ВВЕДЕНИЕ
Нашужизнь не возможно представить без радио и радиосодержащей аппаратуры. Аначалось это с того как в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик Г.Р.Герц (1857 — 1894) доказал справедливость гипотезы Дж.К. Максвелла (1831 — 1879) о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростьюсвета (называемых теперь радиоволнами), многие изобретатели в разных странахзанялись вопросом использования этих волн для беспроволочной передачи сигналов.Немалый вклад внесли в это французский физик Э. Бранли (1844 — 1940), а такжеанглийский ученый О. Дж. Лодж (1851 — 1940). Первая в мире радиопередача былаосуществлена в России знаменитым изобретателем и ученым А.С. Поповым (1859-1906). В 1888 г. ученый узнал об открытиях Герца и немедленно приступил к ихвоспроизведению. В 1889 г. в одной из своих лекций, Попов впервые указал навозможность использования электромагнитных волн для передачи сигналов нарасстояние без проводов. Огромное значение для дальнейшего развитияэлектросвязи имело появление на рубеже ХIХ и ХХ вв. электронных ламп. В 1883 г. Эдисон обнаружил, что стеклянная колба вакуумной лампочки накаливания темнеет из-зараспыления материала нити. Впоследствии было установлено, что причиной этого «эффектаЭдисона» является испускание электронов раскаленной нитью лампочки(явление термоэлектронной эмиссии). В 1904 г. английский ученый Дж. Э.Флеминг (1849 -1945) изобрел вакуумный диод (двух электродную лампу) и применил его вкачестве детектора (преобразователя частот электромагнитных колебаний) врадиотелеграфных приемниках. В 1906 г. американский конструктор Ли де Форест(1873 — 1961) создал трехэлектродную вакуумную лампу — триод (аудион Фореста),которую можно было использовать не только в качестве детектора, но и усилителяслабых электрических колебаний. Спустя 4 года инженеры Либен, Рейкс и Штраус вГермании сконструировали триод с сеткой в виде перфорированного листа алюминия,помещенной в центре баллона. Однако первые приборы имели слабый коэффициентусиления. Необходимы были дополнительные изыскания, чтобы превратить триод внастоящий усилитель. Этим новым устройством была регенеративная схема (1912)американского радиотехника Э.Х. Армстронга (1890 -1954). Это был чувствительныйприемник и первый немеханический генератор чистых непрерывных синусоидальныхсигналов. Регенеративная схема Армстронга была быстро принята промышленностью.В 1915 г. между Нью-Йорком и Сан-Франциско была установленатрансконтинентальная телефонная связь с применением регенеративныхретрансляторов. В современной радиоэлектронике вы не обнаружите ни одной лампыих заменили транзисторы а транзисторы в свою очередь заменили микросхемы и микроконтроллеры.Что позволило в значительной мере уменьшить размеры и вес радиоаппаратуры.Современные цифровые радиоприемники УКВ диапазона размером всего несколькосантиметров. Широкое используются радиоприемники в автомобилях. В связис этим радиоприемники должныбыть хорошо защищены от электромагнитного, механического, температурного воздействия.Элементная база должна быть подобрана таким образом что бы при воздействиивнешних факторов параметры оставались в заданных пределах. В данной курсовойработе произведем разработкуцифрового FM приемника обладающим следующими возможностями:
— плавная настройка на станцию;
— энергонезависимая память на 20 радиостанций;
— электронная регулировка тембра звучания в пределах ± 10 дБ,с шагом 2 дБ.
Так же в данной работе произведем автоматизированноепроектирование печатной платы, и корпуса радиоприемника с использованиемсовременным пакетов прикладных программ. Что позволит ускорить процессразработки и производства данного изделия.
1. РАЗРАБОТКАРАЗВЕРНУТОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ФОРМУЛИРОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЧАСТНЫХТРЕБОВАНИЙ К КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ
Введение
Вданном разделе описываем приемлемый конечный результат предстоящего процессапроектирования, независимый от проектных характеристик, которые могут свободноизменяться в зависимости от условий эксплуатации.
Основание для разработки
Основанием для разработкислужит задание по курсовому проектированию выданное 03 января 2009г. на тему: «Разработкаконструкции цифрового FM-приемника»
Источник разработки
Источником разработки являетсясхема электрическая принципиальная (Приложение №1)
Технические требования
Климатическое исполнение О.Общеклиматическое исполнение.
Для макроклиматическихрайонов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (концентрацияхлоридов — 0,3 — 300 мг/м2·сут., сернистого газа — не более 250 мг/м2·сут.).
Диапазон рабочихтемператур при эксплуатации минус 60...+50 °С для 1-й категории. Для данногоизделия категория 2, диапазонам рабочих температур при эксплуатации +50…-60°С
Вариант исполнения: наземная,возимая.
Годовой выпуск 5000шт/год
Конструкция цифровогоFM-приемника должна обеспечивать: удобство эксплуатации, возможность ремонта, доступко всем элементам, узлам, требующим регулирования.
