63659 (Восьмиполосный стереофонический корректор), страница 6

V_реал= (6.1.1)

V_реал=1929,4 см³

6.2 Расчет теплового режима восьмиполосного стереофонического корректора

Расчет теплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температур нагретой зоны и температур поверхностей и теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Наиболее теплонагруженными элементами являются сетевой трансформатор, транзисторы VT1 и VT4 типа КТ815Б и КТ814Б соответственно. Рассеиваемая мощность трансформатора в рабочем режиме равна 3,9 Вт, номинальная мощность рассеяния транзисторов в рабочем режиме равна 2,8 ВТ , а допустимая для транзисторов мощность рассеяния 10 Вт при температуре не более 50С.

Так как нагрузка транзистора VT1 равна нагрузке транзистора VT4 и параметры этих транзисторов равны, то расчет будем производить лишь для одного транзистора VT1, я расчет второго транзистора будет аналогичен.

6.2.1 Расчет пластинчатого радиятора при естественном воздушном охлаждении для транзистора КТ815Б

Таблица 6.2.1 Исходные данные для расчета теплового режима пластинчатого радиатора

Рассчитываем среднюю поверхностную температуру теплоотвода

Тср=0.96[Тп-Р(Rп-k+ Rк-т)]=0.96[125-2,8/2,3+0,5)]=112,47ºC (6.2.1)

Определяем перепад между средней поверхностной температурой теплоотвода и окружающей средой:

∆Т=Тср-Тос=112,47-30=82,47 ºC (6.2.2)

Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:

tm=0,5·∆Т=0,5∆·82,47=41,23 ºC (6.2.3)

A1=1,423-2,51·10^-3·tm-1,3·10^-8·tm³=1,423-2,51·10^-3·41,23-1,3·

·10^-8·41,23³=1,319 (6.2.4)

Определяем коэффициент теплоотдачи конвенцией для вертикально-ориентированной пластины:

αк=A1(∆Т/n)^0.25=9,55 Вт/м²·град (6.2.5)

Рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением:

αл=Е·φ·f(Тср,Тос) (6.2.6)

где Е=0.05- степень черноты для алюминиевой пластины;

φ=1- значение коэффициента облученности для гладкой пластины;

f(Тср,Тос)= численное значение функции, зависящей от среднеповерхностной температуры теплоотвода и температуры окружающей среды, определяемое по формуле:

f(Тср,Тос)=5,67·10^-8·(Тср+273) ⁴/∆Т=9,384 (6.2.7)

Тогда коэффициент теплоотдачи излучения равен

αл=Е·φ·f(Тср,Тос)=0.469 Вт/м²·град

Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:

αсумм. = αл+ αк=9,55+0,469=10,019 Вт/м²·град (6.2.8)

Рассчитываем площадь F теплообменной поверхности:

F=P/ αсумм. ·∆Т=2,8/ 10,019·82,47= 3,38·10^-3 м² (6.2.9)

Определим длину l пластины по формуле:

L=F-2h·/2(h+) (6.2.10)

L=0,0526=5,2·10^-2

Расчет окончен.

В результате имеем следующие габаритные размеры пластинчатого радиатора:

Таблица 6.2.2 Результаты расчета пластинчатого радиатора

6.2.2 Расчет теплового режима блока в перфорированном корпусе и режима работы наиболее теплонагруженных элементов

Расчет поверхности корпуса

Sk=2[L1 L2+( L1+ L2)L3], (6.2.2.1)

где L1и L2- горизонтальные размеры корпуса, м

L3- вертикальный размер корпуса

Sk=2[210·10^-3·0,25+(0,21+0,25) ·0,07]= 0,137 м²

Расчет условной поверхности нагретой зоны

S3=2[L1 L2+( L1+ L2)L3Kз], (6.2.2.2)

где Kз-коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему, принимаем Kз=0,5

