Скачать

Разработка печатного узла портативного частотомера

Национальный технический университет Украины "КПИ"

Кафедра КиПЭВА

Киев - 2000

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ПЛАТЫ ПОРТАТИВНОГО ЧАСТОТОМЕРА. 3

1. Выбор и обоснование применения элементной базы. 5

1.1. Резисторы, конденсаторы, диоды и другие дискретные компоненты. 5

1.2. Интегральные микросхемы. 5

2. Конструкторско-технологический расчет печатной платы. 7

2.1. Определение минимального диаметра металлизированного отверстия 7

2.2. Определение минимального диаметра монтажного отверстия 8

2.3. Определение минимального диаметра контактной площадки 8

2.4. Определение ширины проводников 8

2.5. Определение минимального расстояния между проводником и КП с МО 9

2.6. Определение минимального расстояния межде двумя соседними КП 9

3. Электрический расчет печатной платы 9

3.1. Определение максимального падения напряжения на проводниках 9

3.2. Определение мощности потерь 10

3.3. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП 10

3.4. Определение взаимной индуктивности между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП 10

3.5. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на разных сторонах ПП 11

4. Размещение конструктивных элементов 11

5. Расчет основных показателей надежности 12

ВЫВОДЫ 13

Литература 14

1. Наименование и область применения.

Портативный частотомер предназначен для измерения частоты входного сигнала в широком диапазоне частот.

2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на курсовой проект.

3. Цель и назначение разработки.

Целью данной разработки является создание, конструкторско-технологический и электрический расчеты печатного узла портативного частотомера.

4. Источник разработки.

Источником разработки является схема электрическая принципиальная портативного частотомера.

5. Технические требования.

5.1. Состав изделия и требования к разрабатываемому устройству.

Устройство изготавливается в виде отдельного печатного узла и содержит схему собственно частотомера и схему индикации.

5.2. Показатели назначения.

5.2.1. Число входов – 1.

5.2.2. Питание схемы осуществляется от внешнего источника питания напряжением 9 В.

5.2.3. Диапазон измеряемых частот – 5 Гц…100 кГц.

5.3. Требования к надежности.

Среднее время наработки на отказ – не менее 20000 часов.

5.4. Требования к технологичности.

Ориентированные на передовые приемы изготовления деталей и сборки.

5.5. Требования к уровню унификации и стандартизации.

Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.

5.6. Требования безопасности обслуживания.

Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре низкого напряжения ГОСТ 12.2.007-75.

5.7. Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.

Покупные изделия и материалы использовать без ограничений. Для изготовления платы спользуются покупные изделия.

5.8. Условия эксплуатации.

Климатическое исполнение УХЛ 3.1. ГОСТ 15150-69.

Температура рабочая -10…+60 С

Влажность воздуха (верхнее значение) 90% при 25 С

Атмосферное давление 600…800 мм рт.ст.

5.9. Требования к маркировке и установке.

Изделие должно содержать маркировку товарного знака, заводского номера, даты изготовления, органов управления, мест подключения. Изделие упаковывать в отдельную тару.

5.10. Требования к транспортированию и хранению.

Группа условий хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых отапливаемых помещениях.

Температура воздуха +1…+40 С

Относительная влажность воздуха 65% при 20 С

Атмосферное давление 84…106 кПа

Транспортироватть автомобильным и железнодорожным транспортом в транспортной таре.

Для создания разрабатываемого устройства согласно техническому заданию необходимо применить комплектующие отечественного производства и максимально использовать стандартные компоненты и изделия. Исходя из этого выбор элементной базы будет следующим.

Для применения в разрабатываемом устройстве были выбраны резисторы марки МЛТ мощностью 0,25 Вт. Выбор был сделан, исходя из соображений достаточной надежности, точности и низкой общей стоимости прибора. Резисторы марки МЛТ в достаточной степени удовлетворяют вышеприведенным требованиям и являются одной из наиболее распространенных марок резисторов, что сыграло решающую роль при их выборе. Другие дискретные компоненты выбраны исходя из аналогичных соображений.

Ввиду большого разнообразия серий микросхем, пригодных для использования в разрабатываемом устройстве и значительного количества параметров микросхем, их выбор аналогично выбору дискретных компонентов затруднителен. Поэтому воспользуемся методом выбора компонентов по матрице параметров. Данный метод заключается в следующем.

В матрицу параметров заносятся параметры элементов, из которых необходимо выбрать один. В нашем случае микросхемы будем выбирать среди серий К176, К561, К155, К555. Выбор будем производить по следующим параметрам: напряжение выхода нуля Uвых0 ; напряжение выхода единицы Uвых1 ; ток потребления Iпот ; входной ток Iвх . Для этих данных матрица параметров будет иметь следующий вид:

bj – весовой коэффициент параметра, который учитывает значимость параметра.

Параметры матрицы необходимо пересчитать так, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее свойство элемента. Так как лучшими свойствами микросхемы являются низкое выходное напряжение нуля, высокое выходное напряжение единицы, низкие входной ток и ток потребления, параметры Uвых0, Iпот, Iвх необходимо пересчитать (взять обратную величину). После пересчета параметров матрица параметров примет вид:

Далее параметры матрицы нормируют по следующей формуле:

, где yij – элемент матрицы параметров, стоящий в i-й строке и j-м столбце аij – аналогичный элемент в нормированной матрице.

После нормирования матрица параметров примет вид:

Для обобщения анализа параметров вводят оценочную функцию Q:

, m – количество строк в матрице параметров.

После проведения расчетов значения оценочной функции вышли следующими:

Необходимая серия ИМС выбирается, исходя из минимального значения оценочной функции. На основании проведенных расчетов для использования в разрабатываемом устройстве выбираем серию К176.

Примечание: микросхемы DD8-DD12 (см. перечень элементов) были выбраны из серии К561 т.к. в серии К176 нет элемента необходимого типа элемента, а серия К561 имеет значение оценочной функции, максимально близкое к этому значению у серии К176.

Операционный усилитель К544УД2А (DA1) выбирается аналогичным образом.

При изготовлении печатной платы будем использовать в качестве основания стеклотекстолит фольгированный двусторонний толщиной 2 мм, толщина фольги 35 мкм, марки СФ-2-35-2,0. Способ нанесения рисунка разводки – фотохимический. Класс печатной платы – 3.

, где Кgt – отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы (ПП), мм ; hпп – толщина печатной платы. В нашем случае Кgt = 0,33 ; hпп = 2 мм, d01 = 0,66 мм.

, где dВЭ – диаметр вывода элемента, мм ; h0 – толщина медного слоя, мм; Δ` - зазор межде выводом конструктивного элемента (КЭ) и стенкой отверстия, мм ;