Для антикоррозионной защитыповерхность деталей, сборочных единиц и блока в целом применять гальваническиеи лакокрасочные покрытия.
Габаритные размеры 110×70мм
Напряжение питания отвнешнего источника +10В…+15В
Предусмотреть возможностьохлаждения элементов, защищенность от пыли и влаги.
Конструктивные параметры:
— масса устройства не более 0,4 кг;
— габаритные размеры не более 120´100´45 мм;
— изделие не создаетмощных радиопомех.
2.ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ РАЗРАБОТОК И АНАЛИЗТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ
SONYICF-SW7600G
Цифровойрадиоприемник серии «WORLD BAND RECEIVER», диапазоны FMstereo/MW/SW/LW, память на 100 станций, ЖК дисплей с подсветкой, индикаторнастройки, телескопическая антенна. Made in Japan!
GRUNDIG Yacht Boy P2000
Цифровой радиоприемник,FM-stereo/MW/ SW-1/SW-2, шаг настройки 50kHz(FM), 10kHz(MW), 5kHz(AM),часы/таймер, память на 20 станций, ЖК дисплей с подсветкой, телескопическаяантенна, питание AC/DC 4.5V. Размеры 142x92x35 мм, вес 330 гр.
Si4704/05
Усовершенствованный FMрадиоприемник Si4704/05 является наиболее продвинутым портативным решением изпредлагаемых в настоящий момент на рынке, сочетая в себе
встроенную поддержкуантенны, цифровой аудио выход, повсеместно поддерживает диапазон FM частот, атакже имеет чрезвычайно гибкую FM функциональность при простом интерфейсеуправления.
Основные характеристики:
— Поддерживаемый диапазонFM частот (64–108 МГц)
— Поддерживаетинтегрированную антенну
— Настройка радио
— Автоматический контрольчастоты и автоматический регулятор усиления.
— Настраиваемоемоно/стерео.
Области применения:
Сотовые телефоны,MP3плееры, «Карманные компьютеры», электронные записные книжки,портативное радио, аэронавигация, автомобильные устройства, бытовая электроника.
Si4708/09
Si4708/09 представляетсобой самый миниатюрный FM радиоприемник, являющийся продолжением семействаSi4700 FM радиоприемников и сочетающий в себе дальнейшее упрощение применения,а также привлекательность благодаря добавлению функции приема FM радио вмобильные устройства.
Основные характеристики:
Поддерживаемый диапазон FMчастот (76–108 МГц)
Автоматический контрольчастоты и автоматический регулятор усиления, защита от перегрузки, измерениемощности сигнала, цифровой радиоприемник низко-промежуточной частоты
Области применения:
— сотовые телефоны;
— MP3 плееры;
— «Карманныекомпьютеры», электронные записные книжки;
— портативное радио;
— аэронавигация;
— автомобильныеустройства;
— бытовая электроника;
— USB FM радио.
3.АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГОЗАДАНИЯ
Согласно техническогозадания данное устройства эксплуатируется в салоне автомобиля, монтируясь напередней панели приборов, с температурой окружающей среды минус 60…+50°Сотносительной влажностью 98%.
Устройство должно бытьэргономичным, выдерживать линейное ускорение 6g, вибранагрузки, проста в использовании. В устройстве долженбыть предусмотрен теплоотвод от нагревающихся элементов — это требованиедостигнем выполнением корпуса из металла. Приемник должен обслуживаться однимчеловеком — регулировку и настройку выведем на переднюю панель прибор. Дляантикоррозионной защиты поверхность деталей, сборочных единиц и блока в целомприменять гальванические и лакокрасочные покрытия.
Вся коммутация с внешнимиустройствами будет осуществляться с помощью разъемов.
Для предотвращенияустройства от внешних воздействий и механических повреждений будетиспользоваться корпус из ударопрочной стали марки 85 ГОСТ 28250-89. Необходимобудет провести на механические воздействия и удары и тепловой расчеты, чтобыопределиться с использованием дополнительных средств защиты и системохлаждения.
Для охлаждения элементовбудем использовать радиатор из алюминиевого сплава.
4. РАЗРАБОТКАКОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ И ЕГО СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ
4.1 Выбор и обоснование методовконструирования, структуры конструкции и разработка компоновочной схемы изделия
Вданном курсовом проекте разрабатываем изделие невысокой функциональнойсложности, поэтому, за основную компоновочной схемы можем принять многоблочнуюцентрализованную схему.
Выбираеммодульный метод конструирования.Одним из достоинств модульного методаконструирования является возможность использования при проектировании изделийРЭУ конкретных систем базовых конструкций, обеспечивающих возможностьприменения типовых (унифицированных) конструкций модулей, их конструктивнуювходимость по всем иерархическим уровням, конструктивно-технологическуюпреемственность возможных решений при модернизации; совместимость и единствохудожественно-конструктивного решения; использование современной иперспективной технологии производства изделий РЭУ.
Модулемнулевого уровня будут являться электронные компоненты.
