КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ

 

5.1 Расчет объемно-компоновочных характеристик изделия

 

Рассчитываем, какую площадь занимают компоненты печатной платы.

 

Таблица 5.1.1

Элемент	Площадь мм2	Количество	Суммарная площадь мм2
R1-R8, R10-R20	4,5	19	85,5
R9	6,05	1	6,05
C16,C17, C24-C27, C30, C31, C33, C35-C37, C40	31,39	13	408,07
C1-C15, C18-C23, C28, C29,C32, C34, C38, C39	2,5	27	67,5
DA1	42,25	1	42,25
DA2	1600	1	1600
DA3	111,3	1	111,3
DA4	219,42	1	219,42
DA5, DA6	84,8	2	169,6
DA7, DA8	22,5	2	45
DD1	86,1	1	86,1
DD2	2880	1	2880
VD1,VD2	6,12	2	12,24
ZQ	55,35	1	55,35
X1	54	1	54
X2, Х3	120	2	240
SB1-SB8	81,25	8	650

 

При расчете печатной платы А1 не учитываем SB1-SB8 и DD2 так как они не будут установлены на данной плате.

Суммарная площадь

 

мм²

 

Коэффициент заполнения примем К=3

 

 мм² (5.1)

S_ПП=3·3081,93=9663мм²

 

Согласно ГОСТ 10317-79 принимаем размеры платы А1 110 x 92 мм (S_ПП = 10120 мм²).

Суммарная площадь платы А2

 

 

принимаем размеры платы А2 40 x 30 мм (S_ПП = 1200 мм²)

 

5.2 Расчёт элементов печатного монтажа

 

Выбирается двусторонняя печатная плата с металлизацией сквозных отверстий из стеклотекстолита СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги – 0,035 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочной способностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошую механическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов на поверхности и является наиболее распространенной в производстве радиоэлектронных устройств.

Точность изготовления печатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов печатной платы. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.

По ГОСТ 23.751-86 предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловлены уровнем технологического оснащения производства. Принимаем класс тонности – четвертый. Метод изготовления печатной платы – позитивный комбинированный.

Диаметры выводов для переходных отверстий равны 0,3 мм – 1-я группа; для элементов DA1 и проводов равны 0,7 мм – 2-я группа; для элементов DA7, DA8, X1-X3- 1,1 мм – 3-я группа. Произведем расчет печатного монтажа с учетом созданных групп.

Расчет печатного монтажа состоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току и конструктивно-технологический.

Исходные данные для расчёта:

1. I_max — максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы), I_max = 1 A;

2. Толщина фольги, t = 35 мкм;

3. Напряжение источника питания, U_ип = 12 В;

4. Длина проводника, l = 0,1 м;

5. Допустимая плотность тока, j_доп = 75 А/мм²;

6. Удельное объемное сопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм²/м;

7. Способ изготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;

 Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

 

, (5.2.1)

 

где b_min1 - минимальная ширина печатного проводника, мм;

j_доп - допустимая плотность тока, А/мм²;

 t – толщина проводника, мм;

 

 мм.

 

Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

 

 , (5.2.2)

 

где ρ — удельное объемное сопротивление [7], Ом·мм²/м;

l — длина проводника, м;

U_доп— допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.

 

 мм.

 

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий d:

 

, (5.2.3)

 

где d_э — максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

Δd_н.о — нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, Δd_н.о = 0,1 мм;

r — разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, ее выбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм.

Примем r = 0,1 мм.

 

d1 = 0,3+0,1+0,1 = 0,5 мм;

d2 = 0,7+0,1+0,1 = 0,9 мм;

d3 = 1,0+0,1+0,1 = 1,2 мм;

 

Принимаем для выводов 1-й группы d1 = 0,5 мм; для второй - d2 = 0,9 мм; для третей d3 = 1,2 мм.

Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП, мм:

 

,(5.2.4)

 

где t — толщина фольги, мм; D _1min— минимальный эффективный диаметр площадки, мм:

 

,(5.2.5)

 

где b _м — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [7], b _м=0,025мм;

Δd и Δр — допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], δ d=0,05мм и δр=0,15 мм;

d_max — максимальный диаметр просверленного отверстия, мм:

 

,(5.2.6)

 

где Δd — допуск на отверстие, мм, [7], Δd=0,05мм

Для 1-й группы:

 

 мм;

 мм;

 мм.

 

Для 2-й группы:

 

 мм;

 мм;

 мм.

 

Для 3-й группы:

 

 мм;

 мм;

 

Максимальный диаметр контактной площадки D_max, мм:

 

, (5.2.7)

 

Для 1-й группы:

 

мм.

 

Для 2-й группы:

 

мм.

 

Для 3-й группы:

мм.

 

Определяем ширину проводников b_min, при изготовлении комбинированным позитивным методом, мм:

 

,(5.2.8)

 

где b_1min — минимальная эффективная ширина проводника b_1min=0,38 мм для плат 4-го класса точности.

 

 мм.

 

Принимаем b_min = max{b_min1, b_min2, b_min3} = 0,4 мм

Максимальная ширина проводников, мм:

 

(5.2.9)

мм.

 

Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, мм:

 

,(5.2.10)

 

где L₀ — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L₀ = 1,1 мм;

 — допуск на расположение проводников, мм, =0,03.

мм

 

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками, мм:

 

,(5.2.11)

мм

 

Минимальное расстоя3ние между двумя проводниками, мм:

 

,(5.2.12)

мм.

 

Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров.

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 4-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,6/1,15; для элементов 2-й группы – 0.9/1,55; для элементов 3-й группы – 1,2/1,85;. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,24 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,17 мм; двумя контактными площадками - 0,1 мм; двумя проводниками - 0,42мм.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсового проекта было спроектировано при помощи пакета программ РСAD-2002 печатной платы программатора, позволяющая автоматически трассировать печатные проводники. Были проведены конструкторские расчеты электрических соединений, компоновочных характеристик доказывающие возможность изготовления программатора в условиях промышленного мелкосерийного производства. Итогом работы явился комплект конструкторской документации, представленный в приложении, содержащий электрическую принципиальную схему, чертеж печатной платы, сборочный чертеж печатного узла САПР P-CAD 2002.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Журнал "Радио" №5. – М.: Роспечать, 2007. – 41 с.: ил.

2. Каталог "ПЛАТАН". – М.: Платан Компонентс, 2005. – 320 с.: ил.

3. Интернет ресурс: www.platan.ru

4. А.П. Ненашев "Конструирование радиоэлектронных средств", Москва, "Высшая школа" 1990 г.

5. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева "Материаловедение", М. "Машиностроение", 1990 г.

6. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т3. – 8-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.: ил.

7. Парфенов А.А. Конструирование РЭА: Учебник для радиотехнических специальностей ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1989. – 422 с.: ил.

8. Уваров A. P-CAD 2000, ACEEL EDA. Конструирование печатных плат.Учебный курс. - СПб.: Питер, 2001.

9.Грачев А.А. "Конструирование электронной аппаратуры", М., NT Press, 2006