S3=2[0,21·0,25+(0,21+0,25)·0,07·0,5]= 0,111 м³

Определение удельной мощности корпуса

qk=P/ Sk (6.2.2.3)

qk=3,9/0,137=28,46 Вт/м²

Определение удельной мощности нагретой зоны

qз=P/ S3 (6.2.2.4)

qз=3,9/0,111=35,13 Вт/м²

Определение коэффициента Q1 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны

Q1=0,1472qk+ 0,2962 ·10^-3 qk²+0,3127·10^-6 qk³ (6.2.2.5)

Q1=0,1472·28,46+0,2962·10^-3·28,46²+0,3127·10^-6·28,46³=4,4ºC

Определение коэффициента Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны

Q2=0,139qз-0,1233·10^-3 qз²+0,0698·10^-6 qз³ (6.2.2.6)

Q2=0,139·35,13-0,1233·10^-3·35,13² +0.0698·10^-6·35,13³ =4,73ºC

Определение коэффициента Кн1 в зависимости от давления среды вне корпуса

Кн1=0,82+1/0,925+4,6·10^-5·H1 (6.2.2.7)

где H1-давление окружающей среды 1,01·10⁵ Па

Кн1=082+1/0,925+4,6·10^-5 ·1,01·10⁵=0,99

Определение коэффициента Кн2 в зависимости от давления среды вне корпуса

Кн2=0,8+1/1,25+3,8·10^-5·H2 (6.2.2.8)

Кн2=0,8+1/1,25+3,8·10^-5·1,01·10⁵ =0,993

Рассчитывается суммарная площадь перфорационных отверстий

Sп= ∑S (6.2.2.9)

Sп= 32·0,00015+18·0,00012=6,96·10^-3 м²

Расчет коэффициента перфорации

П= Sп/2L1 L2 (6.2.2.10)

П=6,96·10^-3 / 2·0,21·0,25=0,066

Расчет коэффициента, являющегося функцией коэффициента перфорации

Кп=0,29+1/1,41+ 4,95· П (6.2.2.11)

Кп=0,29+1/1,41+ 4,95 · 0,066=0,865

Расчет перегрева корпуса

Qk= 0,93 Q1 Кн1 Кн2 (6.2.2.12)

Qk= 0,93·4,4·0,99·0,983=3,98ºC

Расчет перегрева нагретой зоны

Q3= 0,93 Кп[Q1 Кн1+( Q2/0,93- Q1) Кн2 (6.2.2.13)

Q3= 0,93·0,865[4,4·0,99+(4,73/0.93-4,4) ·0.983]= 4,04ºC

Определение среднего перегрева воздуха

Qв= 0,6·Q3 (6.2.2.14)

Qв= 0,6·4,04=2,424ºC

6.2.3 Расчет температурных режимов наиболее теплонагруженных элементов схемы

Таковыми являются трансформатор ТС-6-1, транзисторы КТ814Б и КТ815Б. Кроме того, определим температурный режим микросхем К174УД2, как наиболее ответственных элементов схемы.

Определяем тепловой режим трансформатора

Определяем удельную мощность элемента

qэл=Pэл/Sэл (6.2.3.1)

где Pэл- мощность трансформатора

Sэл- площадь поверхности трансформатора

qэл= 3,9/ 0,018= 216,6 Вт/м²

Рассчитываем перегрев поверхности

Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз) (6.2.3.2)

Qэл=4,04( 0,75+ 0,25·216,6/35,13)=9,25ºC

Рассчитываем перегрев среды, окружающей трансформатор

Qэс= Qв(0,75+ 0,25 qэл/qз) (6.2.3.3)

Qэс=2,424(0,75+ 0,25·216,6/35,13)=5,55ºC

Находим температуру поверхности элемента

Тэл = Qэл+Тс (6.2.3.4)

Тэл=9,25+ 30= 39,25ºC

Находим температуру среды, окружающей элемент

Тэс= Qэс+Тс (6.2.3.5)

Тэс=5,55+30=35,55ºC

Расчет теплового режима микросхем типа К157УД2

Расчет производиться по той же методике, что и расчет теплового режима трансформатора

