Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Назначение и состав изделия
• 3. Технические требования к изделию
• 4. Обоснование выбора элементной базы
• 5. Пояснение к внутренней и внешней компоновке РЭА
• 6. Обоснование выбора конструкции, материалов и покрытий
• 7. Обоснование необходимых мер по защите РЭС от дестабилизирующих факторов
• 8. Расчёты
• Заключение
• Литература

Введение

Курсовой проект является самостоятельной работой студента и выполняется на основе индивидуального задания.

Задачей проекта является разработка конструкции функционального узла (ФУ) с проведением необходимых расчётов и предоставлением комплекта конструкторской документации (КД).

Повышение эффективности производства и качества продукции применительно к электронному приборостроению означает усиление роли и ответственности конструктора-технолога радиоэлектронных средств (РЭС); в уменьшении массогабаритных характеристик аппаратуры и её энергопотребления, внедрении новых конструкторских разработок и перспективных технологических процессов, учитывающих решение задач надёжности, теплоотвода, быстродействия, помехоустойчивости, стоимости, технологичности и др.

Будущий инженер-конструктор, технолог должен уметь разрабатывать конструкцию РЭС в целом и составляющие её части с учётом воздействия механических, климатических и радиационных факторов при обеспечении электромагнитной совместимости, высокой надёжности и ремонтопригодности, экономичности, технологичности и требований эргономики; свободно владеть средствами вычислительной техники при решении расчётных компоновочных и топологических задач.

Для выполнения курсового проекта его темой выбирается несложное устройство -- функциональный узел. Заданную схему необходимо разместить на печатной плате (ПП).

Целью курсового проектирования является разработка конструкции функционального узла по заданной электрической принципиальной схеме и заданным условиям эксплуатации РЭА.

1. Исходные данные

Основными исходными данными для выполнения КП являются:

- схема электрическая принципиальная;

- условия эксплуатации РЭА.

Группа РЭС -- стационарная (группа 1).

Элементная база

1) микросхемы:

- 4N32 -- 3 шт.;

- 4N35 -- 2 шт.;

- DS232 -- 1 шт.;

- ADM699 -- 1 шт.;

- КР1816ВЕ51 -- 1 шт.;

- К561ЛА7 -- 1 шт.;

- К561ЛН2 -- 1 шт.;

- КР142ЕН5А -- 1 шт.;

2) резисторы постоянные:

- С2-23 -- 21 шт.;

- ОМЛТ -- 12 шт.;

3) конденсаторы постоянной ёмкости:

- К10-17А -- 5 шт.;

- К50-29 -- 2 шт.;

4) диод полупроводниковый

- КД522Б -- 2 шт.;

- КД212А -- 4 шт.;

5) стабилитроны:

- КС175Ц -- 2 шт.;

- КС156А -- 4 шт.;

- КС527А -- 2 шт.;

6) транзисторы:

- КТ502Г -- 1 шт.;

- 2Т825Б -- 2 шт.;

- 2Т827Б -- 1 шт.;

7) пьезоэлектрические изделия:

- звонок пьезоэлектрический ЗП5 -- 1 шт.;

- резонатор кварцевый РГ-06 -- 1 шт.;

Для разработки использовать один из типоразмеров плат печатных, рекомендованных в ОСТ 4.010.020-83. Заданную схему необходимо разместить на ПП выбранного типоразмера.

2. Назначение и состав изделия

Наименование изделия: "Устройство согласующее" (в дальнейшем "СУ").

Устройство согласующее должно быть предназначено для использования его в составе системы контроля и управления удалёнными объектами народно-хозяйственного назначения.

СУ должно осуществлять согласование протокола последовательного порта RS-232 рабочей станции и протокола обмена данными между приёмниками-концентраторами информации, расположенными на общем шлейфе охранной сигнализации.

3. Технические требования к изделию

Требования к конструктивному устройству.

Основным элементом конструкции узла должна быть ПП размером 185х200 мм с установленными на ней навесными элементами.

Масса изделия не должна превышать 0,3 кг.

ПП функционального узла должна быть двусторонней, выполненной из фольгированного диэлектрика.

Конструкция узла должна предусматривать возможность его крепления в корпусе.

Для присоединения к выводам схемы проводников объёмного монтажа на ПП необходимо предусмотреть наличие монтажных лепестков.

Масса изделия ограничивается требованием к низкой себестоимости.

ФУ не должен иметь конструктивных элементов с резонансными частотами в диапазоне 10-30 Гц.

