Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет информатики и

радиоэлектроники

Кафедра

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту на тему

"Генератор прямоугольных импульсов"

Минск 2014г.

Содержание

• Введение
• 1. Анализ технического задания
• 2. Возможности и перспективы графических САПР
• 3. Выбор типа конструкции ПП, класса точности и типа координатной сетки
• 4. Выбор элементной базы
• 5. Материал основания и габаритные размеры ПП
• 5.1 Выбор материала основания ПП
• 5.2 Определение габаритных размеров ПП
• 6. Компоновочный расчет печатной платы
• Заключение
• Литература

Введение

В общем целью процесса конструирования является создание малогабаритной, высокоэффективной и надежной аппаратуры, производство и эксплуатация которой требует ограниченного расхода трудовых, энергетических и материальных ресурсов. Для достижения этой цели решают, как правило, три основные задачи современного конструирования:

- комплексная микроминиатюризация;

- защита от дестабилизирующих факторов (тепло, влага, механические воздействия и др.);

- повышение технологичности.

В данной курсовой работе будет рассмотрен генератор прямоугольных импульсов, будет спроектирован печатный узел с учетом требований миниатюризации и экономичности. А также будет проведен подбор аналогов элементной базы, тем самым проведя модернизацию печатного узла.

Генераторы прямоугольных импульсов используют во многих радиотехнических устройствах: электронных счетчиках, игровых автоматов, применяют при настройке цифровой техники. Диапазон частот таких генераторов может быть от единиц герц до многих мегагерц.

1. Анализ технического задания

Генератор прямоугольных импульсов предназначен для генерирования импульсов прямоугольной формы.

Конструктивно генератор прямоугольных импульсов представляет собой печатную плату, на которой установлены радиоэлементы и отдельные детали. Печатная плата выполнена из стеклотекстолита СТФ-1-35Г-2,0. Печатные проводники находятся на одной стороне платы, а радиоэлементы на другой. Радиоэлементы на плате устанавливаются по ОСТ 4.010.030-81 согласно маркировке на плате: резисторы МЛТ - по варианту IIа; конденсатор - по варианту Iб; микросхема - по варианту УПа. Кроме указанных выше радиоэлементов на печатной плате закрепляются монтажные лепестки (лепесток 2-1,6-3,0-18 ГОСТ 16840-78), экран с закрепленным на нем резистором СПО и стойки. Материал - алюминиевый сплав Д 16Т. Стойки крепятся к плате винтами с шайбами, экран - винтами с гайками и шайбами. Все винты по ГОСТ 1491-80, шайбы по ГОСТ 11371-78, гайки по ГОСТ 5916-78. Электрический монтаж резистора СПО производится проволокой ММ 0,8 ГОСТ 2112-79. Пайка радиоэлементов и лепестков производится припоем ПОС 61 ГОСТ 21930-76.

По требованиям, обеспечивающим электробезопасность эксплуатации, устройство должно соответствовать требованиям ГОСТ 26104-84, класс защиты второй. Исходя из предположения, что устройство будет использоваться на территории Европы в помещениях с кондиционированием воздуха, его следует конструировать в климатическом исполнении УХЛ 4.1 по ГОСТ 15150-69. Для этого исполнения рабочее значение температуры окружающего воздуха лежит в диапазоне от +10 до +25 °С, а предельные рабочие нижнее и верхнее значения температуры равны соответственно +1 и +40 °С; среднегодовое и верхнее рабочие значения относительной влажности соответственно равны 60 % при 20 °С и 80 % при 25 °С, среднегодовое рабочее значение абсолютной влажности равно 10 г/м ³.

2. Возможности и перспективы графических САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР, в англоязычном написании CAD System - Computer Aided Design System) - это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ.

