Выбор и обоснование применения элементной базы.

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ПЛАТЫ ПОРТАТИВНОГО ЧАСТОТОМЕРА.................................................................................................................................. 3

1. Выбор и обоснование применения элементной базы................................ 5

1.1. Резисторы, конденсаторы, диоды и другие дискретные компоненты............................ 5

1.2. Интегральные микросхемы.................................................................................................... 5

2. Конструкторско-технологический расчет печатной платы............. 7

2.1. Определение минимального диаметра металлизированного отверстия....................... 7

2.2. Определение минимального диаметра монтажного отверстия....................................... 8

2.3. Определение минимального диаметра контактной площадки........................................ 8

2.4. Определение ширины проводников...................................................................................... 8

2.5. Определение минимального расстояния между проводником и КП с МО................... 9

2.6. Определение минимального расстояния межде двумя соседними КП........................... 9

3. Электрический расчет печатной платы............................................................. 9

3.1. Определение максимального падения напряжения на проводниках............................. 9

3.2. Определение мощности потерь............................................................................................ 10

3.3. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП....................................................................................................................................... 10

3.4. Определение взаимной индуктивности между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП.......................................................................................... 10

3.5. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на разных сторонах ПП.................................................................................................................................... 11

4. Размещение конструктивных элементов........................................................ 11

5. Расчет основных показателей надежности.................................................. 12

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................. 13

Литература.................................................................................................................................... 14

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ПЛАТЫ ПОРТАТИВНОГО ЧАСТОТОМЕРА.

1. Наименование и область применения.

Портативный частотомер предназначен для измерения частоты входного сигнала в широком диапазоне частот.

2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на курсовой проект.

3. Цель и назначение разработки.

Целью данной разработки является создание, конструкторско-технологический и электрический расчеты печатного узла портативного частотомера.

4. Источник разработки.

Источником разработки является схема электрическая принципиальная портативного частотомера.

5. Технические требования.

5.1. Состав изделия и требования к разрабатываемому устройству.

Устройство изготавливается в виде отдельного печатного узла и содержит схему собственно частотомера и схему индикации.

5.2. Показатели назначения.

5.2.1. Число входов – 1.

5.2.2. Питание схемы осуществляется от внешнего источника питания напряжением 9 В.

5.2.3. Диапазон измеряемых частот – 5 Гц…100 кГц.

5.3. Требования к надежности.

Среднее время наработки на отказ – не менее 20000 часов.

5.4. Требования к технологичности.

Ориентированные на передовые приемы изготовления деталей и сборки.

5.5. Требования к уровню унификации и стандартизации.

Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.

5.6. Требования безопасности обслуживания.

Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре низкого напряжения ГОСТ 12.2.007-75.

5.7. Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.

Покупные изделия и материалы использовать без ограничений. Для изготовления платы спользуются покупные изделия.

5.8. Условия эксплуатации.

Климатическое исполнение УХЛ 3.1. ГОСТ 15150-69.

Температура рабочая                                      -10…+60 С

Влажность воздуха (верхнее значение)      90% при 25 С

Атмосферное давление                        600…800 мм рт.ст.

5.9. Требования к маркировке и установке.

Изделие должно содержать маркировку товарного знака, заводского номера, даты изготовления, органов управления, мест подключения. Изделие упаковывать в отдельную тару.

5.10. Требования к транспортированию и хранению.

Группа условий хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых отапливаемых помещениях.

Температура воздуха                                        +1…+40 С

Относительная влажность воздуха             65% при 20 С

Атмосферное давление                                  84…106 кПа

Транспортироватть автомобильным и железнодорожным транспортом в транспортной таре.

Выбор и обоснование применения элементной базы.

 

Для создания разрабатываемого устройства согласно техническому заданию необходимо применить комплектующие отечественного производства и максимально использовать стандартные компоненты и изделия. Исходя из этого выбор элементной базы будет следующим.

Интегральные микросхемы.

Ввиду большого разнообразия серий микросхем, пригодных для использования в разрабатываемом устройстве и значительного количества параметров микросхем, их выбор аналогично выбору дискретных компонентов затруднителен. Поэтому воспользуемся методом выбора компонентов по матрице параметров. Данный метод заключается в следующем.

