Цифровой частотомер

Номинальная ширина:

b_пр.н = b_пр.мин + d_Т , где d_Т – ширина проводника в сторону уменьшения. d_Т 0,03 мм, b_пр.н = 0,425 мм.

3.5. Определение минимального  расстояния между проводником  и КП с МО

, где l_РА – шаг КС, l_ПК = 0,195 мм.

3.6. Определение минимального расстояния  межде двумя соседними КП

, l_кп = 1,115 мм.

 

 

4. Электрический расчет печатной  платы

4.1. Определение  максимального падения напряжения  на проводниках

, где I_max = суммарный ток потребления схемы; r - удельное сопротивление меди (материала проводников); l_ПР – максимальная длина проводника на плате; t_пр – толщина проводящего слоя; b_пр – ширина проводника.

Суммарный ток потребления  схемы равен суммарному току потребления  всех ИМС схемы. Токи потребления  используемых ИМС следующие:

ИМС	Количество ИМС	Ток потребления, мА
К561УД2А	1	60
К176ИЕ5	1	0,25
К176ЛА7	1	0,1
К176ИЕ2	5	0,1
К561ИЕ14	5	0,1
Суммарный ток потребления  схемы		61,35 мА

 

По чертежу печатной платы определим максимальную длину  проводника: l_ПР = 0,155 м

t_пр = 0,035 мм; r = 0,175 Ом·мм²/м ; b_пр = 0,425 мм; тогда DU_ПР = 0,11 В.

4.2. 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.

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

, где L_ПР – максимальная длина параллельно идущих проводников на одной стороне ПП; e_ЭФ – эффективная диэлектрическая проницаемость, e_ЭФ = 3,25; d – расстояние между краями проводников, d = ШКС – b_ПР. Тогда С = 1,613 пФ.

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

, М=28,64·10^-9 Гн

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

, где L₌ - максимальная длина двух параллельно идущих проводников на разных сторонах ПП, исходя из чертежа ПП L₌ = 0,02 м.

х, r(х) – коэффициенты, учитывающие краевой эффект: , х = 9,41; r(х) = 3,042; тогда С₁ = 6,31·10^-14 Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Размещение конструктивных элементов

Для обеспечения минимальной  длины проводников и минимального количества переходных отверстий, т.е. оптимального размещения КЭ на ПП применяется  метод размещения КЭ с помощью  матрицы связей. Для упрощения  расчетов в матрице связей учитывается  только размещение ИМС. Дискретные компоненты размещаются по возможности ближе к тем элементам, с которыми у них наибольшее количество связей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В матрицу связей заносится  количество связей между элементами. В нашем случае матрица связей имеет вид:

 

	DA 1	DD  1	DD2	DD3	DD4	DD5	DD6	DD7	DD8	DD9	DD10	DD11	DD12	r
DA1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
DD1	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
DD2	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	2
DD3	0	0	1	0	3	2	2	2	4	0	0	0	0	14
DD4	0	0	0	3	0	3	2	2	0	4	0	0	0	14
DD5	0	0	0	2	3	0	3	2	0	0	4	0	0	14
DD6	0	0	0	2	2	3	0	3	0	0	0	4	0	14
DD7	0	0	0	2	2	2	3	0	0	0	0	0	4	13
DD8	0	0	0	4	0	0	0	0	0	1	1	1	1	8
DD9	0	0	0	0	4	0	0	0	1	0	1	1	1	8
DD10	0	0	0	0	0	4	0	0	1	1	0	1	1	8
DD11	0	0	0	0	0	0	4	0	1	1	1	0	1	8
DD12	0	0	0	0	0	0	0	4	1	1	1	1	0	8

r_i- число связей i-го элемента со всеми остальными (локальная степень) , где а_kj – j-й элемент в k-й строке матрицы связей.

Выбираем элемент (вершину) с наименьшей локальлной степенью. В нашем случае – это вершина  DA1. Элемент DA1 размещаем в позицию Р1.

Далее в строке, сответствующей элементу DA1 находим ячейку с наибольшим количеством связей и в позицию Р2 помещаем элемент из соответствующего столбца матрицы связей. В нашем случае это элемент DD1. Далее анализируем строку, соответствующую элементу DD1 аналогично предыдущей и т.д. В результате получим следующее размещение ИМС по посадочным местам:

 

DA1

DD1

DD2

DD3

DD4

DD5

DD6

DD7

DD8

DD9

DD10

DD11

DD12

Р1

Р2

Р3

Р4

Р7

Р8

Р11

Р12

Р5

Р6

Р9

Р10

Р13

На печатной плате  посадочные места разместим следующим  образом:

 

Р1	Р2	Р3	Р4	Р5
Р6		Р7	Р8	Р9
Р10		Р11	Р12	Р13

 

 

 

 

 

 

6. Расчет основных показателей надежности

Основными показателями надежности являются интенсивность  отказов l, вероятность безотказной работы Р и вероятность отказа Q.