В настоящий момент существует несколько классификационных подгрупп, из них три основных: машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design), архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC - Architectural, Engineering, and Construction), САПР печатных плат (ECAD - Electronic CAD/EDA - Electronic Design Automation). Наиболее развитым среди них является рынок MCAD, по сравнению с которым секторы ECAD и CAD/AEC довольно статичны и развиваются слабо. Рассмотрим процесс развития автоматизированного проектирования в машиностроении.

Ещё до того, как было сформулировано понятие САПР, уже были известны отдельные применения средств вычислительной техники для решения задач проектирования. Основу решения составлял метод конечных элементов. Метод конечных элементов был разработан для решения краевых задач, но далее стал применяться в CAE.

В 30-е годы начали создавать программы, чтобы автоматизировать проектирование электронных схем, а также был разработан язык программирования FORTRAN.

55-59-е годы - в MIT была разработана система проектирования APT для станков с ЧПУ (численным процессором управления).

Термин "САПР" ввел в обиход Адам Сазерленд, предложив использовать дисплей в качестве электронный кульман. Тогда стало понятно преимущество - возможность быстрого многократного изменения содержимого чертежа.

В этот же период появились первые программы для автоматизированного проектирования - для строительства, электронных схем. Мелкие и средние фирмы стали получать доступ к ним в 70-х годах, когда фирма Computer Vision предложила платформу и соответствующее ПО.

История развития САПР достаточно условно можно разбить на 3 этапа:

70-е годы - были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. Многие программные продукты того времени назывались системами автоматизированного черчения - САЧ.

80-е годы - характеризуются активным применением микрокомпьютеров и супермикрокомпьютеров, появлением массовых систем и базовых программных продуктов для них. Этот период характерен использованием различного ПО различными подразделениями одного предприятия (период основной автоматизации). Однако в эти же годы наряду с 2D черчением появились системы 3D моделирования. Теперь стала желательной возможность передавать данные с одного этапа на другой этап ЖЦ. Кроме того, появилось понятие твердотельное моделирование.

90-е года - период "зрелости" - некоторые ошибки были исправлены (например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали появляться - третье сторонние фирмы - разработчики ПО для конвертации данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими распространенными системами.

В нынешнем десятилетии самыми актуальными стали вопросы, связанные с интеграцией разнообразных возможностей, позволяющей автоматизировать не отдельные элементы процесса, а полностью весь процесс проектирования, конструирования.

В настоящее время термином САПР обозначают процесс проектирования с использованием сложных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения для решения на компьютерах аналитических, квалификационных, экономических и эргономических проблем, связанных с проектной деятельностью.

Более быстрое выполнение чертежей (до 3 раз). Дисциплина работы с использованием САПР ускоряет процесс проектирования в целом, позволяет в сжатые сроки выпускать продукцию и быстрее реагировать на изменение рыночных конъектур.

Повышение точности выполнения. На чертежах, построенных с помощью системы САПР, место любой точки определено точно, а для увеличения достаточного просмотра элементов есть средство, называемое наезд, или zooming, позволяющее увеличивать или уменьшать любую часть данного чертежа в любое число раз. На изображение, над которым выполняется наезд, не накладывается практически никаких ограничений.

Повышение качества;

Возможность многократного использования чертежа. Запомненный чертеж может быть использован повторно для проектирования, когда в состав чертежа входит ряд компонентов, имеющих одинаковую форму. Память компьютера является также идеальным средством хранения библиотек, символов, стандартных компонентов и геометрических форм.

САПР обладает чертежными средствами (сплайны, сопряжения, слои).

Ускорение расчетов и анализа при проектировании. В настоящее время существует большое разнообразие ПО, которое позволяет выполнять на компьютерах часть проектных расчетов заранее. Мощные средства компьютерного моделирования, например, метод конечных элементов, освобождают конструктора от использования традиционных форм и позволяют проектировать нестандартные геометрические формы.

