Модернизация конструкции блока передатчика радиоэлектронного противоугонного устройства

5.1. Обоснование выбора материала корпуса

При выборе материала нужно учесть  следующие  моменты:

соответствие условиям эксплуатации;

минимальная масса;

минимальная себестоимость.

Разрабатываемый прибор будет эксплуатироваться  в кузове автомобиля, где возможны сильные механические воздействия: удары, вибрации, перегрузки. Кроме того, возможно воздействие на корпус агрессивных сред (кислоты, бензина, масел). Для обеспечения необходимой надежности корпуса его необходимо изготавливать из металла. Наибольшей стойкостью к агрессивным средам обладают цветные металлы и их сплавы. Одними из наиболее часто применяемых сплавов являются алюминиевые сплавы. Применение сплавов на основе алюминия в качестве корпусных деталей позволяет снизить себестоимость и трудоемкость изготовления, изменить вес конструкции при одновременном улучшении качества. В качестве материала корпуса выбираем литейный сплав АЛ2.

Наиболее часто  для изготовления корпусов и деталей  для приборов применяют метод  литья под давлением. Литьё под  давлением является высокомеханизированным процессом (позволяет автоматизировать заливку расплавленного металла, очистку рабочих поверхностей пресс-формы, нанесение смазки и т.д.). Кроме того, литьё под давлением позволяет получать отливки, максимально приближающиеся по форме, массе и размерам к готовой детали, дает возможность изготовлять сложные, тонкостенные отливки [6].

Алюминиевые сплавы не являются коррозионно-стойкими, поэтому на корпус необходимо нанести защитное покрытие. Тонкий плотный слой  защитного покрытия можно получить оксидированием металла. Одним из основных способов нанесения окисных пленок является электрохимический [5].  Для повышения коррозионной устойчивости необходимо производить дополнительную обработку, которая заключается в нанесении краски или лака. Кроме того, лакокрасочное покрытие придаст поверхности корпуса красивый внешний вид.

 

5.2.Выбор способа разработки печатной платы

В настоящее время для разработки плат все большее распространение получают системы автоматизированного проектирования. Современные САПР эффективно решают не только конструкторские задачи размещения элементов на плате и трассировки печатных проводников, они также выпускают технологические документы на машинных носителях (обычно перфоленты), для программно-управляемых координатографов с ЧПУ (изготовление фотошаблонов), сверлильных автоматов (сверление в плате монтажных и переходных отверстий, их зенкование), автоматических тестеров (контроль сопротивления печатных проводников, сопротивления изоляции, электрической прочности изоляции платы).

Проектирование  печатных плат декодера и приемника производим при помощи САПР РСАD (версия 4.5).

Размещение  навесных элементов будем производить  в редакторе РС-САRDS следующим образом: разобьем принципиальную схему на функционально-связанные группы элементов и размещаем их на плате по принципу наикратчайшего электрического расстояния. После завершения размещения навесных элементов производим коррекцию.

Далее переходим  к следующему этапу разработки печатных плат –трассировке проводников и размещению элементов проводящего рисунка на печатной плате. При невозможности осуществить соединения контактных площадок без пересечения токоведущих проводников, с помощью сквозного металлизированного отверстия можно сделать переход на другую сторону печатной платы. Согласно схеме электрической принципиальной соединим выводы элементов между собой. Это наиболее простой и наглядный способ  развода проводников на печатной плате.

Для выполнения трассировки платы воспользуемся  программой РС-ROUTE. Шаг координатной сетки выбираем равным 0,625.

 

5.3.Обоснование выбора материала печатной платы

При выборе  материала платы  будем исходить из того, что плата  передатчика может подвергаться значительным механическим воздействиям, поэтому гетенакс и текстолит  из-за малой механической прочности в качестве материала платы использованы быть не могут. Кроме того, при выборе материала плат нужно учесть следующее: гетенакс применять нецелесообразно, т.к. его температурный коэффициент в 6 –12 раз больше чем у меди. Поэтому есть определенный риск образования трещин в металлоизационном слое при термоударе, которому подвергается плата во время монтажа, а это приводит к снижению степени надежности готового изделия. Особенности текстолита:  электрические и механические свойства хуже, чем у гетенакса; в 5-6 раз дороже гетенакса; применяется в изделиях, где важна ударная вязкость; имеет повышенную стойкость к истиранию [8].

Наибольшей  механической прочностью обладает стеклотекстолит,  поэтому применение его в качестве материала платы представляется наиболее целесообразным. Кроме того, стеклотекстолит имеет меньшую гигроскопичность, лучшие электрические свойства, большую нагревостойкость  и лучшую адгезию, чем перечисленные выше материалы. Отношение температурных коэффициентов меди и стеклотекстолита равно 3.

Плату передатчика из-за большого количества элементов на плате и большого числа связей между ними необходимо изготовлять в виде двусторонней печатной платы. Применение многослойных печатных плат  нецелесообразно из-за не технологичности и низкой ремонтопригодности таких плат.

