Напряжение питания, В

OP07

Texas Instruments

150

+3.. +15

MC33172

Motorola

180

+1,5..+22

MCP601

Microchip

375

2,7..5,5

MAX475

Maxim

145

+3.. +15

Из таблицы видно, что наилучшими характеристиками обладает операционный усилитель фирмы Maxim. Кроме того одна микросхема этой фирмы содержит четыре операционных усилителя, что позволяет сократить количество используемых в изделии микросхем и тем самым повысить общую надежность устройства. Поэтому была выбрана микросхема операционного усилителя фирмы Maxim MAX475CPD/MXM.

1.4.7 Выбор реле

Для коммутации входных и выходных цепей необходимы реле. Поскольку скорость коммутации в проектируемом устройстве невелика, можно использовать электромеханические реле (катушка индуктивности управляет контактами ключа), которые обеспечивают наилучшую линейность передачи сигналов большой и малой амплитуды. В ходе поисков электронных компонентов были найдены следующие элементы, представленные в таблице 1.4.7.1

Таблица 1.4.7.1

Название	Производитель	Переключаемое максимальное напряжение, В	Rзамк. конт, мОм	Потребляемая мощность, мВт
G2RL	OMRON	300	100	400
G6B	OMRON	125	30	280
P2	AXICOM	220	50	140
DIP0,5-1A72	MEDER	200	30	120

Из приведенных данных видно, что целесообразнее всего применить реле DIP0,5-1A72, так как оно имеет наименьшую потребляемую мощность и удовлетворяет характеристикам проектируемого устройства.

1.4.8 Расчет параметров элементов ФНЧ для устранения внеполосного шума ЦАП

В руководстве по использованию ЦАП CS4390 указана необходимость использования фильтра нижних частот на выходе ЦАПа из-за достаточно высокого уровня внеполосного шума производимого данным ЦАПом. Спектр выходного шума показан на рисунке 1.4.8.1

Рисунок 1.4.8.1

где Fд - частота дискретизации

Рекомендуемые применения ЦАП компании Crystal требуют двухполюсный фильтр для снижения внеполосного шума. На рисунке 1.4.8.2 представлена схема данного фильтра [2].

Рисунок 1.4.8.2

В [2] приведен порядок проектирования данного вида фильтров. Он включает в себя следующие шаги:

1.Определяется требуемое среднеквадратическое значение сигнала в полосе пропускания фильтра, Но. Данная величина берется со знаком минус вследствие инвертирующей конфигурации включения операционного усилителя в составе фильтра.

2.Выбирается желаемый тип фильтра, Баттерворта, Бесселя и т. д. и частота среза для окончательного проектирования. Частота среза определяет полосу частотной и фазовой характеристик фильтра. Тип фильтра определяет коэффициенты б и в, необходимые для проектирования. В таблице 1.4.8.1 показаны коэффициенты для нескольких типов фильтров.

Таблица 1.4.8.1

Тип фильтра	Б	в
Баттерворта	0,7071	0,7071
Бесселя	1,1030	0,6368
Чебышева, 0.01дБ пульсации	0,6743	0,7075
Чебышева, 0.1 дБ Пульсации	0,6104	0,7106

3.Выбираются стандартные значения для С5 и С2. Эти значения используются на четвертом шаге и должны быть выбраны таким образом, чтобы значение было действительным. Где К=С5/С2.

4.По данным Fc, Но, С2, С5, б, в, вычисляются R1, R3, R4, используя следующие формулы. Но будет отрицательным из-за инверсного включения операционного усилителя.

5.Рекомендуется, чтобы R1 было минимум 10кОм. Это рекомендовано производителями данного ЦАП. Тем не менее, значения большие 10кОм приводят к малым значениям емкостей (десятки пикофарад) которые становятся соизмеримыми с паразитными емкостями схемы. Возможно будет необходимо немного изменить значения емкостей, выбранных на третьем шаге.

6.Значения величин сопротивлений, вычисленных на четвертом шаге, обычно не принадлежат стандартному ряду величин сопротивлений. Надо выбрать стандартные значения, которые наиболее близко приближены к вычисленным. Это не должно сделать большие изменения в характеристиках фильтра с тех пор как стали доступными резисторы с примерно 2,5 процентным приращением значения номинала. Это позволяет выбирать резисторы со значениями достаточно близкими к вычисленным значениям.

Произвожу расчет параметров фильтра. Поскольку желаемый выходной уровень сигнала в полосе пропускания 2В, Н_о = -2. Выбираю двухполюсный фильтр Баттерворта с частотой среза 50 кГц. Данный фильтр уменьшает амплитуду сигнала на частоте 20 кГц примерно на 0.1 дБ и имеет почти идеальную линейную фазовую характеристику в полосе звуковых частот.

F_c= 50 кГц

= 0.7071

= 0.7071

Выбираю стандартные значения для С2 и С5.

С2= 150 пФ

С5= 1000 пФ

По заданным , , Н_о, F_c, С2, С5 вычисляются значения R1, R3, R4.

R1= 9.875 кОм

R3= 3.42 кОм

R4= 19.75 кОм

Выбираю стандартные значения наиболее близкие к вычисленным

R1= 10 кОм

R3= 3.4 кОм

R4= 20 кОм

Таким образом, к выходу ЦАП будет подключен фильтр с параметрами:

С2= 150 пФ

С5= 1000 пФ

R1= 10 кОм

R3= 3.4 кОм

R4= 20 кОм

Поскольку в проектируемом изделии используется ЦАП с парафазным выходом (в системах передачи звукового сигнала используется парафазный сигнал для компенсации воздействия помех), к рассчитанному фильтру необходимо добавить на не инверсный вход операционного усилителя точно такую же ветвь что находится на инверсной. На рисунке 1.4.8.3 изображен полученный фильтр.

Рисунок 1.4.8.3

Данный фильтр подключается к выходу цифро-аналогового преобразователя.

