Разработка печатной платы устройства управления симисторами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Областное государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Старооскольский индустриальный техникум»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По ПМ.01 «Организация работ по монтажу и наладке электронного

оборудования и систем автоматического управления»

Тема: Разработка печатной платы устройства управления симисторами

Выполнил студент Д.А Базаров

Группа АСУ-34

Старый Оскол 2013

Содержание

Введение

1. Основная часть

1.1 Анализ схемы электрической принципиальной устройство управления симисторами

2. Особенности конструирования печатной платы

2.1 Выбор элементной базы, требования по монтажу радиоэлементов на печатной плате

2.2 Монтаж радиоэлементов на печатной плате

2.3 Обоснование компоновки печатной платы

2.4 Обоснование трассировки печатной платы

2.5 Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы

2.6 Выбор материала печатной платы

2.7 Выбор покрытий и обеспечение влагозащиты печатной платы

Заключение

Список используемых источников

Приложение

Введение

Целью данного курсового проекта является изучение методики и получение практических навыков проектирования и трассировки печатных плат с использованием специализированного пакета Sprint-layout 5.0. В соответствии с техническим заданием, в ходе выполнения данной работы необходимо разработать макет печатной платы.

В производстве изделий приборостроения, средств вычислительной техники и бытовой электрорадиоаппаратуры широко применяются печатные платы как средство, обеспечивающее автоматизацию монтажно-сборочных операций, снижение габаритных размеров аппаратуры, металлоемкости и повышения ряда конструктивных и эксплуатационных качеств изделия.

Печатная плата (на англ. PCB - printedcircuitboard) -- пластина, выполненная из диэлектрика, на которой сформирована (обычно печатным методом) хотя бы одна электропроводящая цепь. Печатная плата (ПП) предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов или соединения отдельных электронных узлов. Электронные компоненты на ПП соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка, обычно пайкой, или накруткой, или склёпкой, или впрессовыванием, в результате чего собирается электронный модуль (или смонтированная печатная плата).

Процесс производства печатных плат прошло долгий путь от приклеивания медной фольги к диэлектрику и ручного лужения, до сложных автоматизированных химических и электрохимических процессов. Качество, ремонтопригодность, а также габаритные размеры готовой продукции во многом зависят от качества изготовления печатных плат. Перечень технологических операций входящих в процесс производства печатных плат:

1) нарезка заготовок и образование базовых отверстий - в производстве нарезку материала выполняют методом штамповки с одновременной пробивкой базовых отверстий на технологическом поле.

2) химическая металлизация печатных плат заключается в последовательности химических реакций осаждения меди, используемой в качестве слоя, или подслоя при нанесении основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом.

3) гальваническая металлизация при производстве печатных плат ее применяют для увеличения тонкого слоя химической меди с целью последующего нанесения на поверхность проводящего слоя.

4) нанесение рисунка схемы на печатные платы или их слои необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации при осуществлении процессов и травления проводящего слоя.

5) травление меди с пробельных мест - формирование проводящего рисунка схемы.

6) удаление защитной маски после операций травлений.

7) оплавление металлорезиста гальванически нанесенный металлорезист олово-свинец.

8) нанесение защитного покрытия на плату наносится в специальной распылительной камеры, в качестве защитного материала может использоваться лак, флюсы ацитоноканифольные или спиртоканифольные

Применение печатных плат позволяет обеспечить настройку аппаратуры и исключить возможность ошибок при ее монтаже, так как расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы. Использование печатных плат обусловливает возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшения условий отвода теплоты, снижения металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом.

1. Основная часть

1.1 Анализ схемы электрической принципиальной экономичное устройство управления симисторами

Рис. 1.1.1

Устройство предназначено для компактных и экономичных изделий бытовой автоматики. Оно независимо подключает и отключает одну или несколько нагрузок к сети переменного тока напряжением 220 В в зависимости от внешнего логического сигнала. При этом импульс, управляющий симистором, формируется минимальной длительности, достаточной для его открывания. Кроме того, обеспечена привязка моментов включения нагрузки к моментам перехода напряжения сети через ноль, причём в нагрузку поступает всегда целое число периодов сетевого напряжения. Это снижает уровень коммутационных помех, что особенно важно для мощных нагрузок, а также гарантирует отсутствие постоянной составляющей тока нагрузки.

