Преобразователь напряжения. Разработка конструкции односторонней печатной платы второго класса точности

1 АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБОВАНИЙ ПО УСТОЦЧИВОСТИ К МЕХАНИЧЕСКИМ И КЛИМАТИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

     Условия размещения устройства определяют уровень влияния на него механических и климатических факторов. К таким влияниям относят механические вибрации и удары, температурное влияние, влияние повышенной и пониженной влажности и давления.

     Определение требований к механическим и климатическим воздействиям осуществляется в соответствии со стандартом – ГОСТ 15150-69.

     Основное климатическое исполнение изделия – У – районы с умеренным климатом со среднегодовыми экстремумами температуры находятся в диапазоне  -45°С … +45°С.

     Категория размещения устройства – 3.1 – для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без кондиционирования (в нерегулярно отапливаемых помещениях).

     Значение коэффициента относительной электрической прочности воздушных промежутков в зависимости от высоты над уровнем моря равняется 1 т.к. конструируемое устройство находится на высоте  до 1000 м над уровнем моря.

3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ КОМПОНОВКА КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА

     Выбор элементной базы осуществляется, исходя из условий эксплуатации устройства.

     В схеме предусматривается установка

4 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

     Разработка конструкции печатной платы имеет следующие основные стадии:

   1 - выбор и обоснование типа печатной платы;

   2 - выбор и обоснование класса точности печатной платы;

   3 - выбор материала, габаритных размеров и конфигурации печатной платы;

   4 - предварительное размещение навесных элементов;

   5 - трассировка проводников и размещение элементов проводящего рисунка;

   6 - разработка конструкторской документации печатной платы.

     4.1 Выбор и обоснование типа и класса точности печатной платы

     В данном курсовом проекте целесообразно выполнить одностороннюю печатную плату, так как небольшое количество элементов позволяет разместить их на сравнительно небольшом объеме. 

     По ГОСТ 2351-86 печатные платы по точности исполнения элементов печатного рисунка делятся на пять классов точности. Наиболее простыми в изготовлении являются платы первого и второго классов. Они более надежны и имеют наименьшую стоимость. Печатные платы более высоких классов требуют использования более дорогих материалов, инструментов и оборудования, а в некоторых случаях более сложной технологии изготовления.

     Класс точности определяется по таблицам 3.4 и 3.5 [2]. Минимальное значение номинальной ширины проводника рассчитывается, исходя из плотности тока. Для фольги она составит от 100 до 250 А/мм². Таким образом:

,                                                           (4.1)

где  I – максимальный ток в цепи, А;

S – площадь сечения проводника, мм².

После необходимых преобразований, приняв, что плотность тока равна:

а максимальный ток цепи равен  току диода (10А), имеем:

                           (4.2)

     Такой ширине печатного проводника удовлетворяет печатная плата третьего класса точности, но при напряжении сети в нормальных условиях для фольгированого стеклотекстолита расстояние между элементами печатного рисунка попадает в диапазон  от 0,4 до 0,7 мм, что соответствует второму классу точности.

Поэтому в данном курсовом проекте по точности изготовления элементов печатного рисунка используется печатная плата второго класса точности. Конструктивные параметры второго класса точности приведены в таблице 4.1

Таблица 4.1- Конструктивные параметры для печатной платы второго класса точности.

Параметры	Значения параметра, мм
Минимальное значение номинальной ширины проводника, t	0,45
Минимальное значение расстояния между проводниками, S	0,45
Гарантированный пас b	0,2
Граничное отклонения диаметра отверстия Δd - без металлизации при d≤1 мм - без металлизации при d>1мм - с металлизацией при d ≤ 1мм - с металлизацией при d>1мм	±0,1 ±0,15 +0,05;-0,15 +0,1;-0,2
Граничное отклонение ширины печатного проводника Δt (контактной площадки): - без покрытия - с покрытием	±0,1 +0,15;-0,1
Допуск на размещения осей отверстий Тd при размере платы по большой стороне до 180мм включительно при размере свыше 180 до 360 мм при размере свыше 360 мм	0,15 0,2 0,25
Допуск на расположение центров контактных площадок ТD при размере платы по большой стороне до 180мм включительно при размере свыше 180 до 360 мм при размере свыше 360 мм	0,25 0,3 0,35

Габаритный чертеж односторонней печатной платы приведен на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 – Односторонняя печатная плата.

На рисунке приняты обозначения:

Нп – толщина печатной платы;

Нм- толщина материалу основы печатной платы;

Hф- толщина фольги;

b – гарантированный пас;

D – диаметр контактной площадки;

d – диаметр отверстия;

S – расстояние между краями соседних элементов печатного рисунка;

t – ширина печатного проводника;

Q – расстояние от края печатной платы, выреза, паса к элементам печатного рисунка.

4.2 Выбор материала, габаритных размеров и конфигурации печатной платы

Рабочая площадь печатной платы равняется общей площади печатной платы без площади краевого поля – свободной полосы вдоль края печатной платы, что предусматривается для технологических целей, не занятой печатным рисунком и навесными элементами.  Разрабатываемая  плата простой прямоугольной формы.

 Площадь печатной платы должна удовлетворять условию:

                                                   (4.3)

где Si – площадь i-того элемента, мм².

Ниже представлен расчет площадей элементов схемы:

Резисторы:

а) Постоянные

б) Переменные

Диоды:

Конденсаторы:

,                   ,                ,

,                  

Транзистор:

Микросхема:

Расчет произведен с учетом допусков на установку.

Площадь печатной планы равна:

     Размер краевого поля 2,5 мм. По краевому полю планируется  провести металлизируемую зону для цепи заземления. В углах платы размещаются переходные отверстия с диаметром 5 мм.

     Поэтому печатную плату можно примять размером 75×70мм. Стороны кратны 2,5 мм и соотносятся 1:1, что удовлетворяет ГОСТ 10317 - 79.

     В соответствии с таблицей 3.6 [2]  печатная плата изготавливается из стеклотекстолита, облицованного с двух сторон медной оксидированной фольгой марки СФ-2-50 с толщиной фольги 50мкм, толщиной 0,8 мм, рабочим диапазоном температур -60+85˚С.

     Толщина печатной определяется толщиной материала основы с учетом толщины фольги  и выбирается с учетом используемой элементной базы и механических нагрузок. Принимается равной 1мм.

ДОПИСАТЬ

     4.4 Трассировка проводников и размещение элементов печатного рисунка.

     Диаметр отверстий под вывод выбирается из условия получения зазора между выводом и стенкой отверстия, что обеспечивает капиллярное проникновение пайки. Для обеспечения такого условия разница между минимальным значением диаметра монтажного отверстия и максимальным значением диаметра вывода должна находиться в пределах 0,1 – 0,4 мм.

     В таблице 4.2 приведены диаметры выводов элементов и принимаемый диаметр монтажных отверстий.

     Таблица 4.2 – Диаметры монтажных отверстий, исходя из диаметров выводов элементов

ВСТАВИТЬ ТАБЛИЦУ

Контактные площадки круглой  формы. Контактная площадка первого вывода микросхемы имеет квадратную форму. Диаметры контактных площадок вокруг монтажного отверстия можно определить по формуле:

    ,                   (4.4)

где Δdв.о – верхнее граничное отклонение диаметра отверстия;

bн- гарантированный пас;

Δtв.про и Δtн.об – верхнее и нижнее отклонение ширины проводника соответственно;