1.4.9 Описание принципиальной схемы блока формирования и управления

Из последовательного порта микропроцессора по шине в ЦАП DD11 поступает последовательный код. На вход SDAT поступают числа, подлежащие цифро-аналоговому преобразованию с выхода DX0 микропроцессора. На вход SCLK поступает сигнал синхронизации битов поступающих на вход SDAT с выхода CLX0 микропроцессора. На вход LRCK поступает сигнал кадра данных с выхода FSX0 микропроцессора. На вход MCLK поступает сигнал высокой частоты, с которой работает ЦАП. Данный сигнал получается делением на 4 опорной частоты микропроцессора с помощью счетчика. Поскольку проектируемое устройство будет генерировать моносигнал, у ЦАПа, предназначенного для формирования стерео аудио сигнала, используется только выход левого канала. С выхода левого канала ЦАПа сигнал поступает на активный ФНЧ, построенный на операционном усилителе DA1.1, резисторах R1, R2, R3, R4, R5, R6 и конденсаторах C7, C8, C9, C10. После фильтрации сигал поступает на логарифмический ЦАП DD13, предназначенный для регулирования уровня выходного сигнала. Степень ослабления выходного сигнала регулируется записью по входам D0..D7 кода ослабления. Запись осуществляется при подаче низкого уровня на вход WR микросхемы. Работа данной микросхемы осуществляется с помощью внешнего операционного усилителя DA13. Далее сигнал поступает на цепи «Прямой сигнал» разъема X3. Для формирования инверсного сигнала используется операционный усилитель DA2.2 и резиcторы R16, R18 и подстроечный резистор R12 для уравнивания амплитуд сигналов прямого и инверсного канала.

Регистр DD12 используется для запоминания состояния коммутации цепей. Коммутируются цепи с помощью реле K1..K6.

С контактов разъема X4 входной сигнал поступает на суммирующую схему операционного усилителя DA1.2 через конденсаторы С11 и С 12, необходимые для устранения постоянной составляющей сигнала. Далее сигнал поступает на ЦАП DD14 аналогичный тому, что стоит в канале генерации и предназначенный для регулирования амплитуды входного сигнала.

Поскольку после регулирующего уровень ЦАПа сигнал является двуполярным, а АЦП DD15 работает с однополярным сигналом с амплитудой в пределах 5В, сигнал надо поднять. Для этого используется суммирующая схема на основе операционного усилителя DA2.3. Опорный сигнал для суммирования (на сколько надо поднимать входной сигнал) поступает с выхода CMOU АЦП. Поскольку в документации на данный АЦП указано, что данный выход имеет низкую нагрузочную способность, данный выход подключается через буферную схему на основе операционного усилителя DA2.1. Для формирования парафазного сигнала, с которым работает АЦП (данный АЦП спроектирован специально для использования в звуковых системах и поэтому имеет парафазный вход) DD15, используется схема инверсии сигнала на основе операционного усилителя DA2.4 с резисторами R21, R22 и построечным резистором R20. Построечный резистор используется для уравнивания амплитуд прямого и инверсного канала парафазного сигнала. После аналого-цифрового преобразования входного сигнала, осуществляемого АЦПом DD15, последовательный код передается в последовательный порт микропроцессора. С выхода SDAT последовательность бит поступает на вход DR0 микропроцессора. Для синхронизации каждого бита используется сигнал с выхода SCLK, который подается на вход CKR0 микропроцессора. Для синхронизации кадров используется сигнал LRCK, который подается на вход FSR0 микропроцессора.

Для фильтрации напряжения питания подаваемого на микросхемы применяются конденсаторы С13..С29.

Таким образом, осуществляется формирование выходного сигнала, управление выходными цепями и оцифровка входного сигнала.

1.5 Разработка алгоритма работы измерителя

В данном разделе будет описан укрупненный (без упоминания мелких деталей) алгоритм функционирования блока измерителя.

После подачи питания на блок измерителя, необходимо инициализировать как сам процессор, так и всю периферию, которой он управляет. В процессоре устанавливаются в нужное состояние регистры, определяющие работу последовательного порта ввода вывода, выделяется память в ОЗУ под стек, под буфер для команды, полученной от ПЭВМ и ответа, ожидающего отправления на ПЭВМ и т.д. После инициализации из неопределенного состояния блок переходит в определенное, необходимое, заранее заданное.

Поскольку пользователь управляет процессом измерений с помощь ПЭВМ, главным процессом в работе измерителя будет диалог с ПЭВМ через интерфейс RS232. Данный диалог будет строиться по принципу команда-ответ. Пользователь на ПЭВМ с помощью интерфейсных элементов программы формирует необходимую конфигурацию проведения измерений (подключение или отключение генератора от входа канала, подключение генератора прямо к анализатору и т.п.). Пользователь также имеет возможность задавать параметры генерируемого сигнала. Сигнал, подлежащий генерации, виде набора дискретных двоичных отсчетов включается в команду. Программа на ПЭВМ преобразует данную информацию в двоичный код, который и составляет команду для блока измерителя. Поскольку сформированная команда может достигать больших размеров, перед передачей она режется на пакеты, а затем на приемной стороне склеивается в целую команду. Каждый пакет содержит контрольную сумму для повышения надежности передачи информации. При разработке алгоритма обмена блока с ПЭВМ через интерфейс RS232 была использована модель OSI (Open System Interconnection), рекомендованная международным комитетом.

Поэтому после инициализации блок измерителя переходит в состояние ожидания команды от ПЭВМ, которая определит дальнейшее поведение блока. Инициализация начала обмена ПЭВМ с блоком измерителя происходит записью определенного заранее заданного байта в интерфейс RS232. Получив данный байт, блок измерителя переходит в состояние ожидания первого пакета, имеющего фиксированную длину, заданную константой и известной как блоку измерителя так и программе на ПЭВМ. Полученный первый пакет в своем составе, кроме контрольной суммы, содержит и длину следующего за ним пакета. Таким образом, блок измерителя знает, сколько байт он получит из интерфейса RS232 в следующий раз. Если длинна следующего пакета равна нулю, это означает, что данный полученный пакет является последним, и передача команды завершена.

Получив команду, блок измерителя начинает ее анализ, чтобы определить, что надо в соответствии с этой командой делать. Анализ заключается в сопоставлении полей структуры команды, определяющих ее назначение, с заранее заданным двоичным кодом, записанным в памяти программ микропроцессора. Анализ команды заканчивается когда процессор идентифицирует полученную команду.

После анализа команды, блок начинает ее исполнять. Если была получена команда на генерацию сигнала, микропроцессор читает из оперативного запоминающего устройства фрагмент, подлежащий генерации, и через последовательный порт передает его на цифро-аналоговый преобразователь. Сигнал формируется периодическим повторением заранее вычисленного фрагмента сигнала. Периодически, для проверки работоспособности устройства, поступает команда на подключение выхода генератора ко входу анализатора прямо, минуя анализируемый канал. При обнаружении отсутствия сигнала выдается соответствующее сообщение оператору о неисправности блока измерителя. Далее в зависимости от результатов исполнения команды формируется ответ для ПЭВМ, в котором указывается: была ли команда исполнена или не была или была исполнена не полностью.