Изделия должны допускать транспортирование любым видом транспорта. согласующий радиоэлектронный дестабилизирующий

Изделие должно поставляться Заказчику в собранном виде. Комплект ЗИП не предусматривать.

Предусмотреть коэффициент применяемости изделия не менее 0,7.

Требования к надежности.

ФУ относится к ремонтируемой РЭА.

Среднее время наработки на отказ должно быть не менее 50000 часов.

Гарантийный срок службы изделия должен быть не менее 5 лет.

Изделия должны допускать хранение в складских и отапливаемых помещениях. Срок хранения не более 2 лет.

Условия эксплуатации, требования к техническому обслуживанию и ремонту.

Изделие относится к стационарной группе РЭС (1-я группа).

Характеристики внешних воздействий:

температура окружающей среды -- 278-333 К;

относительная влажность воздуха -- до 93% при температуре 25^оС;

вибрация в диапазоне частот 10-30 Гц с ускорением до 19,6 м/с2 (2g);

пониженное атмосферное давление -- 61 кПа.

Время подготовки продукции к использованию после транспортирования и хранения должно быть не более 1 часа.

Должно предусматриваться периодическое обслуживания изделия через 1000 ч. работы. Обслуживание должно производиться непосредственно на месте установки изделия. Устройство и конструкция изделия должны быть рассчитаны на обслуживание одним техником с разрядом не ниже 3-го. Ориентировочная трудоёмкость ремонтных работ не должна превышать 2 ч/ч. Конструкция изделия должна предусматривать работу с ним без применения специальных мер обеспечения безопасности.

4. Обоснование выбора элементной базы

При выборе элементной базы рассматривают основные дестабилизирующие факторы для конкретной группы РЭС -- стационарная, работающая в отапливаемых помещениях (группа 1). Выбор элементной базы определяется режимом работы, серийностью производства, патентоспособностью конструкции, стоимостью изготовления и схемой электрической принципиальной.

РЭС работает в автоматическом режиме и во взаимодействии с человеком оператором. К месту установки РЭС доставляется упакованной. Поэтому такие механические воздействия, как вибрации и удары, вызванные транспортированием, необходимо учитывать при разработке упаковочной тары. Использование элементов, ИС в герметичных корпусах облегчает замену вышедших из строя ЭРЭ. Перечень используемых в ФУ ЭРЭ, а также их характеристики, приведены в приложении А. Здесь же приведены параметры внешних воздействий, соответствующие заданной группе РЭС. По результатам анализа таблицы, элементная база соответствует заданным условиям эксплуатации.

5. Пояснение к внутренней и внешней компоновке РЭА

Под компоновкой понимается процесс размещения комплектующих модулей, ЭРЭ и деталей РЭА на плоскости и в пространстве с определением основных геометрических форм и размеров. При компоновке должны учитываться требования оптимальности функциональных связей между модулями, их устойчивость и стабильность, требования прочности и жёсткости, помехозащищённости и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта. Размещение комплектующих элементов в модуле должно обеспечивать равномерное и максимальное заполнение конструктивного объёма с удобством доступа для осмотра, ремонта и замены. Замена детали или сборочной единицы не должна приводить к разборке всей конструкции или её составных частей. Для устойчивого положения изделия в процессе эксплуатации центр тяжести ФУ должен находиться по возможности ближе к опорной поверхности.

Основной особенностью конструкции ФУ на полупроводниковых приборах с использованием печатного монтажа является компоновка схемных элементов на плоскости изоляционной платы, с двух сторон которой нанесён электромонтаж, выполненный в виде печатных проводников. В узлах с печатным монтажом выводы схемных элементов изгибают так, что бы можно было осуществлять их автоматизированную установку на платы и пайку соединения с печатными проводниками без дополнительных опорных контактов. Форма изгиба учитывает минимальный установочный объём. Для обеспечения возможности покрытия платы защитным слоем лака используется способ установки ЭРЭ с гарантированным зазором. Установка схемных элементов и нанесение на плате печатных проводников производится по единой координатной сетке с шагом 2,5 мм.

Центры отверстий располагаются в узлах координатной сетки. Если в конструкции навесного элемента имеются два и более выводов, расстояние между которыми не кратно шагу координатной сетки, то центр одного вывода (обычно первого) располагается в узле координатной сетки, а центры отверстий под другие выводы располагаются согласно чертежу на данный элемент. Это утверждение, в основном, относиться к импортным элементам (микросхемам), для которых принят шаг расположения выводов кратный 0,1 дюйма (2,54 мм).

