КР - Бескорпусная микросборка (МСБ) (ОКТРЭС)

Посмотреть архив целиком

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)









КАФЕДРА 404







РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ»

НА ТЕМУ «РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЛОКА»






Выполнила: ст. гр. 04-315

Малкова Екатерина Сергеевна

Руководитель проекта:

Шишков Алексей Николаевич











Москва 2010

  1. Реферат

Отчет 20 страниц, 9 рисунков, 4 таблицы, 5 источников.

Объектом исследования является преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса, установленный на быстроходном катере.

Цель работы – это разработка комплекта конструкторско-технологической документации на изготовление блока 16-канального ШИМ-преобразователя. Задачами разработки являются: схемотехническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.

В данной расчетно-пояснительной записке приводятся требования, предъявляемые к разрабатываемому устройству в техническом задании, анализ электрической принципиальной схемы по постоянному току и описание системы обеспечения электромагнитной совместимости, подбор элементной базы и типового разъемного соединителя, разработка системы охлаждения, характеристик функциональной ячейки и блока. Также приведены оценочные расчеты показателей надежности и вибропрочности. Для оценки температурных параметров устройства приведен расчет теплового режима и составлена схема тепловой модели.


  1. Содержание

Реферат 2

Содержание 3

Введение 4

1 Техническое задание на разработку конструкции блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса 5

1.1 Наименование и области применения 5

1.2 Основание для разработки 5

1.3 Цель и задачи разработки 5

1.4 Источники разработки 5

1.5 Технические требования 5

2 Схемотехническая отработка конструкции 8

2.1 Краткое описание принципа работы с приведением электрической схемы 8

2.2 Анализ электрической принципиальной схемы 9

3 Разработка конструкции РЭС 12

3.1 Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля 12

3.2 Выбор системы охлаждения 12

3.3 Расчет элементов печатной платы и ее площади 12

3.4 Расчет размеров и разработка конструкции корпуса 13

4 Оценка показателей качества конструкции 14

4.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции. 14

4.2 Расчет вибропрочности 16

4.3 Расчет надежности 17

5 Заключение 19

6 Список литературы 20



  1. Введение

Курсовая работа по дисциплине «Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств» представляет собой заключительный этап изучения данной дисциплины. Ее цель – подготовить студентов к самостоятельному решению проектно-конструкторских задач при выполнении дипломного проекта и последующей работе на предприятиях промышленности.

Задачами курсовой работы являются:

  • систематизация, расширение и углубление теоретических знаний по дисциплине;

  • развитие и закрепление практических навыков разработки конструкций и технологии радиоэлектронных средств (РЭС);

  • приобретение опыта работы с нормативно-технической документацией, технической литературой и разработки конструкторской и технологической документации на РЭС.

В курсовой работе студенту предлагается разработать конструкцию бортового или наземного РЭС функционального различного назначения. Содержание конструкторских и технологических задач курсового проекта соответствует стадиям технического предложения, эскизного и технического проектирования. По сложности разрабатываемая РЭС относится к изделиям первого и более высоких структурных уровней.

  1. 1 Техническое задание на разработку конструкции блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса


1.1 Наименование и области применения

Наименование изделия – блок 16-канального преобразователя амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса.

Изделие используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях. Устройство предназначено для использования на быстроходном катере во внутренних помещениях судна.


1.2 Основание для разработки

Основанием для разработки служит задание на курсовое проектирование, выданное кафедрой №404 и утвержденное 18.02.10.


1.3 Цель и задачи разработки

Целью разработки служит комплект конструкторско-технологической документации на изделие блока преобразователя амплитуда–ширина импульса.

Задачами разработки являются: схемотехническая отработка конструкции, разработка конструкции, оценка показателей качества, оформление конструкторской документации.


1.4 Источники разработки

Схема одного канала преобразователя амплитуда-ширина импульса представлен в книге «Практическая схемотехника. Книга 1» М. А. Шустов. М., «Альтекс-А» 2003 год, стр. 175, рис. 19.8.


1.5 Технические требования


1.5.1 Состав изделия и требования к конструкции

Конструктивно изделие должно представлять собой блок, выполненный с применением технологии поверхностного монтажа, заключенный в герметичный корпус, выполненный в форме параллелепипеда и сделанный из легкого ударопрочного материала. Питание должно осуществляться от внешней сети с применением стандартных разъемных соединений.

Требования к конструкции:

Масса не более

2500 г.

Габаритные размеры не более

200х90х90 мм.