После этого блок измерителя переходит в состояние ожидания дальнейших распоряжений от ПЭВМ. И данный цикл повторяется в течение всего времени работы изделия до отключения питания.

На рисунке 1.5.1 изображен общий алгоритм работы блока измерителя.



Рисунок 1.5.1

1.6 Расчет потребляемой устройством мощности

Расчет потребляемой мощности производится суммированием мощностей, потребляемых каждой микросхемой устройства. Расчеты приведены в таблице 1.6.1.

Таблица 1.6.1

Микросхема	Потребляемая мощность, Вт	Количество	Итого, Вт
MAX475	0,00435	2	0,0087
ADM705	0,00125	1	0,00125
QO105BIC	0,2	1	0,2
TMS320C31	0,85	1	0,85
74S161J	0,635	1	0,635
74LS04	0,004	1	0,004
AM27C256	0,0001	1	0,0001
74LS138J	0,032	1	0,032
AS7S128K32	0,66	1	0,66
TL16C550	0,05	1	0,05
ADM242	0,01	1	0,01
CS4390	0,225	1	0,225
74LS194	0,075	1	0,075
AD7112	1	2	2
CS5360	0,375	1	0,375
DIP0,5-1A72	0,120	6	0,72
Итого			5,85

Таким образом, мощность, потребляемая проектируемым устройством, равна 6 Вт.

1.7 Расчет надежности измерителя

Надежность - очень важная техническая характеристика радиоэлектронного устройства. При низкой надежности невозможна эффективная работа данного устройства. Если изделие часто ломается, требует постоянного ремонта, то изготавливать данное устройство нецелесообразно. Данная проблема стоит очень остро в современной радиоэлектронике. Из-за постоянно растущих требований к радиоэлектронному оборудованию, радиоэлектронные приборы являются очень сложными и состоят из множества элементов. С ростом количества используемых в изделии элементов пропорционально снижается надежность данного устройства. Первые ЭВМ, сделанные на огромном количестве транзисторов, большую часть времени ремонтировались, а не работали.

Поскольку работоспособность изделия зависит от огромного множества факторов, учесть все из которых не представляется возможным, надежность изделия определяется вероятностными характеристиками. Вероятность безотказной работы на определенном интервале времени P(T_o) это вероятность того что, проработав в течение заданного промежутка времени, изделие окажется в неработоспособном состоянии. Для изделий, прошедших период приработки и не достигших периода старения, когда вероятность отказа резко возрастает, вероятность безотказной работы определяется законом Пуассона:

P(T_o)=e^-To

- результирующая интенсивность отказов, T_o - промежуток времени, на котором рассчитывается вероятность безотказной работы.

Наработка на отказ это математическое ожидание времени безотказной работы. За этот промежуток времени вероятность безотказной работы уменьшается в е раз.

Поскольку проектируемое устройство имеет минимальную структуру, то есть отказ любого элемента приводит к отказу всего устройства, для расчета надежности воспользуюсь средне-групповым методом. В соответствии с данным методом результирующая интенсивность отказов вычисляется по формуле

_p=( n_{i I})

_i - интенсивность отказов элементов i-ого типа

n_i - количество элементов i-ого типа

В представленной ниже таблице приведены данные элементов, встречающихся в схеме:

Интенсивность отказов Таблица 1.7.1

№	Тип элемента	Число элементов ni, шт.	Интенсивность отказов (с учетом поправок) i106, час-1	Произведение nii106
1	Микросхемы	23	4	92
2	Конденсаторы	29	0,05	1,45
3	Резисторы	20	0,2	4,0
4	Кварц	1	16	16
5	Разъемы	13	0,062	0,806
6	Пайки	497	0,01	4,97
7	Резисторы переменные	2	0,26	0,52
	Сумма			119,746

Тогда p=( ni I)=119,746

Наработка на отказ Тср=1p= 8351 час

Таким образом, наработка на отказ удовлетворяет техническому заданию.

2 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Патентный поиск

В результате проведения патентного поиска были найдены следующие близкие по техническим решениям и назначению разработки:

1 Система для тестирования и обслуживания звукового оборудования А1.

Производитель: фирма Neutrik.

Описание: Система А1 представляет собой измерительный электроакустический комплекс высшего класса, состоящий из двух блоков - генератора и анализатора. По функциональным возможностям он сравним с работой семи приборов одновременно, а стоить будет гораздо меньше. Комплекс применяется в исследовательских и прикладных целях для измерений и анализа практически любых параметров звукового сигнала: уровня, коэффициента усиления, гармонических, интермодуляционных и перекрестных искажений, частотных и фазовых характеристик, шума и детонаций. Также А1 может работать как осциллограф. Дополнительно устанавливается программный модуль измерителя корреляции. Каждый экземпляр прибора сопровождается сертификатом, в котором указаны его индивидуальные особенности, такие, как уровень собственного шума (как правило, менее 92 дБ) и общий коэффициент искажений (менее 0,0025%).

Технические характеристики:

Максимальное входное напряжение: 300 В (пик), 200 В (RMS)

Минимальное входное напряжение: 1,2 мВ

Входной импеданс: 100 кОм

Диапазон выходного напряжения генератора: 245 мкВ…7,75 В

Максимальное выходное напряжение: 24,5 В (RMS)

Выходной импеданс: менее 0,2 Ом

Частотный диапазон генератора: 20 Гц…40 кГц

Частотный диапазон анализатора: 16 Гц…200 кГц

Напряжение питания: 100…240 В, переключаемое

Потребляемая мощность: 60 Вт

2 Автоматическая измерительная система A2/A2-D

Производитель: фирма Neutrik.

Описание: Система А2/А2-D представляет собой автоматический измерительный комплекс высшего класса. Его функциональные возможности гарантируют выполнение широчайшего спектра задач по тестированию звукового сигнала и оборудования, а также визуального контроля и документирования результатов измерений. Он может применяться в исследовательских или прикладных целях для измерений и анализа практически любых параметров звукового сигнала, таких как уровень сигнала, коэффициент усиления, частотные характеристики, коэффициент гармонических, интермодуляционных и перекрестных искажений, уровень шума и детонации, фазовые и спектральные характеристики. Благодаря многопроцессорной архитектуре и высокому быстродействию центрального процессора A2/A2-D во много раз превосходит другие измерительные приборы по количеству одновременно выполняемых вычислений и достоверности их результатов. Сложные задачи решаются с помощью простого и удобного пользовательского интерфейса. Следуя сложившейся практике, в измерительных целях может использоваться как аналоговый, так и цифровой сигнал.