Модулемпервого уровня является печатная плата с расположенными на ней радиоэлементами.Компоновку элементов на печатной плате разбиваем по блокам, это делается дляулучшения ремонтопригодности, снижения электромагнитных помех на другиеэлементы.
Модулемвторого уровня является корпус изделия, выполненный из стали и пластиковойфальшь панели. Части корпуса скреплены между собой винтом М3.На основаниекорпуса крепиться плата-А1, с лицевой части основания крепим ЖК- индикатор,плату- А2, для придания эстетики изделию устанавливаем фальшь панель.
4.2 Выбор и обоснованиеприменяемой элементной базы
Первоначальным этапом припроектировании проекта является выбор элементной базы для проектируемогорадиоэлектронного устройства. На данном этапе выбирается тип, размеррадиоэлемента, удовлетворяющий поставленным задачам электрическиххарактеристик, по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, ипринятия решения о частичной замене или полной замене предложенных в задании напроект.
При выборе типарезисторов руководствуются рядом требований к их электрическим, конструктивнымхарактеристикам и эксплуатационным показателям:
─ номинальногозначения сопротивления;
─ допустимаямощность рассеивания;
─ класс точностидопустимая погрешность основного параметра;
─ коэффициенттемпературной зависимости сопротивления;
─ уровеньсобственных шумов;
─ массогабаритныеразмеры;
─ возможностьформовки выводов для использования в печатном монтаже в том числе монтажаавтоматически;
─ показателиустойчивости к климатическим воздействиям ;
─ показателиустойчивости к механическим воздействиям ;
─ показателинадежности.
Таблица 4.2.1Характеристика чип резисторов RС-0805.Элемент Мощность Вт Габаритные размеры мм Масса гр. R1-R5, R7-R20 0.125 L=3; W=1,5; H=0,5I2=0.5 0,015
/>
Рисунок 4.2.1 Внешний види геометрические размеры чип резистора.
/>
Рисунок 4.2.2 Внешний види геометрические размеры подстрочного резистора.
При выборе типаконденсаторов руководствуются рядом требований к их электрическим,конструктивным характеристикам и эксплуатационным показателям:
─номинальноерабочее напряжение
─частотный диапазонв котором работает конденсатор.
─тангенс угладиэлектрических потерь
─зависимостьемкости от рабочего напряжения
Керамический бескорпуснойконденсатор 0805.
Техническиехарактерисктики.
Температурный диапазон –55…+125°С
Рабочее напряжение 50В
Предельное отклонение 5%
/>
Рисунок 4.2.3 Геометрическиеразмеры бескорпусного конденсатора 0805.
Обозначение 0805 L мм 2 W мм 1,25 T мм 1,2
В данном устройствеприменяются электролитические конденсаторы одного типа – TANTAL
Таблица 4.2.2 Характеристикиконденсаторов TANTAL[9]Номинальное напряжение 20 В Допустимые отклонения ёмкости (при f=50 Гц, 20 °С) ±10 %; Интервал рабочих температур — 60 ...+ 125°С Срок сохраняемости 25 лет Тангенс угла потерь, не более 6 % Ток утечки 10 мкА Масса не более гр. 0,05 Габаритные размеры L=7.3; B=4.3; H=2.9; P=1.3; W=2.4
/>
Рисунок 4.2.4 Внешний види геометрические размеры электролитического конденсатора TANTAL
Интегральный усилительмощности звуковой частоты TDA2005.
/>
/>
Рисунок 4.2.5 Внешний види габаритные размеры TDA2005
Техническиехарактеристики TDA2005:
Напряжениепитания 18 В.
Потребляемыйток 3.5 A.
Пиковыйпотребляемый ток 4.5 A.
Выходнаямощность = 90°C 20 Вт.
Диапазонрабочих температур -40…+150 °C.
Звуковой контроллерTEA6320
/>
Рисунок 4.2.6 Звуковойконтроллер TEA6320
Таблица 4.2.3 Габаритныеразмеры звукового контроллера TEA6320.
/>
Техническиехарактеристики TEA6320
Напряжение питания 9 В.
Потребляемый ток 26 мА.
Пределрегулировки низкой частоты -15…+15dB
Предел регулировкивысокой частоты -12…+12dB
Рабочая температура -40…+85°C
Интегральный радиотюнер TSA6057
/>
Рисунок 4.2.7 Звуковойконтроллер TSA6057
Таблица 4.2.4 Габаритныеразмеры TSA6057.
/>
ТехническиехарактеристикиTSA6057:
Напряжение питания pin 3 +5В.
pin 16 +9В.
Потребляемый ток 21мА.
Рабочая температура -30…+85°C.
