Реферат
Пояснювальна записка: __стр., 37 рис., 45 табл., 2 додатки.
Об’єктом розробки є блок контролю та управління пристрою безперервного живлення, із заданою вихідною напругою, електричною схемою принциповою, діапазоном робочих температур та тиском.
Мета роботи - розробити конструкцію та технологію виготовлення виробу на підставі схеми електричної принципової та згідно з технічним завданням.
У процесі роботи були виконані аналіз вимог технічного завдання, електричної схеми, елементної бази, конструкторсько-технологічних аналогів, розроблені додаткові технічні вимоги до конструкції виробу, виконані конструкторські розрахунки друкованого монтажу та розрахунки надійності й теплового режиму блоку, вибрано та розроблено технологія виготовлення, виконане автоматизоване проектування блоку, отримана конструкторська документація у відповідності до завдання.
ПРИСТРІЙ, БЕЗПЕРЕБІЙНЕ ЖИВЛЕННЯ, БЛОК, ЕЛЕМЕНТНА БАЗА, СТРУМ, ТРАСУВАННЯ, НАДІЙНІСТЬ, ДРУКОВАНА ПЛАТА, АВТОМАТИЗАЦІЯ, ТЕХНОЛОГІЯ
Зміст
Реферат
Перелік умовних позначень і скорочень
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Аналіз призначення
1.2 Аналіз електричної схеми та принципу роботи пристрою
1.3 Аналіз умов експлуатації
1.4 Аналіз елементної бази
1.5 Аналіз порівнянних конструкцій
1.6 Технічні вимоги на розроблення
1.7 Аналіз технології виготовлення
2. Розробка друкованої плати
2.1 Вибір типу та розмірів друкованої плати
2.2 Конструктивно-технологічний розрахунок друкованої плати
2.3 Постановка завдання трасування друкованої плати
2.4 Розрахунок по постійному струму
2.5 Розрахунок по змінному струму
2.6 Перевірочний розрахунок теплового режиму
2.7 Розрахунок надійності блоку
3. Розробка технології виготовлення блоку
3.1 Структура технології виготовлення блоку
3.2 Вибір методу виготовлення друкованої плати
3.2.1 Підготовчі операції
3.2.2 Метод отримання провідного малюнка
3.3 Поверхневий монтаж
3.3.1 Нанесення паяльної пасти
3.3.2 Установка SMD компонентів
3.3.3 Оплавлення паяльної пасти
3.4 Установка навісних елементів
3.4.1 Підготовка навісних елементів до монтажу
3.4.2 Напівавтоматична установка навісних елементів з використанням світломонтажного столу
3.5 Пайка контактних з'єднань. Функціональний контроль і покриття лаком
3.6. Аналіз технологічності виробу
4. Автоматизація проектування
4.1 Методика автоматизованого проектування блоків елементів
4.1.1 Структура и функції САПР PCAD+IMPULS 
4.1.2 Конфігурація САПР PCAD+IMPULS
4.1.3Основні етапи проектування блоків елементів
4.1.4 Технічні засоби САПР колективного використання
4.2 Графічне введення опису схеми електричної принципової
Висновок
Література
Додаток а
Додаток Б
Перелік умовних позначень і скорочень
ДП - друкована плата;
БКУ - блок контролю та управління;
ПБЖ - пристрій безперервного живлення;
БСл - силовий блок;
БІд - блок індикації;
ЕРЕ - електрорадіо елементи;
ІМС - інтегральні мікросхеми;
ККД - коефіцієнт корисної дії;
ТЗ - технічне завдання;
КПМ (SMD) - компоненти поверхневого монтажу;
АЦП - аналого-цифровий перетворювач;
ЦАП - цифро аналоговий перетворювач;
МК - мікроконтролер;
ОДП - односторонні друковані плати;
ДДП - двосторонні друковані плати;
БДП - багатошарові друковані плати;
ТЕЗ - типовий елемент заміни;
НЕ - навісні елементи;
ОВ - осьові виводи;
АВ - аксіальні виводи;
СМС - світломонтажний стіл;
ПЕ - перелік елементів;
Е3 - схема електрична принципова;
СП - специфікація блоків елементів.
Введення
Для забезпечення високої якості електропостачання, захисту електронної апаратури від виходу з ладу, а також щоб забезпечити безперебійне живлення були спеціально розроблені і створені пристрої безперебійного живлення.
За своїми технічними даними ПБЖ працює і як акумулятор. Під час своєї роботи ПБЖ накопичує електроенергію. У разі відсутності подачі струму із зовнішніх електромереж пристрій здатний автономно забезпечити протягом певного часу (до повної розрядки) безперебійне живлення для роботи техніки.
Більшість сучасних ПБЖ, крім свого основного завдання - забезпечувати безперебійне живлення, - ще й фільтрують напругу, що надходить на навантаження (виступають як фільтр мережевих перешкод), і стабілізують напругу (виступають як стабілізатор напруги)
Функціонально ПБЖ містить такі вузли, як блок силовий, блок контролю і управління, блок індикації, вхідний і вихідний фільтри, акумуляторна батарея, вентилятори.
Результатом виконання дипломного проекту є розробка конструкції і технології виготовлення блоку контролю та управління відповідно до технічного завдання.
Аналіз технічного завдання
Аналіз призначення
Пристрій безперебійного живлення (ПБЖ) - це пристрій, що подає високоякісне електроживлення без перерв.
ПБЖ не тільки захищають від усіх видів перебоїв в подачі енергії. Вони також здатні фільтрувати різноманітні перешкоди і стрибки в електромережі, забезпечуючи таким чином рівну, безперебійну подачу енергії для чутливого обладнання.
Функціонально ПБЖ містить наступні вузли:
блок силовий;
блок контролю і управління БКУ-5;
блок індикації БІд-49;
вхідний і вихідний фільтри;
акумуляторна батарея;
вентилятори.