Технические характеристики:

Аналоговый сигнал

Максимальное входное напряжение: 300 В (пик), 200 В (RMS)

Минимальное входное напряжение: 1,2 мВ

Входной импеданс: 100 кОм, 600 и 200 Ом, переключаемый

Минимальное выходное напряжение: 10 мВ

Максимальное выходное напряжение: 24,5 В (RMS)

Выходной импеданс: менее 15 Ом, 150 Ом, 200 Ом, переключаемый

Частотный диапазон: 10 Гц…100 кГц, ±0,05 дБ в диапазоне 20 Гц…20 кГц

Коэффициент гармонических искажений: менее -94 дБ

Цифровой сигнал

Формат: AES/EBU, IEC958, TosLink

Импеданс: 110 Ом, 75 Ом, переключаемый

Частота дискретизации: 32 кГц, 44,1 кГц, 48 кГц, подстраиваемая в пределах ±1500 ppm

Разрядность: переключаемая, 4…24 бит

Выходное напряжение несущей: 0,15…5 В

Цифро-аналоговое преобразование: 16 бит, 48 кГц

Физические параметры

Напряжение питания: 100…240 В, переключаемое

Потребляемая мощность: 85 Вт

3 Аудиоанализатор компьютерный АК-1

Производитель: Компания НИИР-КОМ

АК-1 обеспечивает создание информационно-измерительных систем аппаратно-студийных комплексов, каналов и трактов звукового вещания и звукового сопровождения телевидения.

Режимы работы:

- генерация периодических измерительных сигналов по выбору;

- генерация последовательности различных измерительных сигналов для автоматического анализа параметров тракта звукового вещания;

- автоматический анализ основных параметров трактов звукового вещания с оценкой их энтропийных отклонений и контролем по уровням допустимых отклонений и брака (измерение до 4-х моно- или 2-х стереотрактов);

- осциллографические измерения формы и спектра сигналов с возможностями изменения их масштаба (электронная лупа);

- статистическая оценка параметров каналов и сохранение результатов в базе данных;

- статистическая оценка динамических звуковых сигналов в процессе передачи программ вещания;

- режим гониометра;

- стандартный компьютерный режим.

Измерительные сигналы обладают следующими основными качественными показателями:

- диапазон частот = от 5 Гц до 20 кГц с шагом перестройки 0,5 Гц;

- точность установки частоты = 10-5 ;

- диапазон установки выходного уровня = от +15 до -45 дБ с точностью не менее 0,05 дБ;

- коэффициент гармоник = не более 0,02%;

- отношение сигнал/шум = не менее 100 дБ;

- программная установка длительности и видов измерительных сигналов.

4ИК-ТЧ измеритель каналов тональной частоты

Производитель: ООО Инруском

Назначение: эксплуатационные измерения каналов ТЧ, образованных в аналоговых и цифровых системах передачи, для использования на предприятиях связи первичных и вторичных сетей, а также потребителями каналов ТЧ.

Предназначен для измерения следующих параметров:

- остаточного затухания;

- частотной характеристики остаточного затухания;

- уровня сигнала;

- уровня невзвешенных и псофометрических шумов (МСЭ-Т О.41);

- защищенности сигнала от псофометрической мощности сопровождающих помех, включая искажения квантования(МСЭ-Т О.132);

- защищености от внятных переходных влияний

Задачи и требования к перечисленным системам не слишком схожи с проекитируемой системой. Также проведению сопоставительного анализа препятствует то, что примененные технические решения и описания принципов работы, данных систем являются коммерческой тайной. Следовательно, проведение сопоставительного анализа не возможно.

2.2 Разработка технического задания

При разработке технического задания необходимо учесть следующие технические требования

Состав изделия и требования к изделию:

1.1. Блок предназначен для генерации электрических сигналов звуковой частоты и выполнения аналого-цифрового преобразования сигналов звуковой частоты поступающих на вход блока измерителя. Блок измерителя соединяется с ПЭВМ, которая осуществляет функции управления и контроля измерений, через стандартный девятиконтактный разъем для КОМ-порта DB9 (интерфейс RS232).

Устройство состоит из цифровой платы измерителя, сетевой вилки, выключателя, провод интерфейса RS232.

1.2 Конструктивные требования.

Габаритные размеры блока - не более 300х300х100

Масса не должна превышать 5 кг.

Класс установки устройства - наземное, стационарное.

Климатическое исполнение - общеклиматическое для суши.

2.Показатели назначения.

2.1Мощность потребления не более 30Вт.

3.Требования надежности.

Устройство относится к восстанавливаемому типу изделий.

Отказом устройства считается несоответствие устройства требованиям технического задания.

Средняя наработка устройства на отказ должна быть не менее 5000 часов

Требования по живучести к внешним воздействиям:

Устройство должно быть устойчиво к воздействию температуры окружающей среды от 0 до +40^оС, с относительной влажностью до 95%.

Жесткие требования безотказной работы подразумевают высокую надежность соединений и использование ЭРЭ с низкой вероятностью отказа.

Для уменьшения времени ремонта конструкция должна обеспечивать свободный доступ к внутренним частям, обеспечиваемый стандартными конструкциями корпусов, выпускаемых многими зарубежными фирмами, а также иметь разъемные соединения.

Для увеличения показателя транспортабельности необходимо либо увеличить объем тары, предназначенной для перевозки, либо умеьшить геометрические размеры.

Исходя из анализа технического задания, приступим к разработке изделия.

2.3 Разработка конструкции блока

Техническое задание разрабатывается на основании исходных требований заказчиков, результатов выполнения научных исследований и экспериментальных работ, научного прогнозирования, анализда передовых достижений и технического уровня отечественной и зарубежной техники и технологии, изучение патентной информации.

Согласно ГОСТ 20504-81 в техническом задании устанавливается основное назначение и тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования к разрабатываемому изделию, а так же специальные требования. Приведены требования к конструкции блока.

Блок измерителя состоит из печатной платы с элементами, экрана, для защиты от внешних электрических наводок и помех, вилки сетевой, блока питания, преобразующего 220В 50Гц в постоянное напряжение 5В 15В и -15В, объединенные в один корпус.

Изделие будет эксплуатироваться в помещениях при температуре от 0 до 40 градусов Цельсия поэтому выбирается корпус соответствующий данным требованиям.

