Разработка печатной платы цифрового регулятора громкости

Министерство общего и профессионального образования  
Российской Федерации

 

ВСГТУ

 

Кафедра ЭВС

 

 

 

Курсовой проект

 

 

по курсу:

«Конструирование и  технология

производства ЭВМ»

 

 

Выполнил: студент 628-2 гр.

Тулохонов Э. А.

Проверил: Мадыев А. П.

 

 

 

Улан-Удэ

2001 г.

 

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Электротехнический факультет

Кафедра Электронные вычислительные системы

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

по курсу   Конструирование  и технология производства ЭВМ

студент     Тулохонов Э. А.

группа       628-2

руководитель    Мадыев А.П.

срок выполнения проекта по графику :  20%  к  7 нед., 40%  к  9  нед., 60%  к  11 нед., 80%  к 13  нед., 100%  к 15 нед.

Защита проекта:     января 2002 г.

1. Тема проекта:     Разработка печатной платы цифрового регулятора громкости
2. Техническое задание:  Разработать конструкцию, технологию изготовления  и сборки печатной платы с учетом следующих технических условий

1. Диапазон рабочих температур  от –25 до +50° С

2. Вибрационная нагрузка    III степень жёсткости
3. Линейное ускорение  III степень жёсткости

III. Перечень листов графической части:

      лист 1  Чертеж  печатной платы.

      лист 2  Сборочный  чертеж.

      лист 3  Схема сборки.

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель проекта Мадыев А. П.

 

дата выдачи            сентября   2001 г.

 

Содержание:

Введение            4

1. Обоснование  общих конструктивно-технологических  характеристик изделия  6

1. Выбор вида печатной платы и класса точности      7
2. Выбор электрических соединителей        9
3. Конструктивные характеристики ЭРЭ печатного узла     11
4. Расчет элементов печатного рисунка печатной платы     14
5. Выбор материала для изготовления печатной платы     17
6. Выбор метода изготовления печатной платы       19

2. Расчет  электрических характеристик печатного  узла      20

2.1 Расчет  потребляемой электрической мощности      22

2.2. Расчет максимальной ширины дорожек       23

2.3. Расчет взаимной емкости и  индуктивности печатных проводников   23

3. Тепловой  расчет печатного узла        25

3.1 Определение  размеров нагретой зоны        26

3.2 Расчет  среднеповерхностной температуры  нагретой зоны     27

4. Расчет  устойчивости печатного узла  к механическим воздействиям   29

4.1 Расчет  первой резонансной частоты        30

4.2 Расчет изгибающего напряжения  от линейного ускорения     31

5. Расчет  надежности печатного узла        32

6. Разработка  технологического процесса сборки  печатного узла    34

Заключение            37

Список литературы           39

Приложение А. Схема электрическая  принципиальная      41

Приложение Б. Перечень элементов        43

Приложение В. Спецификация          45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДНИЕ

 

 

В большинстве регуляторов  громкости низкочастотного сигнала  используют аналоговые плавные регуляторы на базе операционных усилителей или  транзисторных схем. В ряде регуляторов применяют принцип дискретного управления величиной выходного сигнала, причём дискретность установки уровня выбирается, как правило, равной 3 дБ. Это обуславливается тем, что такой дискрет уровня удобен для прослушивания музыкальных программ. Однако для качественной перезаписи фонограмм требуется изменение уровня сигнала в меньшем диапазоне. Одним из возможных путей преодоления этих трудностей – применение преобразователей код-напряжение, коммутируемых электронными переключателями. Но в этом случае неоправданно возрастают габаритные и стоимостные показатели такого узла. Более простой путь решения этого вопроса – использование микроэлектронных цифроаналоговых преобразователей, например, серии 572. Эта серия обладает низкой потребляемой мощностью, совместимостью со стандартными ТТЛ и КМОП уровнями, возможностью работы от одного источника питания.

 

 

 

 

 

1. ОБОСНОВАНИЕ ОБЩИХ  КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК  ИЗДЕЛИЯ

 

1.1 Выбор Вида печатной платы  и класса точности

Классификация печатных плат

Печатная плата предназначена для электрического соединения элементов схемы. Она представляет собой изоляционное основание, на котором имеется совокупность печатных проводников, контактных площадок и металлизированных отверстий или переходов.

