Дипломная работа: Устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

2.1.4 Обоснование выбора диодов

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности схемы

3.2 Расчет узкого места

3.3 Расчет теплового сопротивления корпуса ИС

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработки трассировки печатной платы

4.2 Обоснование разработки компоновки печатной платы

5. Технологическая часть

5.1 Изготовление печатной платы

5.2 Особенности конструкции

6. Организационная часть

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации аппаратуры

7 Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости на устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

8 Охрана труда

8.1 Техника безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры

9 Литература

10 Приложение

Введение

Развитие электроники после изобретения радио можно разделить на три этапа: радиотелеграфный, радиотехнический и этап собственно электроники. В первый период (около 30 лет) развивалась радиотелеграфия, и разрабатывались научные основы радиотехники. С целью упрощения устройства радиоприёмника и повышения его чувствительности в разных странах велись интенсивные разработки и исследования различных типов простых и надёжных обнаружителей высокочастотных колебаний детекторов. В 1904 г. была построена первая двухэлектродная лампа (диод), которая до сих пор используется в качестве детектора высокочастотных колебаний и выпрямителя токов технической частоты, а в 1906 г. появился карборундовый детектор.

Трёхэлектродная лампа (триод) была предложена в 1907 г. В 1913 г. была разработана схема лампового регенеративного приёмника и с помощью триода были получены незатухающие электрические колебания. Новые электронные генераторы позволили заменить искровые и дуговые радиостанции ламповыми, что практически решило проблему радиотелефонии. Внедрению электронных ламп в радиотехнику способствовала первая мировая война. С 1913 г. по 1920 г. радиотехника становится ламповой. Первые радиолампы в России были изготовлены Н.Д. Папалекси в 1914 г. в Петербурге. Из-за отсутствия совершенной откачки они были не вакуумными, а газонаполненными (с ртутью). Первые вакуумные приемно-усилительные лампы были изготовлены в 1916 г. М.А. Бонч-Бруевичем. Бонч-Бруевич в 1918 г. возглавил разработку отечественных усилителей и генераторных радиоламп в Нижегородской радиолаборатории. Тогда был создан в стране первый научнорадиотехнический институт с широкой программой действий, привлёкший к работам в области радио многих талантливых учёных, молодых энтузиастов радиотехники. Нижегородская лаборатория стала подлинной кузницей кадров радиоспециалистов, в ней зародились многие направления радиотехники, в дальнейшем ставшие самостоятельными разделами радиоэлектроники.

В марте 1919 г. начался серийный выпуск электронной лампы РП-1. В 1920 г. Бонч-Бруевич закончил разработку первых в мире генераторных ламп с медным анодом и водяным охлаждением мощностью до 1 кВт, а в 1923 г. мощностью до 25 кВт. В Нижегородской радиолаборатории О.В. Лосевым в 1922 г. была открыта возможность генерировать и усиливать радиосигналы с помощью полупроводниковых приборов. Им был создан безламповый приёмник - кристадин. Однако в те годы не были разработаны способы получения полупроводниковых материалов, и его изобретение не получило распространения.

Во второй период (около 20 лет) продолжало развиваться радиотелеграфирование. Одновременно широкое развитие и применение получили радиотелефонирование и радиовещание, были созданы радионавигация и радиолокация. Переход от радиотелефонирования к другим областям применения электромагнитных волн стал возможен благодаря достижениям электровакуумной техники, которая освоила выпуск различных электронных и ионных приборов.

Переход от длинных волн к коротким и средним, а также изобретение схемы супергетеродина потребовали применения ламп более совершенных, чем триод.

В 1924 г. была разработана экранированная лампа с двумя сетками (тетрод), а в 1930 - 1931 г.г. - пентод (лампа с тремя сетками). Электронные лампы стали изготовлять с катодами косвенного подогрева. Развитие специальных методов радиоприёма потребовало создания новых типов многосеточных ламп (смесительных и частотно - преобразовательных в 1934 - 1935 г.г.). Стремление уменьшить число ламп в схеме и повысить экономичность аппаратуры привело к разработке комбинированных ламп. Освоение и использование ультракоротких волн привело к усовершенствованию известных электронных ламп (появились лампы типа "желудь", металлокерамические триоды и маячковые лампы), а также разработке электровакуумных приборов с новым принципом управления электронным потоком - многорезонаторных магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны. Эти достижения электровакуумной техники обусловили развитие радиолокации, радионавигации, импульсной многоканальной радиосвязи, телевидения и др.