Немецкая фирма Bopla является одним из ведущих производителей различных корпусов для устройств промышленной электроники. В производственной номенклатуре свыше 5000 наименований корпусов из пластика и легких сплавов. Корпуса, произведенные этой фирмой, отличаются легкостью, прочностью и удобством сборки и разборки. Информация по корпусам этой фирмы представлена на интернетовском сайте по адресу “http://www.prosoft.ru/catalog/Bopla/1.htm”

Ultramas -- модульный конструктив, допускающий установку печатных плат 3U и 6U (стандарт МЭК 297). Выпускаются два варианта, отличающихся глубиной: 199 мм и 259 мм. Дополнительные боковые вставки позволяют легко изменять высоту корпуса. Конструктив может быть использован для реализации как настольных, так и встраиваемых устройств. Для настольного варианта поставляются специальные ножки.

Корпуса Ultrapult разработаны на базе конструктива Ultramas с использованием его элементов. Корпуса отличаются наличием наклонной лицевой панели, позволяющей удобно располагать элементы управления и индикации.

Материал: корпус, боковые вставки и ножки -- АВS-пластик, лицевая панель - анодированный алюминий или АВS-пластик.

Цвет: светло-серый (RAL7035)

Степень защиты: глухой корпус -- IP40, корпус с вентиляционными прорезями -- IP20

Выбранный для реализации изделия корпус Bopla Ultramas UM-626091 имеет габаритные размеры 290,9х259х62,2. Выбранные размеры определяются размерами печатной платы и размерами остальных компонентов, входящих в изделие. Крепление отдельных узлов осуществляется с помощью винтовых соединений. Печатная плата крепится к внутренним отверстиями внутри с помощью винтов, над печатной платой с помощью металлических стоек крепится экран, на отверстия в экране с помощью винтов крепится блок питания. На передней панели крепится сетевой выключатель. На задней панели, с помощью винтов, крепится сетевая вилка. Электрическое соединение блока питания, сетевой вилки, электрического выключателя осуществляется проводным монтажом.

2.4. Выбор и обоснование типа и технологии печатной платы, класса точности, габаритных размеров, материала, толщины и шага координатной сетки

Изучив ТЗ на изделие, в которое входит плата, оценив условия эксплуатации, хранения, транспортирования, выбираю группу жесткости. В зависимости от условий эксплуатации определяется группа жесткости по ОСТ 4.077.000, обусловливающая требования к конструкции платы, материалу основания и проводящего рисунка и необходимость защиты от климатических, механических и других воздействий. Выбираю первую группу жесткости.

Выбрана двусторонняя печатная плата с металлизированными отверстиями. Для ДПП выбираю полуаддитивный метод получения проводящего рисунка (типовой процесс по ОСТ 4.ГО.020.219). Этот метод позволяет получить рисунок с высокой точностью и обеспечить высокую плотность монтажа. Выбираю четвертый класс точности, что позволяет получить высокую плотность монтажа, а следовательно минимизировать размеры печатной платы.

Кроме того, при трассировке печатной платы 4-ого класса точности допускается использование шага координатной сетки 1,25 мм, что позволяет прокладывать поводники между выводами ИМС.

Для выбора размеров печатной платы оценим необходимую площадь занимаемую элементами.

Sпп = Кип*( )

Площадь, занимаемая резисторами: = 340 мм²

Площадь, занимаемая конденсаторами: =1400 мм²

Площадь, занимаемая реле: = 300 мм²

Площадь, занимаемая ИМС: = 15000 мм²

Площадь, занимаемая разъемами: = 1800 мм²

Коэффициент использования печатной платы:

K_ИП = 3

С учетом этого площадь печатной платы будет равна:

S_ПП = 3 · 20640= 61920 мм²

По ГОСТ 10317-79 из предпочтительных вариантов выбираем размер 240х260 мм.

Толщину платы выбираем равной 2 мм.

В качестве материала основания выбираем стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35 (ГОСТ 10316-78). Выбор обусловлен группой жесткости, условиями технического задания и многослойной технологией печатной платы.

2.5 Размещение и трассировка печатной платы

Размещение на печатной плате электронных компонентов и трассировака проводились в системе сквозного автоматического проектирования OrCad 9.2. Данная система позволяет проектировать устройство от принципиальной схемы до создания печатной платы. При этом создается вся необходимая для изготовления печатного узла документации. Но из-за того , что данная система была разработана американской фирмой, документация создается не в соответствии с российскими ГОСТами, а в соответствии с американскими стандартами. Это единственный недостаток данной системы для российского пользователя. Система очень удобна в использовании, обладаем многими полезными опциями, например, позволяет моделировать цифровые, аналоговые и смешанные схемы. В России же подобные системы не производятся. Система «Компас» похожа на OrCad но она больше ориентирована на разработку механики. С помощью специальной библиотеки можно рисовать там электрические принципиальные схемы в соответствии с российскими ГОСТами, но там нет проектирования печатных плат, моделирования и т.п.

2.6 Расчет параметров проводящего рисунка

Произведём расчет параметров проводящего рисунка с учетом погрешностей его изготовления:

1) Примем шаг координатной сетки равным 1,25 мм.

2) Номинальное значение диаметров монтажных отверстий:

d=d_э+?d_н.о+r, где

d_э= -- максимальное значение диаметра вывода навесного элемента;

r=0,3 мм -- разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода устанавливаемого элемента;

d_н.о.=0,10 мм-- нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

а) для микросхем:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

б) для конденсаторов:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

в) для резисторов:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

г) для реле:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

д) для кварцев:

d_э=0,5 мм d=0,9 мм;

е) для разъема:

d_э=1 мм d=1,4 мм.

Рассчитанные значения сводятся к предпочтительному ряду размеров монтажных отверстий:

0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм.

Номинальное значение диаметров монтажных отверстий для разъема: d=1,5 мм.

3) Определение номинальной ширины проводника:

t=t_MD+t_НО, где t_MD=0,12 мм; t_НО=0,05 мм

t=0,12+0,05=0,17 мм

4) Расчет зазора между проводниками:

S=S_MД+t_ВО, где

t_ВО=0,05 мм -- верхнее предельное отклонение ширины проводника; S_MД=0,20 мм -- минимально допустимое расстояние между соседними элементами;

S=0,2+0,05=0,25 мм.