Понижение затрат на обновление. Средства анализа и имитации в САПР, позволяют резко сократить затраты времени и денег на тестирование и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этапами процесса проектирования;

Большой уровень проектирования. Мощные средства, комплексного моделирования. Возможность проектирования нестандартных геометрических форм, которые быстро оптимизируются;

Интеграция проектирования с другими видами деятельности. Интегрируемые вычислительные средства обеспечивают САПР более тесное взаимодействия с инженерными подразделениями.

Качественная подготовка современного инженера может быть реализована только на основе комплексного подхода к освоению информационных технологий, в основу которого положена сквозная система обучения студентов с использованием CAD/CAM/CAE/PDM систем, активно используемых в промышленности.

Методологической основой для пропаганды и развития идей комплексной автоматизации и интеграции в промышленно развитых странах в настоящее время выступает концепция CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support). CALS-технологии, за которыми в России уже закрепилась аббревиатура ИПИ - технологии (технологи Информационной Поддержки жизненного цикла Изделий), включены также и в перечень критических технологий РФ. Многие подходы и средства CALS, которые изначально создавались для компьютеризации жизненного цикла военных заказов, оказались весьма действенным средством для сокращения сроков и повышения эффективности разработки практически любых промышленных изделий.

По определению, в область интересов CALS/ИПИ попадают все этапы жизненного цикла изделия, а решение задач интеграции автоматизированных систем предполагает знакомство со всеми основными методами и средства автоматизации и компьютеризации.

Таким образом, одним из основных требований, предъявляемых к специалисту, является обязательный широкий кругозор и универсальность технических знаний. Не вызывает сомнения, что для этого необходимо профессионально владеть предметной областью автоматизации и одновременно быть профессионалом в области информационных технологий. Такой профессиональный дуализм можно считать важным отличительным показателем специалиста по CALS/ИПИ.

К специфическим для CALS/ИПИ технологиям относятся разнородные и постоянно пополняемые методы и средства, которые принято объединять по трем группам:

технологии представления данных;

технологии интеграции данных

технологии управления и реинжиниринга бизнес-процессов.

Следует особо отметить, что теория и методология CALS формируется не только за счет научных исследований и лабораторных разработок, но в значительной мере опирается на фактический материал осуществленных проектов внедрения. Опыт проектов внедрения нашел свое отражение в многочисленных стандартах. Международные и отечественные стандарты по CALS/ИПИ содержат не только формализованные до уровня правил знания, но и являются одними из главных принципов интеграции данных и нормативной опорой при внедрении и эксплуатации систем.

Сам термин "технологии" подчеркивает прикладную направленность CALS. Поэтому обучение CALS/ИПИ-технологиям, в значительной мере, должно носить прикладной, практический характер.

Основными прикладными инструментами интеграции инженерных систем выступают специальные программные средства обеспечения, предназначенные для автоматизации управления данными об изделии - Product Data Management (PDM - системы). PDM методически, организационно и информационно связаны с другими корпоративными системами (CRM, ERP и пр.). В настоящее время программные средства для автоматизации различных видов управления активно продвигаются в производственную сферу как отечественными, так и зарубежными фирмами.

Однако прежде чем приступать к практическим задачам интеграции, специалист по CALS/ИПИ должен хорошо овладеть навыками применения прикладного программного обеспечения автоматизированных систем, используемых на основных этапах жизненного цикла. Так, в цепочке прикладных систем, поддерживающих этапы жизненного цикла изделия, в наибольшей мере разработаны технологии интеграции для объединения CAD/CAM/CAE систем. В нашей стране эту область промышленной информатики принято называть обобщающим термином: "САПР". Практически все ведущие фирмы разработчики САПР в настоящее время активно создают собственные PDM-системы, и к аббревиатуре, обозначающей область интересов фирм занимающихся автоматизацией промышленности, прочно добавилась еще одна компонента (…/PDM). Решения, предлагаемые разработчиками САПР, отличаются глубоким пониманием задач и требований этапов проектирования изделия и технологической подготовки производства.

PDM является лишь одним из инструментов создания комплексной автоматизированной системы управления жизненным циклом изделия (PLM - системы).

