Усилитель систем автоматики (стр. 7 из 8)
где CF-коэффициент формы.
В следующей таблице представлены зависимости размеров платы в зависимости от выбранного коэффициента формы:
| Исходные данные | Результат, мм | Округление,мм | ||||||||
| X1 | X2 | Y1 | Y2 | Xпр | CZ | CF | XP | YP | XP | YP |
| 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 0,25 | 1 | 84,96 | 82,46 | 85 | 82,5 |
| 1,1 | 88,74 | 78,85 | 90 | 80 | ||||||
| 1,2 | 92,35 | 75,71 | 92,5 | 75 | ||||||
| 1,3 | 95,82 | 72,94 | 97,5 | 72,5 | ||||||
| 1,4 | 99,15 | 70,47 | 100 | 70 | ||||||
| 1,5 | 102,37 | 68,25 | 102,5 | 70 | ||||||
| 1,6 | 105,48 | 66,24 | 105 | 67,5 | ||||||
| 1,7 | 108,50 | 64,41 | 107,5 | 65 | ||||||
| 1,8 | 111,42 | 62,74 | 112,5 | 62,5 | ||||||
| 1,9 | 114,27 | 61,20 | 115 | 60 | ||||||
| 2,0 | 117,04 | 59,77 | 117,5 | 60 | ||||||
Вариант при CF=1,6, так как, при заданных линейных размерах XP*YP=105*67,5мм плата имеет наименьшую площадь, по сравнению с другими вариантами. Поэтому, поскольку ограничения на форму и размещение не предъявлялись, принимаем размеры печатной платы XP*YP=105×67,5мм.
Рассчитаем размеры функционального узла по координате Z. Характерные для плат размеры по координате Z представлены на рисунке ниже:
Из рисунка найдём:
ZP=ZUmax+Z0+h=13+1+1=15мм, где:
-толщина материала платы;
ZUmax=13-максимальная из высот монтажа элементов;
Z0-толщина пайки элементов со стороны печатных проводников.
Таким образом, в ходе расчётов установлены окончательные размеры платы – 105×67,5×15мм.
Рассчитаем диаметры отверстий D для установки навесных элементов и соответствующие им диаметры контактных площадок. Принято, что
D=DV+0,2мм
где DV-диаметр вывода. Диаметр контактной площадки Dк.п. определяется по формуле
Dк.п.=2XA+D,
где ХА=0,5 мм – ширина проводника.
Для уменьшения числа технологических операций, следует близкие значения диаметров сгруппировать, округлив в большую сторону. В следующей таблице занесены полученные результаты:
| Поз. обозначение | Наименование | Диаметр вывода | Диаметр отверстия | Диаметр контактной площадки | |
| расчёт | округление | ||||
| C1,С10 | K10-17б | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 1,6 |
| C2–C9 | K50-6 | 0,6 | 0,8 | 0,8 | 1,8 |
| R1-R13, R15, R17-R19 | С2-33Н-0,125 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| R14 | С2-33Н-0,5 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| R16 | СП3-28 | 0,8 | 1 | 1 | 2 |
| VT1 | КП313А | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| VT2-VT3 | КТ312А | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 1,6 |
| VT4 | КТ603А | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| VT5-VT6 | КТ817А,КТ816А | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| VD1,VD2 | ГД511В | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
Расчёт радиатора на транзисторы оконечного каскада производим следующим образом:
Поскольку эта мощность выделяется на обоих транзисторах, то делим её пополам:
По графику из справочника радиолюбителя-конструктора найдём площадь радиатора по мощности и температуре (задана по ТЗ):
Площадь поверхности радиатора для одного транзистора S=80 см2, так как она довольно большая, то радиатор делается ребристым.
Микросхемный вариант:
Найдём размеры печатной платы XP*YP для размещения k=18 элементов заданной электрической схемы.