Рисунок 1.1 - Структурна схема ПБЖ
Напруга мережі (220 ± 44) В частою (50 ± 2) Гц через вхідний з'єднувач Х1, фільтр Z1 і комутатор вхідної напруги (реле К1) надходить на БСл-1, який перетворює цю змінну напруги в змінну напругу (220 ± 6) V частотою (50 ± 0,15) Гц, що надходить через фільтр Z2 і вихідні з'єднувачі X2 - Х6 на вихід ПБЖ. При відсутності або виході за допустимі межі змінної напруги мережі ПБЖ переключається на роботу від акумуляторної батареї, при цьому на його виході формується змінна напруга (220 ± 6) В частотою (50 ± 0,15) Гц. БСл-1 також контролює працездатність вентиляторів охолодження.
Метою даного дипломного проекту є розробка модуля контролю та управління ПБЖ. БКУ-5 контролює роботу БСл-1, аналізуючи сигнали, що надходять від нього, управляє ним і БІд-49 в відповідності з внутрішньою програмою, формує, передає і отримує інформацію від ПЕОМ по інтерфейсу RS-232, а також виробляє додаткові напруги живлення для БСл - 1.
На БІд-49 розташовані 11 індикаторів, які по команді від БКУ-5 сигналізують про режим роботи ПБЖ, кнопка ПУСК, за допомогою якої здійснюється вмикання і вимикання останнього, і датчик температури.
БКУ, що розроблюється, є частиною пристрою ПБЖ, призначеного для використання в житлових і закритих виробничих приміщеннях, що опалюються, як стаціонарна апаратура.
Аналіз умов експлуатації
Характер та інтенсивність впливу кліматичних (меншою мірою), механічних і радіаційних (більшою мірою) чинників залежать від тактики використання та об'єкта установки електронного апарату (ЕА). Класифікуючи ЕА за цією ознакою, їх можна розділити на стаціонарні і ті, що транспортуються. Кожна з груп у свою чергу містить ЕА різних класів і призначень.
Стаціонарні ЕА - це пристрої, що експлуатуються в опалювальних і не опалювальних приміщеннях, бункерах, підвалах, приміщеннях з підвищеною вологістю, на відкритому повітрі, у виробничих цехах.
ЕА, що транспортуються - це пристрої, що встановлюються й експлуатовані на автомобілях і автопричепах, залізничному і гусеничному транспорті, морські та бортові ЕА. Специфіка робіт цього виду машин зумовлює підвищений вплив механічних чинників, в основному вібрації і ударів.
За сукупністю значень кліматичних, механічних і радіаційних факторів стаціонарні і транспортуються ЕА діляться на наступні групи:
група 1 - стаціонарні ЕА і системи, що працюють в опалювальних наземних і підземних спорудах;
група 2 - стаціонарні ЕА і системи, що працюють на відкритому повітрі або в не опалювальних наземних і підземних спорудах;
група 3 - ЕА, що транспортуються, встановлені в автомобілях, мотоциклах, в сільськогосподарській, дорожньої і будівельної техніки і працюючі на ходу;
група 4 - ЕА, що транспортуються, встановлені у внутрішніх приміщеннях річкових судів і працюють на ходу;
група 5 - ЕА, що транспортуються, встановлені в рухомих залізничних об'єктах і працюють на ходу;
група 6 - ЕА, що транспортуються, призначені для тривалого перенесення людьми на відкритому повітрі або в не опалювальних приміщеннях і підземних спорудах, які працюють і не працюють на ходу;
група 7 - портативні ЕА, призначені для тривалої перенесення людьми на відкритому повітрі або в опалювальних наземних і підземних спорудах, що працюють на ходу.
Розроблюваний блок входить в пристрій - пристрій безперебійного живлення, що за сукупністю значень кліматичних і радіаційних факторів відноситься до першої групи, до класу стаціонарна електронна апаратура, що працює в опалювальних наземних і підземних спорудах.
Відповідно до стандарту ЕА першої групи повинні витримувати такі нормативні кліматичні та механічні дії:
Таблиця 1.1 - Кліматичні та механічні фактори умов експлуатації
| Фактори впливу | Параметри | Значення |
| Кліматичні: Підвищена вологість Знижена температура Підвищена температура Знижений тиск Механічні: вібрація на одній частоті | Відносна вологість,% При температурі, оС Робоча, оС Робоча, оС Тиск, кПа Частота, Гц Прискорення, g Час витримки, г | 95 25 5 60 84 25 3 0,5 |
Слід окремо виділити міцність проектованого виробу при транспортуванні, коли ЕА відчувають найбільш сильні механічні дії. Фактори, що впливають, зведемо в таблицю 1.2 Нормальне функціонування виробу після транспортування забезпечується конструкцією і якістю упаковки.
За сукупністю значень кліматичних, механічних і радіаційних факторів, пристрій, що розробляється, відноситься до 1-й групі виконання.
Таблиця 1.2 - Умови транспортування (в упакованому вигляді)
| Параметри | Значення |
| Прискорення, g | 15 |
| Загальна тривалість ударного імпульсу, мс | 11 |
| Число ударів, не менше | 1000 |
| Знижений атмосферний тиск, кПа | 70 |
| Вологостійкість: Відносна вологість,% Температура, | 93 25 |
Аналіз даних, наведених у таблиці 1.2 і умов експлуатації, дозволяє зробити висновок, що немає необхідності у виборі і розрахунку системи амортизації у складі блоку або всього блоку через невеликі механічні впливи; не потрібна теплоізоляція і забезпечення герметичності блоку від впливів кліматичних факторів.
Для захисту від кліматичних дій бажано покрити друковану плату (ДП) вологозахисним матеріалом.
Аналіз елементної бази
Далі будуть розглянуті електричні і конструктивні параметри, а так само допустимі умови експлуатації застосовуваних у конструкції ТЕЗ елементів. Порівняння їх з умовами експлуатації (розділ 1.3) дозволить зробити висновок про можливість застосування саме цих варіантів конструкції ЕРЕ та їх типів. До складу розроблюваного пристрою входять такі елементи: конденсатори, резистори, термістори, мікросхеми, дросель, діоди, транзистори, вилки, стабілітрони, звуковий випромінювач і резонатор.
Далі будуть розглянуті електричні і конструктивні параметри, а так само допустимі умови експлуатації застосовуваних у конструкції ТЕЗ елементів.
Електричні та експлуатаційні параметри зведені в таблиці.