Создание PLM - системы это достаточно длительный процесс, затрагивающий деятельность большинства служб и подразделений предприятия. Решаемые с их помощью CALS\ИПИ - технологий задачи выходят далеко за рамки САПР, а на одно из ведущих мест выходят проблемы управления процессами проектирования и производства и эксплуатации, в том числе автоматизация логистики и управления качеством выпускаемой продукции.

В какой мере и коком количестве будут востребованы промышленностью "чистые специалисты" по CALS\ИПИ, которых начали готовить некоторые вузы? Вопрос остается открытым. Но уже становится ясно, что определенную подготовку в этой области должны получать не только "компьютерщики", а специалисты инженерных специальностей, менеджеры всех уровней, работники экономических служб, снабжения и подготовки производства.

3. Выбор типа конструкции ПП, класса точности и типа координатной сетки

Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП:

- односторонняя печатная плата (ОПП) - ПП, на одной стороне которой выполнен проводящий рисунок;

- двусторонняя печатная плата (ДПП) - ПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения;

- многослойная печатная плата (МПП) - ПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения;

- гибкая печатная плата (ГПП) - ПП, имеющая гибкое основание;

- гибкий печатный кабель (ГПК) - система параллельных печатных проводников, размещенных на гибком основании.

Учитывая то, что мы разрабатываем наиболее простую печатную плату, на которой будет размещено не очень много элементов, то мы выбираем тип конструкции ОПП (одностороннюю печатную плату). К тому же следует помнить то, что ОПП наиболее просты и дешевые, и имеют малые коммутационные способности.

После определения типа конструкции мы можем выбирать класс точности ПП.

Класс точности выбирается в соответствии с рекомендациями ОСТ 4.010.022-85. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности ПП, каждый из которых характеризуется наименьшими номинальными значениями основных параметров для узкого места - это участок ПП, на который элементы печатного проводящего рисунка и расстояние между ними могут быть выполнены только с минимальными допустимыми значениями.

Печатные платы 1 и 2 точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость, они применяются в случае малой насыщенности поверхности ПП дискретными элементами и микросхемами малой степени интеграции; для ПП 3 класса точности необходимо использовать высококачественные материалы, более точный инструмент и оборудование, применяются для микросхем со штыревыми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверхности ПП элементами; для ПП 4 и 5 классов - специальные материалы, прецизионное оборудование, особые условия для изготовления; ПП 4 класса применяются при высокой насыщенности поверхности ПП микросхемами с выводами и без них; ПП 5 класса применяются при очень высокой насыщенности ПП элементами с выводами и без них.

Ширину печатных проводников рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники - без вздутий, отслоений, разрывов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление и др.

Расстояние между элементами проводящего ресурса (например между проводниками) зависит от допустимого рабочего напряжения, свойств диэлектрика, условий эксплуатации и связана с помехоустойчивостью, искажением сигналов и короткими замыканиями.

Таблица 3.2. Наименьшее номинальное значение основных параметров для классов точности ПП

Условное обозначение	Номинальное значение основных размеров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0.15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0.10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
г*	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20

В нашем курсовом проекте мы выбрали 1-ый класс точности, так как у нас небольшая элементная база, следовательно насыщенность поверхности ПП будет небольшая. Следует не забывать и то, что ПП 1-ого класса точности наиболее просты в выполнении и более дешёвые, а это в свою очередь является большим плюсом с экономической точки зрения.

Координатная сетка чертежа ПП необходима для координации элементов печатного рисунка (рис 3.3).

