5.     В соответствии с ГОСТ 2.414078 и исходя из особенностей схемы, выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм.

6.     Способ получения рисунка – фотохимический.

2.4. Конструкторский расчет элементов печатной платы.

1.     Шаг координатной сетки – 1,25 мм.

2.     Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току:

вmin1=, где

Imax=30 мА            t=0,02 мм             jдоп=75 А/мм2

3.     Определяем минимальную ширину проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем:

вmin2=, где

Uдоп12 В*0,05=0,6 В    l=0,5 м        r=0,0175 []

вmin2==0,022 мм.

4.     Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

d=dэ+êbdноê+Г,  Ddно=0,1 мм, Г=0,3 мм.

а) для микросхем

          dэ=0,5 мм    d=0,9 мм

б) для резисторов

          dэ=0,5 мм    d=0,9 мм

в) для диодов и стабилитронов

          dэ=0,5 мм    d=0,9 мм

г) для транзисторов

          dэ=0,5 мм    d=0,9 мм

д) для конденсаторов

          dэ=0,5 мм    d=0,9 мм

е) для разъема

          dэ=1 мм      d=1,4 мм

5.     Рассчитанные значения сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:

0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для разъема: d=1,5 мм.

6.     Минимальное значение диаметра металлизированного отверстия:

dminHплg, где Нпл=1,5 мм – толщина платы; g=0,25

dmin1,5*0,25=0,5 мм

7.     Диаметр контактной площадки:

D=d+Ddво+2вm+Dвво+(d2d+d2p+Dв2но)1/2

Ddво=0,5 мм;        вm=0,025 мм         Dвво=Dвно=0,05 мм

dр=0,05 мм;          dd=0,05 мм

Ddво+2 вm+Dвво+(d2d+d2p+Dв2но)1/2=0,05+0,05+0,05+(3*25*10-4)1/2=0,24

d=0,7 мм              D=0,95 мм

d=0,9 мм              D=1,15 мм

d=1,5 мм              D=1,75 мм

8.     Определение номинальной ширины проводника:

в=вMD+êDвНОê, где

вMD=0,15 мм; DвНО=0,05 мм

в=0,15+0,05=0,2 мм

9.     Расчет зазора между проводниками:

S=SMD+DвВО, где

DвВО=0,05 мм; SMD=0,15 мм

S=0,15+0,05=0,2 мм

10. Расчет минимального расстояния для прокладки 2-х проводников между отверстиями с контактными площадками диаметрами D1 и D2.

l=+вn+S(n+1)+dl , где

n=2; dl=0,03 мм

l=1,05+0,4+0,6+0,03=2,1 мм.

2.5. Расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка.

1.     Минимальный диаметр контактной площадки:

Dmin=D1min+1,5hф+0,03

D1min=2(вм++dd+dp)

dmax1=0,9 мм

D1min=2(0,025+0,45+0,05+0,05)=1,15 мм

Dmin1=1,15+0,6=1,21

dmax2=1,5 мм

Dmin2=1,81 мм

2.     Максимальный диаметр контактной площадки:

Dmax=Dmin+(0,02…0,06)

Dmax1=1,21+0,02=1,23 мм

Dmax2=1,81+0,02=1,83 мм

3.     Минимальная ширина проводника:

вmin=в1min+1,5hф+0,03, где

в1min=0,15 мм

вmin=0,15+0,6=0,21

4.     Максимальная ширина проводника:

вmax= вmin+(0,02…0,06)

вmax=0,23 мм

5.     Минимальная ширина линии на фотошаблоне:

вмmin= вmin-(0,02…0,06)

вмmin=0,21-0,02=0,19 мм

6.     Максимальная ширина линии на фотошаблоне:

вмmax= вmin+(0,02…0,06)

вмmax=0,21+0,06=0,27 мм

7.     Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

S1min=L0-[Dmax/2+dp+ вmax/2+dl]

L0=1,25 мм

S1min=1,25-0,615-0,05-0.115-0,03=0,44 мм

8.     Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

S2min=L0-(Dmax+2dp)

L0=1,25 мм+0,3 мм=1,55 мм

S2min=1,25-1,23-2*0,05+0,03=0,20 мм

9.     Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотоблоке:

S3min=L0-(Bmax+2dl)

L0=1,25 мм

S3min=1,25-0,575-0,05-0,135-0,03=0,46 мм

10. Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотоблоке:

S4min=L0-(Dмmax/2+dp+вмmax/2+dl)

L0=1,25 мм

S4min=1,25-0,575-0,05-0,135-0,03=0,46 мм

11. Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотоблоке:

S5min=L0-(Dмmax+2dp)

L0=1,55 мм

S5min=1,55-1,25-0,1=0,2 мм

12. Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотоблоке:

S6min=L0-(вмmax+2dl)

L0=1,25 мм

S6min=1,25-0,27-0,06=0,92 мм

2.6. Расчет проводников по постоянному току.

