 |
2.1.6 Выбор индикатора. 2.2 Расчет печатной платы
|
|
|
|
2. 1. 6 Выбор индикатора
В качестве индикатора можно использовать микросхемы TOT3361, VIM-404-DP-RC-S-H, SP506PRW, E90361-L-F, ITH-E0190, DV-16252S2FBLY-H/R. В качестве индикаторов выбраны TOT3361 (рисунок 10) – в пластмассовом корпусе, предназначенные для визуальной индикации в аппаратуре. Индикатор имеет шестнадцать сегментов, излучающих свет при подаче прямого тока. Различные комбинации элементов, обеспечиваемые внешней коммутацией, позволяют воспроизвести любую цифру, букву или символ. Высота символа 9, 2 мм [15].
Назначение выводов TOT3361 представлено в таблице 4.
Таблица 4
| Номер | Символ | Функция |
| 1…5, 7, 10, 11 | A, B, C, D, E, F, G, DP | Линия шины данных |
| 8, 9, 12 | DIG1, DIG2, DIG3 | Линия выбора разряда индикатора |
Рисунок 10
Технические характеристики TOT3361:
– цвета свечения индикатора красный;
– количество символов 3;
– количество сегментов в разряде 7 (с точкой);
– размер модуля, мм 68x27x9;
– размер символа, мм 9x5;
– потребляемый ток, мА 3…30.
2. 2 Расчет печатной платы
Печатная плата – это изделие из плоского изоляционного основания с отверстиями, позами, вырезами и системами токопроводящих полосок металла, которые используются для установки и эксплуатации электорадиоэлементов (ЭРЭ) [16].
|
|
|
Преимущество печатного монтажа перед объемным состоит в следующем:
– при эксплуатации печатной платы (ПП) паразитные параметры монтажа от образца к образцу не меняются;
– процесс проектирования ПП может быть автоматизирован, что сокращает время проектирования и позволяет сделать оптимальную трассировку;
– процесс сборки и монтажа изделия на ПП может быть автоматизирован;
– изделия с печатным монтажом имеют меньшие габаритные размеры и массу;
– печатный проводник допускает большую плотность тока, чем объемный, так как охлаждение его лучше.
Для изготовления ПП используют односторонний и двухсторонний фольгированный гетинакс и стеклотекстолит. Выбор материала платы осуществляется из конструктивных соображений. Гетинакс дешевле стеклотекстолита в несколько раз, но он более хрупкий и подвержен атмосферному воздействию. Стеклотекстолит имеет хорошие сцепление медной фольги с диэлектриком и выдерживает большие число перепаек, повышенную влажность и тяжелые механические нагрузки.
По конструкции ПП бывают: односторонние, двухсторонние, многослойные. ГОСТ Р 53429-2009 – устанавливает семь классов точности изготовления ПП в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции.
ПП обладают электрическими и конструктивными параметрами. К электрическим параметрам ПП относятся [17]:
– t – ширина печатного проводника;
– S – расстояние между печатными проводниками;
– R – сопротивление печатного проводника;
– L – индуктивность печатного проводника;
– С – емкость печатного проводника.
К конструктивным параметрам ПП относятся:
– размеры ПП (длина, ширина, толщина);
– диаметры и количество монтажных отверстий;
– минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.
В качестве материала для печатной платы прибора для проверки работы электрокардиографа используется стеклотекстолит, так как он имеет следующие преимущества по сравнению с гетинаксом:
|
|
|
– большую механическую стойкость;
– большую влагостойкость;
– большую термостойкость;
– при сверлении отверстий дает меньшую шероховатость поверхности.
Проектируемая печатная плата двухсторонняя, устройство будет работать при нормальной температуре, проходящий ток по печатной плате незначительный. Материал платы стеклотекстолит фольгированный представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной термореактивным связующим, облицованный с двух сторон медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм.
Выбрав материал ПП и способ изготовления, рассчитаем ширину печатного проводника [16]:
, (1)
где I - ток протекающий по проводнику, А
h - толщина фольги, мм
j - плотность тока, А/мм2.
Ток, протекающий по проводнику, складывается из токов всех видов активных элементов схемы. Для проектируемого устройства ток I равен 0, 15 А, плотность тока j равна 20 А/мм2, а толщина фольги 35 мкм (или 0, 035 мм):
Минимальное расстояние S между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка приводится в таблице 5 [16].
Таблица 5
| Расстояние между элементами проводящими рисунок, мм | Значение рабочего напряжения, для стеклотекстолита, В |
| От 0, 1 до 0, 2 | |
| От 0, 2 до 0, 3 | |
| От 0, 3 до 0, 4 | |
| От 0, 4 до 0, 7 |
Из таблицы 5 выбирается минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка, то есть параметр S, для печатной платы равен 0, 1... 0, 2 мм, так как используется стеклотекстолит. Рассчитав параметр t и S, выбирается класс точности изготовления печатной платы по таблице 6 [16].
