Материал: Разработка конструкции и технологии изготовления радиомикрофона

.3 Разукрупнение схемы электрической принципиальной

Независимо от назначения и функциональной сложности изделия разукрупнение РЭС на конструктивно-технологические единицы (КТЕ) имеет ряд общих принципов, главными из которых являются:

конструктивная и функциональная законченность КТЕ;

минимальное количество внешних электрических соединений при условии выполнения конструктивной и функциональной законченности;

максимальная сложность КТЕ на низших структурных уровнях, причем функциональная сложность ограничивается технологией производства процентом выхода годных изделий и стоимостью.

Оценка разукрупнения

Рассмотрим два варианта компоновки:

Рисунок 2.4

Оценку разукрупнения производим по формализованному показателю разукрупнения:

Вариант 1

Компоновка на одной КТЕ

Вариант 2

Компоновка на двух КТЕ

По теории лучший вариант будет тот, у которого формализованный показатель качества больше.

Наибольшее значения показателя  = 3,2,поэтому выбираем вариант 1.

3. Разработка конструкции модуля радиомикрофона

3.2 Выбор системы охлаждения модуля радиомикрофона

Поскольку способ охлаждения в значительной мере определяет структуру конструкции РЭС, уже на ранних стадиях разработки важно правильно выбрать способ охлаждения. Способ охлаждения выберем с помощью диаграммы (Рисунок 3.1).

Допустимый перегрев конструкции

75 - 55 = 20°С

min температура РЭ

 - поверхностная плотность теплового потока

Где S площадь модуля

- поправочный коэффициент на давление окружающей среды

Р = Р_ПОТР (1-η) = 3∙ 0.0025(1- 0,4) = 0,0045 Вт.

Берем десятичный логарифм от P_os

Далее по диаграмме определяем способ охлаждения. Подставляя полученную точку (0,78; 5) (участок 1), можно утверждать, что рассчитываемая конструкция обеспечивает нормальный тепловой режим при естественном воздушном охлаждении.

Рисунок 3.1

Указанные на рисунке 3.1 зоны относятся к следующим способам охлаждения:

- естественное воздушное;

- естественное и принудительное воздушное;

- принудительное воздушное;

- принудительное воздушное или жидкостное;

- принудительное жидкостное;

.3 Выбор материалов конструкции

Выбор материала основания печатной платы

Выбор материала для управляющей части радиомикрофона производить среди основных материалов для производства ПП - гетинакс и стеклотекстолит.

Выбор печатный платы произведен на основании комплексного показателя качества.

Комплексный показатель качества представляет собой сумму взвешенных дифференциальных и нормированных показателей качества

весовой коэффициент

нормированный показатель качества

Для рассчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.1

Таблица 3.1

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении пробивного, разрушающего и допустимого рабочего напряжения качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу

Таблица 3.2

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

Таблица 3.3

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

плотность материала -2

разрушающее напряжение при растяжении - 2

разрушающее напряжение при растяжении - 2

значение допустимого рабочего напряжения - 4

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Стеклотекстолит:

Гетинакс:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть стеклотекстолит.

Для основания печатной платы выбираем 2-х слойный стеклотекстолит.

Выбор материала для корпуса модуля радиомикрофона

Выбор материала для корпуса радиомикрофона производить среди алюминия и меди

Выбор корпуса произведен на основании комплексного показателя качества.

Для расчетов используются следующие показатели качества приведенные в таблице 3.4

Таблица 3.4

Произведём выравнивание влияния дифференциальных показателей. При увеличении удельной теплоемкости качество материала платы повышается. А при увеличении плотности материала качество ухудшается, так как это ведет к увеличению массы платы в целом и напрямую отразится на показателе вибропрочности. Поэтому показатель плотности заменим обратной величиной. Данные заносим в таблицу

Таблица 3.5

Выполним нормирование значений показателей качества путём деления каждого на максимальное значение своего подпункта.

Таблица 3.6

Введем весовые коэффициенты по десятибальной шкале:

плотность материала - 4;

удельное сопротивление - 2;

модуль упругости - 2;

удельная теплоемкость - 2.

Рассчитываем значение комплексного показателя качества для каждого материала.

Алюминий:

Медь:

Так как при выравнивании влияния дифференциальных параметров выбрана тенденция на увеличение показателей (чем больше, тем лучше), то лучшим вариантом будет показатель с наибольшим значением, то есть алюминий.