1.5.2 Показатели назначения

Блок преобразователя амплитуда–ширина импульса должен обеспечивать следующие значения функциональных показателей:

  • количество каналов преобразователя – 16;

  • максимальная амплитуда входного сигнала – 2…2.5 В

  • полоса рабочих частот – 100-200 кГц

  • пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5-200 кГц – 250...270 мВ;

  • напряжение питания – +9 В 10%


1.5.3 Требования к надёжности

Изделие должно обеспечивать следующие показатели надёжности:

  • среднее время наработки на отказ не менее 800000 часов;

  • вероятность безотказной работы за 8 часов 0,9998.


1.5.4 Требования к уровню унификации и стандартизации

В блоке 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса должны быть использованы унифицированные и стандартизированные изделия. Уровни унификации и стандартизации оцениваемые коэффициентами должны быть не ниже 0,7.


1.5.5 Требования к безопасности

Изделие должно является быть безопасным при производстве, эксплуатации и ремонте по требованиям безопасности ГОСТ12.2.006-86.


1.5.6 Эстетические и эргономические требования

Изделие должно отвечать требованиям информационной выразительности, целостности композиции, рациональности формы, а также психофизиологическим требованиям, антропометрическим и гигиеническим требованиям.


1.5.7 Условия эксплуатации

Изделие должно сохранять работоспособность и обеспечивать значения параметров оговоренных в 1.5.2. при следующих уровнях окружающей среды:

  • температура окружающей среды от –40 до +60 С;

  • относительная влажность при +25 C 93-100%;

  • пониженное атмосферное давление до 61кПа;

  • ветровая нагрузка 70 м/с;

  • ускорение ударов 147 м/с2­;

  • длительность ударов 5-10 мс;

  • частота повторения ударов 40-80 Гц;

  • диапазон частот вибрационных воздействий от 5 до 150 Гц;

  • ускорение вибрации 58,9 м/с2­;

  • акустический шум в полосе 50-1000 Гц 140 дБ;

  • линейное ускорение 3,12 м/с2­.


1.5.8 Дополнительные требования

Изделие, должно быть выполнено на отечественной элементной базе или зарубежных аналогах с применением печатного монтажа. В изделии должны применяться материалы, рекомендованные для применения в бытовой аппаратуре.


1.6 Стадии разработки

Календарный план сдачи курсового проекта:

27.02. Техническое задание

15.03. Схемотехническая отработка конструкции,

30.03. Разработка конструкции РЭС,

15.04. Расчет показателей качества,

15.05. Оформление записки и графической части,

25.05. Защита.


1.7 Комплектность документации

В комплект документации должны входить:

  • расчетно-пояснительная записка;

  • электрическая принципиальная схема;

  • сборочный чертёж блока;

  • спецификация на блок;

  • сборочный чертеж печатной платы;

  • спецификация на ФЯ;

  • чертеж печатной платы.

  1. 2 Схемотехническая отработка конструкции


2.1 Краткое описание принципа работы с приведением электрической схемы

Преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса используют в измерительной технике, импульсных блоках питания, цифровых усилителях. На рис.1 приведена схема такого преобразователя. Она выполнена на основе компаратора DA1 (K554CA3).

Рисунок 1 – Преобразователь амплитуды входного сигнала в ширину выходного импульса.

При подаче на устройство входного сигнала синусоидальной или иной формы с увеличением амплитуды, начиная с некоторого порогового значения, на выходе устройства сформируются прямоугольные импульсы, ширина которых будет зависеть от амплитуды входного сигнала. Схема не требует настройки, установки порогов, полоса рабочих частот определяется емкостью конденсаторов C1 и С2.

Для германиевых диодов пороговое напряжение начала работы преобразователей в полосе частот 5...200 кГц составляет 80...90 мВ, для кремниевых — 250...270 мВ. Максимальная амплитуда входного сигнала — в пределах 2...2,5 В.

2.2 Анализ электрической принципиальной схемы

Блок преобразователя амплитуда–ширина импульса является аналогово-цифровым устройством

На входе – аналоговый сигнал любой формы с изменением амплитуды, на выходе – цифровой сигнал в виде прямоугольных импульсов с различной шириной, в зависимости от амплитуды входного сигнала.


2.2.1 Расчет схемы по постоянному току

Заменим в исходной схеме (рисунок 1) емкости – разрывом, диод – проводом, после преобразования получим следующую схему (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема ШИМ-преобразователя при постоянном токе

Из схемы видно, что ток через резистор , а токи .