Конденсатор VJ1206.
Рисунок 1.4 - Конденсатор VJ1206
Таблиця 1.5 - Геометричні розміри конденсатора VJ1206
| L, мм | W, мм | Tmax, мм | MB, мм | |
| VJ1206 | 0.126 | 0.063 | 0.075 | 0.020 |
Таблиця 1.6 - Технічні характеристики конденсатора VJ1206
| VJ1206 X7R | VJ1206 C0G | |
| Діапазон робочих ємностей | 100 пФ...0,27мкФ | 0,5пФ...0,039мкФ |
| Діапазон робочих напруг, В | 250...1000 | 10...100 |
| Діапазон робочої температури, °C | 55...125 | 55...125 |
| Температурний коефіцієнт ємності | менее 15% | менее 15% |
| Коефіцієнт розсіювання (при 1кГц) | не более 2,5% | не более 2,5% |
| Швидкість старіння за декаду | 1% | 1% |
Конденсатор FC A-100
Рисунок 1.6 - Конденсатор FC A
Таблиця 1.9 - Геометричні розміри конденсатора FC A
| D, мм | d, мм | F, мм |
| 8 | 0.6 | 3.5 |
Таблиця 1.10 - Технічні характеристики конденсатора FC A
| FC A-100B-100 | FC A-10B-4700 | FC A-63B-47 | |
| Ємність, мкФ | 470 | 4700 | 47 |
| Напруга, В | 100 | 10 | 63 |
| Максимальний струм пульсацій (на частоті 120кГц при t=105°C), мА | 1920 | 2555 | 405 |
| Внутрішній опір (на частоті 100кГц при t=20°C), Ом | 0,047 | 0,022 | 0,342 |
| Час безперервної роботи, год | 5000 | 5000 | 2000 |
| Діапазон робочої температури, °C | -55. .105 | -55. .105 | -55. .105 |
| Допустиме відхилення ємності (120Гц, 20°C) | ±20% | ±20% | ±20% |
Резистор UXB 0207
Рисунок 1.7 - Резистор UXB 0207
Таблиця 1.11 - Геометричні розміри резистора UXB 0207
| Dmax, мм | Lmax, мм | dnom, мм | lmin, мм | Mmin, мм |
| 2.5 | 6.3 | 0.6 | 28 | 7.5 |
Таблиця 1.12 - Технічні характеристики резистора UXB 0207
| Діапазон опорів | 10Ом...1 МОм |
| Допустимі відхилення, % | ±0.25, ±0.1, ±0.05, ±0.01 |
| Температурний коефіцієнт, ppm/°C | ±10, ±0.5, ±0.2 |
| Максимальна робоча напруга, В | 220 |
| Максимальна робоча температура, | °C 125 |
Термістор РТС
Рисунок 1.9 - Термістор РТС-145
Таблиця 1.15 - Геометричні розміри термістора РТС-145
| b, мм | h, мм | d, мм |
| 9 | 12.5 | 0.6 |
Таблиця 1.16 - Технічні характеристики термістора
| Опір, Ом | 9.4 |
| Діапазон робочої температури, ° C | -40. .125 |
| Максимальна робоча температура | +125 ° C |
| Робоча напруга, В | 145 |
| Допуск опорів | ± 25% |
| Максимальний струм, А | 5 |
| Максимальна напруга, В | 145 |
Мікросхема ADG507AKR.
Мікросхема ADG507AKR служить у якості комутатора.
Рисунок 1.10 - Мікросхема ADG507AKR
Таблиця 1.15 - Технічні характеристики мікросхеми ADG507AKR
| Корпус | SO28-300 |
| Номінальна напруга живлення, В | 44 |
| Струм споживання при Uп = 15 В типового значення, мА | 20-40 |
| Діапазон робочої температури, С | -40…85 |
| Мінімальний опір навантаження, Ом | 280 |
Мікросхема AD8512AR.
Мікросхема AD8512AR виступає в якості операційних підсилювачів.
Рисунок 1.11 - Мікросхема AD8512AR
Таблиця 1.16 - Технічні характеристики мікросхеми AD8512AR
| Частота, МГц | 8 |
| Струм на вході, мА | 0.021 |
| Струм на виході, мА | 54 |
| Номінальна напруга живлення, В | 36 |
| Діапазон робочої температури, °С | -40... +125 |
Мікросхема AD7862AR-10.
Мікросхема AD7862AR-10 представляє собою 12-битный АЦП.
Рисунок 1.12 - Мікросхема AD7862AR-10
Таблиця 1.17 - Технічні характеристики мікросхеми AD7862AR-10
| Тип корпуса | so-28 |
| Вхідна напруга | +/-10V |
| Частота, кГц | 250 |
| Діапазон робочої температури, ° C | -40. .85 |
| Макс діапазон напруження живлення, В | 4.75. .5.25 |
| Кількість каналів | 4 |
Мікросхема AD7945BR.
Мікросхема AD7945BR представляє собою 12-битный ЦАП.
Рисунок 1.13 - Мікросхема AD7945BR
Таблиця 1.18 - Технічні характеристики мікросхеми AD7945BR
| Тип корпуса | SOIC 20 |
| Діапазон робочої температури, ° C | -40. .85 |
| Напруга живлення, В | 5.5 |
| Частота дискретизації, Гц | 1.7 |
Мікросхеми HCPL-4506#020.
Мікросхема HCPL-4506#020 виступає в якості гальванічної розв’язки.
Рисунок 1.14 - Мікросхема HCPL-4506#020
Таблиця 1.19 - Технічні характеристики мікросхеми HCPL-4506#020
| Корпус: | 8-DIP |
| Швидкість передачі даних, Mbs | 1 |
| Вихідний струм, мА | 15 |
| Напруга ізоляції, Vrms | 5000 |
| Діапазон робочої температури, ° C | -40. .100 |
Мікросхема MC74HC74AD.
