Материал: Курсовой

2 Расчетная часть

2.1 Расчет печатной платы

2.1.1 Анализ назначения и объекта установки электроаппаратуры

Печатная плата цифрового кодового замка с инфракрасным ключом на основе микроконтроллера, соответствующего техническому заданию, разрабатывается для первого уровня модульности – ячейка. Конструкция ячейки не унифицирована. Разрабатывается оригинальная конструкция платы.

Цифровой кодовый замок с инфракрасным ключом на основе микроконтроллера относятся к бытовому классу аппаратуры, применяются с целью запирания дверей, крышек, ёмкостей и пр.

2.1.2 Анализ условий эксплуатации и группы жесткости электроаппаратуры

Заданные условия эксплуатации электроаппаратуры соответствуют группе жесткости 2 по ГОСТ 53429-2009. Данные заданных условий эксплуатации приведены в таблице 24.

Таблица 24 - Заданные условия эксплуатации

Для анализа условий эксплуатации и группы жесткости ЭА необходимо

определить условия эксплуатации электрорадиоэлементов (далее ЭРЭ) и сравнить их с заданными условиями эксплуатации устройства. Данные определенных условий эксплуатации ЭРЭ представлены в таблице 25.

Таблица 25 - Условия эксплуатации ЭРЭ

Условия эксплуатации ЭРЭ удовлетворяют заданным условиям эксплуатации по ГОСТ 53429-2009.

2.1.3 Выбор типа конструкции печатной платы

Согласно ГОСТ 53429-2009, для цифрового кодового замка с инфракрасным ключом на основе микроконтроллера в качестве типа конструкции выбираются 2 двухсторонние печатные платы.

2.1.4 Выбор класса точности печатной платы

Согласно ГОСТ Р 53429-2009, для цифрового кодового замка с инфракрасным ключом на основе микроконтроллера выбран второй класс точности.

2.1.5 Выбор материала и метода изготовления ПП

Согласно ГОСТ 10316-78, для изготовления двухсторонней ПП, в данном случае необходимо выбрать комбинированный позитивный метод. В качестве материала необходимо использовать СФ2-35-1,5.

2.1.6 Расчет диаметров монтажных отверстий

Расчет электрических и конструктивных параметров печатной платы производится по ГОСТ Р 53429-2009. Номинальное значение диаметра монтажного отверстия d для круглой «ножки» элемента рассчитываем по формуле 1:

(1)

где dв - диаметр монтажного отверстия;

k – значение допуска на отверстие.

Номинальное значение диаметра монтажного отверстия «d» для прямоугольной «ножки» элемента рассчитывается по формуле 2:

,

(2)

- для резисторов С2-23

d=0,8+2*0,02+0,02=0,86 мм, по ГОСТ 0,9 мм (14 отв.);

- для резисторов С1-4

d=0,8+2*0,02+0,02=1,4 мм, по ГОСТ 0,9 мм (2 отв.);

-для конденсаторов К50-35

d=0,5+2*0,02+0,02=0,56 мм, по ГОСТ 0,6 мм (16 отв.);

-для конденсаторов К10-17Б

d=0,6+2*0,1+0,1=0,9 мм, по ГОСТ 0,9 мм (16 отв.);

-для диода Шоттки 1N5817

d=0,9+2*0,02+0,02=0,96 мм, по ГОСТ 1 мм (2 отв.);

-для диода КД522Б

d=0,5+2*0,02+0,02=0,56 мм, по ГОСТ 0,6 мм (2 отв.);

-для транзистора КТ3102А

d=0,33+2*0,02+0,02=0,39 мм, по ГОСТ 0,4 мм (3 отв.);

-для транзистора КТ815Б

d= =1 мм (3 отв.)

-для дросселя серии EC24

d=0,5+2*0,02+0,02= 0,56 мм, по ГОСТ 0,6 мм (2 отв.);

-для усилителя КР1056УП1

d= = 0,7 мм (16 отв.);

-для регулятора КР1446ПН1Е

d= = 0,56 мм, по ГОСТ 0,6 мм (8 отв.);

-для стабилизатора напряжения L7805CV

d= =1,03 мм, по ГОСТ 1,1 мм (3 отв.);

-для кварцевого резонатора РГ-05

d=0,55+2*0,02+0,02=0,61 мм, по ГОСТ 0,7 мм (2 отв.);

-для кварцевого резонатора HC-49U

d=0,43+2*0,02+0,02=0,49 мм, по ГОСТ 0,5 мм (2 отв.);

-для реле 4117-w-z-10-12vdc-1.0

d= =1,03 мм, по ГОСТ 1,1 мм (4 отв.);

d=0,7+2*0,02+0,02=0,76 мм, по ГОСТ 0,8 мм (2 отв.);

d=0,8+2*0,02+0,02=0,86 мм, по ГОСТ 0,9 мм (1 отв.);

-для штыревой вилки типа PLS-2 (DS1021-1x2)

d=0,64+2*0,02+0,02=0,7 мм (13 отв.);

-для панели микроконтроллера типа SCS-20 (DS1009-20AN)

d= =0,69 мм, по ГОСТ 0,7 мм (20 отв.);

-для батарейного отсека типа KLS5-CR1220-01

d= =0,88 мм, по ГОСТ 0,9 мм (3 отв.);

Из ряда стандартных отверстий выбрано 3 диаметра отверстий: d=0,7 мм,

d=1 мм, d=1,2 мм. Результаты выбора монтажных отверстий для различных диаметров выводов, а также их условно-графическое изображение представлены в таблице 26.

