 |
Анализ схемы электрической принципиальной
|
|
|
|
Рассмотрим принцип действия по электрической принципиальной схеме.
Основной элемент- микроконтроллер PIC12F629 (DD1), работающий по программе. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал. Используются два интервала – 0,1 с. и 1с. В первом случае для получения частоты число импульсов умножается на 10, во втором – значения числа импульсов и частоты совпадают. Микроконтроллер содержит два таймера- счетчика (TMR0 и TMR1), первый из которых используется для счета импульсов, а второй - для отсчета временных интервалов. Благодаря встроенному асинхронному восьмиразрядному предделителю максимальная измеряемая частота сверху ограничена только скоростью работы его триггеров и не зависит от тактовой частоты микроконтроллера.
Усилитель входного сигнала собран на транзисторе VT1, с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход T0CKI (вывод5), микроконтроллера DD1. Для отображения информации применен цифровой индикатор HT1610 (HG1) со встроенный контроллером. При работе в режиме ведомого вход НК индикатора HG1 соединяют с общим проводом, а данные передаются последовательно 4-битными посылками по линиям D1 и CLK. Ограниченное число линий ввода- вывода микроконтроллера DD1 не позволяет выделить две из них для реализации штатного режима передачи данных, поэтому данные и синхроимпульсы приходиться передавать с выхода GP0 микроконтроллера DD1 через резистивные делители. На вход CLK индикатора HG1 импульсы поступают через делитель R7R9, а на вход DI- через интегрирующий делитель R6R8C8. Для передачи низкого логического уровня (логического 0) на выходе GP0 микроконтроллера DD1 формируется импульс напряжения длительностью 5 мкс. При этом конденсатор С8 зарядиться не успевает, и по спаду импульса на входе DI в индикатор HG1 запишется логический 0. Для передачи логической 1 длительность импульса намного больше постоянной времени цепи R6R8C8, и конденсатор С8 успевает зарядиться до высокого логического уровня, поэтому будет записана логическая 1. Пауза между импульсами также должна быть более постоянной времени цепи R6R8C8, чтобы конденсатор С8 успел разрядиться.
|
|
|
Печатная плата
При конструировании печатных плат используются четыре главных критерия выбора: габаритный критерий, критерий плотности рисунка и толщины проводящего слоя, критерий числа слоев, критерий материала основания.
С целью повысить безотказность печатных узлов при температурных воздействиях произведено ограничение габаритных размеров печатной платы. Преимущества малых печатных плат перед большими проявляются в ослаблении отрицательного влияния таких явлений, как коробление, ухудшенный теплообмен в центре платы, пониженная ремонтопригодность.
Печатные в зависимости от размера элементов печатного монтажа делятся на пять классов. Платы четвертого класса обеспечивают самую высокую плотность монтажа. Их следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях. Плотность монтажа по классу 3 следует применять только на платах с размерами до 240х240мм, плотность по классу 4 с размерами до 170х170мм.
По конструкции ПП подразделяют на однослойные и многослойные (МПП). Однослойные ПП всегда имеют один изоляционный слой, на котором находятся печатные проводники.
Многослойная ПП состоит из нескольких печатных слоев, изолированных склеивающими прокладками.
Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом проводниками зависит от минимального зазора между ними.
Если печатные проводники расположены на одной стороне изоляционного основания, то такую плату называют односторонней (ОПП), если на двух сторонах, то двусторонней (ДПП).
|
|
|
Большинство деталей частотомера монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. Размер печатной платы 36х46мм. Схемотехническое решение частотомера достаточно простое, поэтому можно применить одностороннюю ПП.
Листовой материал основания может быть в зависимости от поставленной перед конструктором задачи изоляционным полимерным, фольгированным полимерным или металлическим.
Для проводников и контактных площадок должны применяться материалы, обладающие малым сопротивлением и хорошим сцеплением с материалом подложки: электрическое сопротивление квадрата пленки проводящих слоев должно быть не более 0,03 Ом.
Наибольшее распространение в практике получила толщина 1,0мм и 2мм, которая допускает получение металлизированных отверстий в основании соответственно 0,32 и 0,48мм (минимальный допустимый диаметр).