Рисунок 1.16 - Мікросхеми MC74HC74AD
Таблиця 1.21 - Технічні характеристики мікросхеми MC74HC74AD
| Тип корпуса: | SOIC |
| Кількість виводів | 14 |
| Напруга живлення, В | -0.5...7 |
| Вхідна напруга, В | -0.5. .0.5 |
| Вихідна напруга, В | -0.5. .0.5 |
| Струм на вході, мА | 25 |
| Струм на виході, мА | 50 |
| Діапазон робочої температури, °С | -65. .150 |
Мікросхема UC3843BVD1
Мікросхема MC74HC74AD виступає у якості перетворювача напруги.
Рисунок 1.17 - Мікросхема MC74HC74AD
Таблиця 1.22 - Технічні характеристики мікросхеми MC74HC74AD
| Входное напруга, В | 36 |
| Максимальный выходной ток, мА | 200 |
| Входной ток, мА | 25 |
| Частота, кГц | 52 |
Мікросхема ATmega8515-16AI
Мікросхемі ATmega8515-16AI є мікроконтролером.
Рисунок 1.23 - Мікросхема ATmega8515-16AI
Таблиця 1.23 - Геометричні параметри мікросхеми ATmega8515-16AI
| A | A1 | A2 | D | D1 | E | E1 | B | C | L |
| 1.2 | 0.15 | 1 | 12 | 10 | 12 | 10 | 0.4 | 0.15 | 0.6 |
Таблиця 1.24 - Технічні характеристики мікросхеми ATmega8515-16AI
| Корпус: | TQFP44 |
| Швидкість: | 8-Bit |
| Частота, МГц | 16 |
| Розмір пам’яті (тип FLASH88) | 8KB (8K х 8) |
| Напруга живлення, В | 4.5 .5.5 |
| Діапазон робочої температури, ° C | 40. .85 |
| Частота, МГц | 16 |
Мікросхема HIN202IBN
Мікросхема HIN202IBN - це вузол зв'язку.
Рисунок 1.19 - Мікросхема HIN202IBN
Таблиця 1.25 - Технічні характеристики мікросхеми HIN202IBN
| Корпус | SOIC16 |
| Робоча напруга, В | 5 |
| Діапазон робочої температури, ° C | -40. .85 |
| Струм живлення, мА | 8. .15 |
Дросель B78108-S1103-K
Рисунок 1.21 - Дросель B78108-S1103-K
Таблиця 1.27 - Технічні характеристики мікросхеми дроселя
| Індуктивність, мГн | 0.1 |
| Допуск на індуктивність | ± 10% |
| Макс опір, Ом | 0.49 |
| Постійний струм, мА | 680 |
| Резонансні частоти, МГц | 35 |
Діоди BAS32L и BAV102
Рисунок 1.22 - Діод BAV102 и BAV102
Таблиця 1.28 - Геометричні параметри діодів BAV102 и BAV102
| D, мм | H, мм | L, мм |
| 1.5 | 3.5 | 0.3 |
Таблиця 1.29 - Технічні характеристики діодів BAV102 и BAV102
| BAV102 | BAV102 | |
| Тип діода: | імпульсний діод | |
| Максимальна постійна зворотня напруга, В: | 75 | 150 |
| Максимальний прямий (випрямлений за напівперіод) струм, А | 0.2 | 0.25 |
| Корпус | SOD80C | SOD80C |
| Максимальний час зворотного відновлення, мкс | 0.004 | 0.004 |
| Максимальна імпульсна зворотня напруга, В | 100 | 200 |
| Максимально допустимий прямий імпульсний струм, А | 0.45 | 0.625 |
| Максимальний зворотній струм, мкА при 25°С | 5 | 9 |
| Загальна ємність Сд, пФ: | 2 | 2 |
| Робоча температура, С: | -65... 200 | -65...175 |
| Спосіб монтажу | SMD | SMD |
Діод PRLL5819
Рисунок 1.23 - Діод PRLL5819
Таблиця 1.30 - Геометричні параметри діоду PRLL5819
| D, мм | D1, мм | H, мм | L, мм |
| 2 | 1.9 | 3.5 | 0.3 |
Таблиця 1.31 - Технічні характеристики діоду PRLL5819
| Тип динода | диод Шотки |
| Максимальна постійне зворотне напруг, В | 40 |
| Максимальний прямий (випрямлений за напівперіод) струм, А | 1 |
| Корпус | SOD87C |
| Максимальний час зворотного відновлення, мкс | 0.01 |
| Максимальна імпульсна зворотня напруга, В | 600 |
| Максимально допустимий прямий імпульсний струм, А | 0.45 |
| Робоча температура, С | -65...125 |
| Спосіб монтажу | SMD |
Транзистор IRFU220
Рисунок 1.24 - Транзистор IRFU220
Таблиця 1.32 - Технічні характеристики транзистору IRFU220
| Полярність транзистора | N-канал |
| Максимальна напруга колектор-база, В | 200 |
| Максимально допустимий струм колектора, А | 4,8 |
| Тепловиділення, мВт | 2500 |
| Опір стік-витік, Ом | 0,8 |
| Час затримки, нс | 19 |
| Пробивна напруги, В | 20 |
| Діапазон робочої температури, C | -55…150 |
Транзистор BC546B
Рисунок 1.25 - Транзистор BC546B
Таблиця 1.33 - Технічні характеристики транзистору BC546B
| Максимальна напруга колектор-база при заданому зворотному струмі колектор і розімкнутого ланцюга емітером (Uкбо макс), В | 80 |
| Максимальна напруга колектор-база при заданому струмі колектор і розімкнутого ланцюга база (Uкео макс), В | 65 |
| Максимально допустимий струм до (Ік макс) | 0.1 |
| Гранична частота коефіцієнта передачі струму fгр, МГц | 150 |
| Максимальна розсіювана потужність, Вт | 0.63 |
| Корпус | TO92 |
Вилка D-Sub 09 66 162 7811.
Рисунок 1.26 - Вилка D-Sub 09 66 162 7811
Таблиця 1.34 - Геометричні розміри транзистору IRFU220
| a | b | c1 | c2 | f |
| 30.9 | 25 | 12.9 | 12.5 | 2.74 |
Тип конектора: D Sub;;
Кількість контактів: 9;
Матеріал корпуса: метал.
Вилка 90122-0768
W=0.800 mm
Рисунок 1.27 - Вилка 90122-0768
Вилка 90131-0765.