Алфавитно-цифровойЖК-модуль DV16100фирмы Data_Vision
/>
Рисунок 4.2.8Алфавитно-цифровойЖК-модуль
Таблица 4.2.5 электрическиепараметры ЖК-модуля DV16100
/>
Кварцевый резонатор
Техническиехарактеристики:
Точность настройки ±0,003%;
Температурнаястабильность ±0,005%
Частота 14,3181 МГц
Емкость Ск 30 рF
Сопротивление Rk 40 Ом
/>
Рисунок 4.2.9
Коаксиальный разъем Производитель Belling-Lee
/> Рисунок 4.2.10 Производитель Belling-Lee Для кабелей с наружными диаметрами до 4.5 мм. Импеданс: 50 Диэлектрическая прочность: 2 кВ, миним. Сопротивление изоляции:
1х109 миним. Сопротивление контакта: 5 мл макс. Температурный диапазон: от 25 до +70 °C Корпус: Никелированная латунь Изоляция: Метилпентен (приборный разъем) /> Полиэтилен (кабельный разъем) Контактные элементы: Посеребренная латунь (штекер) Посеребренная бериллиевая медь (гнездо)
Неполярныеконденсаторы
При выборе типа итипоразмера конденсаторов руководствуются следующим рядом показателей, специфическихименно для конденсаторов:
— номинальное рабочеенапряжение (постоянного, переменного тока или импульсное);
— частотный диапазон, вкотором работает конденсатор;
— тангенс угладиэлектрических потерь;
— температурныйкоэффициент емкости.
Неполярныекерамические чип-конденсаторы размера 0805. Внешний вид конденсатора и егоразмеры приведены на рисунке 10 [6].
/> />
Рисунок4.2.10 – Внешний вид и геометрические размеры конденсатора 0805
Параметры диода SMBJ7.5CA
/>
Рисунок 4.2.11 диод SMBJ7.5CA
Uвкл-7.5В
Разъем 5557-5569(90) autoconnector
/>
Рисунок 4.2.11 Разъем5557-5569(90)
Страна производитель: Китай
Модель: 5557-5569(90)
Количество вывадов:6
Максимальное напряжение:300В
Максимальный ток: 9A
Контактное сопротивление:0.01
Материал корпуса: NylonUL94V-24.3Разработка конструкций модулей различных иерархическихуровней
Разработка конструкцииблока
Разрабатываемый приборотносится к группе возимой РЭА, что говорит о том, что его можно будеттранспортировать в те или иные места. Корпус прибора при этом должен бытьэргономичным, удобным эксплуатации, прочным и легким. Наиболее легкими являютсямагний и его сплавы (плотность ρ = 1,74 г/см3 [5]), однакостоимость магния довольно большая. Магний с успехом можно заменить алюминием, ктому же алюминиевые сплавы наиболее часто применяются в качестве материалов дляизготовления корпусов. Плотность алюминия немного больше (ρ = 2,7 г/см3[5]), при этом корпус получится тяжелее, это окупит меньшейсебестоимостью готового изделия, особенно в условиях массового производства.Так как нам необходимо в данном изделии получить, как можно меньшую по размеруконструкцию выбираем стальной слав плотностью 7.8 г/см3. Основаниеи лицевую панель корпус изготавливаем из листа стали 45 1050-88 толщиной мм.Боковые части корпуса которые так же будет являться радиатором изготавливаем излиста алюминиевого сплава марки АД1 Лист АД 1 М 5×1200×2000 ГОСТ 21631-76. П. толщиной 5 мм, фальшь панель и кнопки изготавливают из ABS-пластика(плотность 1.9 г/см3)[3].
/>
Рисунок 4.3.1 внешний видцифрового FM-приемника.
Управление цифровымприемником осуществляется с помощью кнопок установленные на лицевой панели,индикация выводиться на графический дисплей. Конструкция выполнена такимобразом чтобы обеспечить механическую прочность изделия, с точки зренияремонтопригодности таким образом чтобы можно было без специального инструментадобраться до печатного узла. Корпус состоит из крышки (рис 4.3.2) прикрепленныйк основанию (рис 4.3.3) винтовым соединением. В качестве радиаторов и боковыхстенок корпуса к основании прикрепляем металлические пластины из алюминиятолщиной 5мм. Для придания внешнего вида на лицевую часть основанияустанавливаем фальшь панель (рис. 4.3.4.) с кнопочной панелью для возможности управлениемприемником.
/>
Рисунок4.3.2 Крышка.
/>
Рисунок 4.3.3 Основаниекорпуса.
/>
Рисунок 4.3.4 Фальшьпанель.
Массу изделия зависит отматерила корпуса, методов соединения рассчитываем по формуле:
Мэ=ρ∙v;
где Мэ – масса элементаизделия;
ρ – плотностьматериала элемента;
v — объем элемента изделия.
/>
где Мосн — массаоснования корпус – 175 г.;
Мкр. – масса крышки 60г;
Мр – масса радиаторов 30г;
Мп – масса фальшь панели 20г;
Мп.п. – масса печатной платы 148г;
Мв – масса винтов 15г.
Разработка конструкциипечатного узла
Печатную плату сустановленными на неё электрорадиоэлементами называют печатным узлом.
Еслиэлектрорадиоэлементы имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстияпечатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то ихприпаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест.
ЭРЭ соштыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны (для плат содносторонней фольгой — на стороне, где нет фольги). Это обеспечиваетвозможность использования высокопроизводительных процессов пайки, напримерпайку «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 па одной и той же платеможно расположить большее количество элементов.
Приразмещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:
1)полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко кэлементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильныхмагнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);
2)должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зонерасположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;
3)должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам,которые подбирают при регулировании схемы.
При выборе межцентровогорасстояния L, высоты Н и других размеров следует учитывать,что для всех типов ЭРЭ ограничено минимальное расстояние от корпуса элемента,на котором можно производить гибку вывода, и минимальное расстояние от корпусадо места приложения паяльника при пайке. Эти ограничения существуют не толькодля ЭРЭ с аксиальными выводами, но и для всех типов ЭРЭ, подключаемых пайкой.
Навесные элементынеобходимо размешать с учетом электрических связей и теплового режима собеспечением минимальных значений длин электрических связей, количествапереходов печатных проводников со слоя на слой, паразитных связей междунавесными элементами, необходимо также стремиться к возможно равномерномураспределению масс навесных элементов по поверхности платы с установкойэлементов с большой массой вблизи мест механического крепления платы.Установочные размеры и варианты установки навесных элементов выбирают всоответствии с действующими стандартами на установку навесных элементов.
В зависимости отконструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий,действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение идлительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять толькопайкой за выводы— их нужно крепить дополнительно за корпус.
Крепление за корпус взависимости от конструкции и массы элементов можно производить приклейкой кплате специальными мастиками или клеями, прилакировкой в процессе влагозащитыпечатного узла, заливкой компаундом, привязкой нитками или проволокой, спомощью скоб, держателей и другими методами.
Чтобы обеспечитьвозможность применения групповой пайки (например, пайки «волной»)элементов, устанавливаемых с зазором между платой и корпусом, необходимопредусматривать специальный изгиб выводов.
Этот изгиб удерживаетэлемент и не дает ему опуститься па плату в процессе установки других элементовдо операции пайки.
Обязательно покрытиеузлов влагозащитными лаками, которое обеспечивает дополнительное креплениевыводов микросхемы к плате.
Если микросхема выделяетбольшое количество теплоты и находится при повышенной температуре, тосуществует опасность нагрева корпуса микросхемы выше допустимой температуры.
В этом случае подкорпусами микросхем устанавливают теплоотводящую медную шину концы которой должныприлегать к корпусу изделия или другому элементу конструкции, способномуотводить выделяемую микросхемой теплоту в окружающее пространство. Медная шипадолжна быть изолирована изоляционной прокладкой от печатных проводников,проходящих под микросхемой.
ЭРЭ должны располагатьсяна печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны илиперпендикулярны друг другу. Этот обеспечит при необходимости возможностьприменения специальных машин для автоматической установки и пайки ЭРЭ напечатной плате. На платах с большим количеством микросхем в однотипных корпусахих следует располагать правильными рядами.
Зазор между корпусамидолжен быть не менее 1,5 мм (в одном из направлений). Указанный зазор необходимдля возможности захвата микросхемы специальными устройствами при автоматическойустановке. Планарные корпуса нужно располагать длинной стороной вдольнаправления конвекционного потока воздуха. При этом улучшается охлаждениемикросхемы.
Элементы: разъем Х1,Х2, Х3 и микросхема DA1 – будутзапаяны вручную паяльником, припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Элементыповерхностного монтажа будут фиксироваться оплавлением припоя, паяльная пастаПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.
Так как конструкциясостоит из двух плат и выносного элемента (графический дисплей) монтаж которых будемосуществлять с помощью монтажных проводов.
Так как печатные платыимеют малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги может привестик таким ухудшениям сопротивления изоляции, при которых будет нарушатьсянормальная работа схемы. Поэтому печатные узлы, которые будут работать всложных климатических условиях, необходимо покрывать слоем лака илиспециальными покрытиями. Наиболее часто для покрытия печатных плат используютлак ФП-525.
Разработка конструкциипечатной платы
В данном курсовом проектепечатная плата будет изготавливаться комбинированным позитивным методом.
Позитивныйкомбинированный метод является основным для изготовления печатных плат.Преимущество позитивно комбинированного метода по сравнению с негативным являетсяхорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходныхотверстий, высокие электроизоляционные свойства.
Технологический процессизготовления печатной платы комбинированным позитивным методом состоит изследующих операций [4].
Подготовка информации.
а) подготовка информации
б) разработкапринципиальной схемы устройства
в) трассировка на этомэтапе принципиальная электрическая схема преобразуется в схему разводки слоев.Очень важно при автоматической разводке правильно выбрать технологическиепараметры платы (допустимые зазоры, количество слоев, ширина контактныхплощадок)
Изготовления фотошаблона.На этом этапе производится изготовление фотошаблонов затем используется дляформирование топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платыпри экспонировании. Различают позитивные и негативные фотошаблоны.
Резка заготовок.
Листы стеклотекстолитабудут нарезаться на заготовки. Очень правильно выбрать размер заготовки т. к.от размера зависит коэффициент использования материала. Резка заготовок будетпроизводиться на гильотинных ножницах.
