Разработка технического задания

S_пп – общая площадь ПП.

S_закр. – площадь технологических закраин.

S_пп = 140 мм ∙ 150 мм = 21000 мм²

S_закр = S_{кр. пол.} + S_п.с. + S_л.п.

S_{кр. пол.} – площадь краевых полей.(ширина 5 мм)

S_п.с. – площадь поля для соединителя.(ширина 15 мм)

S_л.п.- площадь поля для крепления лицевой панели. (ширина 10 мм)

S_закр = 2800 мм² + 2250 мм² + 1500 мм² = 6550 мм²

S_{пп раб.} = 21000 мм² – 6550 мм² = 14450 мм²

         S_{пп раб.} = n ∙ S_фр

n – кол-во фрагментов, целое четное число.

S_фр – площадь фрагмента.

          S_эл.i – установочная площадь i-го элемента.

k – коэффициент зависящий от назначения и условий эксплуатации   

          аппаратуры (1…3).

r – кол-во элементов.

 

         S_фр = k*∑S_эл

         ∑S_эл = 185,64+6*43,57+4*58,5=621,05

         S_фр = 2*621,05 = 1362,12

 

Принимаем n = 10, окончательно площадь фрагмента:

 

 

Коэффициент заполнения по площади:

 

S_соед – установочная площадь соединителя

 

 

 

Кол-во фрагментов – 10, размер фрагмента - 30 x 48 мм. Учитывая, что остальные фрагменты идентичны разрабатываемому, на каждый приходится по 5 контактов, плюс контакты питания и корпуса, а также условие, что не менее 10% контактов должны быть зарезервированы, выбираем соединитель на 61 контакт – ГРПМ1-61ШУ2, что соответствует требованию ГОСТ на УТК.

 

Расчет коэффициента объемного  заполнения.

При расчете  коэффициента объемного заполнения ПП К_о, будем считать, что остальные фрагменты по заполнению идентичны разрабатываемому.

 

n – кол-во фрагментов

V_соед = 13674,375 мм³ – установочный объем соединителя

∑V_эл – сумма установочных объемов элементов

V_пп – общий объем ПП

V_пп = abh =140*150*11.5

a = 140 мм – длинна ПП

b = 150 мм – ширина ПП

h – высота ПП

h = H + h_в.эл. + h_выв + 2с

H =1,5 мм – толщина ПП

h_в.эл = 7 мм– высота самого высокого элемента (К140УД1 Б)

h_выв = 1 мм – выступ выводов

с  = 1 мм – зазор между экраном и  элементами

h = 1,5 + 7 + 1 + 2 ∙ 1 = 11,5 мм

V_пп = 160 ∙ 280 ∙ 15,3 = 241500 мм³

∑V_эл =2*928.2+6*136.267+4*380.25+13674=4195 мм³

 

K₀=(10*4195+13674.375)/241500 = 0.23

Коэффициенты  заполнения К_п , К_о говорят о средней насыщенности ПП элементами, что соответствует выбранному классу точности - 3.

 

 

 

 

 

 

Расчет  печатного монтажа.

Расчет диаметра монтажных отверстий.

Минимальный диаметр монтажных  отверстий:

d₀ ≥ γ ∙ H

H =1,5 мм – толщина ПП

γ ≥ 0,33 - отношение диаметра минимального отверстия к толщине ПП

d₀ ≥ 0,33 ∙ 1,5

d₀ ≥ 0,5 мм

Номинальное  значение монтажных  отверстий:

d = d_э + |∆d_но| + r

d_э – максимальный диаметр вывода элемента

∆d_но – максимальное предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия

r = 0,2 мм – разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода

К140УД1 Б

Вывод 0,5×0,34.

d_э= =0,37мм

d=0,37+0,1+0,2=0,67мм

d=0,7мм

 

Резистор  МТ-0,125

Вывод d_э=0.7мм

d=0.7+0.15+0.2=1,05мм

d=1.1мм

 

         Конденсаторы: КТ-1-М1500

Вывод d_э=0,6

d=0.6+0.1+0.2=0.9

         ГРПМ1:

d = 1 мм (справочные данные)

 

Расчетные значение сведены к предпочтительному ряду отверстий, округлением в большую сторону.

Выбор расстояния Q₁ от каря ПП до элементов печатного рисунка.