На рис. 1.1.1 показана схема устройства для независимого управления двумя нагрузками. Нагрузку 1 коммутирует симистор VS2. Им управляют элементы DD1.1, DA1, VD2, VD3, R7, R9, R11, R12. Аналогично нагрузку 2 коммутирует симистор VS3, которым управляют элементы DD1.2, DA2, VD4, VD5, R8, R10, R13, R14. Так можно управлять любым числом нагрузок, при этом С1, R1-R3 - общие для всех. Элементы R4-R6, С2- С4, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 образуют блок питания, напряжение которого подаётся также на внешнее управляющее устройство. Он обеспечивает выходное напряжение 12 В при токе нагрузки до 100 мА. Блок работает по принципу блока питания с балластным конденсатором и узлом ограничения выходного напряжения на стабилитроне и транзисторном аналоге тринистора. Но вместо аналога тринистора применён реальный прибор VS1, как показано на рис. 1.1.1.

Триггеры микросхемы DD1 служат для синхронизации моментов включения симисторов с переходами напряжения сети через ноль. Вход D каждого триггера управляющий - на него подаётся сигнал, который определяет включение или выключение соответствующей нагрузки.

Делитель R2 R3 обеспечивает поступление тактовых импульсов на входы С триггеров в моменты, когда мгновенное напряжение в сети проходит через нулевое значение и растёт (на верхнем по схеме сетевом проводе относительно нижнего). Таким образом, тактовые импульсы следуют с частотой 50 Гц синхронно с сетью. В момент включения устройства в сеть импульс через цепь R1C1 устанавливает устройство так, чтобы все нагрузки были отключены.

Рассмотрим работу устройства на примере коммутации нагрузки 1. После включения питания триггер DD1.1 устанавливается в состояние высокого уровня на инверсном выходе и низкого уровня на прямом выходе. Здесь и далее логические уровни указаны относительно линии питания -12 В. В такое же состояние устанавливается этот триггер при соединении его входа D (вывод 5) с минусовым проводом питания после поступления на вход С (вывод 3) тактового импульса. Диоды VD2 и VD3 открываются. Высокий уровень через диод VD2 поступает на вход Е (сигнал разрешения запуска - вывод 4) таймера DA1, а на его входе S устанавливается низкий уровень. В результате на выходе таймера DA1 (соединённые выводы 3 и 7) устанавливается высокий уровень. Через управляющий электрод симистора VS2 ток не идёт, симистор закрыт, нагрузка 1 отключена.

При соединении входа D триггера DD1.1 с плюсовым проводом питания после поступления на вход С тактового импульса триггер устанавливается в состояние высокого уровня на прямом выходе и низкого уровня на инверсном выходе. Диоды VD2 и VD3 закрываются. Состояние таймера DA1 определяется значениями напряжения на выходах делителя R11R7R9, которые подключены к входам Е и S таймера. Сопротивления резисторов этого делителя подобраны так, что через управляющий электрод симистора VS2 протекает ток, когда абсолютное значение напряжения U2-i между его электродами 2 и 1 превышает 9,8 В.

Вход Е таймера имеет больший приоритет, чем S, a S - больший, чем R. Вход R таймера соединён с плюсом его питания. Поэтому таймер находится в состоянии низкого уровня на выходе, если этому не препятствуют сигналы на входах Е и S. Пока абсолютное значение напряжения U2-1 меньше 9,8 В, высокий уровень на входе Е разрешает установку по входу S. Напряжение низкого уровня на входе S устанавливает таймер в состояние высокого уровня на выходе. Через управляющий электрод симистора VS2 ток не идёт, нагрузка 1 отключена.

Если напряжение U2-i больше +9,8 В, то напряжение на входе S превышает порог переключения, поэтому сигналом с входа R таймер переходит в состояние низкого уровня на выходе. Из управляющего электрода симистора VS2 через токоограничительный резистор R12 на выход таймера втекает ток. Симистор VS2 открывается и подключает нагрузку 1 к сети.

