Конструирование ЭВС (стр. 1 из 3)

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

Курсовой проект

по курсу “Конструирование ЭВС”

студент: Вилинский Д. группа ИУ4-92

консультант: Шахнов В. А.

Москва 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

Техническое задание.........................................................................Подбор элементной базы..................................................................Расчет теплового режима блока.......................................................Расчет массы блока..........................................................................Расчет собственной частоты ПП......................................................Расчет схемы амортизации..............................................................Расчет надежности по внезапным отказам......................................Литература........................................................................................

3451313141618

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Назначение аппаратуры.

Данный блок относится к классу бортовой аппаратуры и предназначен для установки в управляемый снаряд. Функционально блок предназначен для свертки сигнала принимаемого бортовой РЛС.

2. Технические требования:

а) условия эксплуатации:

- температура среды t_о=30 ^оC;

- давление p = 1.33 × 10⁴Па;

б) механические нагрузки:

- перегрузки в заданном диапазоне

f, Гц	10	30	50	100	500	1000
g	5	8	12	20	25	30

- удары u = 50 g;

в) требования по надежности:

- вероятность безотказной работы P(0.033)³ 0.8.

3. Конструкционные требования:

а) элементная база - микросхемы серии К176 с КМДП логикой;

б) мощность в блоке P £ 27 Вт;

в) масса блока m £ 50 кг;

г) тип корпуса - корпус по ГОСТ 17045-71;

д) тип амортизатора АД -15;

е) условия охлаждения - естественная конвекция.

ПОДБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Поскольку проектируемый электронно-вычислительный блок является бортовой аппаратурой, то к нему предъявляются следующие требования:

* высокая надежность;

* высокая помехозащищенность;

* малая потребляемая мощность;

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют интегральные микросхемы на дополняющих МДП (МОП) структурах - КМДП структуры.

Цифровые интегральные схемы на КМДП-транзисторах - наиболее перспективные. Мощность потребления в статическом режиме ЦИС составляет десятки нановатт, быстродействие - более 10 МГц. Среди ЦИС на МДП-транзисторах ЦИС на КМДП-транзисторах обладают наибольшей помехоустойчивостью: 40...45 % от напряжения источника питания. Отличительная особенность ЦИС на КМДП-транзисторах - также высокая эффективность использования источника питания: перепад выходного напряжения элемента почти равен напряжению источника питания. Такие ЦИС не чувствительны к изменениям напряжения питания. В элементах на КМДП-транзисторах полярности и уровни входных и выходных напряжений совпадают, что позволяет использовать непосредственные связи между элементами. Кроме того, в статическом режиме их потребляемая мощность практически равна нулю.

Таким образом была выбрана серия микросхем К176 (тип логики: дополняющие МОП-структуры). Конкретно были выбраны две микросхемы:

* К176ЛЕ5 - четыре элемента 2ИЛИ-НЕ;

* К176ЛА7 - четыре элемента 2И-НЕ.

Параметр	К176ЛЕ5	К176ЛА7
Входной ток в состоянии “0”, Iвх0, мкА, не менее	-0.1	-0.1
Входной ток в состоянии “1”, Iвх1, мкА, не более	0.1	0.1
Выходное напряжение “0”, Uвых0, В, не более	0.3	0.3
Выходное напряжение “1”, Uвых1, В, не менее	8.2	8.2
Ток потребления в состоянии “0”, Iпот0, мкА, не более	0.3	0.3
Ток потребления в состоянии “1”, Iпот1, мкА, не более	0.3	0.3
Время задержки распространения сигнала при включении tзд р1,0, нс, не более	200	200
Время задержки распространения сигнала при включении tзд р0,1, нс, не более	200	200

Предельно допустимые электрические режимы эксплуатации

Напряжение источника питания, В	5 - 10 В
Нагрузочная способность на логическую микросхему, не более	50
Выходной ток Iвых0 и Iвых1, мА, не более	0.5
Помехоустойчивость, В	0.9