Наиболее важными электрическими свойствами печатных плат по постоянному току является нагрузочная способность проводников по току и сопротивление изоляции.

Практически сечение проводника рассчитывается по допустимому падению напряжения Uп на проводнике:

1.     Uп=           вп=0,23 мм            hф=0,02 мм

l=0,5 м                 r=0,0175          I=30 мА

Uп==57 мВ

Uп<Uзпу=0,4¸0,5 В

2.     Расчет сечения печатного проводника сигнальной цепи:

Sc  ³ ==6,6*10-4 мм

3.     Расчет сечения печатного проводника шины питания и земли:

Sпз ³ ==21,88*10-4 мм2

4.     Поверхностное сопротивление изоляции:

RS=                l3=0,96 мм            l=0,5 м

rS=5*1010 Ом

RS==9,6*107 Ом

5.     Объемное сопротивление изоляции:

RV=              rV=5*109 Ом*м

Sп=вп2=4,41*10-2 мм2               hпп=1,5 мм

RV==1,7*1014 Ом

6.     Сопротивление изоляции:

RU===9,6*107 Ом

7.     RU>103Rвх, где Rвх==10 кОм.

2.7. Расчет проводников по переменному току.

1.     Падение импульсного напряжения на длине проводника в l cм.

UL=Lпо             Lпо=1,8 ; DI=6 мА; tU=5 нс

UL=1,8 =2,16

2.     Максимальная длина проводника:

lmax<==185 cм

3.     Задержка сигнала при передаче по линии связи:

tз ==             e=5; m=1; t0=0,33 нс/м

l=0,5 м

tз=0,5*0,33=0,37 нс

4.     Взаимная индуктивность и емкость двух проводников:

                   lз             впр

                                                C11=0,09(1+e)lg(1+2впр/lз+впр2/lз2)=

                                                0,09(1+5)lg(1+2+()2)=0,1пФ/см

С1=С11l=0,3*50=5 пФ

М11=2(ln-1)=2(ln-1)=6,86 мГн/см

М1=М11l=6,86*0,5=3,43 мГн

                                      C21=

x=; f(x)=2arctg+ln(4x2+1)

x==13,04                 f(x)=5,13

C21==0,047 пФ/см

С2=С12*l=2,35 пФ

М21=2=10,44 мГн/см

М2=М21*l=5,22 мГн

                                                С31=0,17e

С31=0,17*5=0,72 пФ/см

С3=С31*l=36 пФ

                                                С41=0,2e

С41=1+=1,31 пФ/см

С4=С41*l=68 пФ

5.     Между рядом расположенными проводниками существует электрическая связь через сопротивление изоляции RU, взаимную емкость С и индуктивность М, которая приводит к появлению на пассивной линии связи напряжения перекрестной помехи от активной линии. Надежная работа цифровых электронных схем будет обеспечена, если напряжение помехи не превысит помехоустойчивости логических схем

U=URU+UC+UL<UЗПУ

В состоянии лог. «1» помеха слабо влияет на срабатывание логического элемента, поэтому рассмотрим случай, когда на входе микросхемы лог. «0». При этом:

Uвх0=0,4 В             Uвых0=0,4 В           f=5*105Гц

Iвх0=0,1 мА           Iвых04 мА               Е0=2 В

Rвх0=4 кОм           Rвых0=100 Ом      

U==

==

=0,49*10-3ê6,2-j269,3ê=0,13 В<0,4 В

2.8. Оценка вибропрочности и ударопрочности.

1.     Оценка собственных частот колебаний платы:

f0=*

М=Мп+mрэ=авhr+mрэ=215*120*1,5*10-6+0,28=0,4 кг

Кa=К(a+b)1/2

К=22,37                a=1             b=g=0                   Кa=22,37

D=

f0= Гц

2.     Оценка коэффициента передачи по ускорению:

g(х, у)=

а(х, у) и ао – величины виброускорений в точке (х, у) и опорной соответственно:

g(х, у)=

e===6,37*10-3

h===0,42            K1(x)=K1(y)=1,35 из графика

g(х, у)=1,39

а(х, у)=а0g(х, у)=8g*1,39=11,13g

Оценка амплитуды виброперемещения.