Определение геометрических размеров печатной платы

Чтобы определить геометрические размеры ПП необходимо учитывать:

. X1 = X2 = Y1 = Y2 = δ,

где δ - толщина печатной платы

. Наличе разъемов

Из условий ТЗ печатная плата имеет прямоугольную форму, на ПП должны быть размещены РЭ и краевые поля, показанные на рисунке 3.2

Y1

    6   32     32     23     33

Х1    Х2    Y2

Рисунок 3.2

Расчет:

Х1 = Х2 = δ_пл = 1.5мм

Размер по Х:

L_х = L_плх+2 δ_пл = 55+2∙1.5 = 58 мм

Y1 = Y2 = 2мм

Размер по Y:

L_y = L_плy+2Y = 32+2∙2 = 36мм

Нормальный ряд

L_х +L _y = 60×40мм

Ожидаемая площадь для платы управления S_рэ = 1770,39 мм²

Площадь платы по ТЗ S_пл = 2400 мм²

Все элементы смогут быть размещены на плате с выбранными геометрическими размерами

Расчет элементов печатной платы

Расчету подлежат диаметры монтажных отверстий и переходных площадок, минимальная ширина проводников на падение напряжений на проводниках, обусловленные сопротивлением проводников. Расчеты геометрических размеров элементов проводятся с целью коррекции изменения размеров элемента в процессе изготовления платы - техническая погрешность.

Выбор класса точности обусловлен, прежде всего элементной базой. Элемент с наименьшим расстоянием между выводами VD4 и оно составляет 2,54 мм. Следовательно, оптимальным будет выбор 1класса точности.

. Минимальный диаметр переходного отверстия d_по

d_по≥K_дт∙h_пл

h_пл - толщина ПП

h_дт = 0,5 - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, для ПП 1-го класса точности.

d_по≥0,5∙1,5 = 0,75 мм

. Диаметр монтажного отверстия:

d_мо≥ d_в+2h_r+Δ+δ_д

где d_в - диаметры выводов равные 0,53 мм.

h_r = 0.05мм - толщина гальванического осаждения меди в отверстия,

Δ = 0,5мм - необходимый зазор между выводом радиоэлемента и поверхностью отверстия,

δ_д = 0,12мм - погрешность диаметра монтажного отверстия,

d_мо = 1,25мм, выбираем d_мо = 1,5 мм.

. Минимальный диаметр контактной площадки:

где b_н = 0,3мм - ширина пояска контактной площадки,

δ_о = 0,07мм - погрешность расположения отверстия,

δ_кп = 0,15мм - погрешность расположения контактной площадки,

δ_ф = 0,06 - погрешность фотошаблона,

h_ф = 0,05мм - толщина фольги,

d_кп = 2,425 мм

. Минимальная ширина проводника:

b_п.р ≥ t+ δ_ф +1.5∙h_ф = 0,735, выбираем 0,75 мм

где t = 0,6 ширина проводника соответствующая 1-му классу точности.

. Минимальное расстояние между проводниками:

S = l_о.л -(b_п.р+2∙δ_с.п) = 0,115 мм

где l_о.л = 0,5мм - расстояние между осевыми линиями проводников, предусмотренное топологией печатной платы,

δ_с.п = 0,05мм - погрешность смещения проводников.

. Расчет показателей качества конструкции

ФЯ размещена в корпусе и закрепляется с помощью установочных элементов на направляющие блока. Поверхности корпуса и нагретой зоны приняты за изометрические с температурами t_к и t_з. Суммарную мощность источников тепла обозначим P,Вт. Тепло с поверхности нагретой зоны конвекцией σ_зк, теплопроводностью через элементы крепления σ_зт и излучением через воздушные промежутки σ_зл передаётся на стенки корпуса σ_ст. Передача тепла с корпуса окружающей среде t_с осуществляется за счет конвекции σ_кк и излучения σ_кл.

t_нз - температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

t_с - температура окружающей среды;

t_вк - температура внутри корпуса;

t_к - температура корпуса;

σ_эк - конвективная проводимость нагретой зоны;

σ_зт - кондуктивная проводимость нагретой зоны;

σ_эл - лучевая проводимость нагретой зоны;

σ_ст - проводимость стенки корпуса;

σ_кк - конвективная проводимость корпуса;

σ_кл - лучевая проводимость корпуса.

Для расчета теплового режима необходимо перейти от реального изделия к тепловой модели. Тепловая модель показана на рисунке 4.1

2

Рисунок 4.1; 1 - ФЯ, 2 - корпус, 3 - крепеж

Воспользуемся принципом электротепловой аналогии и перейдем от тепловой модели к тепловой схеме. Тепловая схема показана на рисунке 4.2

Рисунок 4.2

t_нз - температура нагретой зоны (температура на поверхности печатной платы);

t_с - температура окружающей среды;

t_вк - температура внутри корпуса;

t_к - температура корпуса;

σ_эк - конвективная проводимость нагретой зоны;

σ_зт - кондуктивная проводимость нагретой зоны;

σ_эл - лучевая проводимость нагретой зоны;

σ_ст - проводимость стенки корпуса;

σ_кк - конвективная проводимость корпуса;

σ_кл - лучевая проводимость корпуса.

.1 Расчет среднеповерхностной температуры корпуса.