W=0.500 mm
Рисунок 1.28 - Вилка 90131-0765
Вилка Gds A-C 32.
Рисунок 1.29 - Вилка A-C 32
Стабілітрон BZX84-C5V6.
Рисунок 1.30 - Стабілітрон BZX84-C5V6
Таблиця 1.35 - Технічні характеристики стабілітрону BZX84-C5V6
| Потужність розсіювання, Вт | 0.2 |
| Мінімальна напруга стабілізації, В | 5.32 |
| Номінальна напруга стабілізації, В | 5.6 |
| Максимальна напруга стабілізації, В | 5.88 |
| Статичний опір Rст (при струмі I ст 20мА), Ом | 10 |
| Робоча температура, С | -55…150 |
| Спосіб монтажу | SMD |
| Корпус | SOT-23 |
Резонатор Q-16.0-S-30-30/30-T1.
Рисунок 1.31 - Резонатор Q-16.0-S-30-30/30-T1
Таблиця 1.36 - Технічні характеристики резонатору Q-16.0-S-30-30/30-T1
| Резонансна частота, МГц | 16 |
| Температурний коефіцієнт, Кт 10-6 | 30 |
| Навантажувальна ємність, пФ | 30 |
| Діапазон робочої температури, С | -40...80 |
Розробка друкованої плати
Розрахунок надійності блоку
Надійність ЕА - властивість виконувати задані функції, зберігаючи експлуатаційні показники в допустимих межах протягом необхідного проміжку часу, і можливість відновлення функціонування, втраченого з тих чи інших причин.
У будь-який момент часу ЕА може знаходиться в справному або несправному стані. Якщо ЕА в даний момент часу задовольняє всім вимогам, встановленим як відносно основних параметрів, так і відносно другорядних параметрів, що характеризують зовнішній вигляд і зручність в експлуатації, то такий стан називають справним станом. Відповідно з цим визначенням несправний стан - стан ЕА, при якому вона в даний момент часу не задовольняє хоча б однієї з цих вимог.
Працездатність - стан ЕА, при якому вона в даний момент часу відповідає всім вимогам щодо основних параметрів, що характеризують нормальне протікання процесів.
Відмова - подія, що складається у повній або частковій втраті працездатності системи.
За характером зміни параметрів до моменту виникнення відмови діляться на раптові - в результаті миттєвої зміни одного або кількох параметрів елементів і поступові - в результаті поступової зміни параметрів елементів до тих пір, поки значення одного з параметрів не вийде за деякі межі, що визначають нормальну роботу елементів.
За характером усунення відмови ділять на стійкі та ті, що самоусуваються. Для усунення стійких відмов необхідна його регулювання або заміна, а самоусуваються відмови усуваються без втручання оператора.
За зовнішніми проявами відмови ділять на явні - виявляються при зовнішньому огляді і неявні - виявляються спеціальними методами контролю.
Поняття "відмова" дозволяє розглянути основні експлуатаційні властивості ЕА: безвідмовність, ремонтопридатність, довговічність, збереженість.
Безвідмовність - властивість ЕА безперервно зберігати працездатність в заданих режимах і умовах експлуатації протягом заданого інтервалу часу. Під ремонтопридатністю розуміють властивість пристрою, що полягає у пристосуванні до попередження відмов, виявлення причин їх виникнення і усунення їхніх наслідків шляхом проведення ремонтів і технічного обслуговування. Довговічність характеризує властивість виробу зберігати працездатність до настання граничного стану. Збереженість - властивість виробу зберігати значення параметрів при зберіганні та транспортуванні.
У цьому проекті оцінюється структурна надійність блоку контролю та управління. Структурна надійність ЕА - її результуюча надійність при відомій структурній схемі і відомих значеннях надійності всіх елементів, що становлять структурну схему. При цьому під елементами розуміється як інтегральні мікросхеми, резистори, конденсатори і т.п., що виконують певну функцію і включені в загальну електричну схему, так і елементи допоміжні, що не входять в структурну схему: паяні сполуки, роз'ємні, елементи кріплення та інше.
Розрахунок проводиться на ЕОМ за допомогою програми "NADEG". Вихідними даними до розрахунку є дані про типи використовуваних елементів і їх кількість.
Результати розрахунку наведені в додатку Б. За результатами (після 100000 годин роботи - середня ймовірність безвідмовної роботи 90,34%) можна зробити висновок про те, що отримані дані задовольняють вимогам ТЗ на розробку.
Підготовчі операції
Першим етапом виготовлення ДП є механічна обробка, яка включає в себе розкрій листового матеріалу на смуги, одержання з них заготовок і виконання фіксуючих, технологічних, перехідних і монтажних отворів.
Вибір методу одержання заготовки визначається типом виробництва. Заготівлі ДП в серійному виробництві отримують штампуванням. Фіксуючі, технологічні, монтажні та перехідні отвори виконуються штампуванням або свердлінням. При штампуванні відбувається розшарування матеріалу, що ускладнює металізацію отворів. Тому для отримання отворів будемо використовувати свердлильний верстат з ЧПУ. Різання ведуть спіральними свердлами з металокерамічного твердого сплаву при оптимальній частоті обертання шпинделя в межах від 25 до 50 об / хв. Виходячи з цього, візьмемо свердлильний верстат з ЧПУ моделі Alfa Z фірми Digital Systems.
Контроль якості отворів виконується візуально за допомогою спеціальних ширококутних мікроскопів з розгортанням поверхні типу "Мікробор". Наявність отворів перевіряється на спеціальних компараторах методом сканування зображення контрольованої та еталонної плати.
Перед операціями отримання елементів друкованого монтажу виконується підготовка поверхні заготовки ДП. Підготовчі операції включають очищення вихідних матеріалів і монтажних отворів від оксидів, жирових плям, змащення, плівок та інших забруднень; активація поверхні і контроль якості підготовки.
Механічна підготовка в умовах серійного виробництва здійснюється автоматом. Автоматична хімічна та електрохімічна підготовка поверхні проводиться у ваннах із різними розчинами, з подальшим їх промиванням і сушінням.
