Восьмиполосный стереофонический корректор (стр. 8 из 17)
qэл= Pэл/Sэл=0,024/5.6·10-4= 42,7 Вт/м²
Рассчитываем перегрев поверхности
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·42,7/35,13)=4,25ºC
Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·42,7/35,13)=2,55ºC
Находим температуру поверхности элемента
Тэл = Qэл+Тс=4,25+ 30=34,25ºC
Находим температуру среды, окружающую элемент
Тэс= Qэс+Тс=2,55+30=32,55ºC
Расчет теплового режима транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б
Так как электрические и эксплуатационные параметры этих транзисторов одинаковы, то расчет будем производить лишь для одного транзистора КТ815Б, а для КТ814Б результаты расчета будут аналогичны.
Мощность рассеиваемая на транзисторе Pэл=2,8 Вт
Площадь поверхности транзистора с радиатором Sэл=3,34 ·10-3 м²
Определяем удельную мощность транзистора
qэл= Pэл/Sэл=2,8/3,34 ·10-3= 838,32 Вт/м²
Рассчитываем перегрев поверхности
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·838,32/35,13)= 27,13ºC
Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·838,32/35,13)=16,28ºC
Находим температуру поверхности элемента
Тэл = Qэл+Тс=23,13+30=57,13 ºC
Находим температуру среды, окружающую элемент
Тэс= Qэс+Тс=16,28+30= 46,28 ºC
Температура трансформатора равна 39,25ºC. Полученное значение не превышает значения температуры перегрева обмоток выбранного трансформатора, равного 55ºC.
Температура микросхем К157УД2 равна 34,25ºC и не превышает допустимую +70ºC.
Максимальная температура транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б равна 53,13ºC, что не превышает эксплуатационных пределов транзисторов, у которых максимальная температура равна +100ºC.
Температура воздуха в приборе равна 32,4ºC.
Средняя температура всего корпуса равна 32,4ºC.
Из анализа полученных результатов заключаем. Что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации.
Таким образом, выбранная конструкция перфорированного корпуса и естественного способа охлаждения путем конвенции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Учитывая вышеуказанное, окончательно выбираем перфорированный корпус для разрабатываемого изделия.
6.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы
Схема электрическая принципиальная разделена на три функциональных узла: блок питания, блок управления и плата фильтров и усилителей. Блок питания (стабилизатор и выпрямитель) и фильтры размещены на одной плате, а блок управления—на другой. Выбор печатного монтажа радиоэлементов в эквалайзере обусловлен заданной программой выпуска изделия—600шт в год. Печатный монтаж в этом случае является наиболее экономически целесообразным.
Наиболее трудоемкой при разработке топологии печатных плат является разработка печатной платы блока питания и фильтров, т.к. в ней содержится наибольшее количество радиоэлементов по сравнению с другими узлами прибора. При разработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:
ГОСТ23751-86, ГОСТ10317-79, ОСТ4ГО.010.009, ОСТ4ГО.010.011, ОСТ4ГО.064.089 и рядом других документов. Исходными при разработке топологий печатной платы являются:
1) схема электрическая принципиальная;
2) установочные размеры радиоэлементов узла;
3) рекомендации по разработке монтажа для выбранной схемы микросхем.
Проводим расчет печатной платы стабилизатора и фильтров. В данный узел входят микросхемы серии К157 УД2, резисторы типа С2-33Н-0.125, С2-33Н-0.25, СП3-38б, диоды типа КС156А, КЦ412б, конденсаторы типа К50-35, КМ-5, К10-7В, переключатели типа П2К, транзисторы типа КТ815Б, КТ814Б, КТ315Б, КТ361Б, разъемы ОНц-КГ-4-5/16-Р. Класс точности данной платы выбираем второй, а платы блока управления — первый.
6.3.1 Расчет проводящего рисунка печатной платы эквалайзера
Исходные данные:
размеры платы, мм 190х150;
проводники на плате имеют покрытие сплавом «Розе».
Определим минимальный диаметр контактной площади для отверстия под микросхемы серии К157УД2.