В матрицу параметров заносятся параметры элементов, из которых необходимо выбрать один. В нашем случае микросхемы будем выбирать среди серий К176, К561, К155, К555. Выбор будем производить по следующим параметрам: напряжение выхода нуля U_вых0 ; напряжение выхода единицы U_вых1 ; ток потребления I_пот ; входной ток I_вх . Для этих данных матрица параметров будет иметь следующий вид:

 

	U0вых,В	U1вых,В	Iпот,мкА	Iвх, мкА
К176	0,3	8	100	0,3
К561	0,8	4,2	100	0,1
К155	0,4	2,4	30000	40
К555	0,5	2,7	19000	3000
bj	0,25	0,33	0,11	0,31

 

b_j – весовой коэффициент параметра, который учитывает значимость параметра.

Параметры матрицы необходимо пересчитать так, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее свойство элемента. Так как лучшими свойствами микросхемы являются низкое выходное напряжение нуля, высокое выходное напряжение единицы, низкие входной ток и ток потребления, параметры U_вых0, I_пот, I_вх необходимо пересчитать (взять обратную величину). После пересчета параметров матрица параметров примет вид:

 

3,333333	8	0,01	3,333333
1,25	4,2	0,01	10
2,5	2,4	3,33·10-5	0,025
2	2,7	5,26·10-5	0,000333

 

Далее параметры матрицы нормируют по следующей формуле:

 

 , где y_ij – элемент матрицы параметров, стоящий в i-й строке и j-м столбце а_ij – аналогичный элемент в нормированной матрице.

После нормирования матрица параметров примет вид:

0	0	0	0,666667
0,625	0,475	0	0
0,25	0,7	0,996667	0,9975
0,4	0,6625	0,994737	0,999967

 

Для обобщения анализа параметров вводят оценочную функцию Q:

 , m – количество строк в матрице параметров.

После проведения расчетов значения оценочной функции вышли следующими:

К176	0,666667
К561	1,1
К155	2,944167
К555	3,057204

 

Необходимая серия ИМС выбирается, исходя из минимального значения оценочной функции. На основании проведенных расчетов для использования в разрабатываемом устройстве выбираем серию К176.

Примечание: микросхемы DD8-DD12 (см. перечень элементов) были выбраны из серии К561 т.к. в серии К176 нет элемента необходимого типа элемента, а серия К561 имеет значение оценочной функции, максимально близкое к этому значению у серии К176.

Операционный усилитель К544УД2А (DA1) выбирается аналогичным образом.

Определение мощности потерь

, где f_T – тактовая частота работы схемы; U_ПИТ – напряжение питания схемы; tgd - тангенс угла диэлектрических потерь материала печатной платы; С – емкость между слоями платы.

В качестве f_T примем вдвое увеличенную максимальную частоту входного сигнала частотомера: f_T = 200 кГц. Исходя из схемы электрической принципиальной U_ПИТ = 9 В. Для стеклотекстолита tgd = 0,002. Для определения емкости воспользуемся следующей формулой:

, где e - диэлектрическая проницаемость стеклотекстолита, e = 5,5; S – площадь печатных проводников. Примем площадь печатных проводников равной десяти процентам площади одной стороны печатной платы, тогда при размерах печатной платы 175 х 135 S = 2207 мм².

При таких данных С = 54,6 пФ. Тогда Р_ПОТ = 1,1·10^-5 Вт.

ВЫВОДЫ

В данном курсовом проекте была проведена разработка печатного узла портативного частотомера. В процессе разработки был проведен расчет конструкторско-технологических и электрических параметров разрабатываемого устройства. Проведенные расчеты показали полное соответствие разработанного устройства требованиям технического задания. Использованные материалы и детали – стандартные (кроме печатной платы), нестандартных изделий в конструкции портативного частотомера использовано не было.

Литература

1. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем.- М.: Высш.шк., 1989.- 312 с.

2. Горобец А.И. и др. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы).- К.: Техника, 1985.- 312 с.

3. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА. Под ред. Е.М.Парфенова.- М.: Высш.шк.,1982.- 255 с.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ПЛАТЫ ПОРТАТИВНОГО ЧАСТОТОМЕРА.................................................................................................................................. 3

1. Выбор и обоснование применения элементной базы................................ 5

1.1. Резисторы, конденсаторы, диоды и другие дискретные компоненты............................ 5

1.2. Интегральные микросхемы.................................................................................................... 5

2. Конструкторско-технологический расчет печатной платы............. 7

2.1. Определение минимального диаметра металлизированного отверстия....................... 7

2.2. Определение минимального диаметра монтажного отверстия....................................... 8

2.3. Определение минимального диаметра контактной площадки........................................ 8

2.4. Определение ширины проводников...................................................................................... 8

2.5. Определение минимального расстояния между проводником и КП с МО................... 9

2.6. Определение минимального расстояния межде двумя соседними КП........................... 9

3. Электрический расчет печатной платы............................................................. 9

3.1. Определение максимального падения напряжения на проводниках............................. 9

3.2. Определение мощности потерь............................................................................................ 10

3.3. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП....................................................................................................................................... 10

3.4. Определение взаимной индуктивности между двумя параллельно идущими проводниками на одной стороне ПП.......................................................................................... 10

3.5. Определение емкости между двумя параллельно идущими проводниками на разных сторонах ПП.................................................................................................................................... 11

4. Размещение конструктивных элементов........................................................ 11

5. Расчет основных показателей надежности.................................................. 12

ВЫВОДЫ............................................................................................................................................. 13

Литература.................................................................................................................................... 14

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ ПЛАТЫ ПОРТАТИВНОГО ЧАСТОТОМЕРА.

1. Наименование и область применения.

Портативный частотомер предназначен для измерения частоты входного сигнала в широком диапазоне частот.

2. Основание для разработки.

Основанием для разработки является задание на курсовой проект.

3. Цель и назначение разработки.

Целью данной разработки является создание, конструкторско-технологический и электрический расчеты печатного узла портативного частотомера.

4. Источник разработки.

Источником разработки является схема электрическая принципиальная портативного частотомера.

5. Технические требования.

5.1. Состав изделия и требования к разрабатываемому устройству.

Устройство изготавливается в виде отдельного печатного узла и содержит схему собственно частотомера и схему индикации.

5.2. Показатели назначения.

5.2.1. Число входов – 1.

5.2.2. Питание схемы осуществляется от внешнего источника питания напряжением 9 В.

5.2.3. Диапазон измеряемых частот – 5 Гц…100 кГц.

5.3. Требования к надежности.

Среднее время наработки на отказ – не менее 20000 часов.

5.4. Требования к технологичности.

Ориентированные на передовые приемы изготовления деталей и сборки.

5.5. Требования к уровню унификации и стандартизации.

Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.

5.6. Требования безопасности обслуживания.

Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре низкого напряжения ГОСТ 12.2.007-75.

5.7. Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.

Покупные изделия и материалы использовать без ограничений. Для изготовления платы спользуются покупные изделия.

5.8. Условия эксплуатации.

Климатическое исполнение УХЛ 3.1. ГОСТ 15150-69.

Температура рабочая                                      -10…+60 С

Влажность воздуха (верхнее значение)      90% при 25 С

Атмосферное давление                        600…800 мм рт.ст.

5.9. Требования к маркировке и установке.

Изделие должно содержать маркировку товарного знака, заводского номера, даты изготовления, органов управления, мест подключения. Изделие упаковывать в отдельную тару.

5.10. Требования к транспортированию и хранению.

Группа условий хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых отапливаемых помещениях.

Температура воздуха                                        +1…+40 С

Относительная влажность воздуха             65% при 20 С

Атмосферное давление                                  84…106 кПа

Транспортироватть автомобильным и железнодорожным транспортом в транспортной таре.

Выбор и обоснование применения элементной базы.

 

Для создания разрабатываемого устройства согласно техническому заданию необходимо применить комплектующие отечественного производства и максимально использовать стандартные компоненты и изделия. Исходя из этого выбор элементной базы будет следующим.