Одновременно шло развитие ионных приборов, в которых используется электронный разряд в газе. Был значительно усовершенствован изобретённый ещё в 1908 г. ртутный вентиль. Появились газотрон (1928-1929 г.г.), тиратрон ( 1931 г.), стабилитрон, неоновые лампы и т.д. Развитие способов передачи изображений и измерительной техники сопровождалось разработкой и усовершенствованием различных фотоэлектрических приборов (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие телевизионные трубки) и электронографических приборов для осциллографов, радиолокации и телевидения.

В эти годы радиотехника превратилась в самостоятельную инженерную науку. Интенсивно развивались электровакуумная промышленность и радиопромышленность. Были разработаны инженерные методы расчёта радиотехнических схем, проведены широчайшие научные исследования, теоретические и экспериментальные работы.

И последний период (60-е-70-е годы) составляет эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой и т.д.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались бесцокольные (пальчиковые) и сверхминиатюрные лампы, что даёт возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний. Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления р-п- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д.

Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности. Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 - 200 мВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 - 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более. Маломощные же транзисторы (до 0,5 - 0,7 Вт) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55 ÷ 70 °С, а на основе кремния - не выше +100 ÷ 120 °С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 °С, и их рабочие частоты в итоге довились до 1000 МГц. Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 °С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники.

1 Общая часть

1.1 Анализ технического задания

Напряжение питания (В) ………..............................................…..…12

Число подключаемых вентиляторов ……………………………….3

Напряжения подаваемые на вентиляторы (В) ………………min 5

………………………………………………………………….max 11,7

Частота вращения вентиляторов (Гц) ……………………….min 10

 …………………………………………………………………..max 20

Период цикла изменения частоты (с) ………………………………3

1.2 Описание схемы электрической принципиальной

Управлять вентиляторами можно лишь при условии, что материнская плата компьютера оснащена необходимыми для этого электронными регуляторами, а так бывает далеко не всегда. Если встроенных регуляторов нет, поможет блок. По командам формируемым программно на линиях порта LPT компьютера, он обеспечивает разельное шестнадцатиступенное регулирование частоты вращения трёх вентиляторов, изменяя подаваемое на них напряжение от 5…5,5в до 11,7…11,8в, что соответствует изменению чачтоты вращения от 40 до 100% максимальной.

К розетке LPT системного блока компьютера подключают вилку Х1. Счетверенный транзисторный оптрон U1 предназначен для гальванической развязки цепей порта LPT и цепей управления вентиляторами. Ток через излучающие диоды оптронов ограничен резисторами R1-R4. Три канала управления вентиляторами, подключаемыми к вилкам Х2, Х4 и Х5, построены по одинаковым схемам, однако в одном из них (управляющим вентилятором №1) предусмотрен узел защиты на микросхеме DD1, назначение и работа которого будут рассмотрены позже. Вилку Х3 соединяют с имеющейся в каждом компьютере стандартной кабельной розеткой, предназначенной для питания дисководов.

Работу его каналов рассмотрим на примере первого, построенного на счетчике DD2.1, диодах VD3-VD6 и транзисторах VT1, VT4. Цикл начинается по окончании общего для всех каналов импульса начальной установки, формируемого программно на линии DATA1 порта LPT и поступающего на входы R их счетчиков через оптрон U1.2. Через некоторое время с линии DATA2 через оптрон U1.1 на вход CN счетчика начинают поступать счетные импульсы, с каждым из которых изменяется состояние выходов счетчика. Резисторы R11-R14 и диоды VD3-VD6 образуют преобразователь кода в напряжение, пропорциональное числу импульсов, поступивших на вход счетчика в данном цикле. Оно поступает на вентилятор через усилитель на транзисторах VT1 и VT4. Поскольку циклы регулирования повторяются с периодом приблизительно 3 с, напряжение на вентиляторе большую часть времени остается неизменным, пульсации сглаживает конденсатор С4.