D=(d+Δdb0)+2b+Δtb0+(Td2+T02+Δtn0)1/2, (10.1)
где d—номинальный диаметр металлизированного отверстия, равный 0.8мм;
Δdb0—верхнее отклонение диаметра отверстия, равное 0.05мм;
b—величина гарантийного поиска, равная 0.15мм
Δtb0— верхнее отклонение ширины проводника, равное 0.15мм;
Td—диаметральное значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно номинального положения узла координатной сетки, равное 0.1мм;
Т0—диаметральное значение позиционного допускарасположения контактной площадки относительно его номинального положения, равное 0.25мм;
Δtn0—нижнее предельное отклонение ширины проводника, равное 0.1мм
Подставляя численные значения в формулу (10.1), имеем:
D=(d+Δdb0)+2b+Δtb0+(Td2+T02+Δtn0)1/2=(0.8+0.05)+0.3*0.2+0.15+(0.152+
0.252+0.12)1/2=1.61
Таким образом, минимальный диаметр контактных площадок для отверстий диаметром 0.8мм под выводы радиоэлементов равен 1.61мм.
Определим минимальный диаметр контактной площадки для отверстий диаметром 1.5мм под переключатели типа П2К.Расчетная формула аналогична формуле (10.1):
D=(1.5+0.1)+2+0.2+0.15+(0.152+0.252+0.122)1/2=2.46мм.
6.3.2 Расчет печатной платы эквалайзера по постоянному току
В результате расчета необходимо оценить наиболее важные электрические свойства печатной платы: нагрузочную спосоюность проводников, сопротивление изоляции, диэлектрическую прочность основания платы.
исходные данные для расчета:
номинальное напряжение питания Uпит, В ±16В±5%;
топустимое падение напряжения в цепях питания Uп.д., В 5х1012В;
ток, потребляемый всеми радиоэлементами, установленными на плате I, A0.274;
максимальная длина печатного проводника для данной серии микросхем,ln, м 0.13;
толщина фольги печатной платы hф, м 3.5х10-5;
удельное сопротивление проводника на печатной плате ρ, Ом·м 1.7х10-8;
Определим минимальную ширину проводника для выбранных выше значений по формуле:
, (6.3.2.1)где tn—минимальная ширина проводника.
Таким образом, для нормальной работы устройства ширина проводника в цепях питания и «земли» должна быть не менее 3.15х10-4м, т.е. 0.3мм. Указанные цепи целесообразно выбрать шириной порядка одного миллиметра.
Сечение печатного проводника цепей питания и остальных цепей определяется по формуле:
, (6.3.2.2)где Snn-сечение печатного проводника на плате.
Подставим в формулу (10.3) численные значения, будем иметь:
или 3.45х10-3 мм2Одновременно сечение печатного проводника определяется формулой:
Snn=hфtn, откуда определим толщину фольги:
Результаты расчета свидетельствуют о правильности выбора толщины фольги 35мкм. Толщина фольги выбиралась также с учетом максимальной адгезионной прочности печатной платы. При расстояниях между проводниками порядка 0.3…0.5мм максимально допускается напряжение для стеклотекстолита, из которого изготовлена плата, составляет не менее 50В. В разрабатываемой конструкции печатной платы, таким образом, обеспечивается с трехкратным запасом диэлектрическая прочность основания платы.
6.4 Расчет механической прочности и системы виброударной защиты
Так как создаваемый эквалайзер может быть отнесен к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях и т.д., он может подвергаться динамическим воздействиям. Изменение обобщенных параметров механических воздействий на наземную РЭА находятся в пределах:
вибрация, Гц 10…70
виброперегрузка n=(1…4)g
ударные сотрясения ny=(10…15)g
длительность τ=(5…10)мс
линейные перегрузки n=(2…4)g
Используя эти данные, проведем проверочный расчет платы эквалайзера на виброустойчивость. Печатная плата должна обладать значительной усталостной долговечностью при воздействии вибрации. Для этого необходимо, чтобы минимальная частота собственных колебаний платы удовлетворяла условию:
(6.4.1)где nB—вибрационные перегрузки в единицах g;
в—размер короткой стороны платы, мм;
γf0—безразмерная постоянная, числовое значение которой зависит от значения частоты собственных колебаний и воздействующих ускорений.
Собственную частоту платы (первую гармонику) f0 вычислим по формуле Рэлея-Ритца:
(6.4.2)где
--поправочный коэффициент на материал(Ес=2.1*1011Па—модуль Юнга для стали,
ρс=7.85кг/м3—плотность стали;
Е—модуль упругости материала ,
ρ—плотность материала платы);
-поправочный коэффициент на массу(mэ—масса элементов, равномерно размещенных на плате; mn—масса платы);
В—частотный коэффициент;
h—толщина платы, см;
а—длина платы, см.
Конструктивные параметры платы:
а=190мм; в=150мм; h=1.2кг/м3;