Разработка рабочей документации компаратора фазы

 

Расчет стационарного теплового режима дискретных ЭРЭ в блоке с естественным воздушным охлаждением.

• [t0] - базовая температура (tсреды = 20º + 273 = 293 К);
• [Qэ] - мощность, выделяющаяся в дискретном ЭРЭ, Вт;
• [LKX, LKY, LKZ] - размеры корпуса блока без учета теплоотдающих ребер (0,175м, 0,080м, 0,015м, рис.1);

3. [Kз] - коэффициент заполнения блока мм3;

• [SK] - общая площадь внешней поверхности корпуса блока (14000мм2);
• [Sэ] - суммарная S поверхности дискретного ЭРЭ и радиатора, м2;
• [lx, ly] - размеры печатных плат ячейки (0,175, 0,080м, рис. 1);

7. [Кп] - коэффициент перфорации корпуса блока ;

• [Н1] - давление окружающей среды (105 Па);
• [H2] - давление воздуха внутри корпуса блока (105 Па);
• [ε1] - степень черноты поверхности дискретного ЭРЭ (табл. 10);

- [Мэ] - определяющий размер дискретного ЭРЭ, м;

- [Qб] - мощность, выделяющаяся в блоке (11,45 Вт);

 

Рис.1- Габариты разрабатываемого блока

 

1. Определим удельную  мощность корпуса блока - qк

2. Определим перегрев корпуса блока θK

θK = θко · Ккп · КH1, где

θко  - перегрев корпуса герметичного блока при давлении окр. ср.  0,1 Мпа;

θко = 0,1472 · qк - 0,2962 · 10 · qк + 0,312 · 10-6 · qк ≈ 0,075;

Ккп = 0,06кп= 1;

К H1 - коэффициент, учитывающий давление окружающей среды;

К H1 = 11,2 · H1-0,21 = 0,99;

 

θK = 0,75 · 1 · 0,99 = 0,74

 

 

3. Определим удельную мощность нагретой зоны блока

 

4. Определим  cреднеобъемный перегрев нагретой зоны блока - θз

, где 

θз0 - среднеобъемный перегрев нагретой зоны блока в герметичном корпусе при давлении воздуха внутри блока 0,1 МПа и отсутствии внутреннего перемешивания воздуха, град;

θз0 = 0,139 · qз - 0,1223 · 10-3 · qз2 + 0,0698 · 10-6 · qз3 ≈ 34,03

Kw - коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха;

KH2 - коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока;

KH2 = 6,34 · (105)-0,16 = 1.45

5. Определим среднеобъемный перегрев воздуха внутри блока - θв

6. Определим удельную мощность дискретного ЭРЭ qэ

    

   

 

7.Определим лучистый коэффициент теплоотдачи для дискретного ЭРЭ - αп

 

 

Таблици 10 - Степень черноты полного нормального излучения для некоторых материалов

Материал	Степень черноты
Алюминий полированный	0,04-0,06
Алюминий с шероховатой поверхностью	0,06-0,07
Дюралюминий	0,37-0,41
Краска защитно-зеленая	0,90
Краски эмалевые	0,92
Лак белый	0,80-0,98
Масляные краски различных цветов	0,92-0,96
Медь окисленная	0,60-0,70
Никель технический чистый полированный	0,07-0,09
Серебро чистое полированное	0,02-0,03
Сталь никелированная листовая	0,11
Пластмассы	0,92

 

8.Определим конвективный коэффициент теплоотдачи для дискретного ЭРЭ - αк

αк = 0,062 · qэ ·

αк1 = 0,062 · 6148 · 1 =381,176

αк2 = 0,062 · 13698 · 1 = 849,276

αк3 = 0,062 · 22580 · 1 = 1399,96

αк4 = 0,062 · 9300 · 1 = 576,6

αк5 = 0,062 · 10630 · 1 =659,06

αк6 = 0,062 · 11904 · 1 =738,048

αк4 = 0,062 · 41551 · 1 =2576

 

9. Определим перегрев корпуса дискретного ЭРЭ θэ;

θэ = θв +

θэ1 = 18,43 +

θэ2 = 18,43 +

θэ3 = 18,43 +

θэ4 = 18,43 +

θэ5 = 18,43 +

θэ6 = 18,43 +

θэ7 = 18,43 +

 

10.Определяим температуру корпуса дискретного ЭРЭ- t

tэ = t0 + θэ

tэ1 = 293 + 34,46 = 54,46 ºC (рабочий диапазон от -40°C до +85°C);

tэ2 = 293 + 34,17 = 54,17 ºC (рабочий диапазон от -60°C до +125°C);

tэ3 = 293 + 34,2 = 54,2 ºC (рабочий диапазон от -40°C до +85°C);

tэ4 = 293 + 34,3 = 54,3 ºC (рабочий диапазон от -60°C до +125°C);

tэ5 = 293 + 34,2 = 54,2 ºC (рабочий диапазон от -40°C до +85°C);

tэ6 = 293 + 34,2 = 54,2 ºC (рабочий диапазон от -60°C до +155°C);

tэ7 = 293 + 34,2 = 54,2 ºC (рабочий диапазон от -55°C до +85°C);

2.7 Расчет электромагнитной совместимости

Целью расчета электромагнитной совместимости является определение работоспособности устройства в условиях воздействия перекрестных помех в линиях связи, а также внешних электромагнитных полей.

