Счетчик цифровых импульсов

Технологичность изделия оценивается комплексным показателем, определяемым на основе базовых показателей:Нормативный комплексный показатель технологичности электронных блоков приведен в таблицеТаблица 4.1 Тип блоковКнопытный образец (партия)установочная сериясерийное производствоэлектронные0,4-0,70,45-0,750,5-0,95Выполним расчет технологичности электронного блока, приведенного на схеме Э3.Согласно приведенным расчетам данное изделие является технологичным.Состав показателей должен быть минимальным, но достаточным для оценки технологичности конструкции и выбирается применительно к специфике изделия на основе гост 14.201-73.Оценим технологичность конструкции по комплексному показателю технологичности для хронометрической станции.Составим таблицу базовых показателей технологичности (Таблица 4.1).Определим комплексный показатель технологичности по формуле:,.Нормативный показатель технологичности конструкции хронометрической станции согласно таблице 4.4 находится в пределах 0.5 - 0.7.Таблица 4.2 - таблица базовых показателей технологичностиУровень технологичности конструкции изделия определяется как отношение достигнутого показателя технологичности к значению базового показателя, заданного в тз:Ку = к/кб,это отношение должно удовлетворять условию: к/кб ≥ 1,Ку = 0.78/0.7 = 1.11.Вывод: условие технологичности выполняется. Конструкция технологична.5. Расчет конструкции на устойчивость к механическим воздействиямВ процессе эксплуатации ПП в составе ячейки и блока подвергается механическим воздействиям, к которым относятся вибрации, удары и линейные перегрузки.5.1 Расчет на действие вибрации и прогиба ПП при линейных ускоренияхПри воздействии на НК переменных внешних воздействий в виде вибрации, ударов, ускорения в элементах конструкции возникают динамические напряжения. При динамической нагрузке разрушение происходит быстрее, чем при статической, и зависит от числа циклов нагружения и амплитудного пикового значения напряжения. Причиной разрушения является циклическая (прямая и обратная) пластическая деформация Кристаллов, вызывающая “усталость” материала. При выполнении расчетов будем рассматривать печатную плату как двухопорную балку с шарнирными опорами. Расчет будем вести по методу Релея.Исходные данные для расчета:Длинная сторона платы –Осевой момент инерции – Модуль нормальной упругости материала – Общей массы платы и микросхем –Рисунок 5.1 – Расчетная схемаДля балки с шарнирно закрепленными концами коэффициент жесткости определяется по формуле: Круговая частота свободных колебаний определяется по формуле:Частота свободных колебаний определяется по формуле:Расчет на виброустойчивость имеют смысл, только если считать, что такого рода воздействия имеют место при транспортировке, так как печатная плата предназначена для работы в стационарных условиях.1. Расчет собственной частоты механической конструкции Частота собственных колебаний ПП определяется:, где а=75мм – длина платы; b=50мм – ширина платы;D – цилиндрическая жесткость:,где Е=3,02∙1010Н/м2 – модуль упругости для материала платы;h=1,5мм – толщина платы;ν=0,22 – коэффициент Пуассона;М – масса платы с ЭРЭ, кг:,где МПП – масса ПП:,где - плотность материала платы (СФ);МЭРЭ – масса каждого ЭРЭ;- коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины:,где k=22,37, α=1, γ=0,19, β=0,48 – коэффициенты, соответствующие заданному способу закрепления сторон ПП. Определение коэффициента динамичностиКоэффициент динамичности рассчитывают по формуле:,где ε=0,01 – показатель затухания для стеклотекстолита;η – коэффициент расстройки;Найдем η для максимальной частоты действующей вибрации:,где - максимальная частота действующей вибрации; Расчет коэффициента передачи виброускоренийКоэффициент передачи по ускорению рассчитывается по следующей формуле:,где К1(х)=1,29; К1(у)=1,28 – коэффициенты формы колебаний.Определение величины виброускорения и виброперемещенияВиброускорение определяется:или в выразим в единицах g: Амплитуда вибросмещения основания для максимальной частоты возбуждения:,где - виброускорение;Определим виброперемещение:Определение максимальной величины прогиба ППМаксимальный прогиб ПП определяется по следующей формуле:Проверка выполнения условия вибропрочностиДля печатной платы с ЭРЭ допустимый прогиб определяется по формуле:Для обеспечения вибропрочности необходимо выполнить следующие условия:, где b=95∙10-3мДопустимый прогиб равен: Полученные значения сравниваем:Максимальный прогиб ПП меньше допустимого, поэтому условие вибропрочности выполняется.5.3 Расчет на действие удараАнализируем удары одиночного действия.