Разработка рабочей документации компаратора фазы

,МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова»

Кафедра «Вычислительная Техника»

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине:

Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ

на тему: «Разработка рабочей документации компаратора фазы»

 

 

Выполнил:

студент группы 861зт

Сафин А.Ф

 

Принял:   

Шамсиахметов О.Я.

 

 

 

                                                Ижевск 2014

 

Содержание

1. Техническое задание …………………………………………………………….…….2

2. Конструкторская часть 3

2.1 Анализ технического задания 3

2.2 Принцип работы устройства 4

2.3. Выбор элементной базы 4

2.4 Расчет площади печатной платы 4

2.4.1 Расчет диаметра монтажных отверстий 4

2.4.2 Расчет минимального переходного отверстия 4

2.4.3 Минимальное значение диаметра контактной площадки 4

2.4.4 Минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка 4

2.4.5 Элементы проводящего рисунка 4

2.4.6 Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника 4

2.5 Расчет надежности 4

2.6 Расчет тепломассообмена 4

2.7 Расчет электромагнитной совместимости 4

2.8 Расчет виброустойчивости. 4

3. Технологическая часть 4

3.1 Оценка технологичности конструкции 4

Заключение 4

Список литературы 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструкторская часть

2.1 Анализ технического задания

 

По техническому заданию нам необходимо разработать конструкторскую документацию для устройства "Компаратор фазы".

Начальные данные, на которые мы будем опираться, - это схема электрическая принципиальная и перечень элементов.

Схема у нас будет реализована на  элементах, для питания  которых используется напряжение 5 В ± 5%, что входит в заданный  ТЗ диапазон. Для современных  серий используемых нами микросхем выходной ток не превышает 50 мА что опять же удовлетворяет нашему ТЗ.

Размер разрабатываемого блока составляет не более 175х80x15 мм.

Высота печатной платы выбрана исходя из высоты самого высокого элемента  не менее 11 мм.

Модуль должен безотказно работать не менее пяти лет в заданных условиях эксплуатации.

Если частота внешних воздействий попадает в диапазон от 0 до 120 Гц, то изделие придет в негодность, из-за  резонанса. Что бы этого избежать, необходимо, чтобы частота внешних воздействий, не лежала в заданном диапазоне.

Климатические характеристики, такие как рабочая температура и влажность воздуха, выбраны для обеспечения работоспособности микросхем.

Рабочая температура от -50 до +50 °С при влажности не более 70%. Такой диапазон обеспечивает работоспособность микросхем в модуле.

Разрабатываем документацию - перечень элементов, сборочный чертеж, спецификация, печатная плата, электрическая принципиальная схема, проводим расчёт элементов, расчёт надёжности, расчет тепломассаобмена, расчёт электромагнитной совместимости, расчёт технологичности изделия. так как она необходима для изготовления данного изделия. Для изготовления данного модуля необходимо  отправить документацию  на предприятие, и по ней изготовят модуль.

 

2.2 Принцип работы устройства

 

Модуль условно разделён на две схемы детекторов нуля гальванически независимых друг от друга. Преобразователь напряжения 5 Вольт ± 10% в 5 Вольт DA1 обеспечивает развязку по питанию, оптореле DA3 развязку выхода детектора нуля. Опорное напряжение подаётся на контакты "400 Гц, 110 В". R1 и R2 - делитель напряжения, элементы С1, R3…R8, компаратор DA2, диоды VD1 и VD2 образуют детектор нуля. Нагрузкой выхода DA2 служит светодиод оптореле DA3 и ограничитель тока VD3, обеспечивающий оптимальный режим работы оптореле при помехах в питании. Сигнал датчика подаётся на контакты "Датчик" через делитель R9, R10 на ОУ DA4. Через конденсатор С10 усиленный сигнал поступает на второй детектор нуля, образованный элементами VD4, VD5, R14…R18, C11, DA5. Нагрузка компаратора DA5 - R19. Резистор R20 необходим для обеспечения нормального режима работы элемента сложение по модулю 2 DD1. На входы DD1 поступают сигналы от двух детекторов нулей. В зависимости от фаз входных сигналов модуля на выходе DD1 формируется логический уровень сигнализирующий о наличии или отсутствии сдвига фазы 180°. Конденсатор С12 необходим для сглаживания пульсаций. Конденсаторы С2…С9 подавляют помехи в проводниках питания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Выбор элементной базы

Микросхема МС3302Р рабочий диапазон температур от -40°C до +85°C [6];

Микросхема 1564ЛП5 рабочий диапазон температур от -60°C до +125°C [11];

Микросхема Analog Devices  OP213FP рабочий диапазон температур от -40°C до +85°C [8];

Оптореле 249КП10АР рабочий диапазон температур от -60°C до +125°C [10];

Преобразователь напряжения Recom RNM-0505S рабочий диапазон температур от -40°C до +85°C [7];

Резистор С2-23-0,25 ± 5%  рабочий диапазон температур от -60°C до +155°C [12]

Диод 2Д522Б рабочий диапазон температур от -55°C до +85°C [13]

Конденсатор R15-N-1.5пФ-J-50В рабочий диапазон температур -55 до +125[10];

Конденсатор R20-N-1.5пФ-J-50В рабочий диапазон температур -55 до +125[10];

Конденсатор ECR 22 мкФ 50 B рабочий диапазон -40 до +85 [14].