Рис 3.3 Координатная сетка чертежа печатной платы

В узлах пересечений сетки располагаются монтажные и переходные отверстия. Основным шагом координатной сетки принят размер 2,5 мм в обоих направлениях. Если этот шаг не удовлетворяет требованиям конкретной конструкции, можно применять шаг, равный 1,25 мм. При использовании МС (микросхем) и элементов с шагом выводов 0,625 мм допускается применение шага координатной сетки 0,625 мм. В случае необходимости применения координатной сетки с шагом, отличным от основных, предпочтительным является шаг, кратный основным шагам координатной сетки. При использовании микросхем зарубежного производства с расстояниями между выводами по дюймовой системе допускается использование шага координатной сетки, кратного 2,54 мм.

В нашей печатной плате мы будем использовать основной шаг координатной сетки, равный 2,5 мм.

Можно сделать вывод, что мы разрабатываем одностороннюю печатную плату, первого класса точности, с шагом координатной сетки 2,5 мм.

4. Выбор элементной базы

Резистор МЛТ-0,5-3,9кОм±10% ГОСТ 7113-77

Резистор МЛТ-0,5-1кОм±10% ГОСТ 7113-77

Резистор МЛТ с металлодиэлектрическим проводящим слоем. Используется как элемент навесного монтажа в цепях переменного, импульсного и постоянного тока. Резистор МЛТ относится к типу неизолированных.

Номинальная мощность: 0,5 Вт

Масса: не более 1,0 г

Диапазон номинальных сопротивлений: 1,0...5,1^.10⁶ Ом

Габаритные размеры: (Ш4,2х 10,8) мм

Рабочая температура (окружающей среды): -60...+70°С

Рабочее напряжение переменного и постоянного тока: 350В

Наработка на отказ (максимальная): 25 тыс. часов

Срок сохраняемости: 15 лет

Зарубежный аналог выберем резисторы 0805 (2х 1,2х 0,4 мм).

Резистор СПО-0,5-10 кОм ГОСТ 22174-76

Непроволочный переменный резистор, регулировочный. Предназначен для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного токов. Токопроводящий слой в этих резисторах выполняют из углеродистого или композиционного состава (сажа, бакелитовая смола). Основной элемент конструкции - подковообразная гетинаксовая пластинка с токопроводящим слоем в виде тонкой пленки. На концы токопроводящего слоя нанесены контакты из серебряной пасты, к которым присоединяются выводы. По токопроводящему слою в пределах заданного угла поворота скользит щетка ползуна, приводимая в движение от оси.

СПО - Сопротивление Переменное Объемное

Масса 6 г

Номинальная мощность 0,5 Вт

Номинальное сопротивление 10кОм

Интервал рабочих температур от -60 до +85 °C

Предельное напряжение: 350 В

Допускаемые отклонения сопротивлений: ±20; ±30 %

Функциональная характеристика: А

Габаритные размеры: (Ш12х 16) мм

Зарубежный аналог: 3362S-10 BOURNS

Конденсатор КМ-6а-Н 90-0,33 мкФ ОЖО.460.061ТУ

Изолированные, однонаправленные выводы.

Конденсаторы КМ предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Используются в любой электронной аппаратуре: в бытовой технике, системах связи, измерительной и научной аппаратуре, в промышленном оборудовании и т.д.

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Низковольтные конденсаторы. Керамические монолитные.

Диапазон номинальных емкостей: 120 пФ - 2,2 мкФ

Номинальное напряжение: 25, 35 В

Допускаемые отклонения емкости: (-20+80) %

Группа ТКЕ: Н 90

Тангенс угла потерь: >0,035

Диапазон температур: -65...+125°С

Габаритные размеры: (12х 12х 6,0) мм

Зарубежный аналог: X7R (4х 2,5х 1,2 мм) в корпусе 0805

Микросхема К 140УД 1Б ЩИ 4.106.013Сп

Микросхемы представляют собой операционные усилители средней точности без частотной коррекции. Корпус К 140УД 1 (А-В) типа 301.12-1, масса не более 1,5 г.