Длительность действия ударного ускорения, мс 2-20.Пиковое ударное ускорение g =15Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара.Ударные воздействия характеризуются формой и параметрами ударного импульса. Максимальное действие на механическую систему оказывает импульс прямоугольной формы. Оценим воздействие прямоугольного ударного импульса на систему.Таблица 5.1 – Оценка воздействия прямоугольного ударного импульсаHy,g,cf0,ГцωKyZmax, мм150,0024091,6870,06109949215700,785510,0004585150,0034091,6870,0407331241046,671,138240,0006644150,0044091,6870,0305497467851,444780,0008433150,0054091,6870,0244397976281,692670,0009881150,0064091,6870,020366504523,3331,871850,0010927150,0074091 ,6870,017456981450,5711,975050,0011529150,0084091,6870,015275073392,51,998080,0011663150,0094091,6870,013577669350,8891,940010,0011324150,014091,6870,012219898_141,803190,0010526150,0114091,6870,011109016285,4551,593180,00093150,0124091,6870,010183261261,6671,318620,0007697150,0134091,6870,009399903241,5380,990280,000578150,0144091,6870,008728510224,2860.62190,000363150,0154091,6870,008146586209,3330,228240,0001332150,0164091,6870,007637436196,250,17464-0,000101150,0174091,6870,007188180184,7060,57046-0,000333150,0184091,6870,006788815174,4440,94314-0,00055150,0194091,6870,006431519165,2631,277510,000745150,024091,6870,0061099491571,560030,00091Рисунок 5.2 – График воздействия прямоугольного ударного импульсаТак как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем что устройство защищено от воздействий удара. Разрабатываемая конструкция устройства соответствует данным требованиям. Обеспечена технологичность конструкции, минимизировать экономические затраты.5.4 Расчет теплового режимаПроектируемое устройство счетчика импульсов второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Рекомендуется проводить расчет для наиболее критичного элемента, т, е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону.Конструкция РЭА заменяется ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру tн.з. и рассеиваемую тепловую мощность Рн.з.Большая часть РЭА имеет блоки разъемной, кассетной или книжной конструкции с плотной компоновкой. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня и величины воздушных зазоров между ними различают три группы конструкций по характеру теп-лообмена в них. Отличительные особенности этих групп привеведены в табл. 5. Выбор той или иной группы осуществляется эмпирически исходя из опыта разработок и здравого смысла. Наиболее общим случаем является вторая группа конструкций.Классификация конструкций в зависимости от характера теплообменаТаблица.5.2 Группы конструкции по теплообмену.Группа конструкцииВиды теплообмена между модулями 1-го уровняВиды теплообмена между нагретой зоной и корпусомIИзлучение, теплопроводностьКонвекция, излучение, теплопроводностьIIКонвекция, излучение, теплопроводностьИзлучение, конвекция, теплопроводностьIIIИзлучение, теплопроводностьИзлучение, теплопроводностьУстойчивость к изменению температуры – устойчивость ЭА к воздействию и высоких, и низких температур. Определяется ГОСТ 15150-69.Таблица 5.3 – Высокая и низкая температуры, их деградационные процессы в ПП и способы предотвращения влияния температур на ЭА по ГОСТ 15150-69Воздействующий факторДеградационные процессы в ППСпособы предотвращения влияния воздействующего фактораВысокая температураРасширение, размягчение, обезгаживание, деформация ПП: коробление, прогиб, скручиваниеПрименение нагревостойких материалов;выбор минимальных размеров ПП;выбор материалов ПП с близким ТКРЛ в продольном и поперечном направлении и с медью.Уменьшение электропроводности, нагрузочной способности проводников по току, ухудшение диэлектрических свойствУвеличение ширины и толщины проводников;применение материалов с низкими диэлектрическими потерями.Перегрев концевых контактов ПП, увеличение их переходного сопротивленияВыбор гальванического покрытия со стабильными переходными сопротивлениями при нагреве.Высыхание и растрескивание защитных покрытийВыбор покрытия устойчивого к высокой температуре.