Таблица 6
| Условное обозначение, мм | Номинальное значение основных параметров для класса точности ПП | ||||||
| t | 0, 75 | 0, 45 | 0, 25 | 0, 15 | 0, 10 | 0, 075 | 0, 05 |
| S | 0, 75 | 0, 45 | 0, 25 | 0, 15 | 0, 10 | 0, 075 | 0, 05 |
| b | 0, 30 | 0, 20 | 0, 10 | 0, 05 | 0, 025 | 0, 02 | 0, 015 |
|
|
|
Выбираем 3 класс точности изготовления ПП. Расчет площади, занимаемый ЭРЭ приведен в таблице 7.
Таблица 7
| Наименование элемента | Кол-во, шт. | Площадь одного элемента, мм2 | Площадь всех ЭРЭ, мм2 |
| Конденсаторы: | |||
| Tecap SMD type D | 
| 31, 39 | |
| К10-17в | 
| 10, 24 | |
| Микросхема | |||
| ATTINY13-20SU | 
| ||
| K176ИД2 | 
| 148, 59 | |
| Резисторы: | |||
| Р1-8МП-0, 125 | 
| 8, 19 | |
| Р1-8МП-0, 5 | 
| 12, 5 | |
| Транзисторы: | |||
| IRLML5203 | 
| ||
| Разъемы: | |||
| CWF-3R | 
| 113, 85 | |
|
| Итого: Σ 469 | ||
Определяем конструктивные параметры платы [17].
Проектируемая плата имеет 4 крепежных диаметром по 3, 0 мм (для 2, 8 мм болтов). Определим площадь технических отверстий по формуле:
(2)
где d - диаметр отверстий, мм;
n - количество отверстий, шт.
Для выбора размеров ПП необходимо определить её площадь:
, (3)
где Fэрэ – площадь, занимаемая ЭРЭ, мм2;
Fто – площадь занимаемая технологическими крепежными отверстиями, мм2;
Fсв – площадь которую не должны занимать ЭРЭ по конструктивным соображениям, мм2;
Кз – коэффициент заполнения ПП,
Свободна площадь (Fсв) будет равна 0 мм2.
Посчитав площадь печатной платы, по ГОСТ Р 53429-2009 выберем размеры ее сторон: 40× 25 мм.
После выбора размеров ПП, определяю реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле:
, (4)
где А – размер длины ПП, мм;
B – размер ширины ПП, мм,
Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия на печатной плате определяется по формуле:
(5)
где H – толщина печатной платы;
γ – отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине печатной платы.
Рассчитаем минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия:
|
|
|
Определяем диаметры монтажных отверстий по формуле:
(6)
Если dв 
0, 8 то 
= 0, 2, если dв > 0, 8 то = 0, 3.
Для элемента CWF-3R:
Для элемента К176ИД2:
Для элемента TOT3361:
Полученные результаты вычислений приведем в таблице 8.
Таблица 8
| Наименование ЭРЭ | Диаметр вывода, мм | Диаметр отверстия, мм | Принятый диаметр, мм |
| Разъем CWF-3R | 0, 64 | 0, 84 | 0, 9 |
| К176ИД2 | 0, 46 | 0, 66 | |
| TOT3361 | 0, 47 | 0, 67 |
Т. к. диаметров монтажных отверстий должно быть на плате не более трех выбираем Ø 0, 9 мм.
Условие (5) выполняется т. к. 0, 9 мм > 0, 495 мм.
Рассчитаем диаметр контактных площадок по формуле:
(7)
где b – радиальная ширина контактной площадки;
∆ d – точность получения отверстия;
Td – значение позиционного допуска расположения монтажных отверстий;
TD – значение позиционного допуска расположения контактных площадок.
Определение диаметров монтажных отверстий производится, учитывая следующие требования:
– диаметр монтажного отверстия должен быть такой, чтобы в него свободно входил вывод радиоэлемента;
– его величина не должна быть слишком большой, иначе будет большой коэффициент непропайки.
Для плат, изготавливаемых по 3 классу точности b = 0, 1 мм, ∆ d = 0, 1 мм,
Td = 0, 08 мм, TD = 0, 15 мм.
Отсюда следует:
Определяем минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников:
, (8)
где n – количество прокладываемых проводников;
∆ t – предельное отклонение ширины печатного проводника;
Tl – значение позиционного допуска расположения печатного проводника.
Определим минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки одного проводника:
Для прокладки двух проводников:
Для прокладки трех проводников:
Для изготовления печатной платы выбран комбинированный негативный метод. Сборочный чертеж печатной платы представлен в приложении Е. Трассировка печатной платы представлена в приложении Д.
Для комбинированного метода удельное сопротивление медной фольги будет равным 0, 0175 
[18]. Рассчитаем сопротивление проводника:
(9)
где ρ – удельное сопротивление медной фольги, Ом·мм2/м;
l – длина проводника, 0, 059 м (измеряем самый длинный проводник на печатной плате).
Паразитные параметры платы C – емкость печатного проводника и L – индуктивность печатного проводника оказывают влияние на частотах выше 50 Гц, поэтому их расчет не производится.
|
|
|
|
|
|