После открывания симистора VS2 напряжение на нём падает почти до нуля, в результате чего таймер DA1, как описано выше, переходит в состояние высокого уровня на выходе, ток через управляющий электрод симистора VS2 прекращается, в результате чего достигается экономичное управление симистором.

Если необходимо, чтобы нагрузка 1 включалась после соединения входа D триггера DD1.1 с минусовым проводом питания, а отключалась - с плюсовым, меняют местами подключение входов S и R, а также выходов этого триггера.

Резисторы R12 и R14 задают ток управляющих электродов симисторов, который достигает 100 мА для указанного на схеме сопротивления 100 Ом. Такой ток достаточен для открывания большинства симисторов КУ208Г и всех ТС106-10-4. Если используемые симисторы отобраны так, что они открываются током 50 мА или установлены зарубежные симисторы MAC16D или ВТА216-500В, которые гарантированно открываются током 50 мА, то сопротивление резисторов R12 и R14 можно увеличить до 200 Ом.

Так как симистор управляется напряжением минусовой полярности на управляющем электроде относительно его электрода 1, соединённого с общим проводом, то для питания устройства необходимо напряжение минусовой полярности.

Данное устройство можно питать и от блока питания управляющего устройства, выход которого подключают к конденсатору С4, соблюдая полярность. В этом случае элементы R4-R6, С2, СЗ, VD1, VD6, VD7, VS1, DA3 не устанавливают.

При отсутствии заметной индуктивной составляющей в нагрузке устройство потребляет ток около 200...300 мкА на одну нагрузку. Тем не менее для надёжного запуска источник питания должен обеспечивать выходной ток не менее 6 мА на нагрузку.

Устройство должно быть помещено в изолированный корпус и не соединяться непосредственно с другими устройствами, кроме тех, которые оно коммутирует. Для повышения электробезопасности сетевой провод, являющийся общим, рекомендуется соединять с "нулём", другой сетевой провод - с "фазой", как показано на схеме рис. 1.1.2.

Рис. 1.1.2

Если управляющее устройство вырабатывает логические сигналы плюсовой полярности относительно общего провода, их подают через согласующее устройство, схема которого показана на рис. 1.1.2. Сопротивление резистора R1 (в килоомах) рассчитывают по формуле R1 = (Uвx1-0,7 В) /0,1 мА, где UBX1 - напряжение сигнала высокого уровня плюсовой полярности (в вольтах). В знаменателе формулы - максимальный расчётный ток через этот резистор 0,1 мА. Указанное на рис. 1.1.2 его сопротивление соответствует высокому уровню сигнала ТТЛ.

Если управляющее устройство не имеет собственного блока питания, то его можно питать от двухполярного блока питания с балластным конденсатором, схема которого показана на рис. 1.1.3. Он рассчитан на выходной ток до 100 мА по каждому напряжению. От плюсового напряжения питается управляющее устройство, а от минусового - предлагаемое.

Микросхему HEF4013BP нежелательно заменять аналогами, поскольку её счётные входы оснащены триггерами Шмитта. Тем не менее возможно применение других зарубежных микросхем серии 4013В. В крайнем случае можно использовать и К561ТМ2, но тогда между выводами 3, 11 и выводом 7 следует включить диод Шотки КД923А, КД922А, КД922Б или 1N17-1N19 (анодом к выводу 7), который предотвращает протекание тока через внутренние защитные диоды. Хотя этот ток не превышает допустимого для серии К561 значения 10 мА, он приводит к некорректной работе микросхемы.

Таймеры КР1441ВИ1 можно заменить аналогичными импортными ICM7555IPA, ILC555N, GLC555. Возможно применение и сдвоенных таймеров, таких как GLC556, ICM7556IPD.

Интегральный стабилизатор с выходным напряжением -12 В (DA3 на рис. 1 и DA2 на рис. 3) может быть из серий КР1168ЕН12, КР1199ЕН12 или импортный типа 79L12. Микросхема КР1170ЕН5 (DA1 на рис. 3) заменима аналогом 2931AZ-5.

