62927 (Разработка микшерного пульта), страница 4

3.3.3 Проектирование печатной платы индикатора

Данная плата полностью зависит от внешней компоновки, и её нужно сделать максимально меньшей. Для этого при проектировании было принято такое решение: будет осуществляться двухсторонний монтаж, светодиоды со стороны рисунка и этой стороной плата будет устанавливаться в переднюю панель таким образом, чтоб светодиоды стали в нужные отверстия; а остальные элементы устанавливаются стандартно, с другой стороны. Самым большим элементом на плате является микросхема, а при данной компоновке есть возможность наложить светодиоды на микросхему, при этом проводящий рисунок упроститься и габариты заметно уменьшатся. Эта плата выбирается 2-го класса точности для того, чтобы было возможно координатную сетку сделать с шагом 1,25 мм, и проводить проводники между двумя соседними отверстиями на расстоянии 2,5 мм.

Размеры данной печатной платы 30х60 мм.

3.3.4 Проектирование печатной платы регулировок

Данная плата используется исключительно для того, чтобы закрепить на передней панели включатели входов, индикаторы включения входов, и индикаторы баланса. В нее устанавливаются резисторы громкости и баланса. При разработке этой печатной платы было необходимо увеличить класс точности до 2-го для того, чтобы проводить рисунок по координатной сетке с шагом 1,25 мм

Так как плата полностью зависит от внешней компоновки, принимаем размеры 125х50.

3.3.5 Расчет проводящего рисунка

Расчет ширины дорожек.

Ширина дорожек зависит от максимального тока, проходящего в блоке.

Максимальная нагрузка в блоке 20 Ом (подключенные наушники). Максимальное выходное напряжение составляет 2 В. Ток проходящий в блоке будет равен:

I=U/R=2 / 20 = 0,1 А.

Если учитывать потребление светодиодов и потеря на тепло, можно принять ток, проходящий в блоке 0,2.

Толщину проводящего слоя принимаем 0,35 мкм.

Ширина дорожек считается по формуле I = а*b*с, где

а – 15 А/мм

b – толщина фольги печатной платы

с – ширина дорожек

с1 = I / (a*b) = 0,2 / (15 *0,035) = 0,38

Принимаем ширину дорожек 0,75 для первого класса точности и 0,45 для второго. Это обеспечивает запас по току и простоту изготовления.

Запас по току будет равен:

При первом классе К=с/с1 = 0,75 / 0,38 = 1,9

При втором классе К=с/с1 = 0,45 / 0,38 = 1,1

где с – принятая ширина дорожек

с1 – расчетная ширина дорожек.

При первом классе точности и шаге координатной сетке с шагом 2,5 мм, минимальное расстояние между дорожками будет равно 2,5 – 0,75 = 1,75 мм.

При втором классе точности и шаге координатной сетке с шагом 1,25 мм, минимальное расстояние между дорожками будет равно 1,25 – 0,45 = 0,8 мм

При таких параметрах при сборке нет потребности в монтажнике высокого разряда.

3.3.6 Расчет диаметра контактных площадок

Расчет диаметра контактных площадок проводим в соответствии с принятой шириной дорожек. Для установки элементов на плату используется два номинала отверстий. 1,5 мм – отверстия для установки переменных резисторов на плате А4 и 0,8 для остальных элементов.

Диаметр контактных площадок рассчитывается по формуле:

d _к.м. = d _отв. + (2*b)+c, где

d _к.м – диаметр контактных площадок, мм

d _отв. – диаметр отверстий, мм

b – минимальная радиальная толщина контактной площадки

Для плат 1-го класса точности b = 0,1 c = 0,4…0,6.

При диаметре отверстия 0,8 мм контактная площадка будет:

d _к.м. = d _отв. + (2*b)+c = 0,8 + (2*0,1)+0,5 = 1,5 мм

При диаметре отверстия 3 мм контактная площадка будет:

d _к.м. = d _отв. + (2*b)+c = 1,5 + (2*0,1)+0,5 = 2,2 мм

Этот номинал площадки будет использоваться только на одной регулировочной плате для крепления переменных резисторов.

Из-за того, что у меня в платах со вторым класом точности контактные площадки находятся на расстоянии минимум 2,5 мм, то так же принимаем диаметр контактных площадок 1,5 мм.

3.3.7 Расчет узкого места

Привожу расчет для плат первого класса точности.

Проведение проводников в узком месте предусматривают прокладку проводников между двумя контактными площадками или отверстиями.

Производим расчет на возможность проведения дорожки между выводами микросхемы.

Расчет ведем по формуле:

l ≥ ((d1+d2) / 2) + 2*δ + t + 2*b + k*n + c =

= 0,8 + 2*0,75 + 0,75 + 2*0,1 + 0,4 = 3,65

где d1, d2 – диаметр отверстий контактных площадок, мм

1 – расстояние между центрами двух соседних отверстий, мм

t – ширина проводников, которые будут проходить в узком месте, мм

n – количество проводников, которые проходят в узком месте

δ – расстояние от проводника до контактной площадки, или радиального пояска, мм

к – технологичный коэффициент

b – минимальный радиальный поясок контактной площадки, мм

По данным видно, что полученное значение больше чем расстояние между центрами двух соседних отверстий. Поэтому проведение дорожки между выводами микросхемы невозможно при первом классе точности печатной платы.