Расстояние Q₁ должно быть не менее толщины ПП с учетом допусков на размеры сторон, кроме экранов, шин земли, концевых печатных контактов, знаков маркировки. Примем Q₁ = 2 мм

Расчет  расстояния Q₂ от края паза, выреза, неметаллизированного

отверстия до элементов печатного рисунка.

Q₂ = q + k + 0,5

q = 0,35 - ширина ореола , скола

k = 0,15 - наименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка

T_D = 0,2 мм – позиционный допуск расположения центров КП

Т_d = 0,1 мм – позиционный допуск расположения осей отверстий

t_во = 0,1 мм – верхнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника

 Q₂ = 0,6 мм

Расчет ширины печатных проводников.

Наименьшее  номинальное значение ширины печатного  проводника t:

t = t_minD + |∆t_но|

t_minD – минимально допустимая ширина проводника

∆t_но = - 0,1 мм нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника

Минимально  допустимая ширина проводника по постоянному  току для цепи питания:

 

I_max = 0,1 А - максимальный постоянный ток протекающий в проводниках

h – толщина i-го слоя проводника

j_доп - допустимая плотность тока

медная  фольга h = 35мкм, j_доп = 100 А/мм²

гальваническая  медь h = 25мкм, j_доп = 60 А/мм²

 

t₁ = 0,02 + 0,1 = 0,12 мм

Минимально  допустимая ширина проводника, исходя из допустимого падения напряжения U_доп  на нем:

 

 

 и h_i - толщина и удельное сопротивление i-го слоя проводника

l = 30 мм – максимальная длина проводника

U_доп = 0,3 В

Толщина и удельное электрическое сопротивление слоев:

медная  фольга h = 35мкм, ρ = 1,72 ∙ 10^-5 Ом ∙ мм

гальваническая  медь h = 25мкм, ρ = 1,9 ∙ 10^-5 Ом ∙ мм

олово-свинец h = 15 мкм, ρ = 12 ∙ 10^-5 Ом ∙ мм

химическая  медь h = 5 мкм, ρ = 2,8 ∙ 10^-5 Ом ∙ мм

 

t_minD = 0,15 мм

t = 0,15 + 0,1 = 0,25 мм

Расчет  диаметра контактных площадок.

Наименьшее  номинальное значение диаметра КП:

 

d_во – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия

b = 0,1 мм – гарантийный поясок

∆t_во = 0,1 мм – верхнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника

∆t_но = - 0,1 мм – нижнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника

∆d_ТР = 0 – величина подтравливания диэлектрика в отверстии для ДПП

T_D = 0,2 мм – позиционный допуск расположения центров КП

Т_d = 0,1 мм – позиционный допуск расположения осей отверстий

 

Для отверстия  d = 0,9 мм:

D = 0,9 + 0,2 + 0,1 + 0,24 = 1,44 мм

D = 1,5 мм

Для отверстия  d = 1,1 мм:

D = 1,1 + 0,05 + 0,2 + 0,1 + 0,24 = 1,69 мм

D = 1,7 мм

для отверстия  d = 0,7 мм:

D = 0,7 + 0,05 + 0,2 + 0,1 + 0,24 = 1,89 мм

D = 1,3 мм

для отверстия  d = 1 мм:

D = 1 + 0,2 + 0,1 + 0,24 = 1,54 мм

D = 1,6 мм

 

Расчетные значения КП округлены в большую  сторону до десятых долей миллиметра.

Все рассчитанные значения равны наименьшим номинальным  диаметрам КП узкого места, для класса точности - 3.

Расчет расстояния между элементами проводящего рисунка.

Наименьшее  номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка (между двумя проводниками):

 

 

T_l = 0,05 мм - позиционный допуск расположения печатных проводников

∆t_во = 0,1 мм – верхнее предельное отклонение размеров ширины печатного проводника

S_minD = 0,25 мм – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка

S=.0375мм

 

Наименьшее  номинальное расстояние для размещения двух КП номинального диаметра в узком  месте:

Для отверстий 0,9…0,9 мм – 1,75 мм

Для отверстий 1…1 мм – 1,85 мм

Для отверстий 1,1…1,1 мм – 1,95 мм

Для отверстий 1,1…1,3 мм – 2,05 мм

Для отверстий 0,7…0,7 мм – 1,55 мм

Наименьшее  номинальное расстояние для размещения печатного проводника номинальной  ширины между двумя контактными  площадками в узком месте:

Для отверстий 0,9…0,9 мм – 2,3 мм

Для отверстий 1…1 мм – 2,4 мм

Для отверстий 1,1…1,1 мм – 2,5 мм

Для отверстий 1,1…1,3 мм – 2,6 мм

Для отверстий 0,7…0,7 мм – 2,1 мм

 

Наименьшее  номинальное расстояние для прокладки  n печатных проводников между двумя отверстиями с контактными площадками диаметров D₁ и D₂:

 

t = 0.25 мм – наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника

n = 2 – число проводников

S = 0,38 мм - наименьшее номинальное расстояние между двумя проводниками

T_l = 0,05 мм - позиционный допуск расположения печатных проводников

Для площадки 1,5…1,5 – l_ном = 3,19 мм

Для площадки 1,5…1,6 – l_ном = 3,24 мм

Для площадки 1,5…1,7 – l_ном = 3,29 мм

Для площадки 1,5…1,9 – l_ном = 3,39 мм

Для площадки 1,6…1,6 – l_ном = 3,29 мм

Для площадки 1,6…1,7 – l_ном = 3,34 мм

Для площадки 1,6…1,9 – l_ном = 3,44 мм

Для площадки 1,7…1,7 – l_ном = 3,39 мм

Для площадки 1,7…1,9 – l_ном = 3,49 мм

Для площадки 1,9…1,9 – l_ном = 3,59 мм

 

Экранирование.

Форма защитного  электромагнитного экрана – прямоугольная. Для надежного контактного соединения в конструкции экрана используются  винты.  Материал экрана – алюминий.

Будем рассматривать  дальнюю зону вокруг условного излучателя электромагнитной помехи. В этом случае мощности электрического и магнитных полей равны. Форма экрана влияет на резонансные свойства изделия, а именно, на значение частоты, на которой происходит резкое увеличение магнитного или электрического поля экрана. В электромагнитном поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие большей проводимостью по сравнению с магнитными, обеспечивают более высокую эффективность.

Электромагнитный  режим экранирования охватывает частотный диапазон 10³…10⁹ Гц при условии, что расстояние экрана от источника помех больше 5…6l, а поперечные размеры экрана меньше длины волны помехи.

Эффективность экранирования, Э_э, сплошного электромагнитного экрана в дальней зоне излучения определяется формулой:

 

d — толщина стенки экрана.

Э ≥ 60 дБ – требуемая эффективность экранирования

ρ = 2,8 ∙ 10^-8 Ом∙м – удельное сопротивление материала экрана

m = 1 мм – наибольший размер щели в экране

λ – длина  волны

R_э – эквивалентный радиус экрана

Z_H – волновое сопротивление магнитного поля

δ – глубина проникновении

 

с = 3 ∙ 10⁸ м/с – скорость света в вакууме

f = 1 МГц - частота

λ = 300 м

 

b = 130 мм - ширина

l = 140 мм - длинна

h =8 мм – высота

 

 

μ_r = 1 – относительная магнитная проницаемость для алюминия

 

 

Z₀ = 377 Ом – сопротивление

 

Значения  множителей:

 

 

 

20 log Э = 60 Дб

Э = 942,5

Подставляем множители в исходную формулу:

 

 

 

 

d = 0,083 мм – минимальная толщина экрана

  Определим резонансную частоту экрана.

Как правило, в первую очередь следует определить наинизшую резонансную частоту для данных размеров экрана, так как возникновение резонанса в экране сопровождается резким возрастанием амплитуды поля и при использовании электрически тонкого материала для экрана наблюдается интенсивный спад его эффективности.

Наинизшую резонансную частоту экрана (в МГц) удобно вычислять не в зависимости от размеров сторон экрана, а в функции наиболее общего его параметра R_э по приближенной формуле:

 

 

Рассчитанная  минимальная толщина экрана 0,083 мм обеспечивает необходимую эффективность экранирования 60Дб на частоте 1 Мгц.

Выберем толщину экрана с запасом 0,5мм.

 

 

Заключение.

В результате конструирования и расчетов удается  создать функциональный узел по заданной принципиальной электрической схеме. Расчеты показывают, что спроектированный функциональный узел удовлетворяет  заданным эксплуатационным характеристикам  и экран обеспечивает необходимую  эффективность экранирования.