Материал: Разработка и изготовление устройства инфракрасного управления

Таблица 4 - Расчет надежности изделия

Рассчитывается средняя наработка на отказ:ср = 1 / λ∑ , (20)

где λ∑ - интенсивности отказа для всего блока.ср = 1 / 10,51 ×10^-6 = 95140 ч.

Рассчитывается значение вероятности безотказной работы для четырех значений времени работы узла РЭС по формуле:

P(t_р) = e^λtр, (21)

Рассчитанные данные заносим в таблицу 5 которая служит основанием для построения графика безотказной работы изделия.

Таблица 5 - Расчет вероятности безотказной работы

Общую зависимость вероятности безотказной работы от времени отражает график изображенный на рисунке 8.

Рисунок 8 - График вероятности безотказной работы изделия

2.3 Расчет размера печатной платы

При выполнении расчетов используются справочные данные о габаритных размерах электрорадиоэлементов, или проводят измерения установочных размеров всех электрорадиоэлементов с учетом выбранного способа размещения и крепления их на печатной плате.

Для обеспечения оптимизации размещения электрорадиоэлементов на печатной плате, размер платы должен выбираться (рассчитываться) с определенным запасом. Коэффициент запаса (коэффициент плотности монтажа) для большинства узлов РЭС выбирают в пределах К_З = 1,0 … 2,7. Выбираем К_З = 2,5.

Расчет площади, занимаемой всеми ЭРЭ данного типа в проектируемом узле:

S_{R(C,VD,VT,DA,HG,ZQ,L,K,SB)} = n_{R(C,VD,VT,DA,HG,ZQ,L,K,SB)}*S_i, (22)

где    n - количество ЭРЭ данного типа (таблица 6),

S_i - площадь ЭРЭ данного типа (мм²).

Таблица 6 - Количество и установочная площадь применяемых ЭРЭ

В результате расчета получены следующие данные:

площадь, занимаемая резисторами S_R = 19·50=950 мм²;

- площадь, занимаемая конденсаторами S_C = 9·35=315 мм²;

- площадь, занимаемая ИМС S_DA =5·150=1050 мм²;

- площадь, занимаемая стабилитронами S_VD = 2·15=30 мм²;

- площадь, занимаемая диодами S_VD = 4·25=100 мм²;

- площадь, занимаемая оптопарами S_VU=2·80=160 мм²;

площадь, занимаемая трансформатором S_Т=1·4000=4000 мм²;

- площадь, занимаемая тиристорами S_VS=2·80=160 мм²;

- площадь, занимаемая кварцевым резонатором S_ZQ=1·35=35 мм²;

- площадь, занимаемая соединителями S_XS=3·80=240 мм²;

- площадь уголков и монтажных проводов S_уг + S_мп = 670 мм².

Расчет общей площади элементов монтажа:

S_общ = S_R+S_C+S_DА+S_VD+ S_VU+ S_T + S_VS + S_ZQ + S_XS +S_мп = 7710 мм².

Расчет площади печатной платы с учетом коэффициента плотности монтажа при Кз = 2,5:

S_ПП = S_общ • К_З, (23)

S_ПП = 7710 • 2,5 = 20000 мм².

Соотношение сторон по удобству расположения и крепления платы в конструкции узла РЭС выбирается: 1:1.

Расчет размера сторон платы:

S_ПП = X×Y = 2Х² откуда Х =,               (24)

X == 100(мм);

Y = X; Y = 100(мм).

По результатам расчета получены следующие данные:

длина платы: 100 мм;

ширина платы: 100 мм.

.4 Расчет печатного монтажа

Исходные данные для расчета:

максимальное напряжение на печатном проводнике относительно общего провода составляет 12 В;

максимально возможный ток через печатный проводник равен максимальному потребляемому нагрузкой току, и составляет по исходным данным порядка 0.1А;

в качестве материала печатной платы применяется односторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ-1-35-1,5;

метод изготовления печатной платы выбираем химический;

в качестве метода получения проводящего рисунка используем офсетную печать;

размер печатной платы равен 100×100 мм;

резистивное покрытие печатных проводников (лужение) осуществляется низкотемпературным сплавом Розе.

Минимально допустимая ширина печатного проводника равна:

Bmin ≥ Imax / (h_п • I_доп), (25)

где    h_п = h_ф+h_пм+h_г - толщина печатных проводников,

h_ф - толщина фольги (0,035 мм),

h_пм толщина предварительно осажденной меди (0,005 мм),

h_г - толщина наращенной гальванической меди (0,05 мм),

I_доп - допустимое значение плотности тока (30 А/мм²),

Imax - берется из исходных данных (0,4 А).

Bmin ≥ 0,1 / (0,09 • 30) ≥ 0,15 мм.