Напряжение питания: ±12,6 В±0,5%

Максимальное выходное напряжение: +6; -5,7 В

Ток потребления: не более 10 мА

Разность входных токов: не более 2,5 мкА

Коэффициент усиления напряжения: 1350...12000

Входное сопротивление: 30 кОм

Выходное сопротивление: 300 Ом

Частота единичного усиления: 0,1 МГц

Напряжение питания: ±13,2 В

Температура окружающей среды: -45...+85 °C

Габаритные размеры: Ш9,5х 4,8 мм

Зарубежный аналог микросхемы A702HC, A702PC

Таким образом, подбор аналогов элементной базы позволит существенно уменьшить размеры печатной платы.

5. Материал основания и габаритные размеры ПП

5.1 Выбор материала основания ПП

В качестве материалов оснований ПП используют:

· фольгированные и нефольгированные диэлектрики (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, стеклоткань, лавсан, полиимид, фторопласт и др.);

· керамику;

· металлические пластины.

При выборе материала основания ПП обращают внимание на следующие обстоятельства:

· предполагаемые МВ (вибрации, удары и т.д.);

· класс точности ПП (расстояние между проводниками);

· условия эксплуатации;

· стоимость и др.

Выбор материала основания ПП рекомендуется осуществлять в соответствии с ОСТ 4.010.022-85.

Таблица 4.1 Некоторые материалы основания для ОПП И ДПП

Материал	Марка	Толщина, мм
ГФ	ГФ-1-35	1,0;
ГФ с гальваностойкой фольгой	ГФ-1-35Г ГФ-2-35Г ГФ-1-50Г ГФ-2-50Г	1,5; 2,0; 2,5; 3,0
СФ	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50	0,5; 1,0; 1,5 2,0; 2,5 - 3,0
СФ с гальваностойкой фольгой
Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный с гальваностойкой фольгой	СТФ-1-35 СТФ-2-35 СТФ-1-18 СТФ-2-18	0,08; 0,1; 0,13; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,5; 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3

Для нашей печатной платы в качестве основания мы выбрали

СТФ-1-35Г-2,0

Данная запись означает:

СТФ - стеклотекстолит теплостойкий фольгированный с гальваностойкой фольгой;

1 - фольга нанесена только на одну сторону материала;

35 - толщина фольги равна 35 микрометров;

2,0 - толщина нашей разрабатываемой печатной платы.

Почему мы остановили свой выбор именно на стеклотекстолите - для этого есть несколько причин. Для начала в качестве наиболее часто выбираемых материалов для ОПП и ДПП как раз используют стеклотекстолит или же гетинакс.

В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Этот материал более качественный, чем гетинакс, но более дорогой и труднообрабатываемый (быстро затупляет острые кромки инструментов - сверла и т.д.).

Преимущество гетинаксов в том, что они легко поддаются механической обработке, что важно при серийном и массовом производстве РЭС. Их недостаток - повышенная чувствительность к влажности и нестабильность размеров (прогибы и др.).

Фольгированные диэлектрики - электроизоляционные основания, плакированные (покрытые) обычно медной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, прилегающим к электроизоляционному основанию. Они могут быть односторонними и двусторонними.

По сравнению с гетинаксами стеклотекстолиты имеют лучшие механические и электрические характеристики, более высокую нагревостойкость, меньшее влагопоглощение. Недостатки стеклотекстолитов - худшая механическая обрабатываемость, более высокая стоимость, существенное различие (приблизительно в 10 раз) коэффициента теплового расширения меди и стеклотекстолита в направлении толщины материала, что может привести к разрыву металлизации в отверстиях при пайке или в процессе эксплуатации.

5.2 Определение габаритных размеров ПП

При выборе размеров ПП необходимо придерживаться принципа - максимальное количество связей выполнять с помощью печатного монтажа. Габаритные размеры ПП не превышают установленных значений для следующих типов: особо малогабаритных - 60х 90 мм; малогабаритных - 120х 180 мм; крупногабаритных - 240х 360 мм. Быстродействие, установочные размеры, эксплуатационные характеристики и т.п. также влияют на выбор размеров и конфигурации ПП. Линейные размеры ПП рекомендуется выбирать по ГОСТ 10317-79.