Изготовление базовыхотверстий. На этом этапе в заготовке изготавливается набор базовых отверстий.Тип и размер этих отверстий зависит от выбранной системы базирования. Обычнобазовые отверстия круглой формы выполняют сверлением и овальные – вырубкой.
Нанесение пластинчатогофоточувствительного материала на заготовку. Заготовка очищается иприготавливается к нанесению фоторезиста. Этот этап проходит в чистой комнате сжелтым освещением. Фоторезист чувствителен к ультрафиолету а при долгом неиспользовании разрушается.
Экспонированиефоторезиста.
Участок поверхностинезащищенные фотошаблоном засвечиваются. Форошаблон снимается. После чегозасвеченные участки фоторезиста могут быть удалены химическим путем.
Химическая обработка.Эти операции производятся в установках химической обработки. Существуетнесколько типов: погружные и струйные. Существуют установки конвейерного типа ис ручной загрузкой.
Проявление. Засвеченныеучастки фоторезиста удаляются оставляя фоторезист только в тех местах где будутпроходить токоведущие дорожки. Основная функция фоторезиста защитить медноепокрытие от воздействия травителя.
Травление. Незащищенныефоторезистом печатные проводники удаляються при помощи травителя (хлорноежелезо) формируя при этом требуемый рисунок проводника.
Удаление фоторезиста.Резист удаляется оставляя открывая не вытравленную медь. Теперь заготовкапредставляет собой полностью готовый внутренний слой.
Сверление отверстия.Отверстия на плате служат двумя целями: обеспечивать соединения между слоями идля монтажных целей. Платы сверлятся на станках с программным управлениемназываемым обрабатывающими центрами.
Этот этап является однимиз ключевых этапов определяющих точность платы. Точность сверления определяетсяклассом оборудования, а также его настройкой. Металлизация отверстий. Этот этап служит для покрытия отверстий тонкимслоем металла. Для металлизации плата помещается в ванну, где плата полностьюпокрывается тонким слоем палладия.
Химическая обработка.
Нанесение резиста. Платапокрывается резистом, резист засвечивается через фотошаблон, Засвеченныеучастки удаляются. Этот аналогичен описанный ранее только лишь с однимотличием: резист будет удаляться с тех участков где наноситься слой меди.Следовательно фотошаблон должен быть позитивный.
Электролитическоенанесение меди. Медь наноситься на поверхность до толщины 0.25мм. Осажденнаямедь на отверстия достаточно толстая необходимая чтобы проводить, необходимыйдля электролитического осаждения.Оловянно-свинцовое покрытие.Оловянно-свинцовое выполняет две важные функции. Данная смесь выполняет функциирезиста для последующего травления, так же защищает медь от травления.
Удаление резиста. Резистудаляется оставляя оловянно-свинцовую смесь и медь. Медь покрытая припоемвыдержит процесс травления и образует собой рисунок платы. Нанесение защитного покрытия. Для защиты поверхности платыгде в дальнейшем не будет производиться пайка наноситься маска. В данном случаемаску будем наносить при помощи трафарет, данный метод не обладает большойточностью, однако материал более пластичен, и у данного процесса стоимостьниже. В качестве материала для печатнойплаты " Цифрового FM-приемника" выберем Стеклотекстолит — СФ-2-35,толщиной 1,5 мм. Данный материал обладает хорошими физическими и механическимисвойствами и полностью удовлетворяет нашим требованиям .
Таблица 4.1.Фольгированные материалы для ПП.Наименование Марк а Тип печатных плат Толщина материала с фольгой, мм Фольгированный гетинакс
ГФ-1-35
ГФ-2-35
ГФ-1-50
ГФ-2-50 ОПП и ДПП 1.5; 2; 2,5; 3 1; 1,5; 2; 2,5; 3 Фольгироваиный стеклотекстолит
СФ- 1 -35
СФ-2-35 ОПП и ДПП 0,8; 1; 1.5; 2; 2,5; 3
СФ-1-50
СФ-2-50 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3
СФ-1Н-35
СФ-2Н-35
СФ-1Н-50
СФ-2Н-50 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 Фольгированный стеклотекстолит повышенной нагревостойкости СФПН-1-50 ОПП и ДПП с повышенной нагревостойкостью 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3 Стеклотекстолит СТЭФ-1-2лк ОПП и ДПП 1; 1,5
В качестве материала дляпечатной платы " Цифрового FM-приемника" выберем Стеклотекстолит — СФ-2-35, толщиной 1,5 мм. Данный материал обладает хорошими физическими имеханическими свойствами и полностью удовлетворяет нашим требованиям .
4.4 Выбор, обоснование и разработкаспособов электромонтажа и соединений модулей
Эл менты: разъем Х1,Х2, Х3 и микросхемы DA1,DA5,DA6 – будут запаяны вручную паяльником,припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Элементы поверхностного монтажа будутфиксироваться оплавлением припоя, паяльная паста ПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.
Все элементы на платесоединяются при помощи печатных проводников. Соединение между платой А1,A2 и графическим дисплеемосуществляется при помощи провода МГТФ ТУ 16-505.185-71.