Транзистор VT1 (см. рис. 1.1.2) - любой из серии КТ3107. Симистор МАС97А4 (VS1 на рис. 1.1.3) можно заменить на МАС97А6, МАС97А8, а также любым из серии ВТ131. Тринистор VS1 (см. рис. 1.1.1) - любой из серий КУ251, MCR100, ВТ149.

Диоды VD1, VD7 на рис .1.1.1 и VD3, VD4 на рис.1.1.3 - из серий КД105, 2Д212, КД212 (кроме КД212Б и КД212Г), Д237 (кроме Д237В, Д237Г и Д237Л), КД243, 1N4001 - 1 N4007. Диоды КД521А можно заменить другими маломощными кремниевыми. Стабилитрон КС216Ж (VD6 на рис. 1.1.1) можно заменить на 2С216Ж, КС508В, 1 N4703, BZX55-C16. Напряжение стабилизации используемого стабилитрона должно находиться в пределах 15,5... 16,5 В при токе 2 мА.

Конденсаторы ёмкостью 3,3 мкФ с номинальным напряжением 400 В (С2 на рис. 1.1.1 и С1 на рис. 1.1.3) - импортные с маркировкой "АС", предназначенные для включения в цепь переменного тока.

печатный плата симистор



Рис. 1.1.3

2. Особенности конструирования печатной платы

2.1 Выбор элементной базы, требования по монтажу радиоэлементов на печатной плате

Перед монтажом печатные проводники и контактные площадки необходимо подготовить к пайке очистить от оксидной пленки и загрязнений. Если монтаж ведется сразу после изготовления печатной платы, то проводники достаточно протереть бязевым тампоном, смоченным в спирте. Если же с момента изготовления платы прошло много времени и металлическое покрытие потемнело (окислилось), то вначале необходимо зачистить его до блеска мелкозернистой шкуркой, а затем тщательно промыть спиртом. После обезжиривания на все контактные площадки печатной платы кисточкой наносят тонкий слой канифольного флюса.

Радиоэлементы и микросхемы тоже необходимо подготовить к монтажу и пайке. Для этого их выводы формуют (придают им нужную форму), обрезают до необходимой длины, зачищают и лудят. Формовку выводов делают для того, чтобы, во-первых, привести в соответствие расстояния между ними и контактными площадками, во-вторых, чтобы предотвратить отслаивание печатных проводников и площадок при неосторожном нажатии на корпус элемента. Формовку можно выполнить с помощью пинцета, миниатюрных плоскогубцев, круглогубцев или несложного приспособления. Поскольку прочность сцепления фольги с платой невелика и при нагревании уменьшается, то при пайке соединений на печатной плате необходимо соблюдать осторожность не допускать перегрева, так как это может привести к отслаиванию проводников и площадок от платы.

Для пайки следует применять припой с низкой температурой плавления: ПОСК 50, ПОС61 и другие. Мощность электрического паяльника при пайке этими припоями не должна превышать 35-40 Вт. В некоторых случаях в отверстия печатных плат для настроечных элементов устанавливают пистоны. Опаивание пистонов является обязательным условием надежной работы устройства.

Произведем подбор элементной базы для данной схемы. Выбор начнем с активных элементов, так как он определяет ток, а следовательно, и рассеиваемую мощность на пассивных компонентах - резисторах.

При выборе резисторов используем критерии:

? максимальная мощность рассеиваемая на резисторах;

? разброс величины сопротивления должен быть минимальным;

? использовать по возможности резисторы одного типа.

Согласно схеме для резисторовR1-R5,R8-R10, R11, R12, R13-R14 (рис. 1.1.1.) подойдут С2-ЗЗм, резисторы металлодиэлектрические прецизионные.

