установки ИМС -2,5мм. Зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм. ИМС со штырьковыми выводами располагаются с одной стороны печатной платы, так как монтаж штырьковых выводов производится в сквозные отверстия, причем концы выводов выступают на обратную сторону платы. Корпуса ИМС прочно удерживаются на плате запаянными выводами и выдерживают практически любые механические воздействия.
2.3 Обоснование трассировки печатной платы
Трассировка печатной платы – это проведение проводников, соединяющих площадки, так, чтобы они имели минимальную длину, и минимальное число переходов на другие слои с целью устранения пересечений.
Чертежи печатных плат выполняют на бумаге имеющей координатную сетку, нанесённую с определённым шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника. При этом по сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых будут изготовлять шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку. Координатную сетку наносят на чертёж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Шаг 1,25 мм. применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечений линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два и более вывода, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Диаметр отверстий в печатной плате должен быть большего диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента. При диаметре вывода до 0,8 мм диаметр неметаллизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм – на 0,3 мм больше.