Критериями оптимальноститрассировки являются: минимум суммарной длины всех проводников; минимум числаих пересечений; минимум изгибов проводников; минимальная длина параллельныхучастков соседних проводников; равномерное распределение проводников помонтажной области.
4.5 Выбор и обоснование способовзащиты конструкции изделия и разработка деталей несущих конструкций
Для предохраненияэлементов печатного монтажа от влаги плату после сборки покрываем лаком ФП-525ТУ 6-10-1653-78 по ОСТ 92-1709-81.
Закрепление печатнойплаты будет производиться с помощью винтов к основанию корпуса спредварительной смазкой винта лаком АК-113 для предотвращения самовыкручивания.Расчет на вибрационные нагрузки и удары показал, что корпус и расположенные внем детали не требуют дополнительных систем амортизации и защиты от вибраций.
4.6 Разработка внешнего оформленияконструкции, описание разработанной конструкции и оценка ее качества
Корпус представляет собойметаллический корпус толщиной 1 мм изготовленный методом штамповки, фальшьпанель из высокопрочного АВS пластика выполнена методом литья. Внешний видсоответствует требованиям эстетики и дизайна. Размеры корпуса – минимальные. Вданной конструкции предусмотрены радиаторы для охлаждения микросхем TDA 2003(10Вт). Данная конструкция позволяет обеспечить высокую механическую прочность,современный эстетический вид, управление приемником осуществляетсянепосредственно с лицевой панель конструкции. Универсальность корпуса позволяетприменять его в различных транспортных средствах.
5.КОНСТРУКТОРСКИЕ РАСЧЕТЫ
5.1 Расчетобъемно-компоновочных характеристик изделия
Рассчитываем, какуюплощадь занимают компоненты печатной платы.
Таблица 5.1.1Элемент
Площадь мм2 Количество
Суммарная площадь мм2 R1-R8, R10-R20 4,5 19 85,5 R9 6,05 1 6,05 C16,C17, C24-C27, C30, C31, C33, C35-C37, C40 31,39 13 408,07 C1-C15, C18-C23, C28, C29,C32, C34, C38, C39 2,5 27 67,5 DA1 42,25 1 42,25 DA2 1600 1 1600 DA3 111,3 1 111,3 DA4 219,42 1 219,42 DA5, DA6 84,8 2 169,6 DA7, DA8 22,5 2 45 DD1 86,1 1 86,1 DD2 2880 1 2880 VD1,VD2 6,12 2 12,24 ZQ 55,35 1 55,35 X1 54 1 54 X2, Х3 120 2 240 SB1-SB8 81,25 8 650
При расчете печатнойплаты А1 не учитываем SB1-SB8 и DD2 так как они не будут установлены на даннойплате.
Суммарная площадь
/>мм2
/>
Коэффициент заполненияпримем К=3
/> мм2 (5.1)
SПП=3·3081,93=9663мм2
Согласно ГОСТ 10317-79принимаем размеры платы А1 110 x 92мм (SПП = 10120 мм2).
Суммарная площадь платыА2
/>
принимаем размеры платыА2 40 x 30 мм (SПП = 1200 мм2)
5.2 Расчёт элементовпечатного монтажа
Выбирается двусторонняяпечатная плата с металлизацией сквозных отверстий из стеклотекстолитаСФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78 толщиной 1,5 мм (толщина фольги – 0,035 мм). ДПП с металлизацией переходных отверстий отличается высокой трассировочнойспособностью, обеспечивает высокую плотность монтажа элементов и хорошуюмеханическую прочность их крепления, она допускает монтаж элементов наповерхности и является наиболее распространенной в производстверадиоэлектронных устройств.
Точность изготовленияпечатных плат зависит от комплекса технологических характеристик и спрактической точки зрения определяет основные параметры элементов печатнойплаты. В первую очередь это относится к минимальной ширине проводников,минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других параметров.
По ГОСТ 23.751-86предусматривается пять классов точности печатных плат, которые обусловленыуровнем технологического оснащения производства. Принимаем класс тонности –четвертый. Метод изготовления печатной платы – позитивный комбинированный.
Диаметры выводов дляпереходных отверстий равны 0,3 мм – 1-я группа; для элементов DA1 и проводов равны 0,7 мм – 2-я группа; для элементов DA7, DA8, X1-X3- 1,1 мм – 3-я группа. Произведемрасчет печатного монтажа с учетом созданных групп.
Расчет печатного монтажасостоит из трех этапов: расчет по постоянному и переменному току иконструктивно-технологический.
Исходные данные длярасчёта:
1. Imax —максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализаэлектрической схемы), Imax= 1 A;
2. Толщина фольги, t = 35 мкм;
3. Напряжениеисточника питания, Uип = 12 В;
4. Длина проводника,l = 0,1 м;
5. Допустимаяплотность тока, jдоп = 75 А/мм2;
6. Удельное объемноесопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм2/м;
7. Способизготовления печатного проводника: комбинированный позитивный;
Определяем минимальнуюширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания изаземления:
/>, (5.2.1)
где bmin1 — минимальная ширина печатного проводника, мм;
jдоп — допустимая плотность тока, А/мм2;
t – толщина проводника, мм;
/> мм.