Низкая температураУменьшение электропроводности, нагрузочной способности по току, ухудшение диэлектрических свойств в следствии конденсации влаги, деформация, сжатие, хрупкость; электрохимическая коррозия проводниковУвеличение толщины и ширины проводников;выбор материалов ПП устойчивых к низким температурам.Данное изделие выполняется полностью на печатной плате и предназначено для работы в нормальных климатических условиях, а именно:Диапазон рабочих температур -5 ÷ +40 0СДиапазон предельно допустимых температур -40 ÷ +60 0СВоздействие повышенной влажности (при температуре 25 0С ) 80 %Воздействие пониженного давления 6,1×104 ПаАнализ теплового режима блокаЦелью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необходимых для оценки надежности. Расчет тепловых полей внутри блока невозможен из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при расчете теплового режима блоков РЭА используют приближенные методы анализа и расчета. Расчет проводится для наиболее критичного элемента, т.е элемента допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образующих нагретую зону. Конструкция РЭА заменяется её физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру tн.з и рассеиваемую тепловую мощность Рн.з. Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа: определение температуры корпуса блока tк и определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з.Расчет теплового режима блока производят в 2 этапа:определение температуры корпуса блока tк;определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з.Длявыполнение расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:размеры корпуса:-ширина B = 0,08м;-длина L = 0,1 м;-высота H = 0,025 м;размеры нагретой зоны lbh, 0,10,080,025;величина воздушных зазоров между нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса hн = 0,005 м, нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса hв = 0,096 м;мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Ро 10 мВт (т.к. потребляемая мощность составляет 10 мВт, то предположив что к.п.д. этой схемы не более 80%, мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Ро 12 мВт);мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока Рк = 0 Вт;диапазон рабочей температуры самого нетермостойкого элемента сост. (-4070)оС. -температура окружающей среды tо = 40оСЭтап 1. Определение температуры корпуса.Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока:qк = Po/Sк ,где Sк – площадь внешней поверхности корпуса блока,Sк = 2(HB+BL+HL)Sк = 2(0,0250,08+0,080,1+0,0250,1) = 0,0746 м2qк = 60*10-3/0,0746 = 1,41 Вт/м.Т.к. удельная поверхностная мощность корпуса блока составляет qк = 1,41 Вт/м , то дальнейший расчет теплового режима для Тmax = 70C – не целесообразен.ЗаключениеВ рамках аналитического и проектного разделов было проведено знакомство с объектом разработки, систематизация сведений по рассматриваемой тематике.Результатом курсового проекта является цифровое устройство счета импульсов. Данное устройство может с успехом использоваться для точного измерения количества поступающих на вход импульсов различной формы, в тех отраслях, где это необходимо. Отличительными чертами, разработанной системы являются: возможность и настройки, универсальность и хорошая масштабируемость, низкая, в сравнение с другими системами стоимость. Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.Список использованной литературы1 Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база/Масленников М.Ю., Соболев Е.А., Соколов Г.В., и др. - М.: Додека, 19932Сидоров И.Н. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник.- М.: Радио и связь, 1985.- 276 с.3Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры: Справочник.- М.: Радио и связь, 1994.- 320 с.4Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981.- 656 с.5Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142.-Радио, 1990, №8, с.89-90; №9, с.73-74.6Булычев А.Л. и др. Аналоговые интегральные схемы: Справочник/А.Л. Булычев, В.И. Галкин, В.А. Прохоренко.- 2-е изд. Минск: Беларусь, 1993.- 382 с.7Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. - М.: Радио и связь, 1989. - 448 с.Приложение 1 . Чертеж корпуса устройстваПриложение 2 Схема электрическая принципиальнаяПриложение 3 Плата печатнаяПриложение 4 Сборочный чертеж печатной платыПриложение 5.Схема сборки