Электросхемы (стр. 3 из 10)
Фактически знание (Uф) для конденсаторов в расчете надежности следует брать в половинку меньше выбранного.
Для транзисторов номинальный параметр Рк допустимое следует брать из справочников.
Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока Iпр. Брать в справочниках.
Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендации таблицы 1.
При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличиться.
Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в более жестоких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надежность аппаратуры имеет температура.
Определяя интенсивность отказов при t0 = 200C приведены в таблице 2.
Интенсивность отказов обозначается λ0. Измеряется λ0 в (1/час).
Таблица 3.
| Наименование элемента | λo*10-6 1/час |
| Микросхемы средней степени интеграции | 0,013 |
| Большие интегральные схемы | 0,01 |
| Транзисторы германиевые: Маломощные | 0,7 |
| Средней мощности | 0,6 |
| мощностью более 200мВт | 1,91 |
| Кремневые транзисторы: Мощностью до 150мВт | 0,84 |
| Мощностью до 1Вт | 0,5 |
| Мощностью до 4Вт | 0,74 |
| Низкочастотные транзисторы: Малой мощности | 0,2 |
| Средней мощности | 0,5 |
| Транзисторы полевые | 0,1 |
| Конденсаторы: Бумажные | 0,05 |
| Керамические | 0,15 |
| Слюдяные | 0,075 |
| Стеклянные | 0,06 |
| Пленочные | 0,05 |
| Электролитические (алюминиевые) | 0,5 |
| Электролитические (танталовые) | 0,035 |
| Воздушные переменные | 0,034 |
| Резисторы: Композиционные | 0,043 |
| Плёночные | 0,03 |
| Угольные | 0,047 |
| Проволочные | 0,087 |
| Диоды: Кремневые | 0,2 |
| Выпрямительные | 0,1 |
| Универсальные | 0,05 |
| Импульсные | 0,1 |
| Стабилитроны германиевые | 0,157 |
| Трансформаторы Силовые | 0,25 |
| Звуковой частоты | 0,02 |
| Высокочастотные | 0,045 |
| Автотрансформаторные | 0,06 |
| Дроссели: | 0,34 |
| Катушки индуктивности | 0,02 |
| Реле | 0,08 |
| Антенны | 0,36 |
| Микрофоны | 20 |
| Громкоговорители | 4 |
| Оптические датчики | 4,7 |
| Переключатели, тумблеры, кнопки | 0,07n |
| Соединители | 0,06n |
| Гнезда | 0,01n |
| Пайка навесного монтажа | 0,01 |
| Пайка печатного монтажа | 0,03 |
| Пайка объемного монтажа | 0,02 |
| Предохранители | 0,5 |
| Волновые гибкие | 1,1 |
| Волновые жесткие | 9,6 |
| Электродвигатели:Асинхронные | 0,359 |
| Асинхронные вентиляторы | 2,25 |
Порядок расчета.
В таблицу 3 заносятся данные из принципиальной схемы.
Таблица заполняется по колонкам. В 1-ую колонку заносятся наименования элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только его ёмкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.
Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.
Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. (Большие интегральные схемы не применяются в курсовых и дипломных проектах).
В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 400С.
Далее следует запомнить колонку 6. пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.
Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 1.
Коэффициенты нагрузок.
Для транзисторов: kн = Pф / Pкдоп = Pф / Pн
kн= 100/200=0,5
Для диодов: kн = Iф/Iпрср= Iф/Iн
kн = 0.5/1=0,5
Для резисторов: kн = Pф / Pн
kн =0,25/0,125=0,5
Для конденсаторов: kн = Pф / Pн
kн =6/12=0,5
Если kн в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать kн = 0,5.
Колонка 7 заполняется по справочнику.
Далее определяется коэффициент влияния (ά), которое показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (ά) по таблице 4.
При k = 0,5 и t=400С значение, а будет =
Для полупроводниковых приборов 0,3
Для керамических конденсаторов 0,5
Для бумажных конденсаторов 0,8
Для электролитических конденсаторов 0,9
Для металлодиэлектрических или металлооксидных резисторов 0,8
Для силовых трансформаторов 0,6
Для германиевых полупроводниковых диодов ά брать таким, как у кремневых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть в конкретной схеме. Следует спросить у преподавателя, как быть.
Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 2.
Колонка 11 λi = ά*λ
Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует, на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае λi в колонке 11
λi = λ0*а*а1*а2*а3
где а – коэффициент влияния температуры;
а1 - коэффициент влияния механических воздействий;
а2 - коэффициент влияния влажности;
а3 - коэффициент влияния атмосферного давления.