Итак, для изготовления платы выбираем двустороннефольгированный  стеклотекстолит марки СФ-2-35-1,5 ГОСТ 10316-78.

 

5.4. Расчет элементов печатной платы

Проверочные расчеты проводятся с  целью определения наиболее оптимальных размеров проводников, учитывая электрические параметры цепей связи .

1. Расчет ширины печатного проводника.

При расчете  ширины печатных проводников необходимо  руководствоваться следующим правилом: при расчете берутся наихудшие параметры,  это позволяет гарантировать выполнение  приведенных выше условий для всех цепей схемы.

Произведем  расчет ширины печатного проводника для наихудшего случая в сигнальных и силовых цепях [8].

B_min = I_max / (J_доп*t );                                       (5.1)

где  B_min – минимальная ширина проводника,

I_max – максимальный ток,

J_доп – допустимая плотность тока (для комбинированного метода     изготовления платы J_доп=20 А/мм² ),

 t – толщина проводящего слоя, мм. (для стеклотекстолита марки СФ-2-35-1,5 толщина проводящего слоя равна 0,035 мм).

Величина тока в сигнальных цепях  I_maxc = 5  мА.  Величина тока в цепи питания I_maxn, согласно техническому заданию, равна 500 мА.

Для печатного  проводника цепей питания получаем:

Bmin = I_mахп / (J_доп*t);        (5.2)

B_min = 0,500 / (20*0,035) = 0,714 MM.

Для печатного проводника сигнальных цепей получаем:

B_min = I_maxc. / (J_доп*t);        (5.3)

Bmin = 0,005 / (20*0,035) = 0,0072 мм.

Таким образом, ширина печатного проводника цепей питания должна быть не менее 0,714 мм, а ширина печатного проводника сигнальных цепей не менее 0,0072 мм. Для сигнальных цепей выбираем ширину печатного проводника 0,35 мм, печатные проводники цепей питания рекомендуется делать по возможности более широкими. По плотности монтажа печатная плата соответствует второму классу, следовательно, ширина печатных проводников и расстояние между элементами печатного монтажа в узких местах должны быть не менее 0,25 мм.

2. Выбор номинальных размеров диаметров металлизированных монтажных и переходных (служащих только для соединения проводящих слоев) отверстий производим по ГОСТ 10317-79, а выбор номинальных размеров  сквозных отверстий под крепежные детали – по ГОСТ 11284-75, результаты сводим в таблицу 5.1.

 

 

Таблица 5.1.

Диаметр вывода ЭРЭ, мм	Диаметр монтажного отверстия, мм	Диаметр контактной площадки, мм
0,9 1,3 1,5	0,5 0,6 1	1,1 1,2 1,5

 

Крепежные отверстия: диаметр 3,4 мм, 11 мм.

 

5.5.Расчёт надежности передатчика

Надежность является одной  из  характеристик  электронной аппаратуры,  оказывает влияние на ее массогабаритные  и экономические показатели и определяет выбор элементной базы, схемотехнические и конструктивные решения. Поэтому расчет показателей надежности рассматривается как одна из основных частей разработки электронной аппаратуры.

В основу определения показателей  надежности электронной аппаратуры положены статистические, физико-статистические и физические методы, которые отражают реальные процессы, связанные с отказами конструктивно-топологических и схемных элементов.

Надежностью изделия называют его  свойство сохранять во времени значения установленных параметров функционирования в определенных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям эксплуатации, хранения и транспортировки.

Надежность любого устройства характеризуется  свойствами безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Надежность изделия закладывается  в процессе его проектирования и конструирования, обеспечивается в процессе изготовления, а сохраняется – соблюдением заданных условий хранения изделия и правильной эксплуатацией.

Поэтому свойство надежности не может быть охарактеризовано одним показателем. Выбор комплекса характеристик надежности конкретного радиоэлектронного средства определяется особенностями его назначения, электрической схемы, условий применения и обслуживания.

Под расчетом показателей безотказности  понимают определение количественных показателей надежности изделия по тем или иным исходным данным. Полученные значения показателей надежности позволяют оценить эксплуатационные свойства изделия на этапе его  проектирования. Расчет  позволяет определить соответствие разрабатываемого изделия заданным нормам надежности и при необходимости принять меры к повышению.

На практике наибольшее распространение  получила методика статистического  расчета надежности, основанная на следующих предположениях:

имеются только внезапные отказы;

коэффициент режима работы К_р является функцией лишь положительной температуры окружающей среды, при которой теплота, выделяемая при работе устройства, возрастает;

влияние электрического режима работы и других эксплуатационных факторов определяется соответствующими коэффициентами.

формирование структурных элементов  обусловлено конструктивно-технологическим исполнением изделия.