Таблица 26 - Выбор монтажных отверстий

Продолжение таблицы 26 - Выбор монтажных отверстий

2.1.7 Расчет контактных площадок для монтажных отверстий

Контактные площадки для монтажных отверстий в данном случае будут выполнены круглой формы.

Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки D, мм под выбранное отверстие рассчитывается по формуле 3:

(3)

D=|d+∆dB0|+2b+∆tB0+2∆dтр+(Td²+TД²+∆tH0²)^0,5,

где ∆dB0 - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b-гарантийный поясок контактной площадки;

∆tB0 - верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

∆dтр = 0;

∆tH0 - нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

Td - позиционный допуск расположения оси отверстия;

T_Д - позиционный допуск расположения центра контактной площадки.

Согласно ГОСТу 23751-86, для диаметра отверстия до 1мм верхнее предельное отклонение диаметра отверстия по классу точности равно +0,05 для отверстия свыше 1 мм - +0,1. Гарантийный поясок для второго класса точности равен 0,20. Верхнее отклонение ширины проводника, согласно ГОСТу равно +0,15; нижнее равно -0,10. Величина подтравливания для двусторонней печатной платы равна 0. Позиционный допуск расположения центров контактных площадок T_D для второго класса точности равен 0,25 мм. Позиционный допуск расположения осей отверстий T_d– 0,15 мм.

Итак, согласно формуле 3, наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки для отверстия 0,7 равно

D=|0,7+0,05|+2*0,20+0,15+2*0+(0,15²+0,25²+(-0,10²))^0,5=1,608 мм, по ГОСТ 1,7 мм

Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки для отверстия 1 равно

D=|1+0,05|+2*0,20+0,15+2*0+(0,15²+0,25²+(-0,10²))^0,5=1,908 мм, по ГОСТ 2 мм

Наименьшее номинальное значение диаметра контактной площадки для отверстия 1,2 равно

D=|1,2+0,1|+2*0,20+0,15+2*0+(0,15²+0,25²+(-0,10²))^0,5=2,158 мм, по ГОСТ 2,2 мм

2.1.8 Определение толщины ПП

Согласно РД-50-708-91 для двусторонней печатной платы, изготовленной из стеклотекстолита фольгированного, толщина печатной платы будет равна 1,5 мм.

2.1.9 Выбор расстояний Q₁ от края ПП до элементов печатного рисунка

Расстояние Q₁ от края ПП до элементов печатного рисунка должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон. Следовательно, минимальное расстояние Q₁ равно 1,5 мм.

2.1.10 Расчет расстояния Q₂ от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка

Расстояние от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка определяется по формуле 8.

, (8)

где q - ширина ореола, скола по ГОСТ 23752;

k - наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка по ГОСТ 23752;

T_D - позиционный допуск расположения центров контактных площадок;

Td – позиционный допуск расположения осей отверстий;

t_в.о – верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции (ширины печатного проводника).

Ширина ореола, скола для платы второго класса точности толщиной 1,5 мм в соответствии с ГОСТом 23752 равна 1.

Позиционный допуск расположения центров контактных площадок T_D для двусторонней ПП для второго класса точности равен 0,25 мм в соответствии с ГОСТом 23752.

Позиционный допуск расположения осей отверстий T_d, согласно ГОСТу 23752 равен 0,15 мм.

Верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции t_в.о. в соответствии с ГОСТом 23752 равно 0,15.

Согласно, формуле 8, расстояние Q₂ от края паза, выреза, не металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка равно

Q₂=1+0,3+0,5*(0,15²+0,25²+0,15²)^0,5=0,590, по ГОСТ 0,6

2.1.11 Расчет ширины печатных проводников

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t, мм, рассчитывают по формуле 9.

(9)

,

где t_minD – минимально допустимая ширина проводника;

t_н.о.–нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника.

Нижнее предельное отклонение равно -0,10, согласно ГОСТу 23751-86, для второго класса точности ПП; минимально допустимая ширина проводника равна 0,45, согласно ГОСТу 23751-86, для второго класса точности ПП.

Используя формулу 9, наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника t равно

t=0.45+|-0,10|=0,55

2.1.12 Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка

Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками) рассчитывается по формуле 10.

(10)

,

где T_i - позиционный допуск расположения печатных проводников по ГОСТ «23751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкции (с Изменением N 1)».

t_в.о. – верхнее предельное отклонение ширины проводника;

S_minD – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

Согласно ГОСТ 23751-86, верхнее предельное отклонение ширины проводника, для второго класса точности, равно 0,15. Далее этому же ГОСТу, минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка равно 0,25. Позиционный допуск расположения печатных проводников равен 0,1.

Согласно формуле 10, наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка равно

=0,45

2.1.13 Расчет площадей электрорадиоэлементов

Каждый радиоэлемент имеет свой тип корпуса. По виду сверху они бывают прямоугольные, квадратные, круглые. А также их выводы могут как выходить за пределы корпуса, так и находится в границах.

Чтобы рассчитать установочную площадь прямоугольного или квадратного корпуса, занимаемую элементами на ПП, пользуются формулой 11

, (11)