5) Центры монтажных и переходных отверстий располагаются в узлах координатной сетки. Диаметральное значение позиционного допуска расположения центров отверстий относительно номинального положения узла координатной сетки _р=0,08 мм. Диаметральное значение позиционного допуска расположения контактных площадок относительно их номинального положения _d=0,2 мм.

6) Диаметр контактной площадки равен:

D=(d+d_во)+2b_п^г+t_во+(_d²+_p²+t_но²)^1/2,

где d_во=0,05 мм; b_п^г =0,05 мм; t_во=t_но=0,05 мм; _р=0,2 мм; _d=0,08 мм

d_во+2b_п^г +t_во+(_d²+_p²+t_но²)^1/2=0,05+0,05+0,05+(32510^-4)^1/2=0,37мм

d=0,4 мм > D=0,77 мм.

d=0,9 мм > D=1,27 мм.

d=1,5 мм > D=1,87 мм.

7) Расчет минимального расстояния для прокладки 2х проводника между отверстиями с контактными площадками диаметрами D1, D2:

l=+t_n+S(n+1)+l, где n=1; l=0,03 мм

l=(1,321+1,321)/2+0,17+0,25*(1+1)+0,03=2,02 мм.

Расстояние между выводами применяемых микросхем 2,54 мм, поэтому, учитывая результаты расчетов, мы можем производить прокладку проводника между выводами.

Произведём расчет параметров проводящего рисунка с учетом технологических погрешностей получения защитного рисунка:

1) Минимальное значение диаметра металлизированного отверстия:

d_minH_п, где Н_п=2 мм - толщина платы; =0,25;

d_min20,25=0,5 мм.

2) Максимальный диаметр просверленного отверстия:

d_св=d_Мотв+0,1=0,9+0,1=1 мм.

d=0,1 мм-погрешность диаметра отверстия;

d_max=d_св+d=1+0,1=1,1мм.

3) Погрешность расположения отверстия:

_отв=₀+_б=0,06+0,02=0,08 мм.

4) Минимальный диаметр контактной площадки:

D'_min=D'_1min+1,5h_пм+h_р

D'_1min=2( b_п^г ++₀+_кп),

'_кп=_ш+_э+(_п+_э)/2=0,05+0,02+(0,025+0,025)/2=0,095 мм;

d_max=0,9 мм;

D'_1min=2(0,025+0,9/2+0,05+0,095)=1,24 мм;

D'_min=1,24+1,5*0,005+0,02=1,53 мм;

d_max2=1,5 мм > D_min2=2,13 мм.

5) Минимальный диаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

D_шmin= D_min- h_р;=1,24-0,02= 1,22

6) Максимальный диаметр окна фотошаблона для контактной площадки:

D_шmax = D_шmin+ D_ш =1,22+0,,03= 1,24 мм;

7) Максимальный диаметр контактной площадки:

D_max= D_шmax + Э + h_р

D_max1=1,24+0,02+0,02=1,28мм;

D_max2=2,13+0,02+0,02=2,17 мм.

8) Минимальная ширина проводника:

t_пmin=t_п1min+1,5h_пм+ h_р=0,12+1,5*0,005+0,02 =0,21 мм.

9) Минимальная ширина линии на фотошаблоне:

t_шmin=t_nmin- h_г=0,18-0,05=0,13 мм.

10) Максимальная ширина линии на фотошаблоне:

t_шmax= t_шmin+t_ш= 0,15+0,045=0,195 мм.

11) Максимальная ширина проводника:

t_nmax = t_шmax+ h_г+ h_р+ Э=0,195+0,02+0,02+0,02=0,255 мм.

12) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

S_1min=L₀- [D_max/2+_кп+t_пmax/2+_шт]=1,25-(1,38/2+0,095+0,127+0,03)=0,36 мм,

где L₀ - расстояние между центрами рассматриваемых элементов.

13) Минимальное расстояние между контактными площадками:

S_2min=L₀- (D_max+2_кп)=2,5-(2,17+2*0,095)=0,14 мм.

14) Минимальное расстояние между двумя проводниками:

S_3min=L₀- ( t_nmax +2_шт)=1,25-(0,255+2*0,03)=0,4 мм.

15) Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне:

S_4min=L₀- (D_шmax/2+_кп+t_nmax/2+_шт+_кп)=1,25-(1,38/2+0,095+0,27/2+0,05+0,095)=0,03 мм.

16) Минимальное расстояние между контактными площадками на фотошаблоне:

S_5min=L₀- ( D_шmax+2_кп)=2,5-(2,11+2*0,095)=0,2 мм.

17) Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:

S_6min=L₀- (t_шmax+2_шт)=1,25-(0,195+2*0,3)=0,455 мм.

Сравнив результаты геометрических расчетов параметров проводящего рисунка с учетом погрешности получения проводящего рисунка и погрешности защитного рисунка, а так же технологических факторов можно сделать заключение о том, что выбор четвертого класса точности был обоснован.

2.7 Расчет проводников по постоянному току

Наиболее важными электрическими свойствами печатных плат по постоянному току является нагрузочная способность проводников по току и сопротивление изоляции.

Помеха по постоянному току возникает за счёт падения напряжения на печатном проводнике и за счёт конечного значения сопротивления изоляции.

1) Падение напряжения на проводнике:

U_п=;

где b_ф=0,315 мм - ширина проводника; h_ф=0,035 мм - толщина фольги; l=0,17 м - длина проводника; =0,0175 - удельное сопротивление проводника; I=0,5 А - ток;

U_п==0,132 В,

U_п<U_зпу=0,40,5 В

Необходимое условие (U_п<U_зпу ) запаса помехоустойчивости обеспечено.

2) Для шин питания и земли:

S_пз , где Е_П - номинальное значение напряжения питания; I=0,5А - максимальный потребляемый ток;

S_пз ==0,00765 мм²

B_пз= S_пз/ h_ф=0,00765/0,035=0,218 мм.

При ширине проводника шин питания и земли больше 0.672 мм, условие будет выполнено.

3) Поверхностное сопротивление изоляции:

R_S=,

где l₃=1,05*10-^-3 м зазор между проводниками; l=0,076 м - наибольшая длина совместного прохождения проводников; ₀=510¹⁰ Ом - удельное поверхностное сопротивление диэлектрика;

R_S==59 МОм.

4) Объемное сопротивление изоляции:

R_V=

_V=510⁹ Ом м³ - удельное объёмное сопротивление диэлектрика;

S_п=0,25 мм² - площадь проекции одного проводника на другой;

h_пп=1,5*10^-3 м - толщина печатной платы;

R_V==30 МОм.