 

Исходные интегральные микросхемы и электро-радио элементы

                    Таблица 1

Наименование	Тип корпуса	Кол.
Диод 2Д522Б	PHT	4
Конденсатор R15-N-1.5пФ-J-50В	PHT	2
Конденсатор R20-N-0,47 мкФ-К-1H-H5	PHT	5
Конденсатор ECR 22 мкФ 50 B	PHT	5
Преобразователь напряжения Recom RNM-0505S	DIP-4	1
Микросхема МС3302Р	DIP-14	2
Оптореле 249КП10АР	DIP -8	1
Analog Devices  OP213FP	DIP-8	1
Микросхема 1564ЛП5	DIP-14	1
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 10кОм	PHT	3
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 4,3 кОм	PHT	6
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 10 Мом	PHT	2
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 4,7 Мом	PHT	3
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 620 кОм	PHT	1
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 62 кОм	PHT	3
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 22 кОм	PHT	1
Резистор С2-23-0,25 ± 5% 470 Ом	PHT	1

 

2.4 Расчет площади печатной платы

Для расчета площади и размеров печатной платы необходимо знать:

• Площади всех элементов на печатной плате;
• Коэффициент заполнения;

 

                 Таблица 2

Позиционное обозначение	Наименование	Длина, мм	Ширина, мм	Кол.	Площадь, мм2
C1,С11	R15-N-1.5пФ-J-50В	3.8	2.5	2	19
С2-С4,С6,С10	R20-N-0,47 мкФ-К-1H-H5	5	3	5	75
С5,С7-С9,С12	ECR 22 мкФ 50 B	5	-	5	25
DA1	Преобразователь напряжения Recom RNM-0505S	8.3	6.8	1	56.4
DA2,DA5	Микросхема МС3302Р	19.69	8.26	2	325.3
DA3	Оптореле 249КП10АР	10	7.5	1	75
DA4	Analog Devices  OP213FP	5	6.2	1	31
DD1	Микросхема 1564ЛП5	10	7.3	1	73
R1-R3	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	3	63
R4,R6,R7,R14,R16,R17,R19	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	7	147
R5,R15	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	2	42
R8,R18,R20	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	3	63
R9	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	1	21
R10,R11,R13	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	3	63
R12	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	1	21
R21	С2-23-0,25 ± 5%	7	3	1	21
VD1,VD2,VD3,VD4	С2-23-0,25 ± 5%	3.8	1.9	4	28.88

 

Выбираем коэффициент заполнения Kз = 0,5

 

C целью максимального использования физического объёма конструкции устройства и упрощения его изготовления выгодно спроектировать печатную плату прямоугольной формы.

Стороны печатной платы: L = B =

Выберем размер ПП, такой же как указан в ТЗ 175х80 мм

 

 

2.4.1 Расчет диаметра монтажных отверстий

Номинальный диаметр монтажных отверстий устанавливают исходя из соотношения:

, [1] где

где Ddн.о - нижнее предельное отклонение диаметра отверстия (таблица 3)

dэ - максимальное значение диаметра вывода ИЭТ, устанавливаемого на печатную плату (для прямоугольного вывода за диаметр берется диагональ его сечения);

 r - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого ИЭТ..

Расчетное значение диаметра монтажного отверстия следует округлять в сторону увеличения до десятых долей миллиметра.

Диаметр монтажного отверстия выбирают таким образом, чтобы значение r было 
от 0,1 до 0,4 мм при ручной установке ИЭТ и от 0,4 до 0,5 мм - при автоматической..

Предельные отклонения размеров диаметров монтажных и переходных отверстий устанавливают в соответствии с табл. 3

Таблица 3 Предельные отклонения диаметров монтажных и переходных отверстий, мм

Диаметр отверстия d, мм	Наличие металлизации	Предельные отклонения диаметра Dd, мм, для класса точности
		1	2	3	4	5
До 1,0             Св. 1,0	Без металлизации   С металлизацией без оплавления   С металлизацией и с оплавлением   Без металлизации   С металлизацией без оплавления   С металлизацией и с оплавлением	±0,10   +0,05;-0,15     +0,05;-0,18     ±0,15   +0,10;-0,20     +0,10;-0,23	±0,10   +0,05;-0,15     +0,05;-0,18     ±0,15   +0,10;-0,20     +0,10;-0,23	±0,05   +0;-0,10     +0;-0,13     ±0,10   +0,05;-0,15     +0,05;-0,18	±0,05   +0;-0,10     +0;-0,13     ±0,10   +0,05;-0,15     +0,05;-0,18	±0,05 (±0,025)* +0;-0,10 (+0;-0,075)*   +0;-0,13     ±0,10   +0,05;-0,15     +0,05;-0,18

 

d ≥ 0,05+1+0,4 d ≥ 1,45 d = 1,45 по ГОСТ 10317-79 выбираем d =1,5

 

 

2.4.2 Расчет минимального переходного отверстия

[2]

где Нп - толщина ПП

= 0,33мм (отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине ПП см. табл. 4);

Hп = (1,5 + 2 · 0,035) = 1,57мм (толщина изолирующего слоя и двух слоев меди);

Dпо = 0,33 · 1,57 = 0,682мм

Из ряда диаметров переходных отверстий по ГОСТ 10317-79 выбираем d0 = 0,5мм.

Таблица 4- Наименьшие номинальные значения основных параметров

Условные обозначения элементов печатного монтажа	Класс точности ПП
	1	2	3	4	5
t, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
S, мм	0,75	0,45	0,25	0,15	0,10
b, мм	0,30	0,20	0,10	0,05	0,025
γ = d / H	0,40	0,40	0,33	0,25	0,20
Δt, мм (без покрытия)	±0,15	±0,10	±0,05	±0,03	0; -0,03
Δt, мм (с покрытием)	+0,25; -0,20	+0,15; -0,10	±0,10	±0,05	±0,03
T1, мм - ОПП, ДПП, МПП (наружный слой)	0,20	0,10	0,05	0,03	0,02
T1, мм - МПП (внутренний слой)	0,30	0,15	0,10	0,08	0,05

 

Примечание:

- t - наименьшая номинальная ширина проводника;