Статистические методы расчета  надежности применяют для сравнительной ориентировочной оценки надежности альтернативных решений при выборе варианта проектируемого изделия, также для сравнения надежности проектируемого изделия с имеющимися аналогами.

Если отказ изделия наступает  при отказе одного из его элементов, то говорят, что схема изделия имеет основное соединение элементом. В нашем конкретном случае схемотехнической реализации передатчика имеет место именно эта ситуация (резервирования не предусмотрено).

При расчете надежности будем исходить из того, что:

1) Все элементы данного типа равнонадежны.

2) Все элементы работают в номинальных режимах с К_Н=1. Расчетную интенсивность отказов находим по формуле [11]:

                         (5.4)

где λ_oi – интенсивность отказов элементов 1-го типа, взятая из таблиц [11].

 N_i – число элементов 1-го типа.

К_эi – эксплуатационный коэффициент элементов 1-го типа, для пересчета интенсивности отказов групп или типов изделий от режимов испытаний к условиям эксплуатации различных видов аппаратуры, взятый из таблиц [11].

 Значения К_Э и интенсивности отказов элементов приведены в [11]. Выбор аргументов  производим с учетом заданной категории изделия.  Согласно технического задания на проектирование, разрабатываемое  устройство предназначено для эксплуатации под навесом или в помещениях,  где колебания температуры и  влажности мало отличны от колебаний на открытом воздухе. Используя таблицу 2 из [11] находим, что данным требованиям удовлетворяет категория аппаратуры 2. Полученные данные сводим в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Наименование	Обозначение		Тип эл – та		λoi * *10-61/ч		Ni		Kэ		λi * *10-61/ч
Резисторы		R1-R26, R1/A1-R19/A1,R1/A2-R28/A2   R29/A2		C2 – ЗЗ     СПЗ – 19		0,3     0,7		73     1		0,4     0,4		8,76     0,28
Конденсатор		С1-С3, С5-С7, С9, С10, С3/А1-С10/А1, С13/А1, С15/А1, С16/А1, С18/А1, С1/А2-С12/А2, С14/А2-С17/А2, С19/А2, С21/А2-С24/А2   С8, С1/А1, С2/А1, С12/А1, С14/А1, С13/А2   С4, С11/А1, С17/А1   С18/А2, С20/А2		К10-17                       К53-52       К73-9     КТ4-25		0,07                       0,4       0,03     0,6		41                       6       3     2		0,2                       0,2       0,2     0,2		0,574                       0,48       0,18     0,24
Микросхемы		D1-D8 D9 D1/A1, D2/A1 D3/A1 D1/A2		K561 KP142EH8A KP1407УД2 МС145028Р КР1806XM1		0,6 2,0 0,59 0,26 3,2		8 1 2 1 1		0,045 0,045 0,045 0,045 0,045		0,216 0,09 0,054 0,012 0,144
Катушки индуктивности		L1-L3, L1/A2-L3/A2, L6/A2-L8/A2   L4/A1, L4/A2, L5/A2   T1/A2, T2/A2				0,28       0,03   0,28		9       3   2		1       1   1		2,52       0,9   0,56
Транзисторы		VT1, VT3, VT4, VT7, VT6/A2, VT8/A2   VT2 VT5, VT6, VT5/A2   VT1/A1, VT2/A1   VT1/A2, VT2/A2   VT3/A2   VT4/A2   VT7/A2		КТ3102ГМ       КТ 817 Г КТ 816 Г     КТ 399 АМ     КТ 315 Г     КТ 316 ДМ   КТ 646 А   КТ 920 Б		0,92       0,22 0,22     0,91     0,91     0,91   1,11   0,2		6       1 3     2     2     1   1   1		0,1       0,1 0,1     0,1     0,1     0,1   0,1   0,1		0,552       0,022 0,066     0,182     0,182     0,091   0,111   0,02
Диоды                               Стабилитрон   Варикап		VD1,VD2, VD4-VD7, VD13, VD14, VD18-VD21, VD1/A1, VD3/A2, VD4/A2   VD3,VD8, VD9, VD15, VD17, VD22, VD23   VD10, VD16   VD11, VD12   VD1/A2   VD2/A2		КД 522 Б           КД 208 А       50Д22А   КД 226 Г   КС 156 А   КВ 121 А		0,09           2,63       0,5   0,35   0,2   1,0		15           7       2   2   1   1		0,1           0,1       0,1   0,1   0,1   0,1		0,135           1,841       0,1   0,07   0,02   0,1
Кварцевые резонаторы		BQ1 BQ1/A2		РК168-7ВЦ РК169 МА		0,04 0,03		1 1		0,5 0,5		0,02 0,015
Реле		К1		РПС-32		1,9		1		0,7		1,33
Вилка штекерная		Х1 Х1/А2		ОНП-ЗГ СР-50		1,2 1,0		1 1		0,07 0,07		0,084 0,07
Плата печатная						0,7		1		1,1		0,77
Пайка						0,01		647		1,0		6,47