1.     SB(x,y)=x0g(x,y)

x0==мм

SB=1,21*1,39=1,68 мм

2.     Определим максимальный прогиб печатной платы:

dВ=|SB(x,y)-x0|=0,47 мм

Вывод: адоп=15g>a(x,y)=11,13g

          0,003в=0,54 мм>dB=0,47 мм

Расчет ударопрочности.

1.     Частота ударного импульса:

w=           t=10-3 c       w=3140

2.     Коэффициент передачи при ударе:

Ку=2sin=2sin=0,45

=6,95 – коэффициент расстройки

3.     Ударное ускорение:

ау=Ну*Ку=15g*0,45=6,72g

4.     Ударное перемещение:

мм

Вывод:        адоп=35g>ay=6,72g

          0,003в=0,54 мм>Zmax=0,15 мм

5.     Частным случаем ударного воздействия является удар при падении прибора. Относительная скорость соударения:

V0=Vy+V0T

Vy=           H=0,1 м

V0T=Vy*KCB=1,41*0,68=20,97 м/с

V0=1,41+0,97=2.38 м/с

Действующее на прибор ускорение:

ап=2pV0f0=6,28*2,38*71,9=109g

aдоп=150g>aп=109g

2.9. Расчет теплового режима.

Размеры нагретой зоны:

l31=180 мм; l32=215 мм; l33=15 мм

Размеры блока:

ld1=220 мм; ld2=255 мм; ld3=55 мм

1.     Площадь блока.

Sd=2(ld1 ld2+( ld1+ ld2) ld3)=2(0,22*0,255+(0,22+0,255)0,055)=0,16 м2

2.     Поверхность нагретой зоны:

SH3=2(l31 l32+( l31+ l32) l33)=2(0,18*0,215+(0,18+0,215)0,015)=0,09 м2

3.     Удельная мощность, рассеиваемая блоком:

qd==93,75 Вт/м2

4.     Удельная мощность, рассеиваемая зоной:

qH3= Вт/м2

5.     Перегрев блока и нагретой зоны относительно окружающей среды:

   DТ,°С

	20 15 10 5

 

                                                                             DТ1=10°С - qd

                                                                             DT2=15°C - qНЗ

                   50      100     150     200      250  qd,qНЗ  Вт/м2

6.     Площадь вентиляции:

SBO=Sd*0,2=0,16*0,2=0,032 м2

7.     Коэффициент перфорации:

КПФ=

8.     Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий:

Кm=У(КПФ)

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Km

                                                                   Km=0,5

                                0,1     0,2      0,3       0,4      0,5       КПФ

9.     Перегрев поверхности блока с учетом перфорации:

DТd=0,93*КmDТ1=0,93*0,5*10=4,65°С

10. Перегрев нагретой зоны с учетом перфорации:

DТНЗ=КmDТ2=0,5*15=7,5°С

11. Перегрев воздуха в блоке:

DТСП=0,6DТНЗ=0,6*7,5=4,5°С

12. Удельная мощность, рассеиваемая компонентом:

qK===2555,4 Вт/м2

13. Перегрев поверхности компонента:

DТК=DТНЗ(0,75+0,25)=7,5(0,75+0,25)=34,4°С

14. Перегрев воздуха над компонентом:

DТСК=DТСП(0,75+0,25)=20,61°С

15. Температура блока:

Тd=ТОС+DТd=25+4,65=29,65°С

16. Температура нагретой зоны:

ТНЗ= ТОС+DТНЗ=25+7,5=32,5°С

17. Температура воздуха в нагретой зоне:

ТСП= ТОС+DТСП=25+4,5=29,5°С

18. Температура компонента:

ТК= ТОС+DТК=25+34,4=59,4°С

19. Температура окружающей компонент среды:

ТСК= ТОС+DТСК=25+20,61=45,61°С

Тдоп=70°С>ТК=59,4°С

В данном блоке не нужна принудительная вентиляция, т.к. естественные условия допускают температурный режим.

2.10. Расчет качества.

Расчет качества будем производить по следующим показателям:

1.     Назначения.

2.     Надежности.

3.     Технологичности.

4.     Эргономико-эстетическим.

1)