Основные характеристики такого резистора:

- Пределы номинального сопротивления 0,75 Ом --22 МОм

- Номинальная мощность, Вт - 0.25

- Типоразмер - 0805

- Масса не более 0,015г

Отобразим основные геометрические размеры:

Рис 2.1.1

Внешние размеры резисторов

Определим установочную площадь резисторов:

Sуст= 0,8*2,0*1,25*2 =4mm2

При подборе конденсаторов выбор достаточно велик, практически все они удовлетворяют климатическим и механическим требованиям, и поэтому осо-бую роль играют массогабаритные и электрические параметры (отклонение номинала, рабочее напряжение и т.д.), а так же показатели надежности.

Согласно ТЗ подберем конденсаторы соответствующей емкости, рабочего напряжения, материала.

Конденсаторы имеют одинаковые геометрические размеры. Их основные характеристики:

- Тип конденсатора - К10-73

- Материал - керамический

- Типоразмер - 805

- Номинальное напряжение 160В

- Масса 0,5г

Геометрические размеры данных конденсаторов С2-С5, С7, С10, С14, С17, С19 (рис. 1.1.1.) представлены на рисунке 2.1.2:

Рис 2.1.2

Внешний вид конденсаторов

Определим установочную площадь конденсаторов:

Sуст= 4,5*6*2 =54mm2

Конденсаторы C3, C4 (рис. 1.1.1.) оксидные и устанавливаются в соответствии с рисунком 2.1.3.

Рис 2.1.3

Транзисторы выбраны согласно техническому заданию.

В блоке питания также применен выпрямительный мост VD5--VD7 на диодах Шоттки (Рис. 2.1.4.). Падение напряжения на этих диодах меньше, чем у сплавных и диффузионных диодов, но и у них тем¬пература корпуса в про-цессе работы повышается на 40...45°С.

Рис. 2.1.4.

Определим установочную площадь этого диода

Sуст= 10*13 =130 mm²

Диоды VD5--VD7 (рис. 1.1.1.) соответствуют техническому заданию.

Конденсаторы С1, С6, С23, конденсаторы полиэтилентерефталатные металлизированыые К73-16 Рис. 2.1.5. Конденсаторы предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов и в импульсных режимах

Рис 2.1.5.

Определим установочную площадь этого конденсатора

Sуст= 30*10 =300 mm2

Конденсаторы С1, С2, С3, соответствуют техническому заданию.

Микросхема КР1441ВИ1 (рис. 1.1.1.) устанавливается в соответствии с рис. 2.1.6.

Рис 2.1.6

Микросхема КР1441ВИ1, соответствуют техническому заданию.

Микросхема КР1168ЕН12А (рис. 1.1.1.) устанавливается в соответствии с рис 2.1.7.

Рис 2.1.7.

Микросхема КР1168ЕН12А, соответствуют техническому заданию.

2.2 Монтаж радиоэлементов на печатной плате

Использование: в радиоэлектронной промышленности.

Цель: повышение экологической частоты операции пайки и ее безопасности, снижение расхода припоя и электроэнергии, а также затрат на обслуживание оборудования. Сущность изобретения: способ включает установку выводов радиоэлементов в монтажные отверстия печатной платы. Над монтажными отверстиями печатной платы создают соосные с ними изолированные друг от друга микрополости в несмачиваемом расплавленным припоем материале, втирают в микрополости и в монтажные отверстия платы паяльную пасту, создают прецизионные микроплавки-пайки паяльной пасты и повышенное давление в каждой микрополости при помощи импульсного нагрева. 2 ил.

Подготавливают печатную плату к монтажу: обезжиривают, сушат. Выводы радиоэлементов 100% лудят, формуют, обрезают. Любым способом создают над монтажными отверстиями с луженными поверхностями стенок и контактных площадок печатной платы соосно с отверстиями изолированные друг от друга глухие микрополости в несмачиваемом расплавленным припоем материале, изолированные друг от друга. Путем втирания вводят в глухие микрополости и монтажные отверстия печатной платы паяльную пасту на основе порошка оловянно-свинцового припоя ПОС-61. Затем устанавливают в печатную плату радиоэлементы обеспечивая их фиксацию. Далее подвергают нагреву печатную плату и выводы, в то же время нагревается до расплавления паяльная паста и полуда на луженых поверхностях выводов и монтажных отверстий 4. Выплавленный из паяльной пасты, находящейся в глухих микрополостях, припой смачивает луженые поверхности выводов, стенки отверстий и контактные площадки печатной платы, а выделяющиеся при микроплавке-пайке газы, скапливаясь в глухих микрополостях над монтажными отверстиями, создают повышенное давление. Под действием этого давления собственного веса, а также растекания жидкого горячего припоя по луженым поверхностям, припой заполняет зазоры монтажных отверстий печатной платы. Таким образом создают формирование паек. В целях исключения перегрева мест спая и сокращения времени влияния высоких температур на радиоэлементы сразу по окончании действия импульсного тока пайки охлаждают путем передачи на них воздействия низких температур (ниже температуры плавления припоя) от хладагента, находящегося в газообразной или жидкой фазе.