3.3.8 Расчет функционального узла

В этом разделе производится расчет цепи светодиодов на плате стерео индикатора (А3).

Рисунок 3.1

Исходные данные для расчета:

– ток потребления светодиодов 10 мА

• напряжение питания светодиодов 1,5 мм

• напряжение питания схемы 12 В

Для включении светодиода на выводах микросхемы 10…14 появляется логический «0», что соответствует замыканию на корпус.

Рисунок 3.2

Падение напряжения на светодиоде равно 1,5 В, тогда падение напряжение на резисторе должно быть 12 В – 1,5 В = 10,5 В.

Ток в цепи 10 мА, поэтому сопротивление резистора будет равно:

R=U/I = 10,5 / 10*10^-3 = 1 кОм.

В цепи R1 подключено параллельно 5 диодов. Они будут включатся от 1-го до 5-ти одновременно, поэтому номинал резистора принимаем тоже 1 кОм, но когда будут гореть все светодиоды, то яркость свечения каждого будет немного меньше.

3.4 Компоновка прибора

3.4.1 Внутренняя компоновка прибора

Устройство состоит из основания и передней панели. Плата эквалайзеров устанавливается под регулировочными резисторами горизонтально, плата эффектов устанавливается горизонтально на переднюю панель элементами вверх, плата индикации устанавливается на переднюю панель светодиодами вверх так, чтобы они вошли в нужные отверстия на передней панели. Плата регулировок устанавливается вместе с резисторами на переднюю панель, и не закрепляется ничем, кроме резисторов. Остальные платы закрепляются винтами М3х6 ГОСТ 17473–80. Контакт между блоками осуществляется с помощью гибких проводников.

Внутренняя компоновка представлена на рисунке 3.1

3.4.2 Внешняя компоновка

Устройство представляет собой параллелепипед с наклонной верхней стороной, которая служит передней панелью. Это сделано для удобства регулирования и лучшей видимости надписей на панели.

Расстановка органов управления сделана так, как на большинстве микшерных пультов современного стандарта. Управление входом расположены горизонтально и управление другими входами расположены параллельно.

Расположение органов управления.

Первым снизу расположены регулировка громкости и включатель входа, выше расположена регулировка баланса, еще выше расположены 5 регулировок эквалайзера внизу низкие частоты, выше – высокие.

И во входах 1..3 еще выше есть регулировка чувствительности. Эта компоновка относится ко всем входам и выходу.

Регулировки эффектов расположены справа тоже в 2 столбика по 4. Справа правый канал, слева – левый.

Индикаторы сигнала расположены в правом верхнем углу для лучшей видимости, представляет собой 2 столбика из 6-ти светодиодов. Нижние показывают питание устройства, а 5 верхних – величину сигнала на выходе. Для лучшего восприятия верхний светодиод – красный, говорит о том, что сигнал опасно высокого уровня, и следует уменьшить громкость, второй снизу – желтый, граница нормального сигнала и высокого.

Крышка крепится к основанию 4-мя винтами. М3х6 ГОСТ 17437.

На основание снизу крепятся 4 резиновых ножки винтами М3х6 ГОСТ 17437 для лучшей устойчивости и амортизации.

Устройство мало и имеет небольшой вес, что очень удобно при использовании.

Внешняя компоновка приведена на рисунке 3.2. На рисунке 3.3 показана компоновка с боковой стороны, чтобы показать расположение плат относительно передней панели.

Устройство имеет вес примерно 400 г. что соответствует ТЗ и говорит о правильной компоновке.

Рисунок 3.1

Рисунок 3.2

Рисунок 3.3

3.5 Расчет надежности

Надежность – это свойство изделия выполнять свои функции при заданных условиях эксплуатации. Надежность изделия зависит от количества и качества элементов, которые входят в его состав, а так же качества изделия и соблюдения уровня эксплуатации.

Расчет надежности ведем упрощенно, определяя среднюю наработку на отказ и возможность безотказной работы на протяжении заданного интервала времени.

Необходимые данные по интенсивности отказов элементов схемы заносим в таблицу 3.10.

Таблица 3.10

Суммарная средняя интенсивность отказа λ = 28,125 * 10^-6

Средняя наработка на отказ будет равна

1 / λ = 1 / 28,125 * 10^-6 = 0,03 * 10⁶ = 35 тыс. часов.

Определяем вероятность безотказной работы на участке времени, результаты заносим с таблицу 3.11. Считается по формуле Р(t) = e^-λt.

Таблица 3.11

По данным таблицы строим график безотказности работы на отрезке времени, рисунок 3.4.

t, час

Р(t)

Рисунок 3.4