ГОСТ 10317-79 рекомендует использовать платы прямоугольной формы, размеры каждой стороны печатной платы должны быть кратными 2,5; 5 или 10 при длине соответственно до 100; до 350 и свыше 350 мм. Максимальный размер любой из сторон не рекомендуется превышать 470 мм, соотношение сторон - не более 3 : 1. Данные ограничения обусловлены в основном возможностями технологического оборудования по изготовлению печатных плат (ПП). При необходимости возможно отклонение габаритов, соотношения сторон и формы ПП от рекомендуемых.

Если габаритные размеры ПП не заданы, то необходимо:

· выбрать (рассчитать) типоразмер ПП;

· скомпоновать конструкторско-технологические зоны для размещения:

· ЭРЭ;

· элементов контроля;

· элементов электрического соединения;

· элементов крепления;

· элементов фиксации ячейки в модуле.

· выбрать толщину ПП.

У нас в техническом задании даны габаритные размеры печатной платы равные 100х 60 мм.

Исходными данными для расчета габаритных размеров печатных плат являются перечень элементов и установочные размеры изделий электронной техники (ИЭТ). Методика расчета следующая:

1. Суммарная площадь, занимаемая всеми ИЭТ:

,

где S_yi - значение установочной площади i-го элемента, n - количество элементов.

Под установочной площадью ЭРЭ понимается площадь прямоугольника (квадрата), в которую вписывается ЭРЭ вместе с выводами и контактными площадками при установке его на ПП.

2. Приблизительная площадь печатной платы с учетом способа монтажа (односторонний, двусторонний):

где k_з - коэффициент заполнения платы печатной (0,3-0,8), m - количество сторон монтажа (1, 2).

Зная площадь ПП, задаваясь соотношением сторон ПП, можно определить ее размеры по ГОСТ 10317-79. Предельные отклонения на сопрягаемые размеры контура ПП должны быть не выше 12 квалитета, а на несопрягаемые не выше 14 квалитета по ГОСТ 25347-82.

Таблица 5.2- Установочные площади элементов платы

Элемент и его тип	Установочная площадь, мм 2	Кол-во	Установочная суммарная площадь, мм 2
1	2	3	4
Микросхема A702HC	71	1	71
Резисторы СПО	452,16	1	452,16
Конденсатор X7R	10	1	10
Резисторы 0805	2,4	2	4,8
Итого	537,96

Итак, суммарная площадь всех элементов платы составляет: S_У=мм ²

Рассчитываем площадь всей печатной платы:

Подставляя в эту формулу наши значения и учитывая, что коэффициент заполнения печатной платы равен 0,4 и что у нас односторонняя печатная плата - мы получим:

=537,96/(0,4)+800= 2144,9мм ².

800 мм ² - это суммарная площадь восьми квадратов размерами 10 мм на 10 мм, которые мы оставляем под крепеж на печатной плате.

Округляем нашу суммарную площадь ПП до 2200 мм ² для того, чтобы все наши элементы свободно разместились на ней.

Масса всей платы в сборе:

где m_i - масса i-го элемента;

n - количество элементов.

Масса элементов платы:

M = 1,5+12+1+2 = 16,5 г.

Таким образом, размеры платы существенно уменьшились после подбора аналогов ЭРЭ меньших размеров.

6. Компоновочный расчет печатной платы

Исходные данные для расчета модернизированной ПП:

- толщина фольги hФ=18 мкм;

- максимальный постоянный ток через проводник I_max= 95 mА;

- допустимая плотность тока jдоп=20 А/мм ²;

- удельное объемное сопротивление материала с=0,050 Ом·мм ²/м;

- максимальная длина проводника l=0,18 м;

- напряжение питания U_пит=12 В;

- допустимое падение напряжения U_доп=0,05•12=0,6 В;

Произведем расчет следующих параметров:

1). Определим минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления, мм:

, (6.1)

где I_max - максимальный постоянный ток через проводник, А;

j_доп - допустимая плотность тока, А/мм ²;

t - толщина фольги, мм.