2.3 Обоснование компоновки печатной платы

Компоновка печатной платы - это процесс, при котором находят опти-мальное размещение навесных элементов и ИМС на печатной плате. Требова-ния компоновки: обеспечить оптимальную плотность расположения компонен-тов; -исключить заметные паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия. Компоновку можно выполнять вручную или с использованием САПР. Требования к габаритным размерам плат определяются технологией их изго-товления. Размеры ПП должны быть экономически целесообразны (существен-но ограничение на типоразмеры с целью стандартизации инструментов и при-способлений). Размеры ПП должны соответствовать ГОСТ 10317-72, в котором рекомендовано 74 типа плат с соотношением сторон от 1 к 1 до 2 к 1. Макси-мальная 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 электрорадиоэле-ментами называют печатным узлом.

Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия пе-чатной 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 раз-мещении 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 ис-точникам 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.

Шаг установки интегральных микросхем определяется требуемой плотно-стью 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 штырьковы-ми выводами располагаются с одной стороны печатной платы, так как монтаж штырьковых выводов производится в сквозные отверстия, причем концы вы-водов выступают на обратную сторону платы. Корпуса ИМС прочно удержи-ваются на плате запаянными выводами и выдерживают практически любые механические воздействия.

2.4 Обоснование трассировки печатной платы

Трассировка печатной платы - это проведение проводников, соединяю-щих площадки, так, чтобы они имели минимальную длину, и минимальное число переходов на другие слои с целью устранения пересечений.

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 неметаллизи-рованного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм - на 0,3 мм больше.

Чтобы обеспечить надёжное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Кон-тактные площадки отверстий рекомендуется делать в форме кольца.

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.

Определяем параметры контактных площадок вокруг металлизирован-ных 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

Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигу-рации, располагая их параллельно линиям координатной сетки.

Проводники на всём их протяжении должны иметь одинаковую ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.

Следует иметь в виду, что узкие проводники (шириной 0,3 - 0,4 мм) могут отслаиваться от изоляционного основания при незначительных нагрузках. Если такие проводники имеют большую длину, то следует увеличивать прочность сцепления проводника с основанием, располагая через каждые 25 - 30 мм по длине проводника металлизированные отверстия или местные расширения типа контактной площадки с размером 1х1мм или более. Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними. Экраны и проводники шириной более 5 мм следует выполнять с вырезами Связанно это с тем, что при нагревании плат в процессе из изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеет большую ширину, то газы не находят выхода и могут вспучить фольгу Участки платы, по которым не должны проходить печатные проводники, обводят штрихпунктирной линией и соответствующие указание делают в технических требованиях. Зенковку на отверстиях графически не показывают.

Размеры на чертеже печатной платы указывают одним из следующих способов: с помощью размерных и выносных линий; нанесением координатной сетки в прямоугольной или в полярной системе координат; комбинированным способом.

2.5 Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы

УМЗЧ будет реализовываться на двусторонней печатной плате.

В зависимости от применяемой элементной базы возможны следующие варианты расположения ЭРИ на печатной плате:

Элементы на печатную плату будут устанавливаться способом традиционного монтажа.

Закрепление печатной платы будет производиться в четырех точках по углам.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 устанавливается 5 классов точности печатных плат, каждый из которых характеризуется определенными параметрами.