Термины по печатным платам (ПП) и узлам, содержащим печатную плату с навесными элементами, приведены в ГОСТ 20406—75 (СТ СЭВ 785—77). Методы конструирования и расчета содержит ОСТ 4.010. 022—85, общие технические условия приведены в ГОСТ 23752—79 (СТ СЭВ 2742—80, 2743—80).

По числу проводящих слоёв печатные платы делятся на: односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП) на жестком и гибком диэлектрическом основании. Применяются также гибкие печатные кабели (ГПК).

Односторонние ПП характеризуются: повышенной точностью выполнения проводящего рисунка; отсутствием металлизированных отверстий; установкой изделий электронной техники (ИЭТ) на поверхность ПП со стороны, противоположной стороне пайки, без дополнительного изоляционного покрытия; низкой стоимостью.

Двусторонние ПП без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуются: высокой точностью выполнения проводящего рисунка, использованием объемных металлических элементов конструкции (штыри, отрезки проволоки, арматура переходов и т. п.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенных на противоположных сторонах печатной платы; низкой стоимостью.

Двусторонние ПП с  металлизированными монтажными и переходными  отверстиями характеризуются: широкими коммутационными возможностями; повышенной прочностью сцепления выводов навесных ИЭТ с проводящим рисунком платы; повышенной стоимостью по сравнению с ПП без гальванического соединения слоев.

Многослойные ПП с  металлизацией сквозных отверстий (ОСТ 4.010. 022—85) характеризуются: хорошими коммутационными свойствами; наличием межслойных соединений, осуществляемых с помощью сквозных металлизированных отверстий, а также, в особых случаях, с помощью переходных отверстий, соединяющих только внутренние слои; предпочтительным использованием одностороннего фольгированного диэлектрика для наружных и двустороннего — для внутренних слоев; обязательным наличием контактных площадок на любом проводящем слое, имеющем электрическое соединение с переходными отверстиями; низкой ремонтопригодностью; высокой помехозащищенностью электрических цепей; высокой стоимостью конструкции.

По виду материала  основы ПП изготавливаются на базе органического диэлектрика, керамических материалов и металлов.

По виду соединений между слоями ПП изготавливают с металлизированными отверстиями, пистонами, послойным наращиванием, открытыми контактными площадками, выступающие, а затем подогнутыми выводами каждого слоя.

По плотности проводников различают ПП свободные (ширина проводников и расстояние между ними не менее 0,5 мм) и уплотнённые (ширина проводников и расстояние между ними до 0,25 мм).

По способу изготовления ПП разделяют на платы, полученные химическим травлением, электрохимическим осаждением, комбинированным способом. От способа изготовления зависят конечные характеристики ПП, так как характер химической обработки влияет на диэлектрические свойства материала основы.

 По способу нанесения проводников ПП разделяют на платы, полученные обработкой фольгированных диэлектриков и полученные нанесением тонких слоёв токопроводящих паст.

 

Классы точности печатных плат

Стандарт ГОСТ 23751—86 устанавливает  пять классов точности ПП и гибких печатных кабелей в соответствии со значениями основных параметров и  предельных отклонений элементов конструкции (оснований ПП, проводников, контактных площадок, отверстий.) Область применения классов точности по ГОСТ 23751—86:

1,2 — для  ПП с дискретными ИЭТ при  малой и средней насыщенности  поверхности ПП навесными изделиями.

3 — для  ПП с микросборками и микросхемами, имеющими штыревые и планарные  выводы, а также с безвыводными ИЭТ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП навесными изделиями.

4,5 — для ПП с  микросхемами, имеющими штыревые  и планарные выводы, а также  с безвыводными изделиями ИЭТ  при высокой насыщенности поверхности  ПП навесными ИЭТ.