Определяем минимальнуюширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:
/> , (5.2.2)
где ρ — удельноеобъемное сопротивление [7], Ом·мм2/м;
l — длина проводника, м;
Uдоп—допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы.Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% отпитающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивостимикросхем.
/> мм.
Определяем номинальноезначение диаметров монтажных отверстий d:
/>, (5.2.3)
где dэ —максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;
Δdн.о —нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия,Δdн.о = 0,1 мм;
r — разница междуминимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, еевыбирают в пределах от 0,1 до 0,4 мм.
Примем r = 0,1 мм.
d1 = 0,3+0,1+0,1 = 0,5 мм;
d2 = 0,7+0,1+0,1 = 0,9 мм;
d3 = 1,0+0,1+0,1 = 1,2 мм;
Принимаем для выводов 1-йгруппы d1 = 0,5 мм; для второй — d2 = 0,9 мм; для третей d3 = 1,2 мм.
Рассчитываем минимальныйдиаметр контактных площадок для ДПП, мм:
/>,(5.2.4)
где t — толщина фольги, мм; D1min— минимальный эффективный диаметрплощадки, мм:
/>,(5.2.5)
где bм — расстояние от края просверленногоотверстия до края контактной площадки, мм, [7], bм=0,025мм;
Δd и Δр — допуски нарасположение отверстий и контактных площадок, мм, [7], δd=0,05мм и δр=0,15 мм;
dmax — максимальный диаметрпросверленного отверстия, мм:
/>,(5.2.6)
где Δd — допуск на отверстие, мм, [7],Δd=0,05мм
Для 1-й группы:
/> мм;
/> мм;
/> мм.
Для 2-й группы:
/> мм;
/> мм;
/> мм.
Для 3-й группы:
/> мм;
/> мм;
/>
Максимальный диаметрконтактной площадки Dmax,мм:
/>, (5.2.7)
Для 1-й группы:
/>мм.
Для 2-й группы:
/>мм.
Для 3-й группы:
/>мм.
Определяем ширинупроводников bmin, при изготовлении комбинированнымпозитивным методом, мм:
/>,(5.2.8)
где b1min — минимальная эффективная ширинапроводника b1min=0,38 мм для плат 4-го классаточности.
/> мм.
Принимаем bmin = max{bmin1, bmin2, bmin3} = 0,4 мм
Максимальная ширинапроводников, мм:
/>(5.2.9)
/>мм.
Определяем минимальноерасстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояниемежду проводником и контактной площадкой, мм:
/>,(5.2.10)
где L0— расстояние между центрами рассматриваемыхэлементов, мм, L0 = 1,1 мм;
/> — допуск на расположениепроводников, мм, />=0,03.
/>мм
Минимальное расстояниемежду двумя контактными площадками, мм:
/>,(5.2.11)
/>мм
Минимальное расстоя3ниемежду двумя проводниками, мм:
/>,(5.2.12)
/>мм.
Контактные площадки дляповерхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочныхразмеров.
Таким образом, параметрыпечатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 4-го классаточности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) дляэлементов 1-й группы 0,6/1,15; для элементов 2-й группы – 0.9/1,55; дляэлементов 3-й группы – 1,2/1,85;. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,24 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,17 мм; двумя контактными площадками — 0,1 мм; двумя проводниками — 0,42мм.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении курсового проектабыло спроектировано при помощи пакета программ РСAD-2002 печатной платыпрограмматора, позволяющая автоматически трассировать печатные проводники. Былипроведены конструкторские расчеты электрических соединений, компоновочныххарактеристик доказывающие возможность изготовления программатора в условияхпромышленного мелкосерийного производства. Итогом работы явился комплектконструкторской документации, представленный в приложении, содержащийэлектрическую принципиальную схему, чертеж печатной платы, сборочный чертежпечатного узла САПР P-CAD 2002.
ЛИТЕРАТУРА
1. Журнал «Радио» №5. – М.: Роспечать, 2007. – 41с.: ил.
2. Каталог «ПЛАТАН». – М.: Платан Компонентс, 2005.– 320 с.: ил.
3. Интернет ресурс: www.platan.ru
4. А.П. Ненашев «Конструирование радиоэлектронныхсредств», Москва, «Высшая школа» 1990 г.
5. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева «Материаловедение»,М. «Машиностроение», 1990 г.
6. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3т. Т3. – 8-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.: ил.
7. Парфенов А.А. Конструирование РЭА: Учебник длярадиотехнических специальностей ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1989. – 422 с.: ил.
8. Уваров A. P-CAD 2000, ACEEL EDA. Конструирование печатных плат.Учебныйкурс. — СПб.: Питер, 2001.
9.Грачев А.А. «Конструирование электронной аппаратуры»,М., NT Press, 2006