Подставляя значения в формулу (6.1) получаем:

мм.

2). Определим минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

мм, (6.2)

3). Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

, (6.3)

где dЭ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ИЭТ;

Дd_Н.О - нижнее предельно отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия (берется из таблицы в соответствии с классом точности ПП и диаметром отверстия);

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ИЭТ, ее выбирают в пределах 0,1…0,4 мм.

ЭРЭ, размещенные на плате, имеют ,

Подставляя значения в формулу (6.3) получим:

мм;

мм;

4). Диаметр контактных площадок. Для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом при фотохимическом способе получения рисунка:

, (6.4)

где - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки;

дd и дp - допуски на расположение отверстий и контактных площадок;

- допуск на отверстие (в соответствии с классом точности =0,05мм).

Подставляя значения в формулу (6.4) получаем:

мм,

мм,

Максимальный диаметр контактной площадки:

мм, (6.5)

мм,

мм,

5). Определим ширину проводников. Минимальная ширина проводников:

, (6.6)

где b_1min - минимальная эффективная ширина проводника, b_1min=0,4 мм.

Подставив значение в формулу (6.6) получаем:

мм.

Максимальная ширина проводников:

мм. (6.7)

6). Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимально расстояние между проводником и контактной площадкой:

; (6.8)

где L₀ - расстояние между центрами рассматриваемых элементов;

- допуск на расположение проводников, мм.

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

; (6.9)

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

; (6.10)

мм.

Результаты расчетов:

- Ширина печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления 0,25 мм.

- Минимальная ширина проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем 0,08 мм.

- Номинальные значения диаметров монтажных отверстий:

мм; мм

- Диаметры контактных площадок: мм, мм,

- Максимальные диаметры контактных площадок: мм, мм,

- Минимальная ширина проводников:0,5 мм.

- Максимальная ширина проводников: 0,52 мм.

- Минимально расстояние между проводником и контактной площадкой 1,272 мм.

- Минимальное расстояние между двумя контактными площадками 0,223 мм.

- Минимальное расстояние между двумя проводниками 2,45 мм.

Заключение

генератор стеклотекстолит фольгированный миниатюризация

В ходе реализации курсового проекта были освоены прикладные пакеты векторной графики. Был спроектирован печатный узел генератора прямоугольных импульсов с учетом требований миниатюризации и экономичности, а также проведена его модернизация.

Выбор разработки односторонней печатной платы обусловлен тем, что их стоимость в настоящее время ниже стоимости двусторонней печатной платы и многослойных печатных плат, так как она наиболее проста в исполнении, надежна в эксплуатации.

Литература

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

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

3. Достанко А.П., Пикуль М. И, Хмыль А.А. "Технология производства ЭВМ"- МН.:"Выш.шк ",1994.

4. Достанко А.П., В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства - Мн.: "Вышэйшая школа", 2002.

5. Ненашев А.П,Коледов Л.А" Основы конструирования микроэлектронной аппаратуры"

6. Единая система конструкторской документации: Справ. пособие/ С.С. Борушек,А.А. Волков и др. - М.: Изд-во стандартов, 1989.

7. Троян Ф.Д. "Основы проектирования электронной аппаратуры": Учеб. пособие/ Ф.Д. Троян, В.М. Хасин, А.И. Пугач - Мн.: УП "Технопринт", 2001.

8. Гжиров Р.И "Краткий справочник конструктора"-Л: Машиностроение, Ленингр. Отделение,1993.

9. "Конструкторская документация. Чертежи деталей" под редакцией Ж.С. Воробьева, Н.С. Образцова, Н.А. Смирнова, И.Н. Цыгельчука - Мн.: БГУИР, 2002г.

Размещено на Allbest.ru

...