5) Сопротивление изоляции параллельных проводников на поверхности:

R_U===19,8 МОм

Для нормального функционирования узла, сопротивление изоляции должно превышать входное сопротивление схемы более чем в 1000 раз (R_U>10³R_вх). Входное сопротивление цифровых схем оценивается для состояний логического нуля и единицы по максимальному значению:

R_вх0=U_вх0/ I_вх0; R_вх1=U_вх1/ I_вх1;

R_вх1==12,5 кОм;

Очевидно, что условие R_U>10³R_вх выполняется.

2.8 Расчет проводников по переменному току

При передаче по печатным проводникам высокочастотных или импульсных сигналов, из-за наличия индуктивного сопротивления проводников, взаимной индуктивности и ёмкости, сопротивления утечки между проводниками, сигналы искажаются и появляются перекрёстные помехи.

1) Падение импульсного напряжения на длине проводника в l cм.

U_L=L_по;

L_по=1,8 ; - погонная индуктивность одиночного проводника; I=20 мА - изменение выходного тока переключения; t_И=5 нс - длительность импульса;

U_L=1Б8 =0,0072.

2) Максимальная длина проводника:

l_max<==555 cм.

3) Задержка сигнала при передаче по линии связи:

t_з ==,

где _r=5 -относительная диэлектрическая проницаемость основания платы; _r=1 - относительная магнитная проницаемость платы; ₀=0,33 нс/м - погонная задержка сигнала по проводнику в вакууме; l=0,5 м;

t_з=0,50,33=0,37 нс.

Задержка такой величины не окажет влияния на качество работы схемы.

4) Взаимная индуктивность и емкость двух проводников:

Ёмкость печатных проводников С и коэффициент взаимоиндуктивности М рассчитывается исходя из толщины проводника W=0,05 мм, его ширины b=0,20мм, длины совместного прохождения l=0,1м, зазора между проводниками д=1,0510^-3 м и типа линии связи. Для параллельных проводников на внешнем слое (Рисунок 2.8.1):

Рисунок 2.8.1

C=1,06_rl/lg[2 д /(W+b)];

С= 1,0650,1/lg[21,0510-^-3/(0,0510-^-3+0,210-^-3)]=0,6 пФ

М=2l(ln)=1,02 мкГн.

5) Между рядом расположенными проводниками существует электрическая связь через сопротивление изоляции R_U, взаимную емкость С и индуктивность М, которая приводит к появлению на пассивной линии связи напряжения перекрестной помехи от активной линии. Надежная работа цифровых электронных схем будет обеспечена, если напряжение помехи не превысит помехоустойчивости логических схем:

U=U_RU+U_C+U_М<U_ЗПУ

Напряжение перекрестной помехи за счет резистивной связи:

;

где R₂, R₃ - входное и выходное активное сопротивление ИМС; U_вых - значение напряжения на выходе схемы;

В;

Напряжение перекрестной помехи за счет емкостной связи:

,

где t - длительность фронта выходного сигнала возбужденной логической схемы;

В;

Помеха за счет взаимоиндуктивности:

,

B;

,

В.

Очевидно, что значение перекрестной помехи за счет резистивной, емкостной связи и за счет взаимоиндуктивности, намного меньше значения запаса помехоустойчивости U _зпу.

2.9 Расчет теплового режима

Исходные данные:

размеры блока: l_b1 = 290; l_b2 = 260; l_b3 = 60 (мм);

размеры нагретой зоны: l_з1 = 270; l_з2 = 250; l_з3 = 50 (мм);

мощность рассеивания блока: P_б = 30 (Вт);

мощность, рассеиваемая ЭРЭ наиболее критичным к перегреву P_к=0,1Вт;

площадь поверхности ЭРЭ наиболее критичного к перегреву:
S_к = 8*10^-4 м²;

максимальная температура окружающей среды: Т_ос = 40С;

количество вентиляционных отверстий и площадь одного отверстия: n_во=20; S_во= 4*10^-4 м²;

допускаемая температура компонента: Т_{к доп} = 80С.

Расчёт основных характеристик:

1) Площадь поверхности блока:

S_кб=2(l₁ l₂+( l₁+ l₂) l₃)=2(0,290,26+(0,29+0,26)0,06)=1,166 м²

2) Поверхность нагретой зоны:

S_H3=2(l₃₁ l₃₂+( l₃₁+ l₃₂)l₃₃K_зб);

К_зб= (V_пп+ V_к)/V_б - коэффициент заполнения блока;

V_пп=1,24 *10^-3 м³; - объём печатных плат;

V_к=0,6 *10^-3м³- объём компонентов в узлах;

V_б=4,52 *10^-3 м³ - объём блока;

К_зб= (V_пп+ V_к)/V_б=0,4;

S_нз=2(0,270,25+(0,27+0,25)*0,5*0,4)=0,162 м².

3) Удельная мощность, рассеиваемая блоком:

q_К==25,7 Вт/м².

4) Удельная мощность, рассеиваемая зоной:

q_нз= 185,18 Вт/м².

5) Перегрев блока и нагретой зоны относительно окружающей среды соответственно:

Т₁=11С;

T₂=18C.

6) Площадь вентиляции:

S?_во=n_воS_во=20*4*10^-4=0,008 м².

7) Коэффициент перфорации:

К_пф=0,106.

8) Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий:

К_m=У(К_ПФ);

K_m=0,9.

9) Перегрев поверхности блока с учетом перфорации:

Т_кб=0,93К_mТ₁=0,930,911=9,2 С.

10) Перегрев нагретой зоны с учетом перфорации:

Т_нз=К_mТ₂=0,918=16,2 С.

11) Перегрев воздуха в блоке:

Т_сп=0,6Т_нз=0,616,2=9,72 С.

12) Критичная величина перегрева НЗ определяется по графику, для заданной вероятности p=0,99:

ДТ_кр=ц₈(ДТ_нз)=45 ⁰С.

13) Компоненты, для которых необходимо вести дополнительный тепловой расчет, определяются по соотношению:

ДТ_к.доп=Т_к.доп-- Т_ос< ДТ_кр;

Компоненты, для которых справедливо соотношение:

ДТ_к.доп=Т_к.доп-- Т_ос > ДТ_кр;

в дальнейшем расчёте не участвуют;

ДТ_к.доп= 80 - 40=40 ⁰C < ДТ_кр=43,5 -⁰C,

Необходимо вести дальнейший расчет.