Проектируемая печатная плата 3 класса точности.

Определим ширину зазора между печатными проводниками:

Sp=tp=(L-Dкп)/2n+1,

Где Sp - ширина зазора, мм;

tp - ширина печатного проводника, мм;

L - расстояние между центрами монтажных отверстий, мм;

Dкп - диаметр контактной площадки, мм;

n - количество печатных проводников между 2-мя контактными площадками.

Зададим класс точности 3 ( tpmin=0.25, Spmin=0.25):

Sp = tp =(2.5-2.24)/1=0.26

Sp>tpmin, следовательно нашу плату можно реализовать в 3-ем классе точности.

Размещение элементов конструкции печатной платы регламентируется условной координатной сеткой из двух взаимно перпендикулярных систем параллельных линий, расположенных на одинаковом ( 2.5 мм или 1.25 мм) расстоянии друг от друга. Центры монтажных отверстий и контактных пло-щадок под выводы навесных радиоэлементов располагают в узлах коорди-натной сетки.

Расчет размеров печатной платы произведем по формуле:

Sэ = k*(S1 + S2)

где Sэ-суммарная площадь элементов;

S1-площадь малых элементов;

S2-площадь больших элементов; k - коэффициент плотности.

Для определения суммарной площади определим количество элементов.

S1=18*0,4+18*0,3+8*0,4+8*0,6=28,6 см2

S2=5,5+8*0,6*3*1,5=14,8 см2

К=12 , (Монтаж двухсторонний при средней плотности)

Sэ=4*(28,6+14,8)=22,4 см2

Печатная плата разведена вручную, элементы размещались на площади 80:280 мм. Перед разводкой произведена компоновка отдельных узлов с целью обеспечения электромагнитной совместимости. Слабосигнальные цепи располагаются удаленно от цепей питания и каскадов, которые могут влиять на них. При разводке минимизировалась длина проводников.

В результате конструктивного расчета получили, что абонентское устройство будет располагаться на односторонней стеклотекстолитовой фольгированной плате размерами 75х140 мм.

Таблица 2.6.1

Наименование	Кол-во элементов, шт	Площадь элемента, см2
Резисторы	14	3
Конденсаторы	4	9
Диоды КД521А	6	3.6
Микросхема КР1441ВИ1	2	3.3
Микросхема HEF4013BP	2	3.2
Микросхема КР1168ЕН12А	1	1.2

Рис. 2.2.1.



Рис. 2.2.2.

2.6 Выбор материала печатной платы

Выбор материалов определяется электроизоляционными свойствами, механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий, себестоимостью изготовления, должны обеспечивать хорошую адгезию к токопроводящим покрытиям, минимальное коробление в процессе производства и эксплуатации. К этим материалам следует отнести:

· материал основания печатной платы;

· материал проводящего рисунка;

· защитные покрытия печатной платы и печатного узла.

Материал печатной платы должен обладать высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, иметь высокую нагревостойкость, а также иметь высокую степень агдезии печатных проводников.

Основными наиболее часто употребляемыми материалами печатных плат являются гетинакс и стеклотекстолит. Проведём сравнительный анализ этих материалов.

По электроизоляционным свойствам гетинакс уступает стеклотекстолиту. Тангенс угла диэлектрических потерь у гетинакса 0.06, у стеклотекстолита 0.03. Гетинакс также уступает и по механической прочности и жесткости, что приводит к увеличению требуемой толщины платы. Гетинакс более подвержен воздействиям химических реактивов при химическом методе изготовления печатной платы. Это еще больше ухудшает его диэлектрические свойства

Прочность сцепления проводящего покрытия с гетинаксовым основанием невысокая и резко падает при повышении температуры. Это затрудняет производство плат высоких классов точности на гетинаксовом основании, а также практически исключает возможность замены элементов из-за отслаивания контактных площадок. При изготовлении двухсторонних печатных плат на гетинаксовом основании, практически невозможно выполнить качественную металлизацию отверстий.

Рассмотренные недостатки делают гетинакс практически непригодным для изготовления печатной платы одноволоконного оптического передатчика. Поэтому выбираем в качестве материала печатной платы стеклотекстолит марки СФ2-35-15.

