7 - 2 Специальный раздел (Система охраны объектов промышленного предприятия с разработкой блока кодирования), страница 2

2 ИМС К561ЛА7 установочной площадью 7,6 × 20 мм;

2 ИМС К176ИЕ1 установочной площадью 7,6 × 20,3 мм;

2 ИМС К561ИД1 установочной площадью 7,6 × 20 мм;

2 ИМС К561ТМ2 установочной площадью 7,6 × 20 мм;

1 ИМС К561ЛА9 установочной площадью 7,6 × 20 мм;

1 ИМС К561ЛП2 установочной площадью 7,6 × 20 мм;

3 диода КД522 установочной площадью 1,9 × 8 мм;

3 транзистора КТ315Б установочной площадью 5,8 × 4 мм;

11 резисторов типа МЛТ мощностью 0, 125 Вт, установочной площадью 2,2 × 8 мм;

4 конденсатора типа К-50-16-16В, установочной площадью: 3 × 10, 4 × 12, 6 × 12, 6 × 18 в зависимости от номинала;

1 кварцевый резонатор ZQ1, установочной площадью 8 × 12 мм;

1 конденсатор типа КМ-3б-Н30, установочной площадью: 13 × 3.

Все компоненты устройства с выводами, устанавливаемыми в отверстия, то в качестве конструктивно-технологического направления выбираем монтаж корпус­ных ИМС и ЭРЭ на ПП, как показано на рисунке 2.1. Тип сборки — 1А: односторонняя установка ЭРИ в отверстия.

Класс точности выбирается с учетом следующих факторов:

• конструкторская сложность  средняя;

• элементная база  смешанная;

• тип, число и шаг выводов  используются штыревые;

• быстродействие  не требуется высокого быстродействия;

• надежность  не высокая;

• массогабаритные характеристики  не высокие;

• стоимость  низкая;

• условия эксплуатации  заводские.

Исходя из перечисленных факторов выбираем первый класс точности, так как он наиболее надежен, прост в изготовлении и эксплуатации, имеет наименьшую стоимость.

Номинальные значения основных параметров для печатных плат первого класса точности:

• номинальная ширина проводника t = 0,75 мм;

• номинальное расстояние между проводниками S = 0,75 мм;

• минимально допустимая ширина контактной площадки b = 0,3 мм;

• отношение наименьшего диаметра отверстия к толщине ПП γ = 0,4;

• предельное отклонение ширины печатного проводника Δt = ±0,15;

• позиционный допуск расположения печатных проводников Тl = 0,2 мм;

В качестве метода изготовления печатной платы выбираем комбинированный позитивный метод. Конструкция печатного проводника при изготовлении этим методом представлена на рисунке 2.2

2.7.2 Определение габаритных размеров печатной платы

Площадь ПП определяют по формуле (2.1):

, (2.1)

где к – коэффициент запаса (к=1..3) примем к = 2,5 для блока индикации и к = 3 для блока кодирования;

n – количество ЭРЭ.

Для блока кодирования

S_пп = 3(3 × 7,6 × 20,3 + 8 × 7,6 × 20 + 3 × 1,9 × 8 + 3 × 3 × 7,2 + 11 × 2,2 × 8 + + 10 × 10 + 4 × 4 + 6 × 6 + 18 × 18 + 13 × 3 + 8 × 12) = 7982,52 мм²

Для удобства изготовления выбираем размеры печатной платы из размерного ряда ГОСТ 10317 - 79. Таким образом размер печатной платы блока кодирования составит 75 × 110 мм.

Для удобства изготовления выбираем размеры печатной платы из размерного ряда ГОСТ 10317 - 79. Таким образом размер печатной платы блока индикации составит 120 × 130 мм.

Толщину печатной платы выбираем равной 2,0 мм .

2.7.3 Расчет элементов проводящего рисунка

Так как в качестве основных элементов устройства используются интегральные микросхемы серий К561и К176 с шагом выводов 2,54 мм, то и шаг координатной сетки при разработке и производстве печатной платы выбираем равным 2,54 мм.

а) расчет диаметра монтажных отверстий.

Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия оп­ределяют по формуле (2.2):

, (2.2)

где Н_П  толщина ПП;

γ  отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП. Поскольку Н_П = 2,0 мм, γ = 0,4, то по формуле (2.3) получаем:

d₀ ≥ 2,0 × 0,4 = 0,8 мм, т. е. d₀ ≥ 0,8 мм.

Номинальный диаметр монтажных отверстий определяют по формуле (2.3):

, (2.3)

где Δd_но = 0,1 мм  нижнее предельное отклонение диаметра отверстий;

d_э = 0,7 максимальное значение диаметра вывода ИМС и ЭРЭ, установленных на ПП;

r = 0,3 мм  разница между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода, устанавливаемой ИМС или ЭРЭ.

Таким образом для печатной платы разрабатываемого устройства

d ≥d_э + r + Δd_но = 0,7 + 0,3 + 0,1 = 1,1 мм

Которое соответствует значению пред­почтительного ряда отверстий.