Безпосередньо перед операцією хімічного осадження виконується декапірування, яке полягає у видаленні окисних плівок розчином соляної кислоти з наступним промиванням і сушінням.
Поверхневий монтаж
Нанесення паяльної пасти
Паяльна паста в технології поверхневого монтажу є дуже важливим компонентом, а сама процедура нанесення і якість її виконання багато в чому позначаються на якості одержуваного електронного виробу.
Паяльна паста виконує функцію припою для SMD-компонентів, і, крім цього, допоміжну функцію - фіксацію SMD-компонентів на контактних площадках до моменту оплавлення припою. Саме тому, при виборі паяльної пасти, крім усього іншого, потрібно оцінювати і її склеювальні властивість. Будемо застосовувати паяльну пасту NC254 (вміст металу в пасті - 88,5%)
Для правильного, дозованого нанесення паяльної пасти використовуються трафаретні принтери. У даному випадку буде застосовуватися автоматичний трафаретний принтер MY500.
Необхідно відзначити, що етап нанесення паяльної пасти в процесі поверхневого монтажу відіграє значну роль. Помилки, допущені на даному етапі, в подальшому можуть призвести до браку та дефектів у виробленому електронному виробі.
Установка SMD компонентів
Установка SMD компонентів багато в чому є механічною процедурою. Основною її функцією - є правильне розміщення SMD-компонентів на друкованій платі. Всі SMD-компоненти повинні бути встановлені строго відповідно до спроектованої електронної схеми друкованої плати.
Оскільки більшість встановлюваних елементів SMD-компоненти, то їх встановлення здійснюється автоматично. Для установки елементів поверхневого монтажу будуть вікорістовуватіся універсальні автоматично MX-120P, продуктивність автомата за стандартом IPC9850 складає 15000 комп. / год.
Оплавлення паяльної пасти
Коли на друковану плату нанесена паяльна паста, встановлені та зафіксовані SMD-компоненти, виконується етап оплавлення паяльної пасти. Під час оплавлення припою на друкованих платах дуже важливо дотримання температурного режиму. Температурний режим характеризується не тільки температурою максимального нагріву, а й тим, як дана температура досягається. У процесі нагріву для ряду SMD - компонентів повинна витримуватися задана швидкість нагріву. Іншими словами, при розплавленні задається температура оплавлення і час, за який необхідно їх досягти. Більше того, процедура охолодження так само повинна витримувати такий режим. Такий підхід гарантує, що друкована плата і SMD-компоненти, що знаходяться на ній, не будуть піддані тепловим ударам, що дозволяє вберегти її від теплових ушкоджень.
Щоб забезпечити заданий температурний режим оплавлення використовуються так звані печі оплавлення припою. Печі оплавлення припою дозволяють виконати вимоги по температурному профілю в умовах групової пайки SMD - компонентів на друкованих платах.
Процедура оплавлення припою і якість її виконання багато в чому визначають якість одержуваної друкованої плати. Тому, для оплавлення паяльної пасти вибираємо систему парофазної пайки VP-800 виробництва фірми ASSCON sistemtechnik (Німеччина).
Автоматизація проектування
Висновок
У результаті виконаної роботи розроблено блок контролю і управління, що реалізований на двосторонній друкованій платі. За конструктивним і габаритним вимогами він повністю відповідає вимогам технічного завдання.
Література
1. Горобец А.И. и др. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы). - К.: Технiка, 1985. - 312 с.
2. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/Б.П. Кудряшов, Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрин. - М.: Радио и связь, 1981. - 160 с., ил.
Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Н. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1976. - 232 с.
3. Методические указания для лабораторных работ по дисциплинам “Основы конструирования электронных вычислительных средств" и “Основы конструирования БЭА" /Авторы: Ганжа С.М. - Северодонецк: СТИ, 2004 г. - 40 с.
4. Технология и автоматизация производства РЭА/Под редакцией А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова. - М.: Радио и связь, 1989. - 624 с.
5. Павлов С.П. и др. Охрана труда в приборосроении. - М.: Высшая школа, 1986.
6. Справочник конструирования РЭА: Общие принципы конструирования / Под ред.Р.Г. Варламов. - М.: Сов. радио, 1980. - 480 с.
7. Волин М.Л. Паразитные процессы в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1981. - 296 с.
8. Автоматизация и механизация сборки и монтажа узлов на печатных платах / Под ред. Журавского В.Г. - М.: Радио и связь, 1988. - 280 с.
9. Медведев А.М. Надёжность и контроль качества печатного монтажа. - М.: Радио и связь, 1986. - 216 с.
10. Технология ЭВА, оборудования и автоматизация: учебное пособие для студентов вузов специальности "Конструирование и производство ЭВА" / Алексеев В.Г., Гриднев В.Н., Нестеров Ю.И. и др. - М.: Высшая школа, 1984. - 392 с.
11. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу '' Автоматизация конструкторско-технологического проектирования ЭА и БЭА" (для студентов, обучающихся по направлению 7.0910, специальности: 7.091001,7.091003) / Сост. Е.П. Герасименко. - Северодонецк. - 2004. - 15с.
12. ГОСТ 23752-94. Платы печатные. Требования и методы конструирования.
13. ГОСТ 2783-94. Требования к установке навесных элементов на печатную плату.