Значение а1, а2 и а3 определяются по нижеследующим таблицам.
Когда колонка 12 заполнена. Можно рассчитать среднее время наработки на отказ Tср.
Для этого суммируют все значения колонки 12, получая
∑λс. Тогда Tcp = 1/∑λс (час)
Следует помнить, что ∑λс – число, умноженное на 10-6 , т.е. при делении 10-6 перейдет в числитель.
Σ λс = 14,095*10-6
Тср = 1/14,095*10-6
Тср = 1060,0709471 = 70947,144 часов.
3.2 Расчет помехи по питанию
U пит = 2(3*10-8/2)10*0,3*106 (3.31)
U пит = 18*10-2/12*106
U пит = 18/12*104
U пит = 0,00015В
3.3 Расчет узкого места.
1. Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки
Dkmin=2Вm + d0 +1.5hф +2∆л+C1 (3.3.1)
D kmin = 2 x 3+0.7+1.5 x 0.3+2 x 0.003+0.3
D kmin = 7,5 мм
Где Вm – расстояние от края просверленной линии до края контактной площадки.
d0 - номинальный диаметр металлизированного отверстия.
hф – толщина фольги
∆л =∆мL/100- изменение длинны печатной платы при нестабильности линейных размеров.
Где L – размер большой длинны печатной платы
∆м - изменение контактной площадки при нестабильности линейных размеров (обычно 0,3 мм)
С1 – поправочный коэффициент
С1 учитывает погрешности при центровке, сверлении, при изготовлении фото шаблона и др.
Толщина фольги – 0,3 – 0,5мм
Печатные платы размером более 240*240мм – 1 класс плотности
Для плат размером меньше 240*240мм больше 170*170мм – 1 и 2 классы плотности, платы меньших размеров 3 класс плотности.
∆л =∆мL/100 (3.3.2)
∆л = 0.3/100
∆л = 0.003мм
2. Рассчитываем максимальный диаметр контактной площадки
Dkmах =2Вm + d0 +1.5hф +2∆л+C2 (3.3.3)
D kmax = 2 x 3+0.7+1.5 x 0.3+2 x 0.003+0.35
D kmax = 7,5мм
Минимальное расстояние для прокладки n проводников между двумя контактными площадками должно обеспечиваться при максимальном диаметре контактной площадки и максимальной ширине проводника с учетом погрешности ∆ш
2. Минимальное расстояние для прокладки n проводников.
Lmin = 0.5(Dk1min + Dk2max) + 2∆ш +(Tmax + ∆ш)n + S(n+1) < kh, (3.3.4)
Где Tmax = T + ∆ш + 2∆э
k – число клеток координатной сетки
h – шаг координатной сетки
∆э – погрешность при экспонировании.
Lmin = 0.5(Dk1min + Dk2max) + 2∆ш +(Tmax + ∆ш)n + S(n+1) < kh, (3.3.4)
T max = T + ∆ш + 2∆э(3.3.5)
T max =0,250 + 0.03 + 2 x 0.05 =0.38мм
L min = 0.5(7,5+7,5) + 2 x 0.03 + (0.38+0.03) x 5 + 0.5(5+1) <15
L min = 7,5+0.06+2,05+3 <15
Lmin= 12,61 <15
4. Конструкторская часть
4.1. Обоснование разработки трассировки печатных плат
Печатные платы – это элементы конструкций предназначенных для соединения элементов электрической цепи при помощи печатных проводников. Печатные платы состоят из диэлектрического основания, на котором расположены плоские проводники. Они обеспечивают соединение элементов. Применение печатных плат позволяет увеличить плотность монтажа. Они дают возможность получить в одном технологическом цикле проводники и экранирующие поверхности. Печатные платы гарантируют повторяемость характеристик, особенно паразитных. Повышается стойкость к механическим и климатическим воздействиям, обеспечивается унификация сложных изделий и повышается надёжность. Платы дают возможность механизировать и автоматизировать монтажно-сборочные, регулировочные и контрольные работы, при этом снижается трудоёмкость работ и стоимость изделия. Недостатком печатных плат является сложность внесения изменений в конструкцию и плохая ремонтопригодность.
К печатным платам предъявляются некоторый ряд технических требований:
Основание должно быть однородным по цвету, монолитным, без внутренних пузырей и раковин, без посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вскрошения металла, царапины, следы от удаления отдельных не вытравленных участков, контурное просветление.