Наименование эл.	Тип	Кол-во N	l0Э·10-7 1/ч	Кн	аТ	аВ	N l0Э Кн аТ аВ
ИМС	К544УД2А	1	0,26	1	2	10	5,2
	К176ИЕ5	1	0,2	1	2	10	4
	К176ЛА7	1	0,2	1	2	10	4
	К176ИЕ2	5	0,2	1	2	10	20
	К561ИЕ14	5	0,24	1	2	10	24
Конденсаторы	КМ-5	4	0,3	0,8	1,8	10	17,28
	КТ-1	1	0,3	0,8	1,8	10	4,32
	К50-16 6В	1	0,5	1	2,8	10	14
	К50-16 10В	3	0,5	1	2,8	10	42
	КПК-МП	1	0,6	1	3	10	18
Резисторы	МЛТ-0,25	14	0,02	1	2,8	10	7,84
Светодиоды	АЛС304Б	5	0,3	0,8	1,4	10	16,8
Пьезоизлучатель	ЗП-1	1	0,05	0,5	2	10	0,5
Кварцевый ген.	32768 Гц	1	0,01	1	2	10	0,2
Переключатель	П2К-6	3	0,5	0,8	5	10	60
Диод	КД512А	2	0,33	1	1,6	10	10,56
Контакт разъема	РППМ17-48	36	0,2	1	1	10	72
Пайка выводов	-	648	0,005	1	1	10	32,4
Печатная плата	-	2	1	1	1	10	20

Занесем в таблицу  наименования и количество элементов, а также их параметры интенсивность  отказов l_0Э, коэффициент нагрузки Кн , температурный коэффициент а_Т и коэффициент а_В, учитывающий механические воздействия на элемент:

 

Результирующая интенсивность  отказов     l_Р =373,1·10^-7 1/ч.

Вероятность безотказной  работы за время Т=1 год (прибл.     9000 ч):

, Р(Т) = 0,715

Вероятность того , что  в пределах заданной наработки возникнет  отказ устройства:

Q(T) = 1- P(T), Q(T) = 0,285

Следует отметить, что  время наработки на отказ Т=1/l_Р = 26802,47 ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Краткая характеристика  инструмента проектирования AutoCAD.

Чертежи выполнены автоматизированным способом с помощью пакета программы  ACAD. Этот пакет имеет редакторы печатных плат,  принципиальных схем,  процедуры автоматической трассировки и размещения, функции логического моделирования, базу данных, библиотеки. Пакет ACAD позволяет проектировать печатные платы, имеющие до 500 элементов и 2000 связей.

Рассмотрим типичную последовательность работы с системой класса Auto Cad при построении простого чертежа

1. Вызываем программу,  для этого набираем на клавиатуре  название системы ACAD и даем возврат каретки.

2. На экране возникает  главное меню, из которого выбираем  функцию "Графический редактор".

3. Теперь мы оказались  в странице графического редактирования  изображения. Основная часть экрана  сейчас пустая, справа видна часть  меню, в которой высвечены основные  функции, снизу имеется строка  команд. В этом ждет  наших   команд.   На  экране  видно   перекрестие,     соответствующему  положению курсора. Линии перекрестия  параллельны осям координат передвигаются  вместе с курсором.

4. Теперь с помощью  "мыши" или клавишами управления  курсором мы можем передвигать  его по изображению. Начнем  с построения прямой линии.  Для этого выберем команду  LINE. В командной строке появится подсказка:

"Введите первую  точку". Теперь мы мажем, передвигая  курсор, указать первую точку  и нажать на возврат каретки  или на специальную кнопку, расположенную  на мыши. Теперь появляется подсказка: "Введите последнюю точку"  и, выполняя те же операции, мы строим линию.  Заметим,  что при  перемещении  курсора  на экране появляется так называемая "резиновая" линия, в реальном  времени соединяющая начальную  точку линии и текущую точку,  в которой расположен курсор 

 

курсор. Это видеть, какая  именно линия будет построена  при выборе текущей точки экрана в качестве последней точки линии.

5. Пусть, дойдя до края  детали, мы хотим провести дугу. Для этого вызываем команду  ARC. Редактор просит: "Введите первую точку", "Введите центральную точку" и "Введите последнюю точку". Выбирая эти точки с помощью курсора, мы строим дугу окружности.

6.  Продолжаем  наши  построения.   Предположим, что  возникла необходимость сопряжения  двух прямых линий. Для этого  даем команду FILLET. Редактор вначале запрашивает радиус кривизны сопряжения. Этот радиус легко задать с помощью курсора установив его на участок сопряжения. Затем система просит указать ей две линии, которые необходимо сопрячь, и выполняет эту процедуру.

7.   Пусть   внешняя   граница  детали   проведена.   Начертим в середине детали  отверстия.   Для   этого   вызовем   команду   CIRCLE.  Система   попросит указать ей центральную точку и радиус и окружность построена.

8. Проставим размеры, для  этого выберем в меню специальную  команду dim. потребуем проставить размер радиуса окружности.  для этого выбираем из меню пункт radius и указываем курсором на окружность или дугу. система попросит указать ей точку   экрана,   в которой   необходимо   написать   текст   и автоматически проставит размерные   линии,    стрелки    и    численное значение радиуса. при простановке горизонтальных или вертикальных размеров система необходимо  начать  проводить размерные линии   и   автоматически проделает все остальное.

 

 

 

 

 

 

 

 

Список источников:

1. Желонкин А. И., Лекции  по " Теории разработки проектной  и конструкторской документации".

2.Сучков Д.И., Проектирование  печатных плат в САПР PCAD 4.5, "Микрос"., 1992 г., 480 стр.

3. ГОСТ 17516.1-90., ГОСТ 16962.2-90., ГОСТ 23216-78.

4.Федоренков А., Басов  К., AutoCAD 2000 практический курс, "Десс Ком"., 2000 г., 432 стр.

5. Журнал «В помощь  радио-любителю», выпуск 130, Издательство  «ДОСААФ СССР», 1994 г.