Додаток а
Таблиця 1 - Вихідні дані
| Параметр | Значення |
| Перший горизонтальний розмір блоку, мм | 403 |
| Другий горизонтальний розмір блоку, мм | 485 |
| Вертикальний розмір блоку, мм | 143 |
| Температура навколишнього середовища, оС | 30 |
| Атмосферний тиск зовні, Па | 0.9*104 |
| Атмосферний тиск всередині блоку, Па | 0.9*104 |
| Потужність розсіюється в блоці, Вт | 22.55 |
| Коефіцієнт заповнення | 0,52 |
| Кількість елементів, шт. | 1 |
| Потужність розсіювання одного елемента, Вт | 15 |
| Площа розсіювання одного елемента, мм2 | 1270 |
Таблиця 2 - Результати розрахунку
| Параметр | Значення |
| Температура нагрітої зони, оС | 30.15 |
| Температура повітря, оС | 30.14 |
| Температура поверхні елементів, оС | 30.66 |
Додаток Б
Таблиця 1 - Вихідні дані
| № | Назва елементу | Число контактів | Кіл-ть, N | Інтенсивність відмови, Λ | Коеф. наван- таження, α | N* Λ* α |
| 1 | конденсатор MKT | 2 | 5 | 0,06 | 0,6 | 0,03 |
| 2 | конденсатор MKP | 2 | 1 | 0,06 | 0,6 | 0,06 |
| 3 | конденсатор VJ1206 | 41 | 0,15 | 0,6 | 6,15 | |
| 4 | конденсатор B45196 | 5 | 0,035 | 0,6 | 0,175 | |
| 5 | конденсатор B45197 | 5 | 0,035 | 0,6 | 0,175 | |
| 6 | конденсатор FC A | 2 | 3 | 0,06 | 0,6 | 0,18 |
| 7 | резистор UXB | 2 | 25 | 0,03 | 0,5 | 0,75 |
| 8 | резистор RC1206 | 32 | 0,01 | 0,5 | 0,032 | |
| 9 | резистор RC2512 | 1 | 0,01 | 0,5 | 0,01 | |
| 10 | термістор РТС-145 | 2 | 1 | 0,02 | 0,5 | 0,02 |
| 11 | мікросхема ADG507AKR | 28 | 1 | 0,013 | 1 | 0,013 |
| 12 | мікросхема AD8512AR | 8 | 4 | 0,665 | 1 | 2,66 |
| 13 | мікросхема AD7862AR-10 | 28 | 1 | 0,4 | 1 | 0,4 |
| 14 | мікросхема AD7945BR | 20 | 1 | 0,52 | 1 | 0,52 |
| 15 | мікросхема HCPL-4506#020 | 8 | 2 | 0,65 | 1 | 0,13 |
| 16 | мікросхема MC74HC240ADW | 20 | 1 | 0,013 | 1 | 0,013 |
| 17 | мікросхема MC74HC74AD | 20 | 2 | 0,154 | 1 | 0,308 |
| 18 | мікросхема MC74HC541ADW | 14 | 1 | 0,13 | 1 | 0,13 |
| 19 | мікросхема UC3843BVD1 | 8 | 1 | 0,3 | 1 | 0,3 |
| 20 | мікросхема ATmega8515-16AI | 44 | 2 | 0,654 | 1 | 1,308 |
| 21 | мікросхема HIN202IBN | 16 | 1 | 0,3 | 1 | 0,3 |
| 22 | резисторна збірка 4605X | 6 | 6 | 0,07 | 0,6 | 0,35 |
| 23 | дросель B78108-S1103-K | 4 | 0,068 | 0,6 | 0,272 | |
| 24 | діод BAS32L и BAV102 | 8 | 0,2 | 0,6 | 1,6 | |
| 25 | діод PRLL5819 | 6 | 0,2 | 0,6 | 1,2 | |
| 26 | транзистор IRFU220 | 3 | 2 | 0,015 | 0,6 | 0,03 |
| 27 | транзистор BC546B | 3 | 1 | 0,015 | 0,6 | 0,015 |
| 28 | вилка D-Sub 09 66 162 7811 | 1 | 0,11 | 1 | 0,11 | |
| 29 | вилка 90122-0768 | 1 | 0,11 | 1 | 0,11 | |
| 30 | вилка Gds A-C | 1 | 0,062 | 1 | 0,062 | |
| 31 | вилка 90131-0765 | 2 | 0,11 | 1 | 0,22 | |
| 32 | стабілітрон | 3 | 1 | 0,105 | 0,6 | 0,105 |
| 33 | резонатор Q-16.0-S-30-30 | 2 | 2 | 0,01 | 0,5 | 0,02 |
| 34 | звуковий випромінювач PKB24SPC-3601-B0 | 2 | 1 | 0,25 | 0,9 | 0,25 |
Кількість пайок - 236
Кількість закруток - 0
Интенсивность отказа узла/блока l=4,047780 час-1
Среднее время безотказной работы Tсрб= 247019,00 часов
Таблиця 2 - Імовірність відмов безвідмовної роботи
| Час | Р (t) | Q (t) |
| 1000 | 0.99898465 | 0.00101535 |
| 10000 | 0.98989276 | 0.01010724 |
| 20000 | 0.97988768 | 0.02011232 |
| 30000 | 0.96998373 | 0.03001627 |
| 40000 | 0.96017987 | 0.03982013 |
| 50000 | 0.95047511 | 0.04952489 |
| 60000 | 0.94086843 | 0.05913157 |
| 70000 | 0.93135885 | 0.06864115 |
| 80000 | 0.92194539 | 0.07805461 |
| 90000 | 0.91262707 | 0.08737293 |
| 100000 | 0.90340293 | 0.09659707 |
Реферат
Пояснювальна записка: __стр., 37 рис., 45 табл., 2 додатки.
Об’єктом розробки є блок контролю та управління пристрою безперервного живлення, із заданою вихідною напругою, електричною схемою принциповою, діапазоном робочих температур та тиском.
Мета роботи - розробити конструкцію та технологію виготовлення виробу на підставі схеми електричної принципової та згідно з технічним завданням.
У процесі роботи були виконані аналіз вимог технічного завдання, електричної схеми, елементної бази, конструкторсько-технологічних аналогів, розроблені додаткові технічні вимоги до конструкції виробу, виконані конструкторські розрахунки друкованого монтажу та розрахунки надійності й теплового режиму блоку, вибрано та розроблено технологія виготовлення, виконане автоматизоване проектування блоку, отримана конструкторська документація у відповідності до завдання.