На нулевой ступени регулирования (счетных импульсов нет) вентилятор вращается с минимальной частотой, которую устанавливают подстроечным резистором R37. Максимальную частоту вращения (пришло 16 импульсов) регулируют подстроечным резистором R24.

Узел защиты на микросхеме DD1 представляет собой два реле времени: первое - на элементах R9, C1, VD1, DD1.2, DD1.4, второе – на R10, C2, VD2, DD1.3, DD1.5, DD1.6. Пока на вход элемента DD1.1 регулярно поступают импульсы установки счетчиков в исходное состояние, конденсаторы С1 и С2 периодически подзаряжаются, уровни напряжения на выходах элементов DD1.4 и DD1.6 и в точке соединения диодов VD15, VD17 – низкие. Диод VD16 закрыт, узел защиты не влияет на работу канала управления вентилятором.

Если управляющая программа не запущена, остановлена или в ее работе произошел сбой, вентилятор №1 (как правило он охлаждает процессор) должен вращаться с достаточной для эффективного охлаждения скоростью. В подобной ситуации импульсы начальной установки отсутствуют, и в зависимости от уровня сигнала на линии DATA1 на выходе элемента DD1.1 установлен постоянный высокий или низкий уровень. Приблизительно через 8 с после прекращения импульсов один из конденсаторов С1, С2 разрядится и на выходе подключенной к нему цепочки логических инверторов будет установлен высокий уровень. Через диод VD15 или VD17 он поступил на делитель напряжения из резисторов R36, R43, R44. С подвижного контакта переменного резистора R43 через R35 и открывшийся диод VD16 напряжение поступит на базу транзистора VT1, что приведет к увеличению частоты вращения вентилятора №1. С возобновлением импульсов начальной установки конденсаторы С1 и С2 зарядятся и нормальная работа канала управления восстановится.

Вентиляторы №2 и №3 обычно охлаждают менее ответственные узлы компьютера, поэтому их защита от прекращения компьютерного управления не предусмотрена.

Плата установлена в стандартную заглушку пятидюймового отсека системного блока компьютера. Она закреплена гайкой, навинченной на резьбовую втулку переменного резистора R43. Вилки установлены на достаточно длинных для подключения к вентиляторам и розетке питания жгутах из проводов черного (-, общий) и желтого (+,+12В) цветов.

Для управления вентиляторами разработана программа FanControl, но чтобы она смогла работать в автоматическом режиме, на компьютере нужно предварительно установить и запустить программу SpeedFan.

2 Исследовательская часть

2.1 Обоснование выбора элементов схемы

2.1.1 Обоснование выбора резисторов

Все резисторы выбираются по требуемому номинальному значению и мощности. Иногда в особо точных схемах учитывается допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления. Допустимое отклонение от номинальной величины сопротивления зависит от типа резистора: композиционный, проволочный, угольный. Выбирая резисторы по мощности, определяется мощность рассеяния на каждом резисторе отдельно по формуле P=UxI, P=U²/R, P=I^2XR, выведенные из закона Ома. Полученная величина увеличивается вдвое. Исходя из полученных значений, выбирают резисторы эталонных мощностей: 0,125, 0,25, 0,5 ,1, 2 ,5,10 Вт и т.д.

Выбранные мной резисторы: МЛТ-0,125, СП3-38б, СП3-4аМ.

2.1.2 Обоснование выбора конденсаторов

При выборе конденсаторов для радиоэлектронных устройств, приходиться решать одну из противоположных по своему характеру задач. Прямая задача — по известному стандартному напряжению конденсатора найти максимально допустимые значения переменной и постоянной составляющих рабочего напряжения. Обратная задача заключается нахождения типа и стандартного напряжения конденсаторов по рабочему режиму.