14) Удельная мощность, рассеиваемая компонентом:

q_K===119 Вт/м²

15) Перегрев поверхности компонента:

Т_к=Т_нз(0,75+0,25)=16,2(0,75+0,25)=12,7 С.

16) Перегрев среды, окружающей компонент:

Т_ск=Т_сп(0,75+0,25)=7,6 С.

17) Температура кожуха блока:

Т_кб=Т_ос+Т_кб=40+9,2=49,2 С.

18) Температура нагретой зоны:

Т_нз= Т_ос+Т_нз=40+16,2=56,2 С.

19) Средняя температура воздуха в блоке:

Т_сп= Т_ос+Т_сп=40+9,72=49,72 С.

20) Температура поверхности компонента:

Т_к= Т_ос+Т_к=40+12,7=52,7 С.

21) Температура окружающей компонент среды:

Т_ск= Т_ос+Т_ск=40+7,6=47,6 С;

Т_к.доп=80С > Т_к=47,6 С.

Условие выполняется для всех компонентов, дальнейших расчётов не требуется. Тепловой режим в блоке соблюдается для заданного числа вентиляционных отверстий при естественном воздушном охлаждении.

2.10 Расчет защиты от механических воздействий

Проверочный расчет печатного узла на механическую прочность сводится к оценке вибропрочности.

Исходные данные:

Длина, ширина, толщина платы:

l_д=0,26 м; l_ш=0,24 м; h_m=0,002м;

материал печатной платы:

г=2050 кг/м³ - плотность;

Е=3,02*10¹⁰ Н/м² - модуль упругости;

м_m=0,22 - коэффициент Пуассона;

у₀₂=150*10⁶ Н/м² - предел прочности;

Масса всех ЭРЭ, устанавливаемых на ПП:

m_У=0,15 кг

Вариант установки печатной платы - со всеми защемлёнными сторонами;

виброускорение и вибронагрузка:

а=4 м/с²;

^k_g=;

Дополнительные стягивающие усилия винтового закрепления:

Р_n=120 H.

Расчёт параметров:

1) Главный центральный момент инерции:

J==3,4*10^-11

2) Низшая собственная частота печатного узла для данного вида крепления:

==3,496 Гц

1046 Гц

Низшая собственная частота f_о не попадает в диапазон 10-70 Гц, поэтому дополнительная амортизация не требуется.

3) Напряжение на пластине:

,

где - нагрузка на пластину с учетом стягивания винтами с усилием P;

К_g - виброперегрузка;

G - масса ПУ;

= 5583 Н;

= 40,8*10⁶ Н/м²;

Проверим запас прочности:

=150*10⁶/40,8*10⁶=3,67;

где ₀₂ - условный предел текучести;

т. к. t >1, толщина печатной платы выбрана правильно и печатный узел обладает необходимым запасом прочности.

4) Оценка коэффициента передачи по ускорению:

(х, у)=

а(х, у) и а_о - величины виброускорений в точке (х, у) и опорной соответственно:

(х, у)=, где

===9,55 - показатель затухания;

===0,067 - коэффициент расстройки;

K₁(x)=K₁(y)=1,35 - коэффициент формы колебаний;

(х, у)=1,006;

а(х, у)=а₀(х, у)=4g1,006=4,024g.

5) Оценка амплитуды виброперемещения:

S_B(x,y)=₀(x,y)

₀==0,0032 м;

S_B=1,0060,0032=0,00322 м.

6) Определим максимальный прогиб печатной платы:

_В=S_B(x,y) - ₀=0,00322 - 0,0032=0,00002 м;

7) Проверим условия вибропрочности:

Для ЭРЭ (по справочнику) максимально допустимое виброускорение составляет 5g, что превышает виброускорение в проектируемом печатном узле.

Для элементов РЭА типа пластин необходимо выполнение условия:

_В < _доп *l², где l - стрела прогиба на длине 1м. Допустимая стрела прогиба (_доп) для фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм должна быть не более 11 мм.

_В =2,0*10^-5 < 3,564*10^-4 м

Таким образом, условие вибропрочности для печатной платы выполняется.

Для печатных плат с ЭРЭ должно выполняться условие:

_В <0,003В, где В - размер стороны параллельно которой расположены элементы;

_В =2,0*10^-5 м <5,4*10^-4 м - условие выполняется.

Вывод:

Условия вибропрочности для данного печатного узла выполняются, поэтому изменения конструкции РЭА и применения специальных амортизаторов не требуется.

2.11 Расчет на действие удара

1) Определяем частоту ударного импульса:

=,

где =7·10^-3 c - длительность импульса;

=448,799 Гц.

2) Определяем коэффициент передачи при ударе:

для прямоугольного импульса:

К_у =2sin, где

=0,0683 - коэффициент расстройки;

К_у =2sin=2sin=1,67;

для полусинусоидального импульса:

К_у==0,005.

3) Рассчитаем ударное ускорение:

а_у =Н_уК_у, где Н_у =15 м/с² - амплитуда ускорения ударного импульса;

а_у =151,67=25,05 м/с².

4) Определим максимальное относительное перемещение:

для полусинуса:

,

Z_max=2,5*10^-8 м.

для прямоугольника:

Z_max=5,9*10^-7 м.

5) Проверим выполнение условия ударопрочности:

для ЭРЭ ударное ускорение меньше допустимого (по справочнику), т.е.:

а_у < а_удоп=150 м/с²;

для элементов РЭА типа пластин необходимо выполнение условия:

Z_max < _доп *l²,где l - стрела прогиба на длине 1м. Допустимая стрела прогиба (_доп) для фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм должна быть не более 11 мм.

Z_max =5,9*10^-7 м < 3,564*10^-4 м,

таким образом, условие вибропрочности для печатной платы выполняется;

для печатных плат с ЭРЭ должно выполняться условие:

Z_max <0,003В, где В - размер стороны параллельно которой расположены элементы;

Z_max =5,9*10^-7 м <5,4*10^-4 м - условие выполняется.

Вывод:

Условия ударопрочности для данного печатного узла выполняются, поэтому изменения конструкции РЭА и применения специальных амортизаторов не требуется.

2.12 Оценка уровня качества

Термин "уровень качества продукции", учитывающий все аспекты этого уровня, определяется в ГОСТ 15467-79, в соответствии с которым качество продукции представляется совокупностью свойств продукции и способностью удовлетворять определенным потребностям в зависимости от ее назначения. При оценке уровня качества разработанного устройства необходимо относительное сравнение с другими аналогичными существующими образцами.