ПРИСТРІЙ, БЕЗПЕРЕБІЙНЕ ЖИВЛЕННЯ, БЛОК, ЕЛЕМЕНТНА БАЗА, СТРУМ, ТРАСУВАННЯ, НАДІЙНІСТЬ, ДРУКОВАНА ПЛАТА, АВТОМАТИЗАЦІЯ, ТЕХНОЛОГІЯ
Зміст
Реферат
Перелік умовних позначень і скорочень
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Аналіз призначення
1.2 Аналіз електричної схеми та принципу роботи пристрою
1.3 Аналіз умов експлуатації
1.4 Аналіз елементної бази
1.5 Аналіз порівнянних конструкцій
1.6 Технічні вимоги на розроблення
1.7 Аналіз технології виготовлення
2. Розробка друкованої плати
2.1 Вибір типу та розмірів друкованої плати
2.2 Конструктивно-технологічний розрахунок друкованої плати
2.3 Постановка завдання трасування друкованої плати
2.4 Розрахунок по постійному струму
2.5 Розрахунок по змінному струму
2.6 Перевірочний розрахунок теплового режиму
2.7 Розрахунок надійності блоку
3. Розробка технології виготовлення блоку
3.1 Структура технології виготовлення блоку
3.2 Вибір методу виготовлення друкованої плати
3.2.1 Підготовчі операції
3.2.2 Метод отримання провідного малюнка
3.3 Поверхневий монтаж
3.3.1 Нанесення паяльної пасти
3.3.2 Установка SMD компонентів
3.3.3 Оплавлення паяльної пасти
3.4 Установка навісних елементів
3.4.1 Підготовка навісних елементів до монтажу
3.4.2 Напівавтоматична установка навісних елементів з використанням світломонтажного столу
3.5 Пайка контактних з'єднань. Функціональний контроль і покриття лаком
3.6. Аналіз технологічності виробу
4. Автоматизація проектування
4.1 Методика автоматизованого проектування блоків елементів
4.1.1 Структура и функції САПР PCAD+IMPULS
4.1.2 Конфігурація САПР PCAD+IMPULS
4.1.3Основні етапи проектування блоків елементів
4.1.4 Технічні засоби САПР колективного використання
4.2 Графічне введення опису схеми електричної принципової
Висновок
Література
Додаток а
Додаток Б
Перелік умовних позначень і скорочень
ДП - друкована плата;
БКУ - блок контролю та управління;
ПБЖ - пристрій безперервного живлення;
БСл - силовий блок;
БІд - блок індикації;
ЕРЕ - електрорадіо елементи;
ІМС - інтегральні мікросхеми;
ККД - коефіцієнт корисної дії;
ТЗ - технічне завдання;
КПМ (SMD) - компоненти поверхневого монтажу;
АЦП - аналого-цифровий перетворювач;
ЦАП - цифро аналоговий перетворювач;
МК - мікроконтролер;
ОДП - односторонні друковані плати;
ДДП - двосторонні друковані плати;
БДП - багатошарові друковані плати;
ТЕЗ - типовий елемент заміни;
НЕ - навісні елементи;
ОВ - осьові виводи;
АВ - аксіальні виводи;
СМС - світломонтажний стіл;
ПЕ - перелік елементів;
Е3 - схема електрична принципова;
СП - специфікація блоків елементів.
Введення
Для забезпечення високої якості електропостачання, захисту електронної апаратури від виходу з ладу, а також щоб забезпечити безперебійне живлення були спеціально розроблені і створені пристрої безперебійного живлення.
За своїми технічними даними ПБЖ працює і як акумулятор. Під час своєї роботи ПБЖ накопичує електроенергію. У разі відсутності подачі струму із зовнішніх електромереж пристрій здатний автономно забезпечити протягом певного часу (до повної розрядки) безперебійне живлення для роботи техніки.
Більшість сучасних ПБЖ, крім свого основного завдання - забезпечувати безперебійне живлення, - ще й фільтрують напругу, що надходить на навантаження (виступають як фільтр мережевих перешкод), і стабілізують напругу (виступають як стабілізатор напруги)
Функціонально ПБЖ містить такі вузли, як блок силовий, блок контролю і управління, блок індикації, вхідний і вихідний фільтри, акумуляторна батарея, вентилятори.
Результатом виконання дипломного проекту є розробка конструкції і технології виготовлення блоку контролю та управління відповідно до технічного завдання.
Аналіз технічного завдання
Аналіз призначення
Пристрій безперебійного живлення (ПБЖ) - це пристрій, що подає високоякісне електроживлення без перерв.
ПБЖ не тільки захищають від усіх видів перебоїв в подачі енергії. Вони також здатні фільтрувати різноманітні перешкоди і стрибки в електромережі, забезпечуючи таким чином рівну, безперебійну подачу енергії для чутливого обладнання.
Функціонально ПБЖ містить наступні вузли:
блок силовий;
блок контролю і управління БКУ-5;
блок індикації БІд-49;
вхідний і вихідний фільтри;
акумуляторна батарея;
вентилятори.
Рисунок 1.1 - Структурна схема ПБЖ
Напруга мережі (220 ± 44) В частою (50 ± 2) Гц через вхідний з'єднувач Х1, фільтр Z1 і комутатор вхідної напруги (реле К1) надходить на БСл-1, який перетворює цю змінну напруги в змінну напругу (220 ± 6) V частотою (50 ± 0,15) Гц, що надходить через фільтр Z2 і вихідні з'єднувачі X2 - Х6 на вихід ПБЖ. При відсутності або виході за допустимі межі змінної напруги мережі ПБЖ переключається на роботу від акумуляторної батареї, при цьому на його виході формується змінна напруга (220 ± 6) В частотою (50 ± 0,15) Гц. БСл-1 також контролює працездатність вентиляторів охолодження.
Метою даного дипломного проекту є розробка модуля контролю та управління ПБЖ. БКУ-5 контролює роботу БСл-1, аналізуючи сигнали, що надходять від нього, управляє ним і БІд-49 в відповідності з внутрішньою програмою, формує, передає і отримує інформацію від ПЕОМ по інтерфейсу RS-232, а також виробляє додаткові напруги живлення для БСл - 1.
На БІд-49 розташовані 11 індикаторів, які по команді від БКУ-5 сигналізують про режим роботи ПБЖ, кнопка ПУСК, за допомогою якої здійснюється вмикання і вимикання останнього, і датчик температури.
БКУ, що розроблюється, є частиною пристрою ПБЖ, призначеного для використання в житлових і закритих виробничих приміщеннях, що опалюються, як стаціонарна апаратура.
Дата: 2019-12-22, просмотров: 324.