 

 

Определим взаимные емкости С и индуктивности L линий связи по формулам, приведенным ниже:

,    , где

εr - диэлектрическая проницаемость среды между проводниками, расположенными на наружных поверхностях платы, покрытой лаком (εr = 0,5 · (εп + εл), где εп и εл - диэлектрическая проницаемость платы и лака (для стеклотекстолита εп = 6, для лаков УР-231 и ЭП-9114 εл = 4));

l - длина области связи проводников (выбираем максимальную длину проводника);

δ - расстояние между проводниками (по 3 к.т. δ = 0,45);

W - (толщина слоя меди W = 0,035);

b - ширина проводника (по 3 к.т. b = 0,45);

 

Для серии наших микросхем значения удовлетворительны

Вычислим длину критической линии:

, где нс - интервал в течение которого ток и напряжение изменяются на заметную долю от полного их изменения. нс - удельное время задержки распространения сигнала в линии.

м.

   Максимальная длина линии м гораздо меньше

  2.8 Расчет виброустойчивости.

 

Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины  определяется по формуле [1]:

,

где:

     а = 175 мм - длина пластины;

b = 80 мм - ширина платы;

D - цилиндрическая жесткость формула [1]:

, 

где  E = 3,02 *1010 Н/м2 - модуль упругости для материала платы;

h = 1,5 мм - толщина платы;

v = 0,22 - коэффициент Пуассона;

М - масса пластины с ЭРИ , кг :

М = МПП+МЭРИ, 

где МПП - масса платы;

,

где = 2,05*103 кг/м3 - плотность материала платы СФ;

- коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины                ,

где к = 9,87; a = 1; b = 2,57; g = 5,14.

Таким образом, собственная частота элемента конструкции f0=179 Гц, что  значительно превышает частоты вибраций заданным в ТЗ.

3. Технологическая часть

3.1 Оценка технологичности конструкции

 

Для оценки технологичности конструкции необходимо определить комплексный показатель технологичности K. Комплексный показатель определяется на основе семи базовых показателей технологичности по формуле:

 

 

КИМС, КАМ, КМПЭ, КМКН, КПОВЭ, КПРЭ, КФ - базовые показатели технологичности, рассчитываемые далее;

φ1... φ7 - функции, имитирующие весовую значимость показателей;

 

Коэффициент использования ИМС в блоке

, где

nимс - число ИМС в блоке;

nэрэ - число ЭРЭ;

jI = 1,0000.

 

 

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа

, где

nам - число монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом;

nм - общее число монтажных соединений;

КАМ = 1

jI=1,0000.

 

 

Коэффициент механизации подготовки элемента к монтажу

, где

nмп - число элементов, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом;

nэ - общее число элементов;

KМПЭ = 1, т.к. подготовка к монтажу осуществляется механизированным способом.

jI  = 0,75

 

Коэффициент механизации операции контроля и настройки

, где

nмкн - число операций контроля и настройки, осуществляемых автоматизированным или механизированным способом, включая те, которые не требуют использования средств механизации;

nкн - общее число операций контроля и настройки;

jI=0,500.

Коэффициент повторяемости элементов

, где

nтэ - общее число типоразмеров элементов в блоке;

jI  = 0,310.

Коэффициент применяемости элементов

, где

nт.ор.э - число типоразмеров оригинальных элементов в блоке, т.е. деталей, которые впервые разрабатываются самим предприятием;

jI = 0,187.   

 

Значимости весовых показателей:

φ1 = 1,000;

φ2 = 1,000;

φ3 = 0,750;

φ4 = 0,500;

φ5 = 0,310;

φ6 = 0,187;

 

На основе рассчитанных частных показателей комплексный показатель:

Нормативный показатель технологичности К для электронного блока:

Серийного производства    -   0,5-0,8.

Можно сделать вывод, что изделие является технологичным и подходит для серийного производства.

Заключение

 

В ходе курсового проекта была разработана конструкторская документация для устройства "Компаратор фазы". Разработанное изделие полностью подходит для использования, так как имеет достаточно высокие показатели надежности, и технологичности, запас температур.

Условия ТЗ были выполнены, паразитная ёмкость и индуктивность платы не вносят изменений в логику работы прибора, при этом комплексный показатель технологичности соответствует категории технологичных изделий, что позволяет запускать его в серийное производство.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Максимова И.Б.- Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Конструкторское и технологическое обеспечение производства ЭВМ». Ижевск  2008
2. Пирогова Е.В. - Проектирование и технология печатных плат: Учебник . - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. - 560 с. (высшее образование)

3.   И.Б.Максимова В.Е.Суетина - Методические указания к расчету параметров надежности РЭС по внезапным отказам . Ижевск 1989

4. Григорьян-«Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники», Ростов-на-Дону 2007

5. П.Г.Кузнецов, Н.А.Копылов, Ю.Л.Новожилов, О.Я.Шамсиахметов - Методические указания к лабораторным работам по курсу «Тепломассообмен в РЭА», Устинов 1987

6. http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM339-D.PDF
7. http://www.recom-international.com/pdf/Econoline/RNM.pdf
8. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/OP113_213_413.pdf
9. http://www.proton-orel.ru/File/optron1/pdf/249kp10.pdf
10. http://www.symmetron.ru/suppliers/ceramiccap/ceram_vyvod.pdf
11. http://www.okbexiton.ru/pdf/mc1564lp5.pdf
12. http://www.reom.ru/page.php?pageId=5&topic=43&catId=267
13. http://www.5v.ru/ds/diod/kd522.htm
14. http://www.symmetron.ru/suppliers/hitano/ecr.pdf