б) расстояние Q₁ от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон. Примем Q₁ = 3,0 мм;

в) расстояние Q₂ от края паза, выреза, неметаллизированного отвер­стия до элементов печатного рисунка определяют по формуле (2.4):

(2.4)

где q = 1,2 мм — ширина ореола, скола;

k = 0,3 мм — наименьшее расстояние от ореола, скола, до соседнего

элемента проводящего рисунка для ПП 1-го класса точности;

T_D = 0,35 мм — позиционный допуск расположения центров КП;

Т_d = 0,2 мм — позиционный допуск расположения осей отверстий;

Δ t_но = 0,1 мм — верхнее предельное отклонение размеров элементов кон­струкции, например ширины печатного проводника.

Тогда

мм;

г) расчет ширины печатных проводников.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника определяют по формуле (2.5):

(2.5)

где t_minD — минимально допустимая ширина проводника, мм;

Δt_но = 0,75 мм — нижнее предельное отклонение размеров ширины пе­чатного проводника.

Минимально допустимую ширину проводника определяют по формуле (2.6):

(2.6)

Здесь h_i и ρ_i — толщина и удельное сопротивление i-го слоя проводника; k = 3 — число сигнальных слоев;

l — максимально допустимая длина проводника. Примем l = 30 мм; I_max = 250 мА = 0,2 А;

U_доп = 9 В.

Для комбинированного позитивного метода толщина слоев h₁, h₂, h₃ и их удельное электриче­ское сопротивление ρ₁, ρ₂, ρ₃ составляет:

для медной фольги — h₁ = 18 мкм, ρ₁ = 1,72 × 10^-5 Ом × мм;

для гальванической меди — h₂ = 25 мкм, ρ₂ = 1,9 × 10^-5 Ом × мм;

для сплава олово—свинца — h₃ = 15 мкм, ρ₃ = 12 × 10^-5 Ом ×.

Подставляв выражение (2.7), получаем:

мм

Тогда наименьшее номинальное значение ширины печатного провод­ника равно

t = 0,0243 + 0,75 = 0,7743 мм;

д) расчет диаметра контактных площадок (КП).

Наименьшее номинальное значение диаметра КП определяют по фор­муле (2.7):

(2.7)

где Δd_во = 0,05 мм — верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b = 0,3 мм — гарантийный поясок;

Δd_тр = 0 мм — величина подтравливания диэлектрика в отверстии для ОПП, ДПП;

Δt_во = 0,15 мм — верхнее предельное отклонение ширины проводника;

Δt_но = 0,15 мм — нижнее предельное отклонение ширины проводника;

d = 1,1 мм; T_D = 0,35 мм; T_d = 0,2 мм.

Подставляя, получаем:

D = 1,1 + 0,05 + 2 × 0,3 + 0,15 + [(0.35)² + (0,2)² + (0,15)²]^1/2 = 2,43 мм.

Округляем расчетное значение диаметра КП в большую сторону до де­сятых долей миллиметра и получаем D = 2,5 мм.

Таким образом, наименьший номинальный диаметр КП D = 2,5 мм.

Наименьший номинальный диаметр КП для узкого места для 1-го класса точности, для ПП c размером большей стороны менее 180 мм, для диаметра отверстия d = 1,1 мм: D = 2,5 мм;

е) расчет расстояния между элементами проводящего рисунка:

1) наименьшее номинальное расстояние между элементами проводяще­го рисунка (между двумя проводниками) S определяют по формуле (2.8):

, (2.8)

где Т_l = 0,2 мм — позиционный допуск расположения печатных проводников;

Δt_во = 0,15 мм — верхнее предельное отклонение ширины про­водника;

S_minD = 0,75 мм — минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка для ПП 1-го класса точности.

Тогда

S = 0,75 + 0,15+0,2/2 = 1 мм;

2) наименьшее номинальное расстояние для размещения двух КП номи­нального диаметра в узком месте для отверстия d = 1,1 мм и ПП 1-го класса точности равно 2,9 мм;

3) наименьшее номинальное расстояние для размещения печатного про­водника номинальной ширины между двумя КП в узком месте для отверстия d = 1,1 мм и ПП 1-го класса точности равно 4,65 мм;

4) наименьшее номинальное расстояние для прокладки п проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметром D₁ и D₂ определяют по формуле (2.9):

(2.9)

Здесь t = 0,77 мм — наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника.

Примем n = 2 — число проводников; S = 1 мм; Т_l = 0,2 мм; D₁ = D₂ = 2,5 мм, тогда

l = 5,24 мм.

2.8 Расчет теплового режима

Для расчета теплового режима проектируемого устройства удобно воспользоваться коэффициентным методом расчета. Его суть заключается в том, что искомую температуру перегрева корпуса и печатного узла (нагретой зоны) можно представить в виде произведения:

∆t=∆t_р·к₁·к₂·….к_n (2.10)

где ∆t – искомая среднеповерхостная температура перегрева, С⁰;

∆t_р – базовый перегрев, определяемый мощностью, приходящейся на единицу поверхности;

к₁·к₂·….к_n – коэффициенты, учитывающие различные факторы, влияющие на условия теплообмена, причем каждый коэффициент зависит только от данного параметра.

Исходные данные для расчета:

- размеры корпуса прибора (L₁=20, L₂=20, h=1 ), мм.;

- объем всех изделий сведены в таблицу 2.1:

Таблица 2.1 – Объемы изделий

- мощность, рассеиваемая внутри корпуса:

Р_расс=(0,8…0,9)Р=4,7712 (Вт);

- температура окружающей среды: принято 25 С⁰;