Мощность рассеиваемая микросхемой Pэл=0,024 Вт

Площадь поверхности микросхемы Sэл=5,62·10^-4 м²

qэл= Pэл/Sэл=0,024/5.6·10^-4= 42,7 Вт/м²

Рассчитываем перегрев поверхности

Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·42,7/35,13)=4,25ºC

Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему

Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·42,7/35,13)=2,55ºC

Находим температуру поверхности элемента

Тэл = Qэл+Тс=4,25+ 30=34,25ºC

Находим температуру среды, окружающую элемент

Тэс= Qэс+Тс=2,55+30=32,55ºC

Расчет теплового режима транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б

Так как электрические и эксплуатационные параметры этих транзисторов одинаковы, то расчет будем производить лишь для одного транзистора КТ815Б, а для КТ814Б результаты расчета будут аналогичны.

Мощность рассеиваемая на транзисторе Pэл=2,8 Вт

Площадь поверхности транзистора с радиатором Sэл=3,34 ·10^-3 м²

Определяем удельную мощность транзистора

qэл= Pэл/Sэл=2,8/3,34 ·10^-3= 838,32 Вт/м²

Рассчитываем перегрев поверхности

Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·838,32/35,13)= 27,13ºC

Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему

Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·838,32/35,13)=16,28ºC

Находим температуру поверхности элемента

Тэл = Qэл+Тс=23,13+30=57,13 ºC

Находим температуру среды, окружающую элемент

Тэс= Qэс+Тс=16,28+30= 46,28 ºC

Температура трансформатора равна 39,25ºC. Полученное значение не превышает значения температуры перегрева обмоток выбранного трансформатора, равного 55ºC.

Температура микросхем К157УД2 равна 34,25ºC и не превышает допустимую +70ºC.

Максимальная температура транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б равна 53,13ºC, что не превышает эксплуатационных пределов транзисторов, у которых максимальная температура равна +100ºC.

Температура воздуха в приборе равна 32,4ºC.

Средняя температура всего корпуса равна 32,4ºC.

Из анализа полученных результатов заключаем. Что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации.

Таким образом, выбранная конструкция перфорированного корпуса и естественного способа охлаждения путем конвенции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Учитывая вышеуказанное, окончательно выбираем перфорированный корпус для разрабатываемого изделия.

6.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы

Схема электрическая принципиальная разделена на три функциональных узла: блок питания, блок управления и плата фильтров и усилителей. Блок питания (стабилизатор и выпрямитель) и фильтры размещены на одной плате, а блок управления—на другой. Выбор печатного монтажа радиоэлементов в эквалайзере обусловлен заданной программой выпуска изделия—600шт в год. Печатный монтаж в этом случае является наиболее экономически целесообразным.

Наиболее трудоемкой при разработке топологии печатных плат является разработка печатной платы блока питания и фильтров, т.к. в ней содержится наибольшее количество радиоэлементов по сравнению с другими узлами прибора. При разработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:

ГОСТ23751-86, ГОСТ10317-79, ОСТ4ГО.010.009, ОСТ4ГО.010.011, ОСТ4ГО.064.089 и рядом других документов. Исходными при разработке топологий печатной платы являются:

1. схема электрическая принципиальная;

2. установочные размеры радиоэлементов узла;

3. рекомендации по разработке монтажа для выбранной схемы микросхем.

Проводим расчет печатной платы стабилизатора и фильтров. В данный узел входят микросхемы серии К157 УД2, резисторы типа С2-33Н-0.125, С2-33Н-0.25, СП3-38б, диоды типа КС156А, КЦ412б, конденсаторы типа К50-35, КМ-5, К10-7В, переключатели типа П2К, транзисторы типа КТ815Б, КТ814Б, КТ315Б, КТ361Б, разъемы ОНц-КГ-4-5/16-Р. Класс точности данной платы выбираем второй, а платы блока управления — первый.

6.3.1 Расчет проводящего рисунка печатной платы эквалайзера

Исходные данные: