Дипломная работа на тему "Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT"

ГлавнаяИнформатика → Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT":


Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

2.1.4 Обоснование выбора диодов

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности схемы

3.2 Расчет узкого места

3.3 Расчет теплового сопротивления корпуса ИС

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы

Заказать дипломную - rosdiplomnaya.com

Актуальный банк готовых оригинальных дипломных работ предлагает вам написать любые проекты по необходимой вам теме. Оригинальное выполнение дипломных проектов на заказ в Новокузнецке и в других городах РФ.

4.2 Обоснование разработки компоновки печатной платы

5. Технологическая часть

5.1 Изготовление печатной платы

5.2 Особенности конструкции

6. Организационная часть

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации аппаратуры

7 Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости на устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

8 Охрана труда

8.1 Техника безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры

9 Литература

10 Приложение

Введение

Развитие электроники после изобретения радио можно разделить на три этапа: радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники. В первый период (около 30 лет) развивалась радиотелеграфия, и разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки и исследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний детекторов. В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.

Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой. Первые радиолампы в России были изготовлены Н. Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными (с ртутью). Первые вакуумные приемно-усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М. А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научнорадиотехнический институт с широкой программой действий, привлёкший к работам в области радио многих талантливых учёных, молодых энтузиастов радиотехники. Нижегородская лаборатория стала подлинной кузницей кадров радиоспециалистов, в ней зародились многие направления радиотехники, в дальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация и радиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям применения электромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумной техники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а также изобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп более совершенных, чем триод.

В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумя сетками (тетрод), а в 1930 - 1931 г. г. - пентод (лампа с тремя сетками). Электронные лампы стали изготовлять с катодами косвенного подогрева. Развитие специальных методов радиоприёма потребовало создания новых типов многосеточных ламп (смесительных и частотно - преобразовательных в 1934 - 1935 г. г.). Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп. Освоение и использование ультракоротких волн привело к усовершенствованию известных электронных ламп (появились лампы типа "желудь", металлокерамические триоды и маячковые лампы), а также разработке электровакуумных приборов с новым принципом управления электронным потоком - многорезонаторных магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны. Эти достижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации, радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которых используется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствован изобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон (1928-1929 г. г.), тиратрон ( 1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т. д. Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось разработкой и усовершенствованием различных фотоэлектрических приборов (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки) и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельную инженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность и радиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчёта радиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретические и экспериментальные работы.

И последний период (60-е-70-е годы) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т. д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) и сверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А. Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления р-п - переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т. д.

Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 - 200 мВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 - 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более. Маломощные же транзисторы (до 0,5 - 0,7 Вт) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 ÷ 70 °С, а на основе кремния - не выше +100 ÷ 120 °С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 °С, и их рабочие частоты в итоге довились до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 °С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники.

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Напряжение питания (В) ………..............................................…..…12

Число подключаемых вентиляторов ……………………………….3

Напряжения подаваемые на вентиляторы (В) ………………min 5

………………………………………………………………….max 11,7

Частота вращения вентиляторов (Гц) ……………………….min 10

…………………………………………………………………..max 20

Период цикла изменения частоты (с) ………………………………3

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

Управлять вентиляторами можно лишь при условии, что материнская плата компьютера оснащена необходимыми для этого электронными регуляторами, а так бывает далеко не всегда. Если встроенных регуляторов нет, поможет блок. По командам формируемым программно на линиях порта LPT компьютера, он обеспечивает разельное шестнадцатиступенное регулирование частоты вращения трёх вентиляторов, изменяя подаваемое на них напряжение от 5…5,5в до 11,7…11,8в, что соответствует изменению чачтоты вращения от 40 до 100% максимальной.

К розетке LPT системного блока компьютера подключают вилку Х1. Счетверенный транзисторный оптрон U1 предназначен для гальванической развязки цепей порта LPT и цепей управления вентиляторами. Ток через излучающие диоды оптронов ограничен резисторами R1-R4. Три канала управления вентиляторами, подключаемыми к вилкам Х2, Х4 и Х5, построены по одинаковым схемам, однако в одном из них (управляющим вентилятором №1) предусмотрен узел защиты на микросхеме DD1, назначение и работа которого будут рассмотрены позже. Вилку Х3 соединяют с имеющейся в каждом компьютере стандартной кабельной розеткой, предназначенной для питания дисководов.

Работу его каналов рассмотрим на примере первого, построенного на счетчике DD2.1, диодах VD3-VD6 и транзисторах VT1, VT4. Цикл начинается по окончании общего для всех каналов импульса начальной установки, формируемого программно на линии DATA1 порта LPT и поступающего на входы R их счетчиков через оптрон U1.2. Через некоторое время с линии DATA2 через оптрон U1.1 на вход CN счетчика начинают поступать счетные импульсы, с каждым из которых изменяется состояние выходов счетчика. Резисторы R11-R14 и диоды VD3-VD6 образуют преобразователь кода в напряжение, пропорциональное числу импульсов, поступивших на вход счетчика в данном цикле. Оно поступает на вентилятор через усилитель на транзисторах VT1 и VT4. Поскольку циклы регулирования повторяются с периодом приблизительно 3 с, напряжение на вентиляторе большую часть времени остается неизменным, пульсации сглаживает конденсатор С4.

На нулевой ступени регулирования (счетных импульсов нет) вентилятор вращается с минимальной частотой, которую устанавливают подстроечным резистором R37. Максимальную частоту вращения (пришло 16 импульсов) регулируют подстроечным резистором R24.

Узел защиты на микросхеме DD1 представляет собой два реле времени: первое - на элементах R9, C1, VD1, DD1.2, DD1.4, второе – на R10, C2, VD2, DD1.3, DD1.5, DD1.6. Пока на вход элемента DD1.1 регулярно поступают импульсы установки счетчиков в исходное состояние, конденсаторы С1 и С2 периодически подзаряжаются, уровни напряжения на выходах элементов DD1.4 и DD1.6 и в точке соединения диодов VD15, VD17 – низкие. Диод VD16 закрыт, узел защиты не влияет на работу канала управления вентилятором.

Если управляющая программа не запущена, остановлена или в ее работе произошел сбой, вентилятор №1 (как правило он охлаждает процессор) должен вращаться с достаточной для эффективного охлаждения скоростью. В подобной ситуации импульсы начальной установки отсутствуют, и в зависимости от уровня сигнала на линии DATA1 на выходе элемента DD1.1 установлен постоянный высокий или низкий уровень. Приблизительно через 8 с после прекращения импульсов один из конденсаторов С1, С2 разрядится и на выходе подключенной к нему цепочки логических инверторов будет установлен высокий уровень. Через диод VD15 или VD17 он поступил на делитель напряжения из резисторов R36, R43, R44. С подвижного контакта переменного резистора R43 через R35 и открывшийся диод VD16 напряжение поступит на базу транзистора VT1, что приведет к увеличению частоты вращения вентилятора №1. С возобновлением импульсов начальной установки конденсаторы С1 и С2 зарядятся и нормальная работа канала управления восстановится.

Вентиляторы №2 и №3 обычно охлаждают менее ответственные узлы компьютера, поэтому их защита от прекращения компьютерного управления не предусмотрена.

Плата установлена в стандартную заглушку пятидюймового отсека системного блока компьютера. Она закреплена гайкой, навинченной на резьбовую втулку переменного резистора R43. Вилки установлены на достаточно длинных для подключения к вентиляторам и розетке питания жгутах из проводов черного (-, общий) и желтого (+,+12В) цветов.

Для управления вентиляторами разработана программа FanControl, но чтобы она смогла работать в автоматическом режиме, на компьютере нужно предварительно установить и запустить программу SpeedFan.

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=UxI, P=U2/R, P=I2XR, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличивается вдвое. Исходя из полученных значений, выбирают резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5,10 Вт и т. д.

Выбранные мной резисторы: МЛТ-0,125, СП3-38б, СП3-4аМ.

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

При выборе конденсаторов для радиоэлектронных устройств, приходиться решать одну из противоположных по своему характеру задач. Прямая задача — по известному стандартному напряжению конденсатора найти максимально допустимые значения переменной и постоянной составляющих рабочего напряжения. Обратная задача заключается нахождения типа и стандартного напряжения конденсаторов по рабочему режиму.

Под номинальным напряжением понимается наибольшее напряжение между обкладкам конденсатора, при котором он способен работать с заданной надёжностью в установленном диапазоне рабочих температур. Номинальное напряжение, оговоренное стандартами, называется стандартным напряжением - оно маркируется на конденсаторах, выпускаемых согласно действующих стандартов. Под рабочим напряжением подразумевается значения постоянного и переменного напряжения, которые действуют на конденсаторе при его работе.

Прямая задача нахождения рабочего напряжения по стандартному решается с помощью условий, оговоренных в действующих стандартах. Однако эти условия справедливы лишь для тех случаев, когда переменная составляющая (пульсация) напряжения на конденсаторе меняется по закону гармонического колебания.

Для решения обратной задачи - нахождения типа и стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале найти минимальное напряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное значение.

Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается тремя требованиями:

а) конденсатор не должен перегреваться;

б) перенапряжение на нём недопустимо;

в) он должен быть защищен от прохождения обратных токов, если это
полярный оксидный конденсатор.

Для того чтобы конденсатор не перегревался, следует рассчитать выделяемую на нём реактивную мощность. Она не должна превышать номинальную мощность конденсатора.

Чтобы защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нём не должно превышать номинальное. Это условие формулируется в стандартах как сумма постоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряжения не должна быть больше стандартного напряжения.

Полярные оксидные конденсаторы, помимо перегрева и перенапряжения, должны быть защищены от прохождения разрушающих обратных токов. Чтобы оксидная плёнка была непроводящей, потенциал оксидированного метала (анода) должен всегда превышать потенциал второго электрода (катода). С этой целью в стандартах оговаривается, что амплитуда переменной составляющей напряжения не должна превышать постоянную составляющую.

Конденсаторы подходящие для разрабатываемого мной устройства:

К53-14; К50-35.

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

Основу устройства составляют интегральные микросхемы серии 561 (КМОП), построенные на полевых транзисторах. Она отличается малым потреблением электроэнергии, в отличии от других серий. Перечислим параметры некоторых из них.

К561ЛН2

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ с буферным выходом. ИС не имеет защитных диодов, подключенных анодами к шине питания, что позволяет подавать на вход микросхемы напряжение, превышающее напряжение питания. Поэтому она может быть использована для согласования выходных уровней КМОП с входами ТТЛ-схем. Содержит 19 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 4306.14-А.

Электрические параметры

Напряжение питания............................3...15 В

Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи:

при Uп=10 В.........................................<2,9 В

при Uп=5 В..........................................<0,95 В

Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи:

при Uп=10 В.........................................<7,2 В

при Uп=5 В...........................................<3,6 В

Ток потребления:

при Uп=15 В.........................................<2 мкА

при Uп=18 В........................................<20 мкА

Входной ток низкого (высокого) уровня

при Uп=18 В.......................................<0,3 мкА

Выходной ток низкого уровня:

при Uп=10 В........................................>8 мА

при Uп=5 В..........................................>2,6 мА

Выходной ток высокого уровня.............> 1,25 мА

Ток утечки закрытого ключа при Uп=15 В.......>1 мкА

Время задержки распространения при включении:

при Uп=10 В.........................................<50 нс

при Uп=5 В...........................................<110 нс

Время задержки распространения при выключении:

при Uп=10 В..........................................<90 нс

при Uп=5 В............................................<120 нс

Входная емкость при Uп=10 В..................<30 пФ

К561ИЕ10

Микросхема представляет собой два четырехразрядных счетчика. Содержит 354 интегральных элемента. Корпус типа 238.16-1, 2103.16-с, масса не более 1,5 г и 4307.16-А.

Электрические параметры

Напряжение питания...............................................3...15 В

Выходное напряжение низкого уровня при Uп=5 В;

Uп=10 В...................................................................<0,01 В

Выходное напряжение высокого уровня:

при Uп=5 В.............................................................>4,99В

при Uп=10 В...........................................................>9,99 В

Максимальное выходное напряжение низкого уровня:

при Uп=5 В..............................................................<0,8 В

при Uп=10 В.............................................................<1 В

Минимальное выходное напряжение высокого

уровня:

при Uп=5 В...............................................................>4,2 В

при Uп=10 В..............................................................>9 В

Ток потребления:

при Uп=5 В...............................................................<50 мкА

при Uп=10 В.............................................................<100 мкА

Входной ток низкого уровня при Un — 10 В............<0,2 мкА

Входной ток высокого уровня при (7п = 10 В...........<0,2 мкА

Выходной ток низкого уровня:

при Uп=5 В.................................................................>0,2 мА

при Uп=10 В...............................................................>0,5 мА

Выходной ток высокого уровня при Uп=5 В;

при Un = 10 В...............................................................>0,2 мА

Время задержки распространения при включении

(выключении):

при Uп=5 В.................................................................<1500 нc

при Uп=10 В...............................................................<500 нc

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания.......................................................3...15 В

Напряжение на входах….......................................-0,2...( Uп+0,2) В

Максимальный ток на один (любой) вывод…………..40 мА

Максимальная потребляемая мощность……………..150 мВт

Температура окружающей среды……………………-45...+85 °С

Выбранные микросхемы подходят для разрабатываемого мной устройства по всем характеристикам.

2.1.4 Обоснование выбора диодов

В схеме используется диод КД 521ВВыберем наиболее подходящий диод из ниже приведённого списка.

Таблица 2.1.4

--------------------------------------------------
Тип диода | Допустимый прямой ток | Максимальный обратный ток |
---------------------------------------------------------
КД522А | 0,1А | 5мкА |
---------------------------------------------------------
КД521В | 0,01А | 1мкА |
---------------------------------------------------------
КД805А | 0,2А | 5мкА |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Нашим требованиям удовлетворяют все диоды, но выбираем наиболее дешёвый малогабаритный диод типа КД 521В.

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

Произведём выбор наиболее подходящего полупроводникового прибора из ниже приведённого списка.

Таблица 2.1.5.1

--------------------------------------------------
Тип транзистора | Iк max | Pk max | UКБО мах | ß |
---------------------------------------------------------
КТ3102А | 100мА | 250мВт | 5В | 100-250 |
---------------------------------------------------------
КТ307А | 20мА | 15мВт | 10В | 20-100 |
---------------------------------------------------------
КТ306В | 30мА | 150мВт | 15В | 20 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Выбираем транзистор с наибольшим коэффициентом усиления типа КТ3102А.

Таблица 2.1.5.2

--------------------------------------------------
Тип транзистора |

Статическ.

Коэффициент

|

Постоянная рассеивающая

мощность

| Постоянное напряжение эмиттер-база |

Постоянное напряжение

кол.-эммит.

|
---------------------------------------------------------
КТ837Ф | 50…150 | 30Вт | 45В | 40В |
---------------------------------------------------------
КТ837Р | 20…80 | 30Вт | 60В | 55В |
---------------------------------------------------------
КТ837А | 10…40 | 30Вт | 80В | 70В |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Выбираем транзистор с наибольшим статическим коэффициентом типа КТ837Ф.

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности

Расчет надежности проводится на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентирные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры в нутри блока. Для большинства маломощных полупроводниковых устройств она не превышает 400С.

Для различных элементов при расчетах надежности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеивания, для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов - прямой ток.

Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1,5 -2 раза выше напряжения источника питания. Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1

--------------------------------------------------
Наименование элемента | Контрольные параметры |

k нагрузки

|
---------------------------------------------------------
импульсный режим | статический режим |
---------------------------------------------------------
Транзисторы |

Ркдопkн = Рф / Ркдоп

| 0,5 | 0,2 |
---------------------------------------------------------
Диоды |

Iпрмахkн = Iф / Iпрт

| 0,5 | 0,2 |
---------------------------------------------------------
Конденсаторы |

Uобклkн = Uф / Uобкл

| 0,7 | 0,5 |
---------------------------------------------------------
Резисторы |

Pтрасkн = Рф / Рдоп

| 0,6 | 0,5 |
---------------------------------------------------------
Трансформаторы |

Iнkн = Iф / Iндоп

| 0,9 | 0,7 |
---------------------------------------------------------
Соединители |

Iконтактаkн = Iф / Iкдоп

| 0,8 | 0,5 |
---------------------------------------------------------
Микросхемы |

Iмах вх / Iмах вых

| - | - |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Допустимую мощность рассеяния следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать в половину меньше согласно таблице 3.1.1.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надёжности считается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя из напряжения источника питания Uн, для конденсатора следует брать в два раза (или в полтора) больше напряжения источника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторы выпускают на допустимое напряжение (в вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.

Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения на обкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования практически не применяются.

Фактическое значение (Uф) для конденсаторов расчёте надежности следует брать в половину меньше выбранного.

Для транзисторов номинальный параметр Рк допустимое

следует брать из справочников.

Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока IПР . Брать в справочниках.

Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендации таблицы 3.1.1.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается. Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в более жёстких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах л вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надёжность аппаратуры имеет температура.

Определяя интенсивность отказов при t° - 20°С приведены в таблице 3.1.2.

Интенсивность отказов обозначается λo. Измеряется λo в ( 1/час ).

Таблица 3.1.2

--------------------------------------------------
Наименование элемента |

λo*10-6 1/час

|

  |
---------------------------------------------------------

  |
---------------------------------------------------------
Микросхемы средней степени интеграции | 0,013 |

  |
---------------------------------------------------------
Большие интегральные схемы | 0,01 |

  |
---------------------------------------------------------
Транзисторы германиевые: Маломощные | 0,7 |

  |
---------------------------------------------------------
Средней мощности | 0,6 |

  |
---------------------------------------------------------
мощностью более 200мВт | 1,91 |

  |
---------------------------------------------------------
Кремниевые транзисторы: Мощностью до 150мВт | 0,84 |

  |
---------------------------------------------------------
Мощностью до 1Вт | 0,5 |

  |
---------------------------------------------------------
Мощностью до 4Вт | 0,74 |

  |
---------------------------------------------------------
Низкочастотные транзисторы: Малой мощности | 0,2 |

  |
---------------------------------------------------------
Средней мощности | 0,5 |

  |
---------------------------------------------------------
Транзисторы полевые | 0,1 |

  |
---------------------------------------------------------
Конденсаторы: Бумажные | 0,05 |

  |
---------------------------------------------------------
Керамические | 0,15 |

  |
---------------------------------------------------------
Слюдяные | 0,075 |

  |
---------------------------------------------------------
Стеклянные | 0,06 |

  |
---------------------------------------------------------
Пленочные | 0,05 |

  |
---------------------------------------------------------
Электролитические (алюминиевые) | 0,5 |

  |
---------------------------------------------------------
Электролитические (танталовые) | 0,035 |

  |
---------------------------------------------------------
Воздушные переменные | 0,034 |

  |
---------------------------------------------------------
Резисторы: Композиционные | 0,043 |

  |
---------------------------------------------------------
Плёночные | 0,03 |

  |
---------------------------------------------------------
Угольные | 0,047 |

  |
---------------------------------------------------------
Проволочные | 0,087 |

  |
---------------------------------------------------------
Диоды: Кремниевые | 0,2 |

  |
---------------------------------------------------------
Выпрямительные | 0,1 |

  |
---------------------------------------------------------
Универсальные | 0,05 |

  |
---------------------------------------------------------
Импульсные | 0,1 |

  |
---------------------------------------------------------

  | Стабилитроны кремниевые | 0,157 |
---------------------------------------------------------

  | Трансформаторы Силовые | 0,25 |
---------------------------------------------------------

  | Звуковой частоты | 0,02 |
---------------------------------------------------------

  | Высокочастотные | 0,045 |
---------------------------------------------------------

  | Автотрансформаторные | 0,06 |
---------------------------------------------------------

  | Дроссели: | 0,34 |
---------------------------------------------------------

  | Катушки индуктивности | 0,02 |
---------------------------------------------------------

  | Реле | 0,08 |
---------------------------------------------------------

  | Антенны | 0,36 |
---------------------------------------------------------

  | Микрофоны | 20 |
---------------------------------------------------------

  | Громкоговорители | 4 |
---------------------------------------------------------

  | Оптические датчики | 4,7 |
---------------------------------------------------------

  | Переключатели, тумблеры, кнопки | 0,07n |
---------------------------------------------------------

  | Соединители | 0,06n |
---------------------------------------------------------

  | Гнезда | 0,01n |
---------------------------------------------------------

  | Пайка навесного монтажа | 0,01 |
---------------------------------------------------------

  | Пайка печатного монтажа | 0,03 |
---------------------------------------------------------

  | Пайка объемного монтажа | 0,02 |
---------------------------------------------------------

  | Предохранители | 0,5 |
---------------------------------------------------------

  | Волновые гибкие | 1,1 |
---------------------------------------------------------

  | Волновые жесткие | 9,6 |
---------------------------------------------------------

  | Электродвигатели: Асинхронные | 0,359 |
---------------------------------------------------------

  |
---------------------------------------------------------

  | Асинхронные вентиляторы | 2,25 |
---------------------------------------------------------

  |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Порядок расчета.

В таблицу заносятся данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1 колонку заносятся наименования элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только его ёмкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.

Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. (Большие интегральные схемы не применяются в курсовых и дипломных проектах).

В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 400С.

Далее следует заполнить колонку 6. пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 3.1.1.

Коэффициенты нагрузок.

Для транзисторов:

kн = Pф / Pкдоп = Pф / Pн

kн=12,5/25=0,5

Для диодов:

kн = Iф/Iпрср= Iф/Iн

kн = 0,5/1=0,5

Для резисторов:

kн = Pф / Pн

kн =0,06/0,125=0,5

Для конденсаторов:

kн = Pф / Pн

kн =8/16=0,5

Если kн в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать kн - 0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (а), которое показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (а) по таблице 3.1.3 .

При k = 0,5 и t=400С значение, а будет =

Для полупроводниковых приборов 0,3

Для керамических конденсаторов 0,5

Для бумажных конденсаторов 0,8

Для электролитических конденсаторов 0,9

Для металлодиэлектрических или

металооксидных резисторов 0,8

Для силовых трансформаторов 0,6

Таблица 3.1.3

--------------------------------------------------

t°C

|

Значение а при к равном

|
---------------------------------------------------------
0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1 |
---------------------------------------------------------
Кремневые полупроводниковые приборы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,02

0,05

0,15

|

0,05

0,15

0,35

|

0,15

0,30

0,75

|

0,5

1

1

|

1

---

---

|
---------------------------------------------------------
Керамические конденсаторы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,15

0,30

0,30

|

0,30

0,30

0,50

|

0,35

0,50

0,75

|

0,65

1,00

1,5

|

1

1,4

2,2

|
---------------------------------------------------------
Бумажные конденсаторы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,35

0,50

0,7

|

0,55

0,60

1,0

|

0,70

0,80

1,4

|

0,85

1,00

1,8

|

1,0

1,2

2,3

|
---------------------------------------------------------
Электролитические конденсаторы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,55

0,65

1,45

|

0,65

0,80

1,75

|

0,75

0,90

2,0

|

0,90

1,1

2,5

|

1,0

1,2

2,3

|
---------------------------------------------------------
Металлодиэлектрические или металлооксидные резисторы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,40

0,45

0,50

|

0,50

0,60

0,75

|

0,65

0,80

1,00

|

0,85

1,1

1,5

|

1,00

1,35

2

|
---------------------------------------------------------
Силовые трансформаторы |
---------------------------------------------------------

20

40

70

|

0,40

0,42

1,5

|

0,43

0,50

2

|

0,45

0,60

3,1

|

0,55

0,90

6,0

|

1

1,5

10,0

|
---------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Для германиевых полупроводниковых диодов а брать таким, как у кремниевых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть а конкретном схеме, следует спросить у преподавателя, как быть.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 3.1.2.

Колонка 11 λi = а *λ0. Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует, на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае λi в колонке 11: λi = λо *a*a1 *a2 *a3

где а - коэффициент влияния температуры;

a1 - коэффициент влияния механических воздействий;

а2 - коэффициент влияния влажности;

a3 - коэффициент влияния атмосферного давления.

Значения a1 a2 и a3 определяются по нижеследующим таблицам.

Коэффициент влияния механических воздействий.

Таблица 3.1.4

--------------------------------------------------
Условия эксплуатации аппаратуры | Вибрация | Ударные нагрузки | Суммарное воздействие |
---------------------------------------------------------
Лабораторные | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
---------------------------------------------------------
Стационарные | 1,04 | 1,03 | 1,07 |
---------------------------------------------------------
Корабельные | 1,3 | 1,05 | 1,37 |
---------------------------------------------------------
Автофургонные | 1,35 | 1,08 | 1,46 |
---------------------------------------------------------
Железнодорожные | 1,4 | 1,1 | 1,54 |
---------------------------------------------------------
Самолётные | 1,4 | 1,13 | 1,65 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Коэффициент влияния влажности

Таблица 3.1.5

--------------------------------------------------

Температура, °C

|

Влажность, %

|

Поправочный коэффициент, a1

|
---------------------------------------------------------
20-40 | 6-70 | 1,0 |
---------------------------------------------------------
20-25 | 90-98 | 2,0 |
---------------------------------------------------------
30-40 | 90-98 | 2,5 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Коэффициент влияния атмосферного давления

Таблица 3.1.6

--------------------------------------------------
Давление, кПа |

Поправочный коэффициент, a1

| Давление, кПа |

Поправочный коэффициент, a1

|
---------------------------------------------------------
0,1-1,3 | 1,45 | 32,0-42,0 | 1,2 |
---------------------------------------------------------
1,3-2,4 | 1,40 | 42,0-50,0 | 1,16 |
---------------------------------------------------------
2,4-4,4 | 1,36 | 50,0-65,0 | 1,14 |
---------------------------------------------------------
4,4-12,0 | 1,35 | 65,0-80,0 | 1,1 |
---------------------------------------------------------
12,0-24,0 | 1,3 | 80,0-100,0 | 1,0 |
---------------------------------------------------------
24,0-32,0 | 1,25 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Когда колонка 12 заполнена, можно рассчитать среднее время наработки на отказ Тср,

Для этого суммируют все значения колонки 12, получая ∑ λc.

Тогда Тср=1/∑λc(час)

Следует помнить, что ∑λc - число, умноженное на 10ֿ6, т. е. при делении 10ֿ6 перейдет в числитель.

λc = 9,49*10-6

Тср = 1/9,49*10-6

Тср = 106/9,49=105374,08 часов.

Расчет надежности функционального узла

--------------------------------------------------
Наименование | Тип | Кол-во n |

Температура окр. ср. t, °C

| Фактическое значение параметра, определяющего надёжность | Номинальное значение параметра, определяющего надёжность | Конструктивная характеристика |

k

|

α

|

λ0*10ֿ6, 1/час

|

λi=αλ0*10ֿ6

|

λc=λin*10ֿ6

|
---------------------------------------------------------
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
---------------------------------------------------------
Резистор | МЛТ-0,125 | 37 |

40°

| P=0,0625 Вт | Pн=0,125 Вт | плёночный | 0,5 | 0,8 | 0,03 | 0,024 | 0,89 |
---------------------------------------------------------
СП3-38б | 6 | Р=0,25 Вт | Pн=0,5 Вт | подстроечный | 0,5 | 0,8 | 0,03 | 0,024 | 0,14 |
---------------------------------------------------------
СП3-4аМ | 1 | Р=0,25 Вт | Pн=0,5 Вт | переменный | 0,5 | 0,8 | 0,03 | 0,024 | 0,024 |
---------------------------------------------------------
Конденсатор | К50-35 | 5 | U=10 В | Uн=20 В | электролитический | 0,5 | 0,9 | 0,5 | 0,45 | 2,25 |
---------------------------------------------------------
К53-14 | 2 | U=10 В | Uн= 20 В | электролитический | 0,5 | 0,9 | 0,5 | 0,45 | 2,25 |
---------------------------------------------------------
Транзистор | КТ837Ф | 3 | P=15 Вт | Pн=30 Вт | кремниевый | 0,2 | 0,3 | 0,8 | 0,24 | 0,72 |
---------------------------------------------------------
КТ3102А | 3 | P=125 мВт | Pн=250 мВт | кремниевый | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 0,15 | 0,45 |
---------------------------------------------------------
Микросхема | К561ЛН2 | 1 | ― | ― | ― | ― | 1 | 0,013 | 0,013 | 0,013 |
---------------------------------------------------------
К561ИЕ10 | 2 | ― | ― | ― | ― | 1 | 0,013 | 0,013 | 0,026 |
---------------------------------------------------------
Диод | КД521В | 17 | I=50 мА | Iн=100 мА | кремниевый | 0,5 | 0,3 | 0,2 | 0,06 | 1,02 |
---------------------------------------------------------
Оптрон | АОД109 | 1 | ― | ― | ― | ― | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
---------------------------------------------------------
Пайка | ― | 241 | ― | ― | ― | ― | 1 | 0,005 | 0,005 | 1,21 |
---------------------------------------------------------
Всего | 9,49 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

3.2 Расчет узкого места

1.  Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки

D kmin =2Вm + d0 +1.5hф +2∆л+C1 (3.2.1)

D kmin = 2 x 0,025 +0,33+1,5 x 0,3+2 x 0,23 + 0,3

D kmin = 1,59 мм

Где Вm – расстояние от края просверленной линии до края контактной площадки.

d0 - номинальный диаметр металлизированного отверстия.

hф – толщина фольги

∆л =∆м L/100- изменение длинны печатной платы при нестабильности линейных размеров.

Где L – размер большой длинны печатной платы

∆м - изменение контактной площадки при нестабильности линейных размеров (обычно 0,3 мм)

С1 – поправочный коэффициент

С1 учитывает погрешности при центровке, сверлении, при изготовлении фото шаблона и др.

Толщина фольги – 0,3 – 0,5мм

Печатные платы размером более 240*240мм – 1 класс плотности

Для плат размером меньше 240*240мм больше 170*170мм – 1 и 2 классы плотности, платы меньших размеров 3 класс плотности.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

∆л =∆м L/100 (3.2.2)

∆л = 0,2*117/100

∆л = 0,23мм

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

2. Рассчитываем максимальный диаметр контактной площадки

D kmах =2Вm + d0 +1,5hф +2∆л+C2 (3.2.3)

D kmax = 2 x 0,025 + 0,33+1,5 x 0,3+2 x 0,23+0,35

D kmax = 1,64 мм

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Минимальное расстояние для прокладки n проводников между двумя контактными площадками должно обеспечиваться при максимальном диаметре контактной площадки и максимальной ширине проводника с учетом погрешности ∆ш

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

3.  Минимальное расстояние для прокладки n проводников.

Lmin = 0,5(Dk1min + Dk2max) + 2∆ш +(Tmax + ∆ш)n + S(n+1) < kh, (3.2.4)

Где Tmax = T + ∆ш + 2∆э

k – число клеток координатной сетки

h – шаг координатной сетки

∆э – погрешность при экспонировании.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Lmin = 0,5(Dk1min + Dk2max) + 2∆ш +(Tmax + ∆ш)n + S(n+1) < kh, (3.2.4)

T max = T + ∆ш + 2∆э (3.2.5)

T max = 0,15 + 0,03 + 2 х 0,03 = 0,24 мм

L min = 0,5(1,59 + 1,64) + 2 x 0,03 + (0,24+0,03) x 2 + 0,25(2 + 1) <

L min= 2,97 < 3

3.3 Расчет теплового сопротивления

При исследовании тепловых режимов некоторых конструкций возникает задача определения теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу блока. Определим тепловое сопротивление при передаче тепловой энергии от корпуса ИС к блоку по твердым частям конструкции, по которым передаётся тепло: зазор между корпусом ИС и теплопроводящей шиной заполнен теплопроводящим материалом; от шины тепло передаётся через тепловые контакты на каркас субблока и от каркаса субблока к стенке блока.

Полное тепловое сопротивление – Rполн = Rз+Rш1 +Rш2+Rст+Rк1+Rк2, где:

Rз – тепловое сопротивление зазора,

Rш – тепловые сопротивления между шиной и сторонами каркаса,

Rк – тепловые сопротивления контакта шины – каркас субблока,

Rст – тепловое сопротивление стенки каркаса.

Исходные данные:

1.  Площадь основания корпуса - Sк = 0,004446 м2.

2.  Толщина зазора между корпусом ИС и шиной - hз = 0,003 м.

3.  Коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор - Λз = 2,76 × 10-2 Вт/мК.

4.  Материал зазора - воздух.

5.  Размеры шины: ширина bш - 0,002 м, высота hш - 0,0005 м.

6.  Расстояние от ИС до стенок каркаса: ℓ1 = 0,024 м, ℓ1 = 0,07 м.

7.  Материал шины - медь.

8.  Коэффициент теплопроводности шины - Λш = 400 Вт/мК.

9.  Удельная тепловая проводимость контакта шина – каркас: áк1 = áк2 = 12 × 104 Вт/мК.

10.  Длина стенки каркаса - lк = 0.125 м, ширина стенки каркаса - bк = 0,05 м, толщина стенки каркаса - hк = 0,005 м.

11.  Материал каркаса – алюминий, коэффициент теплопроводности - Λк = 196 Вт/мК.

Расчет

1.  Определяем тепловое сопротивление зазора:

Rз = hз / (Λз × Sк) (3.3.1)

Где hз – толщина зазора в метрах,

Λз – коэффициент теплопроводности материала зазора,

Sк – площадь основания корпуса.

Rз = 0,03 м / (400 Вт/мК × 0,004446 м2) = 1,69 Ом

Λз берём из таблицы №1

Таблица №1

--------------------------------------------------
Материал. |

Коэффициент

теплопроводности

(Вт/мК).

| Материал. |

Коэффициент

теплопроводности

(Вт/мК).

|
---------------------------------------------------------
Серебро | 390 - 410 |

Стеклотексто -

лит, текстолит

| 0,231 – 0,385 |
---------------------------------------------------------
Алюминий | 196 | Стекло | 0,74 |
---------------------------------------------------------
Дюралюминий | 160 - 180 | Фарфор | 0,854 |
---------------------------------------------------------
Бронза | 64 | Керамика | 7,0 |
---------------------------------------------------------
Латунь | 85,8 | Ситалл | 1,5 |
---------------------------------------------------------
Медь | 400 | Поликор | 30,0 |
---------------------------------------------------------
Сталь | 45,5 | Картон | 0,23 |
---------------------------------------------------------
Резина | 0,15 | Пенопласт | 0,58 |
---------------------------------------------------------
Эбонит, гетинакс | 0,156 – 0,175 | Воздух | 0,0276 |
---------------------------------------------------------
Слюда | 0,583 | Вода | 0,635 |
---------------------------------------------------------

Полихлорвиниловая

пластмасса

| 0,443 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

2. Найдём площадь поперечного сечения теплопроводящей шины:

Sш = bш × hш (3.3.2)

Sш = 2 × 0,5 = 1 м2.

3. Определим тепловые сопротивления между шиной и сторонами каркаса:

Rш1 = ℓ1 / (Λз × Sк) (3.3.3)

Rш1 = ℓ2 / (Λз × Sк) (3.3.4)

Rш1 = 0,024 м / (400 Вт/мК × 1 мм2) = 0,00006Ом

Rш2 = 0,07 м / (400 Вт/мК × 1 мм2) = 0,0000175Ом

4. Определим тепловое сопротивление контакта шины с каркасом:

Площадь контакта:

Sк = bш × hк (3.3.5)

Где bш – ширина шины,

hк – толщина стенки корпуса.

Sк = 2 × 0,5 = 1 мм2

Rк1 = 1 / (áк1 × Sк) (3.3.6)

Rк1 = 1 / (12 Вт/мК × 1 мм2 ) = 0,83 К/Вт

Коэффициент áк1 находим из таблицы №2.

Таблица №2

--------------------------------------------------
Материал. |

Коэффициент теплопередачи

áк1 × 104 Вт/мК.

| Материал. |

Коэффициент теплопередачи

áк1 × 104 Вт/мК.

|
---------------------------------------------------------
Медь – алюминий | 12 | Сталь – дюраль |

8,4 × 103

|
---------------------------------------------------------
Медь – медь | 10 | Сталь – сталь |

1,5 × 103

|
---------------------------------------------------------
Медь – дюраль | 4,0 | Металл – краска – металл | 500,0 |
---------------------------------------------------------
Медь – сталь | 1,2 | Металл – стекло |

(0,6 - 2 3) × 103

|
---------------------------------------------------------
Медь – латунь | 5,5 | Сталь – сталь (резьба) |

1,7 × 103

|
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

5. Находим тепловое сопротивление стенки каркаса:

Rст = bк / (Λк × bк × lк) (3.3.7)

Где bк – ширина корпуса.

Rст = 0,105 м / (196 Вт/мК × 125 мм ) = 0,000041 К/Вт.

6.Находим тепловое сопротивление контакта

Rк2 = 1 / (áк2 × Sк2) (3.3.8)

Где Sк2 = hк × lк, где lк – длина стенки корпуса.

Sк2 = 0,5 × 125 = 62,5 мм2

Rк2 = 1 / (12 Вт/мК × 62,5 мм2) = 0,0013 К/Вт.

7. Рассчитываем полное тепловое сопротивление:

Rполн = Rз + Rш1 + Rш2 + Rст + Rк1 + Rк2 (3.3.9)

Rполн = 1,69 + 0,00006 + 0,0000175 + 0,000041 + 0,0013 = 1,69 К/Вт.

Исходя из произведённого расчёта полное тепловое сопротивление ИС составит 1,69 К/Вт.

Нагрев незначительный, поэтому теплоотвод для схемы не требуется.

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

Расчет коэффициента заполнения печатной платы можно сделать по сборочному чертежу платы. Для этого надо измерить площадь, занимаемую элементом вместе с выступающими за корпус выводами.(Посадочное место). В плане (плоскости) все посадочные места можно рассматривать как прямоугольники и окружности. Как известно, площадь прямоугольника равна произведению длины на ширину прямоугольника, а площадь круга

S = πD²/4 , где

D – диаметр круга, а π – физическая константа, равная 3,14

Расчет следует вести с использованием таблицы 3.4.1

--------------------------------------------------

Наименование

элемента

| Площадь занимаемая элементом | Количество однотипных элементов | Площадь занимаемая всеми элементами |
---------------------------------------------------------

Резистор

МЛТ 0,125

| 13,2 мм² | 37 | 488,4 мм² |
---------------------------------------------------------

Резистор

СП3-4аМ

| 78,5 мм² | 6 | 471 мм² |
---------------------------------------------------------

Резистор

СП3-38б

| 50,24 мм² | 1 | 50,24 мм² |
---------------------------------------------------------

Транзистор

КТ3102А

| 21,23 мм² | 3 | 63,68 мм² |
---------------------------------------------------------

Транзистор

КТ837Ф

| 43,77 мм² | 3 | 131,31 мм² |
---------------------------------------------------------

Конденсатор

К50-35

| 15,9 мм² | 5 | 79,5 мм² |
---------------------------------------------------------

Конденсатор

К53-14

| 40 мм² | 2 | 80 мм² |
---------------------------------------------------------

Микросхема

К561ЛН2

| 144,3 мм² | 1 | 144,3 мм² |
---------------------------------------------------------

Микросхема

К561ИЕ10

| 162,8 мм² | 2 | 325,6 мм² |
---------------------------------------------------------

Диод

КД521В

| 7,22 мм² | 17 | 122,74 мм² |
---------------------------------------------------------

Оптрон

АОД109

| 144,3 мм² | 1 | 144,3 мм² |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Таблица заполняется, после чего надо сложить все цифры последнего столбца. Таким образом будет найдена площадь, занимаемая всеми элементами схемы S элемент.

Площадь печатной платы - S платы равна произведению ее длины на ширину. Коэффициент заполнения печатной платы

S элемент = 2101,1 мм²

К зап = S элемент / S платы х 100%

К зап = 2101,1 / 4516,2 х 100% = 214,94

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработка трассировки печатной платы

Печатные платы – это элементы конструкций предназначенных для соединения элементов электрической цепи при помощи печатных проводников. Печатные платы состоят из диэлектрического основания, на котором расположены плоские проводники. Они обеспечивают соединение элементов. Применение печатных плат позволяет увеличить плотность монтажа. Они дают возможность получить в одном технологическом цикле проводники и экранирующие поверхности. Печатные платы гарантируют повторяемость характеристик, особенно паразитных. Повышается стойкость к механическим и климатическим воздействиям, обеспечивается унификация сложных изделий и повышается надёжность. Платы дают возможность механизировать и автоматизировать монтажно-сборочные, регулировочные и контрольные работы, при этом снижается трудоёмкость работ и стоимость изделия. Недостатком печатных плат является сложность внесения изменений в конструкцию и плохая ремонтопригодность. К печатным платам предъявляются некоторый ряд технических требований:

Основание должно быть однородным по цвету, монолитным, без внутренних пузырей и раковин, без посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вскрошения металла, царапины, следы от удаления отдельных не вытравленных участков, контурное просветление.

Проводящий рисунок должен быть четкий, с ровными краями, без вздутий, следов инструмента. Отдельные протравы (5 точек на 1 дм2) при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально допустимой по чертежу.

Допускаются риски глубиной менее 25 мкм и длинной до 6 мм.

Допускаются отслоения проводника в одном месте не более 4 мм.

При наличии критических дефектов, печатные проводники могут дублироваться объёмными не более 5 для плат 120х180 мм и не более 10 для плат большего размера.

Связь между сторонами платы осуществляется при помощи монтажных отверстий. При помощи их крепятся элементы. Вокруг монтажного отверстия делается ободок, который называется контактной площадкой. Его ширина не менее 50 мкм. Разрывы не допускаются. Допускаются отдельные отслоения контактных площадок до 2% и их ремонт при помощи эпоксидного клея, после чего они должны выдерживать три пайки.

При воздействии повышенной температуры, контактные площадки должны держать температуру порядка 290 °С не менее 10 сек без разрывов и отслоения.

Печатные платы классифицируются по параметрам и применению.

Односторонние печатные платы просты и экономичны. Применяются для монтажа бытовой радиоаппаратуры, техники связи, источников питания и т. д. Обычно они выполняются на слоистом или листовом основании: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Монтажные отверстия могут быть металлизированными и не металлизированными. На одной стороне расположен печатный монтаж, а на другой объёмные элементы; крепёж, арматура, тепло отводы и т. д.

Двухсторонние печатные платы. У них печатный рисунок располагается с двух сторон, а элементы, как правило, с одной стороны. Связь между сторонами осуществляется при помощи металлизированных сквозных отверстий.

Проводные печатные платы применяются в опытном производстве при макетировании. На плате делают контактные площадки, на которые размещают элементы. Связь между ними осуществляют при помощи проводов.

Печатные проводники желательно располагать параллельно друг к другу. При необходимости угол печатного проводника 45°.

Узкие проводники легко отслаиваются. Для их закрепления используют сквозные отверстия через каждые 25 – 30 мм, или расширяются контактные площадки 1х1 мм. Если ширина экрана более 5 мм, то в экране надо делать вырезы, т. к. при нагреве медь расширяется и может покоробиться.

Печатные платы в зависимости от минимальной ширины печатных проводников и минимального зазора между ними делят на три класса. К классу 1 относятся платы с пониженной плотностью монтажа, у которых ширина проводников и зазор между ними должен быть не менее 0,5 мм. Класс 2 образуют платы с повышенной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников и зазоры не менее 0,25 мм. Платы с шириной проводников и зазорами до 0,15 мм (класс 3) имеют высокую плотность монтажа. Платы этого класса следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях.

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.

Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Шаг 1,25 мм применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Если устанавливаемый элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки.

Диаметр отверстия в печатной плате должен быть больше диметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента. При диаметре вывода до 0.8мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм – на 0,3 мм больше.

Диаметр металлизированного отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы. Связано это с тем, что при гальваническом осаждении металла на стенках отверстия малого диаметра, сделанного в толстой плате, толщина слоя металла получится неравномерной, а при большом отношении длины к диаметру некоторые места могут остаться непокрытыми. Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее половины толщины платы.

Чтобы обеспечить надежное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Контактные площадки отверстий рекомендуется делать в виде кольца.

Для не металлизированных отверстий и торцов плат шероховатость поверхности делают такой, чтобы параметр шероховатости Rz < 80. У металлизированных отверстий и торцов шероховатость должна быть лучше: Rz < 40.

Отверстия на плате нужно располагать таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не меньше толщины платы. В противном случае перемычка между отверстиями не будет иметь достаточно механической прочности.

Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы от планарных корпусов, рекомендуется делать прямоугольными.

Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигурации, располагая их параллельно линиям координатной сетки.

Проводники на всем их протяжении должны иметь одинаковую ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.

Следует иметь в виду, что узкие проводники (шириной 0,3 – 0,4 мм) могут, отслаивается от изоляционного основания при незначительных нагрузка. Если такие проводники имеют большую длину, то следует увеличивать прочность сцепления проводника с основанием, располагая через каждые 25 - 30 мм по длине проводника металлизированные отверстия или местные уширения типа контактной площадки с размерами 1 х 1 или более.

Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними.

Экраны и проводники шириной более 5 мм следует выполнять с вырезами. Связано это с тем, что при нагреве плат в процессе пайки изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеют большую ширину, то газы, не находят выхода могут вспучивать фольгу. Формы вырезов может быть произвольной.

Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами называют печатным узлом.

Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест.

ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны. Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной». Для ЭРЭ с планарными выводами пайку «волной» применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов.

При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:

полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);

должна быть предусмотрена возможность конвенции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы

Если элемент имеет электропроводный корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника. Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса, наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок.

Эти элементы могут работать при более жестких механических в

Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы "Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT". Эта работа найдена в открытых источниках Интернет. А это значит, что если попытаться её защитить, то она 100% не пройдёт проверку российских ВУЗов на плагиат и её не примет ваш руководитель дипломной работы!
Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 544

Другие дипломные работы по специальности "Информатика":

Web-сайт для учителей информатики: анализ существующих и разработка нового приложения

Смотреть работу >>

Поиск фотооборудования

Смотреть работу >>

Автоматизированная система складского учета в ЗАО "Белгородский бройлер"

Смотреть работу >>

Автоматизированная система учета договоров страхования предпринимательских рисков

Смотреть работу >>

Создание информационно-справочной системы "Методический кабинет"

Смотреть работу >>