При определении варианта компоновки ЭРЭ и микросхем на коммутационной плате необходимо учитывать:

зону, занимаемую элементом и определяемую установочным размером, площадью коммутации и зоной теплового влияния;

полезную площадь коммутационной плёночной платы;

обеспечение минимальной длины электрических связей между элементами.

6. Обоснование выбора конструкции, материалов и покрытий

В соответствии с ГОСТ 10317-79 форму ПП выбираем прямоугольную. При этом линейные размеры ПП выбираем равными 200185 мм, в соответствии с ОСТ 4.010.020-83, ограничивающего ГОСТ 10317-79.

Двусторонняя ПП с гальваническим соединением печатных слоёв в настоящее время является распространённой конструкцией. Она позволяет обеспечить наибольшую по сравнению с другими типами ПП плотность размещения ЭРЭ при высокой надёжности соединений. Основываясь на данное обстоятельство и на условия эксплуатации, по таблице 2.1[2] выбираем материал для ПП -- СФ-2-50-1,5, рабочая температура от 213К до 393К. Материал СФ обеспечивает достаточную механическую прочность и снижает отрицательное влияние гальванической обработки на клеевой слой, соединяющий фольгу с материалом основания, и на сам материал.

Стабильность электрических, механических и других параметров ПП может быть обеспечена применением металлических и неметаллических покрытий. В качестве покрытия проводящего рисунка (ПР) для защиты от коррозии, улучшения способности к пайке использовать сплав "РОЗЕ" толщиной 4-5 мкм. Контактные площадки и металлизированные отверстия покрываются также металлом для улучшения смачиваемости припоем при пайке, и лаками для сохранения паяемости и защиты поверхности от коррозии и окисления. Проводники вместе с диэлектрическим основанием защищают эмалью, которая позволит уменьшить расход припоя при операции групповой пайки волной припоя или окунанием, защитить ПП от загрязнения.

Для защиты от влаги ПП с установленными на неё ЭРЭ, применяют органический лак УР-231, обеспечивающий твёрдое, прочное покрытие, выдерживающее температуру от 213 до 393К.

7. Обоснование необходимых мер по защите РЭС от дестабилизирующих факторов

На этапе предварительной разработки конструкции ФУ приходится решать следующие вопросы, связанные с защитой от дестабилизирующих факторов:

необходимость герметизации корпуса узла;

защита РЭА от воздействия ионизирующего излучения (если оно существует);

выбор способа защиты от механических воздействий -- вибрации и ударов;

выбор способа защиты от действующих электромагнитных помех и паразитных наводок;

выбор способа обеспечения нормального теплового режима узла.

В нашем случае при заданных условиях эксплуатации не требуется дополнительной герметизации; материал конструкции УНК и стойки (алюминий) обеспечивает достаточную защиту от радиации.

По степени защищённости РЭА от воздействия внешних механических нагрузок: вибраций, ударов и линейных ускорений различают два понятия: устойчивость и прочность. Необходимо при анализе элементной базы для ИС, транзисторов, резисторов и других ЭРЭ учитывать амплитуды виброускорения. Для элементов РЭА типа пластин стрела прогиба на определённом расстоянии не должна превышать допустимой величины (таблица 4.17[3].) При учёте ударного воздействия рассматривают ускорения и удары при падении прибора.

8. Расчёты

Определение общей площади, занимаемой навесными элементами заданной электрической принципиальной схемы.

Геометрические размеры ЭРЭ и расчет площади, занимаемой ЭРЭ, приведён в приложении Б. Т.о. общая площадь, занимаемая элементами с учетом контактных площадок, равна 21 003,94 мм².

Определение площади, занимаемой заданной электрической принципиальной схемой.

Рабочая площадь ПП () равна общей площади ПП () за вычетом площади краевого поля () - полосы вдоль периметра ПП, предусматриваемой для технологических целей, не занимаемой рисунком и навесными элементами. В данном случае выбираем краевое поле шириной 5 мм (для размещения крепёжных отверстий).

Вокруг крепёжных отверстий исключается зона наибольших механических напряжений (ширина зоны -- 1,6 мм) -- .

Общая площадь ПП равна = 37 000 мм² (при габаритных размерах ПП 200х185 мм).

Т.о. площадь, занимаемая заданной электрической принципиальной схемой будет равна:

=32 852 мм²

В соответствии с п.п. 8.1.1. общая площадь, занимаемая элементами с учетом контактных площадок, равна 21 003,94 мм². Следовательно, заданная схема может быть размещена на ПП выбранного типоразмера.

Расчёт коэффициента объёмного заполнения ФУ.

Коэффициент объёмного заполнения ФУ определяется отношением суммы объемов элементов к общему объему сборочной единицы.