Таким образом получим

Обозначение

Номинал

Напряжение, В

Ток, мА

Мощность, мВт

R1, R2

51 кОм

0

0

0

9,9

0,1

0,99

R3

1 кОм

0

0

0

9,9

9,9

98,01


Обозначение

Элемент

Напряжение, В

Ток потребления, мА

Мощность, мВт

DA1

LM311D

4,9

7,5

36,75


2.2.2 Обеспечение требований к массогабаритным характеристикам

Данный пункт ставит перед собой цель показать, что радиоэлементы (РЭ) использованные в электрической принципиальной схеме блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса обеспечивают требования к массогабаритным характеристикам изделия.

Для решения поставленной задачи в таблице 2.1 приведены массогабаритные характеристики РЭ, полная информация о характеристиках РЭ приведена в приложении 1.


Таблица 2.1

Тип элемента

кол-во

Фирма производитель

Масса,

г

Размеры, мм

Установочная площадь, мм2

Установочный объём, мм3

Высота

Длина

Ширина

LM311D

1

ON Semiconductor

2.5

1.75

5

4

20

35

RС1206

3

CINETECH

1

0.55

3.2

1.6

5.12

2.816

СC1206

2

Murata

1

1.25

3.2

1.6

5.12

6.4

BAV70

1

ON Semiconductor

0,004

1.1

3.0

1.4

4.2

4.62

Данные таблицы 2.1 позволяют найти суммарные массу конструкции, объём конструкции и установочную площадь. Используя среднестатистические значения относительных параметров конструкции РЭС по найденным значениям суммарных массы, объёма и установочной площади элементов можно оценить ожидаемые значения массогабаритных характеристик блока 16-канального преобразователя амплитуда–ширина импульса.

Как показано в [1] масса конструкции mk=qm*mэл, где qm – коэффициент дезинтеграции по массе, mэл – суммарная масса РЭ. Примем значение qm=14.62 и определив по таблице 2.1 mэл=120.064 г., найдём что mk=1.755 кг. Сравнивая полученное значение с требованиями к массе, записанной в ТЗ, убеждаемся, что выбранные РЭ обеспечивают требования к массе.

Объём конструкции может быть найден следующим образом Vk=qv*Vэл, где qV – коэффициент дезинтеграции по объему, Vэл – суммарный объем РЭ. Примем значение qv=18.9 и определив по таблице 2.1 Vэл=997.088 мм3, найдём что VK=18.47 м3. Пересчитав требования к габаритным характеристикам ШИМ-преобразователя записанные в ТЗ в объём, найдём VkТЗ=1620 м3. Сравнивая ожидаемые значения Vk с VkТЗ делаем вывод, что РЭ обеспечивают требования к габаритным характеристикам прибора.

Вычисляем площадь печатной платы по формуле: Sпп=qs*Sэл , где qs - коэффициент дезинтеграции по площади, Sэл – суммарная установочная площадь радиоэлементов. Примем значение qs=2,5 и определив по таблице 2.1 Sэл=803.04 мм2, находим Sпп=20 cм2.


2.2.3 Обеспечение работоспособности РЭ в условиях эксплуатации, выбранных для ШИМ-преобразователя

Чтобы убедиться в работоспособности РЭ в условиях эксплуатации выбранных для ШИМ-преобразователя обратимся к таблице 2.2., в которой приведены эксплутационные данные характеристик РЭ.


Таблица 2.2

Тип элемента

Диапазон рабочих температур, С

LM311D

от -40 до +80

RC1206

от -55 до +125

СС1206

от -55 до +125

BAV70

от -65 до +150


Сравнивая температурный диапазон эксплуатации РЭ изделия с допустимыми значениями температур, которые даны в ТЗ, убеждаемся, что температурный диапазон эксплуатации ШИМ-преобразователя лежит внутри температурного диапазона эксплуатации РЭ.



2.2.4 Конструктивная и технологическая совместимость РЭ

Анализ габаритных размеров РЭ и их конструктивно-технологических характеристик позволяет сделать вывод о том, что среди РЭ отсутствуют РЭ выпадающие по размерам из общего размерного ряда.

Установка всех РЭ на плату производится с помощью монтажа на поверхность, следовательно, РЭ конструктивно и технологически совместимы.

  1. 3 Разработка конструкции РЭС

3.1 Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля

Выбор типа конструкции и компоновочного решения блока обусловливается объектом установки РЭС, видом и интенсивностью воздействия внешних дестабилизирующих факторов. В свою очередь тип конструкции в значительной степени определяет свойства внутренней структуры блоков РЭС.