Влага является вторым после температуры климатическим фактором, воздействующим на печатный узел и приводящим к отказам. Для защиты ПП от влаги рекомендуется покрыть ее лаком после сборки, что создаст барьер воздействию влаги и загрязнений, предохранит тонкие печатные проводники от разрушающих царапин, полезно повлияет на резонансные механические свойства ПП как упругой пластины, а также защитное покрытие повысит собственную емкость на 20-30%.
Для влагозащитного покрытия лучше использовать лак без растворителя, так как он должен наноситься дважды с промежуточной сушкой, чтобы перекрыть поры, что удваивает трудоемкость влагозащиты печатного узла, т.е. снижает технологичность.
Для нашей ПП используем лак УР-967, так как он обеспечивает высокую адгезию и эластичность (большое относительное удлинение) пленки после нанесения.
По ГОСТ 23741-79 выбираем первый класс (класс А) плотности рисунка печатной платы. Для данного класса плотности имеем:
ширина проводника не менее 0,50 мм;
расстояние между проводниками не менее 0,5-0,6 мм;
разрешающая способность 1,0 линий/мм.
Расчет надежности
Коэффициент нагрузки для транзисторов определяется по формуле:
|
|
|
,
где 
- фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,
- максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе.
Коэффициент нагрузки для резисторов определяется по формуле:
,
где 
- фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе,
- номинальная мощность.
Коэффициент нагрузки для конденсаторов определяется по формуле:
,
где 
- фактическое напряжение, приложенное к конденсатор,
- номинальное напряжение конденсатора.
Таблица 1
Максимально допустимые и номинальные параметры элементов.
| Условное обозначение параметра | Размерность | Величина | |
| Максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 (КТ3102А) | 
| мВт | |
| Номинальная мощность резисторов R1-R4, R6-R9 (МЛТ, С2-23) | 
| Вт | 0,125 |
| Номинальная мощность подстроечного резистора R5 (СП3-19) |
| Вт | 0,5 |
| Номинальное напряжение конденсаторов С1-С4, С6-С8 (К10-17) | 
| В | |
| Номинальное напряжение подстроечного конденсатора С5 (КТ4-25) |
| В |
Таблица 2
Фактические значения параметров элементов.
| Условное обозначение параметра | Размерность | Величина | |
| Фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 (КТ3102А) | 
| мВт | |
| Фактическая мощность резисторов R1(МЛТ-0,125) | 
| Вт | 0,0375 |
| Фактическая мощность резисторов R2(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,0875 |
| Фактическая мощность резисторов R3(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,05 |
| Фактическая мощность резисторов R4(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,075 |
| Фактическая мощность резисторов R5(СП3-19) |
| Вт | 0,35 |
| Фактическая мощность резисторов R6,R7(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,1 |
| Фактическая мощность резисторов R8(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,0825 |
| Фактическая мощность резисторов R9(МЛТ-0,125) |
| Вт | 0,0625 |
| Фактическое напряжение конденсатора C1(К10-17) | 
| В | 7,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С2(К10-17) |
| В | |
| Фактическое напряжение конденсатора C3(К10-17) |
| В | 12,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С4(К10-17) |
| В | 2,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С5(КТ4-25) |
| В | 7,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С6(К10-17) |
| В | 12,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С7(К10-17) |
| В | |
| Фактическое напряжение конденсатора С8(К10-17) |
| В |
|
|
|
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве конденсаторов:
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве резисторов:
Рассчитаем коэффициенты нагрузки для используемых в устройстве транзисторов:
Зная коэффициенты нагрузки, найдём коэффициенты влияния (по справочнику) при температуре t=40 ˚C:
1) для конденсаторов
При 
При 
При 
При 
При 
При 
При 
При 
2) для резисторов:
При 
При 
При 
При 
При 
При 
При 
При 
При 
3) для транзисторов:
При 
Выберем из справочника величину 
и рассчитаем интенсивность отказов 
:
Для транзисторов:
VT1 
1/ч,
;
Для резисторов:
1/ч,
,
,
,
,
,
,
,
,
;
Для конденсаторов С1, С2, С3
1/ч,
,
,
,
,
,
,
;
Для конденсаторов С5
1/ч,
Рассчитаем интенсивность отказов всего устройства, состоящего из 18 элементов по формуле:
,
где 
- интенсивность отказа i-того элемента.
Средняя наработка на отказ равна:
ч.
Так как, средняя наработка на отказ получилась больше, чем была выбрана изначально, значит расчеты были сделаны верно.
|
|
|