2.7 Выбор покрытий и обеспечение влагозащиты печатной платы

В конструкции разрабатываемой печатной платы должны использоваться различные вида покрытий, которые предназначены для улучшения паяемости, защиты участков печатных проводников от воздействия припоя, обеспечения влагозащиты платы.

В качестве металлических покрытий для улучшения паяемости согласно ОСТ4.ГО.014.000. используются легкоплавкие припои, представленные в таблице 2.5.1.

Таблица 2.5.1.

Припой	Олово, %	Висмут, %	Свинец, %	Кадмий, %	Температура плавления
Сплав Вуда	12,5	50	25	12,5	68 °С
Сплав Розе	25	50	25	-	94 °С
ПОСВ-33	33,4	33,3	33,3	-	130 °С
ПОС-61	61	-	39	-	190 °С

Предлагается использовать припой марки ПОС-61,т.к. он в основном предназначен для электромонтажных соединений. Он относится к легкоплавким припоям и предназначен для пайки выводов дискретных ЭРЭ и ИМС. Его выбор также обусловлен тем, что в изделии имеются полупроводниковые приборы, для которых недопустим перегрев.

Защита от влаги, а также от опасных механических повреждений предусматриваются в виде покрытия печатного узла после сборки лаком. Пленка лака создает барьер воздействию влаги и загрязнений на диэлектрическое основание, предохраняет тонкие проводники от повреждений, увеличивает механическую жесткость платы. Причем лак должен быть бесцветным для свободного прочтения маркировки нанесенной на плату. К покрытиям предъявляются требования хорошей адгезии, малой водопроницаемости и коррозионной стойкости.

В качестве покрытия достаточно применение лака УР-231 в соответствии требованиями РД 107.9.4002-88.. Он обеспечивает хорошую защиту платы и ЭРЭ от воздействия климатических факторов, а также повышает и ее механическую жесткость. При этом он дешевле лака ЭП-730.

Заключение

В данном курсовом проекте разработана конструкция изделия 3-ого уровня (узел печатный) с помощью программы Sprint-layout 5.0.

Оформлена конструкторская документация, изучены методы компоновки и технология изготовления для данных изделий. Разработанный в курсовом проекте печатный узел удовлетворяет требованиям по условиям эксплуатации, условиям электромагнитной совместимости, имеет хорошие массогабаритные характеристики, отвечает требованиям по точности, требованиям ГОСТов и ОСТов. Относительно простая конструкция и использование недорогих и распространенных материалов и радиоэлементов, а также выбранный метод изготовления делают его пригодным для массового производства.

Список используемых источников

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Монтаж, наладка и эксплуатация специализированных изделий и систем" и МДК 01.01 «Технология монтажа и наладки электронного оборудования и систем автоматического управления» (ПМ 01). Для специальности 220417 Автоматические системы управления. Старый Оскол. 2013. СИТ.

2. Г.Ф. Баканов. «Конструирование и производство радиоаппаратуры». М.Академия. 2011.

3. Г.В. Ярочкина. «Радиоэлектронная аппаратура и приборы». М.ПрофОблИздат. 2002.

4. ОСТ 4ГО.010.030-81. Установка навесных элементов на печатные платы. Конструирование.

5. ГОСТ 23751 -86. Платы печатные. Основные параметры конструкции

6. ГОСТ 23752-79. Платы печатные. Общие технические условия.

7. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Правила выполнения чертежей печатных плат.

8. РД 50-708-91. Инструкция: платы печатные. Требования к конструированию.

9. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

10. ГОСТ 10317-79. Платы печатные. Основные размеры.

11. ГОСТ 10316-78. Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Общие технические условия.

12. ОСТ 107.9.3001-87. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования к выбору.

13. РД 107.9.4002-88. Покрытия лакокрасочные. Номенклатура, свойства и область применения.

14. Программное обеспечение: система автоматизированного проектирования Sprint-layout 5.0.

15. Журнал «Радио»№5, 2013год.

Приложение

Размещено на Allbest.ru

...