В основном применяются три типа конструкций: разъёмная, кассетная и книжная. Однако как сказано в ТЗ мы ведем разработку модуля, значит, тип конструкции будет – модульный.


3.2 Выбор системы охлаждения

При выборе системы охлаждения используются следующие исходные данные: тепловой поток, рассеиваемый поверхностью теплообмена (корпуса) конструкции Рп=2.189Вт, [пункт 2.2.1]; допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элемента tэл min=+80 0С [пункт 2.2.3] ; максимальная температура окружающей среды tc max=+60 0С [пункт 1.5.7] ; минимальное давление окружающей среды Нc min=61 кПа [пункт 1.5.7] ; нормальное давление окружающей среды Н = 101,3 кПа. 200х90х90 мм

Рассчитаем площадь поверхности теплообмена корпуса:

Sк=2*(2*200*90+90*90)=882 см2.

Рассчитываем плотность теплового потока по формуле:

,

где – поправочный коэффициент на давление окружающей среды.

Рos=32.064 Вт/м2

Найдем допустимый перегрев в конструкции по формуле:

tдоп= tэл min-tc max=80–60=20.

Значение Рos и tдоп являются координатами точки, положение которой на диаграмме [1, рис.4.1] определяет систему охлаждения конструкции. Найдя на диаграмме положение точки (Рos, tдоп) выясняем, что она попадает в зону 1, которой соответствует естественное воздушное охлаждение.


3.3 Расчет элементов печатной платы и ее площади

Радиоэлементы располагаются на печатной плате по одной стороне.

Площадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов находят по формуле:

,

где qs – коэффициент дезинтеграции по площади (qs =2,5 ) ,

Sэ – установочная площадь I-го радио элемента ,

N – число радио элементов .

Sпп=20 см2 [пункт 2.2.2].

Выбираем печатную плату с размерами 150*80 мм 3-го класса точности, так как она, с одной стороны, обеспечивает достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для ее производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

В таблице 3.3 показаны конструктивные параметры элемента печатной платы и номинальный размер для разных классов точности.


Таблица 3.3

Условное обозначение

Номинальное значение основных параметров для класса точности

1

2

3

4

5

t, mm

0.75

0.45

0.25

0.15

0.1

S, mm

0.75

0.45

0.25

0.15

0.1

b, mm

0.3

0.2

0.1

0.05

0.025

f

0.4

0.4

0.33

0.25

0.2

где t – ширина печатного проводника;

S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

b – гарантированный поясок;

f – отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированых отверстий, к толщине печатной платы.

Печатная плата будет выполнена из стеклотекстолита FR-4


3.4 Расчет размеров и разработка конструкции корпуса

Из стандартных корпусов выберем G0476

Материал

алюминий

Цвет

натуральный алюминий

Тип

G0476

Применение

общее

Размеры, мм

152.4x84.5x50.8

Температурный диапазон, С

-40...90

Рисунок 3


  1. 4 Оценка показателей качества конструкции


4.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции.


Тепловой режим разработанной конструкции должен соответствовать требованию нормального теплового режима: температура в любой точке конструкции tj не должна превышать допустимой рабочей температуры наименее теплостойкого элемента tэл.min. Следовательно, поверочный расчет теплового режима необходимо доводить до определения температур tэл.min. Однако на практике условия нормального теплового режима конструкции приобретают иное толкование, связанное с особенностями тепловой модели конструкции.

Закономерности процессов теплообмена конструкций РЭС с окружающей средой в значительной мере определяются их структурой. Поэтому многообразие существующих конструкций можно представить классами, для каждого из которых характерна своя тепловая модель и набор показателей, необходимых для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации может служить структура нагретой зоны конструкции.

Разрабатываемая конструкция выполнена на одной печатной плате, размещенной в корпусе, поэтому для нее может быть применена модель теплового моделирования и расчета теплового режима конструкций РЭС с источниками тепла, расположенными в плоскости.

Размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничиться расчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны tз, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теплового режима элементов.

Представим конструкцию в виде тепловой модели (рисунок 4), где 1 - корпус, 2 - печатная плата (нагретая зона), 3 – элементы крепления, теплопроводностью которых мы пренебрегаем.

При построении тепловой модели принимаются следующие допущения:


Случайные файлы

Файл
41724.rtf
diplom market.doc
120782.doc
15053.rtf
125804.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.