Каждый элемент с габаритными размерами XUi*YUiзанимает на плате площадь SUi= XUi*YUi
Площадь, занимаемая элементами на плате, составит:
Данные по установочным размерам элементов представлены в таблице:
| Поз. обозначение | Наименование | Установочные размеры по ГОСТ 29137-91, мм | ||||||
| Вариант установки | Z0 | Ni | YU | XU | ZU | SE,мм2 | ||
| C5,C6 | K10-17б | 180  | 1 | 2 | 5,5 | 8,5 | 6 | 93,5 |
| C1,С2, C3,С4 | K50-6 | 180 | 1 | 4 | 9 | 9 | 13 | 324 |
| R1-R3, R5,R7 -R8 | С2-33Н-0,125 | 140  | 1 | 6 | 2 | 10 | 3 | 120 |
| R6 | С2-33Н-0,5 | 140  | 1 | 1 | 4 | 10 | 4 | 40 |
| R4,R9 | СП3-19 | 390  | 1 | 2 | 8,8 | 8,8 | 5 | 154,8 |
| DA1 | 140УД10 | 390 | 1 | 1 | 10 | 10 | 5 | 100 |
| DA2 | A2030Н | 390 | 1 | 1 | 4,8 | 10,4 | 16 | 50 |
| VD1,VD2 | КД243А | 140 | 1 | 2 | 3 | 5 | 4 | 30 |
| ZUmax=16мм | SE=912,3мм2 | |||||||
С учётом зазоров между элементами, общую площадь для элементов электрической схемы можно представить как площадь функциональной поверхности SF:
SF=SE/CZ
где CZ-коэффициент заполнения или плотности упаковки элементов на плате. Выберем коэффициент заполнения равным CZ=0,25. Тогда:
SF=SE/CZ=912,3/0,25=3649≈3650 мм2
Размеры краевых полей X1,X2,Y1,Y2 выбираются кратными шагу координатной сетки, поэтому выберем значение 2,5 мм. Ширину зоны присоединения ( размещения разъёма) Xпр возьмём тоже 2,5 мм. Окончательные размеры печатной платы определяются по формулам:
где CF-коэффициент формы.
В следующей таблице представлены зависимости размеров платы в зависимости от выбранного коэффициента формы:
| Исходные данные | Результат, мм | Округление,мм | ||||||||
| X1 | X2 | Y1 | Y2 | Xпр | CZ | CF | XP | YP | XP | YP |
| 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 0,25 | 1 | 67,92 | 65,42 | 67,5 | 65 |
| 1,1 | 70,86 | 62,60 | 70 | 62,5 | ||||||
| 1,2 | 73,68 | 60,15 | 72,5 | 60 | ||||||
| 1,3 | 76,38 | 57,99 | 75 | 57,5 | ||||||
| 1,4 | 78,98 | 56,06 | 80 | 55 | ||||||
| 1,5 | 81,49 | 54,33 | 80 | 55 | ||||||
| 1,6 | 83,92 | 52,76 | 82,5 | 52,5 | ||||||
| 1,7 | 86,27 | 51,34 | 85 | 50 | ||||||
| 1,8 | 88,56 | 50,03 | 87,5 | 50 | ||||||
| 1,9 | 90,78 | 48,83 | 90 | 47,5 | ||||||
| 2,0 | 92,94 | 47,72 | 92,5 | 47,5 | ||||||
Вариант при CF=1,7, так как, при заданных линейных размерах XP*YP=85*50мм плата имеет наименьшую площадь, по сравнению с другими вариантами. Поэтому, поскольку ограничения на форму и размещение не предъявлялись, принимаем размеры печатной платы XP*YP=85×50мм.
Рассчитаем размеры функционального узла по координате Z. Характерные для плат размеры по координате Z представлены на рисунке ниже:
Из рисунка найдём:
ZP=ZUmax+Z0+h=16+1+1=18мм, где:
h-толщина материала платы;
ZUmax=16-максимальная из высот монтажа элементов;
Z0-толщина пайки элементов со стороны печатных проводников.
Таким образом, в ходе расчётов установлены окончательные размеры платы – 85×50×18мм. Рассчитаем диаметры отверстий D для установки навесных элементов и соответствующие им диаметры контактных площадок. Принято, что D=DV+0,2мм, где DV-диаметр вывода. Диаметр контактной площадки Dк.п. определяется по формуле
Dк.п.=2XA+D,
где ХА=0,5 мм – ширина проводника.
Для уменьшения числа технологических операций, следует близкие значения диаметров сгруппировать, округлив в большую сторону. В следующей таблице занесены полученные результаты:
| Поз. обозначение | Наименование | Диаметр вывода | Диаметр отверстия | Диаметр контактной площадки | |
| расчёт | округление | ||||
| C5,C6 | K10-17б | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 1,6 |
| C1,С2, C3,С4 | K50-6 | 0,6 | 0,8 | 0,8 | 1,8 |
| R1-R3, R5, R7-R8 | С2-33Н-0,125 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| R6 | С2-33Н-0,5 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
| R4, R9 | СП3-19 | 0,8 | 1 | 1 | 2 |
| DA1 | 140УД10 | 0,4 | 0,6 | 0,6 | 1,6 |
| DA2 | A2030H | 0,8 | 1 | 1 | 2 |
| VD1,VD2 | КД243А | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 1,8 |
Так как микросхема 140УД10 работает в области малых сигналов, то есть мощности на её выходе невысоки. В охлаждении она не нуждается, следовательно, расчёт радиатора для неё проводить не будем.
Расчёт радиатора для микросхемы А2030Н не обязателен, так как в техническом описании есть вид радиатора, рассчитанного именно под эту микросхему:
4. Выбор оптимального варианта
Оценку оптимальности одного из вариантов будем производить по следующим критериям:
1. Размеры печатной платы под монтаж