Таким образом, проведя анализ используемых ЭРЭ, их электрических и конструктивных характеристик, классификации печатных плат, классов точностей, материалов печатных плат и проведя расчёт параметров печатного рисунка, мною сделан вывод, что разрабатываемая в курсовом проекте печатная плата должна изготавливаться по третьему классу точности. В качестве конструктивного исполнения печатной платы была выбрана двусторонняя печатная плата, которая будет изготавливаться на основе двустороннего фольгированного органического диэлектрика - стеклотекстолита. Плотность проводников печатной платы – уплотнённая.

 

1.2 Выбор электрических соединителей

 

Повышение сложности и плотности  компоновки в радиоэлектронной аппаратуре, увеличение уровня интеграции элементной базы приводят к возрастанию числа выводов на единице площади и усложнению монтажа электрических соединений. Электрические соединения должны иметь: высокую надёжность; требуемые значения электрических параметров и их постоянство; минимальные габаритные размеры и массу; высокую ремонтопригодность, а также обеспечивать: нормальную работу электронных схем в условиях механических и климатических воздействий; помехоустойчивость конструктивной реализации схемы; удобство и безопасность работы при ремонте и эксплуатации.

Исходный документ для выполнения электрических соединений – электромонтажные схемы. Электрические соединения должны полностью соответствовать техническим условиям, принципиальным или электромонтажным схемам, а также монтажным таблицам. Все электрические соединения разделяют на два вида: неразъёмные и разъёмные. Неразъёмные электросоединения в свою очередь делят на постоянные, выполняемые сваркой, полупостоянные – пайкой, накруткой и обжимкой, и временные – типа «лепесток- винт».

Способ электромонтажа и его элементы выбирают с учётом назначения устройства, конструктивно-технологических и эксплуатационных требований. В курсовом проекте для изготовления платы применяется печатный монтаж, который снижает трудоёмкость монтажно-сборочных работ и создаёт условия для их механизации.

Разъёмные соединения

Разъёмные соединения нашли широкое  применение в различных конструкциях электронной аппаратуры. Электрическое  соединение в разъёме осуществляют за счёт холодного контактирования  пары штырь-гнездо. Основное требование, предъявляемое к контактной паре, - обеспечение высокой надёжности соединения при воздействии допустимых механических и климатических факторов. Этот параметр зависит от:

а) типа (способа) контактирования;

б) материалов контактной пары и их покрытий;

в) точности изготовления и чистоты обработки;

г) величины контактного  усилия.

Кроме параметра надёжности контактная пара характеризуется переходным сопротивлением (0,01-0,02 Ом), максимальным рабочим током, нестабильностью переходного сопротивления (20-30%), максимальной частотой тока, усилием соединения и разъединения контактов, износоустойчивостью (предельным числом сочленений) и допустимыми условиями эксплуатации. Контакты в разъёме могут иметь одно-, двух-, трёх- и четырёхрядное расположение. Шаг контактов равен или кратен шагу координатной сетки, т.е. 1,25 мм. Выводы разъёмов с печатными платами соединяют пайкой в металлизированные отверстия или к контактным площадкам.

Совокупность некоторого числа  контактных пар, выполненная в виде законченного изделия, образует конструктивную единицу, называемую разъёмом. Разъём состоит из двух частей: вилки и розетки. В состав вилки входят штыри контактных пар, а в состав розетки – гнёзда контактных пар. Кроме них конструкция разъёма включает в себя ловители, ключ и элементы крепления разъёма. Ловители обеспечивают совмещение штырей и гнёзд контактных пар при сочленении разъёма, ключ предназначен для исключения возможности неправильного сочленения вилки с розеткой. В некоторых случаях в состав разъёма входит замок для фиксации сочленения.

В курсовом проекте используется разъём СНп34. Разъём предназначен для соединения электрических цепей постоянного, переменного (частотой до 3 МГц) и импульсного  токов.

Вилка СНп 34-135 / В-21-В

Число контактов – 32 шт.

Шаг между контактами – 2,5 мм.

Шаг между рядами – 2,5 мм.

Условия эксплуатации:

Соединитель устойчив к воздействию  морского тумана, плесневых грибов, инея, росы и солнечной радиации.

Ускорение

При вибрации в диапазоне частот 1…2000 Гц – 100 м/с²

При многократных ударах – 400 м/с²

При однократных ударах – 5000 м/с²

При линейных нагрузках - 250 м/с²