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Расчёт минимального расстояния между двумя печатными проводниками производится исходя из максимального рабочего напряжения в электрической схеме. Для напряжения питания 12В, при использовании стеклотекстолита в качестве основания печатной платы, минимальное расстояние между проводниками составляет 0,15 мм.

Для изготовления печатных плат используют фольгированный гетинакс и фольгированный стеклотекстолит, которые могут быть односторонними и двусторонними. Выбор материала выбирается из конструктивных соображений. Следует помнить, что гетинакс дешевле стеклотекстолита, но если плата должна быть двусторонней или изделие будет эксплуатироваться в условиях повышенной влажности, повышенных механических нагрузок или в тяжелом температурном режиме, то следует использовать стеклотекстолит. Кроме того, сцепление фольги со стеклотекстолитом лучше, чем с гетинаксом, и фольгированный стеклотекстолит выдерживает большее число перепаек, не отслаиваясь. Наиболее распространенные марки фольгированных диэлектриков следующие: ГФ-1-35, ГФ-1-50, ГФ-2-50, СФ-1-35, СФ-1-50, СФ-2-35, СФ-2-50, где первые две буквы означают вид диэлектрика, первая цифра говорит о том односторонний или двусторонний фольгированный диэлектрик, следующие две цифры указывают на толщину фольги в микрометрах.

Выбрано следующее:

- материал печатной платы: односторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ-1-35-1,5;

метод изготовления печатной платы: химический;

метод получения проводящего рисунка: офсетная печать;

резистивное покрытие печатных проводников: сплав «Розе».

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле:

,                                                     (26)

где l - длина проводника (для наиболее длинного - 0,07 м),

ρ -удельное сопротивление печатного проводника (0,0175Ом×мм²/м),

t - минимальная ширина проводника (0,08 мм),

h -толщина проводника.

Суммарная площадь печатных проводников в виде линий вычисляется по формуле:

Sпр = b×l,                                                 (27)

где    Sпр - суммарная площадь печатных проводников в виде линий,

b - ширина печатного проводника в мм,

l - общая длина печатных проводников в мм.

Sпр = 0,8×600 = 480мм².

Суммарная площадь контактных площадок вычисляется по формуле:

Sкпл = n×(R²к-R²отв.),                                   (28)

где    Sкпл - суммарная площадь контактных площадок,

Rк - радиус контактной площадки, равен 2мм,

Rотв - радиус отверстия, равен 1мм,

N - количество контактных площадок, 174.

Sкпл = 174×(3,14×2²-3,14×1²) = 1639,1 мм^2..

Суммарная площадь печатных проводников вычисляется по формуле:

Sпп = Sкпл+Sпр,                                      (29)

где    Sкпл - площадь контактных площадок,

Sпп - суммарная площадь печатных проводников, мм²,

Sпр - суммарная площадь печатных проводником в виде линий.

Sпп = 480+1639,1=2119 мм².

Паразитная емкость печатной платы вычисляется по формуле:

C = 9 ×10 ^-3 ε S_ПП ε ∕ h_п,                                       (30)

где    ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика,

h - толщина платы (1,5 мм),

S_ПП - суммарная площадь печатных проводников, мм².

С = 9 ×10^-3 ×5×2119/1,5=63 пФ.

Поскольку маркировка ЭРЭ и условное обозначение платы выполняется краской, то площадь металлизации равна площади проводящего слоя.

Площадь металлизации вычисляется по формуле:

Sмет = Sпп,                                               (31)

S_мет = 2119 мм².

Рассчитанное значение S_мет заносится в технические требования монтажа печатной платы (графическая часть ДП).

Паразитная поверхностная емкость между соседними проводниками вычисляется по формуле:

C = k × ε × l_п,                                          (32)

где    k - коэффициент, зависящий от ширины проводников и их взаимного расположения,

ε - диэлектрическая проницаемость материала платы,

l_п - длина взаимного перекрытия проводников.

C = 0,6 × 5 × 80 = 240 пФ.

Масса печатной платы определяется по формуле:

m = m_{п +} m_ф,                                               (33)

где    m_п - масса платы,_ф - масса фольги.

Масса печатной платы и массу фольги рассчитываются по формуле:

= r×V,                                             (34)

где    r - удельная плотность, кг/м³,

V - объем, .

Значения определяются по справочникам:

толщина фольги - h_ф = 0.035 мм,

удельная плотность фольги - 2,6*10³кг/м³,

- удельная плотность стеклотекстолита - 1700 - 1800кг/м³,

толщина платы - Н = 1,5 мм._п = 1700*0,1*0,1*0,0015 = 25,5г,_ф = 2,6*10³*0,1*0.1 *0,035*10^-3 = 0,91мг.

Так как масса фольги на три порядка меньше массы платы, массой фольги можно пренебречь.

Определяется масса печатной платы с элементами. Результаты расчетов записываются в таблицу 7.

Таблица 7 - Вес отдельных элементов устройства