Кзо=(Vд)/Vc

Общий объем сборочной единицы Vc = 200 х 185 х 25 = 925 000 мм³ (следует из сборочного чертежа).

Общий объём элементов определим суммируя объемы элементов. Результат расчёта общего объёма элементов представлен в приложении Б и равен:

Vд = 210 865,9 мм³

Т.о. коэффициент объёмного заполнения ФУ равен:

Кзо = 210 865,9 / 925 000 = 0,228

В результате имеем малую насыщенность поверхности ПП навесными элементами.

Расчет печатного монтажа с учетом выбранного класса точности.

Исходя из технологических возможностей производства выбираем по ОСТ 4.010.022-85 класс точности ПП - 3.

Минимальная ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления определяется по допустимой плотности тока в зависимости от метода изготовления. Для комбинированного метода при толщине фольги 50 мкм допустимая плотность тока 38 А/мм²:

bmin2 = Imax / (jд t) = 1,5 / (48 * 0,035) = 0,89 мм

Минимальная ширина проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем (с учетом табл. 4,5[3]):

bmin2 = ( Imax l) / (t Uдоп) = 0,0175 * 1,5 * 0,2 / (0,035 * 0,2) = 0,75 мм.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 "Платы печатные. Основные параметры конструкции" рассчитываем:

номинальный эффективный диаметр монтажных отверстий;

минимальный эффективный диаметр контактных площадок;

минимальный диаметр контактных площадок;

максимальный диаметр контактных площадок;

Результаты расчёта представлены в приложении В.

Находим размеры проводников:

минимальная ширина проводника:

bmin= 0,89 + 1,5 * 0,035 + 0,03 = 0,92 мм

максимальная ширина проводников:

bmax= 0,92 + 0,05 = 0,97 мм

Определяем минимальное расстояние между двумя контактными площадками (выводы транзистора VT1):

Smin = 1,783 - 1,3 - 2 * 0,1 = 0,283 мм

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности.

Проверка вибропочности.

Определим частоту собственных колебаний пластины, закреплённой в 4-х точках [3, стр. 159] по формуле:



где: a -- длина платы, а = 200 мм;

b -- ширина платы, b = 185 мм;

М -- масса платы с установленными на ней компонентами;

D -- цилиндрическая жёсткость платы.

Массу ПП определим суммируя массу основания ПП и массы установленных на ней элементов:

mпл = a b h = 2,05 103 0,2 - 113,8 г.

M = 113,8 + 96,77 = 210,57 г.

Цилиндрическую жёсткость платы определим по формуле [3, стр. 159]:

где: Е -- модуль упругости, в соответствии с табл. 4.16 [3, стр. 162] для материала СФ с печатной схемой Е = 3,021010 Н/м²;

-- коэффициент Пуассона , = 0,22;

h -- толщина основания ПП, h = 1,510-3 м.

D = 3,021010 1,510-3 / (12 (1 - 0,222)) = 8,926 Н/м.

Частота собственных колебаний ПП равна:

(Гц)

Определим запрещённый диапазон частот для рассчитываемой ПП из условия:

Т.о. запрещённый диапазон частот для рассчитываемой ПП будет равен:

(Гц)

(Гц)

Т.о. можно говорить о том, что в конструкции ФУ не будет возникать механический резонанс в заданном по условию диапазоне частот (п.п. 3.3.2).

Заключение

В результате конструирования и расчетов удалось создать функциональный узел по заданной электрической принципиальной схеме. Расчеты показывают, что спроектированный функциональный узел удовлетворяет заданным эксплуатационным характеристикам

В ходе проектирования прошло ознакомление с формами различных конструкторских документов и их правильным исполнением.

Литература

1. Справочник конструктора РЭА: общие принципы конструирования; под ред. Р.Г. Варламова; Москва Сов. радио; 1980;

2. Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность; Н.А. Барканов под ред. Р.Г. Варламова; Москва Радио и связь; 1985;

3. Проектирование конструкций РЭА; Учебное пособие для вузов; Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачов; Москва Радио и связь; 1989;

4. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. конструирование и микроминиатбризация РЭА; Учебник для вузов. Ленинград; Энергоатомиздат 1984.

5. Ненашев А.П. конструирование радиоэлектронных средств; Учебник для радиотехнических спец. Вузов; Москва; Высшая школа; 1990

6. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА; Справочник; Э.Т. Романычева, А.К. Иванова и др.; под. Ред. Э.Т. Романычевой; 2-е издание, переработанное и доп.; Москва; Радио и связь; 1989

Размещено на Allbest.ru

...