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА БЛОКА

Исходные данные:

Размеры блока:	L1=250 мм L2=180 мм L3=90 мм
Размеры нагретой зоны:	a1=234 мм a2=170 мм a3=80 мм
Зазоры между нагретой зоной и корпусом	hн=hв=5 мм
Площадь перфорационных отверстий	Sп=0 мм2
Мощность одной ИС	Pис=0,001 Вт
Температура окружающей среды	tо=30 оC
Тип корпуса	Дюраль
Давление воздуха	p = 1.33 × 104Па
Материал ПП	Стеклотекстолит
Толщина ПП	hпп= 2 мм
Размеры ИС	с1 = 19.5 мм с2 = 6 мм c3 = 4 мм

Этап 1. Определение температуры корпуса

1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока q_к:

где P₀ - мощность рассеиваемая блоком в виде теплоты;

S_к - площадь внешней поверхности блока.

Для осуществления реального расчета примем P₀=20 Вт, тогда

2. По графику из [1] задаемся перегревом корпуса в первом приближении Dt_к= 10 ^оС.

3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней a_л.в, боковой a_л.б и нижней a_л.н поверхностей корпуса:

Так как e для всех поверхностей одинакова и равна e=0.39 то:

4. Для определяющей температуры t_m = t₀ + 0.5 Dt_k = 30 + 0.5 10 =35 ^oC рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса

где L_{опр i} - определяющий размер i-ой поверхности корпуса;

g - ускорение свободного падения;

g_m - кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из таблицы 4.10 [1] и равна g_m=16.48 × 10^-6 м²/с

5. Определяем число Прандталя Pr из таблицы 4.10 [1] для определяющей температуры t_m, Pr = 0.7.

6. Находим режим движения газа, обтекающих каждую поверхность корпуса:

5 × 10⁶< Gr_н Pr = Gr_в Pr = 1.831 ×0.7 × 10⁷ = 1.282 × 10⁷ < 2 × 10⁷следовательно режим ламинарный

Gr_б Pr = 6.832 ×0.7 × 10⁶ = 4.782 × 10⁶ < 5 × 10⁶следовательно режим переходный к ламинарному.

7. Рассчитываем коэффициент теплообмена конвекцией для каждой поверхности блока a_k.i:

где l_m - теплопроводность газа, для воздуха l_m определяем из таблицы 4.10 [1] l_m = 0.0272 Вт/(м К);

N_i - коэффициент учитывающий ориентацию поверхности корпуса: N_i = 0.7 для нижней поверхности, N_i = 1 для боковой поверхности, N_i = 1.3 для верхней поверхности.

8. Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой s_к:

9. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении Dt_к.о:

где К_к.п - коэффициент зависящий от коэффициента корпуса блока. Так как блок является герметичным, следовательно К_к.п = 1;

К_н1 - коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды берется из графика рис. 4.12 [1], К_н1 = 1.

10. Определяем ошибку расчета

Так как d=0.332 > [d]=0.1 проводим повторный расчет скорректировав Dt_к= 15 ^оС.

11. После повторного расчета получаем Dt_к,о= 15,8 ^оС, и следовательно ошибка расчета будет равна

Такая ошибка нас вполне устраивает d=0.053 < [d]=0.1

12. Рассчитываем температуру корпуса блока

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q_з:

где P_з - мощность рассеиваемая в нагретой зоне, P_з = 20 Вт.

2. По графику из [1] находим в первом приближении перегрев нагретой зоны Dt_з= 18 ^оС.

3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними a_з.л.н, верхними a_з.л.в и боковыми a_з.л.б поверхностями нагретой зоны и корпуса.

Для начала определим приведенную степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны e_пi:

где e_зi и S_зi - степень черноты и площадь поверхности нагретой зоны, e_зi= 0.92 (для всех поверхностей так как материал ПП одинаковай).