Под номинальным напряжением понимается наибольшее напряжение между обкладкам конденсатора, при котором он способен работать с заданной надёжностью в установленном диапазоне рабочих температур. Номинальное напряжение, оговоренное стандартами, называется стандартным напряжением - оно маркируется на конденсаторах, выпускаемых согласно действующих стандартов. Под рабочим напряжением подразумевается значения постоянного и переменного напряжения, которые действуют на конденсаторе при его работе.

Прямая задача нахождения рабочего напряжения по стандартному решается с помощью условий, оговоренных в действующих стандартах. Однако эти условия справедливы лишь для тех случаев, когда переменная составляющая (пульсация) напряжения на конденсаторе меняется по закону гармонического колебания.

Для решения обратной задачи - нахождения типа и стандартного напряжения конденсатора по рабочему режиму, необходимо вначале найти минимальное напряжение, а затем выбрать ближайшее к нему стандартное значение.

Величина рабочего напряжения конденсатора ограничивается тремя требованиями:

а) конденсатор не должен перегреваться;

б) перенапряжение на нём недопустимо;

в) он должен быть защищен от прохождения обратных токов, если это
полярный оксидный конденсатор.

Для того чтобы конденсатор не перегревался, следует рассчитать выделяемую на нём реактивную мощность. Она не должна превышать номинальную мощность конденсатора.

Чтобы защитить конденсатор от перенапряжения, рабочее напряжение на нём не должно превышать номинальное. Это условие формулируется в стандартах как сумма постоянной составляющей и амплитуды переменной составляющей рабочего напряжения не должна быть больше стандартного напряжения.

Полярные оксидные конденсаторы, помимо перегрева и перенапряжения, должны быть защищены от прохождения разрушающих обратных токов. Чтобы оксидная плёнка была непроводящей, потенциал оксидированного метала (анода) должен всегда превышать потенциал второго электрода (катода). С этой целью в стандартах оговаривается, что амплитуда переменной составляющей напряжения не должна превышать постоянную составляющую.

Конденсаторы подходящие для разрабатываемого мной устройства:

К53-14; К50-35.

2.1.3 Обоснование выбора микросхем

Основу устройства составляют интегральные микросхемы серии 561 (КМОП), построенные на полевых транзисторах. Она отличается малым потреблением электроэнергии, в отличии от других серий. Перечислим параметры некоторых из них.

К561ЛН2

Микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ с буферным выходом. ИС не имеет защитных диодов, подключенных анодами к шине питания, что позволяет подавать на вход микросхемы напряжение, превышающее напряжение питания. Поэтому она может быть использована для согласования выходных уровней КМОП с входами ТТЛ-схем. Содержит 19 интегральных элементов. Корпус типа 201.14-1, масса не более 1 г и 4306.14-А.

Электрические параметры

Напряжение питания ............................3...15 В

Выходное напряжение низкого уровня при воздействии помехи:

при U_п=10 В.........................................<2,9 В

при U_п=5 В..........................................<0,95 В

Выходное напряжение высокого уровня при воздействии помехи:

при U_п=10 В.........................................<7,2 В

при U_п=5 В...........................................<3,6 В

Ток потребления:

при U_п=15 В.........................................<2 мкА

при U_п=18 В........................................<20 мкА

Входной ток низкого (высокого) уровня

при U_п=18 В.......................................<0,3 мкА

Выходной ток низкого уровня:

при U_п=10 В........................................>8 мА

при U_п=5 В..........................................>2,6 мА

Выходной ток высокого уровня.............> 1,25 мА

Ток утечки закрытого ключа при U_п=15 В.......>1 мкА

Время задержки распространения при включении:

при U_п=10 В.........................................<50 нс

при U_п=5 В...........................................<110 нс

Время задержки распространения при выключении:

при U_п=10 В..........................................<90 нс

при U_п=5 В............................................<120 нс

Входная емкость при U_п=10 В..................<30 пФ

К561ИЕ10

Микросхема представляет собой два четырехразрядных счетчика. Содержит 354 интегральных элемента. Корпус типа 238.16-1, 2103.16-с, масса не более 1,5 г и 4307.16-А.

Электрические параметры

Напряжение питания...............................................3...15 В

Выходное напряжение низкого уровня при U_п=5 В;

U_п=10 В...................................................................<0,01 В

Выходное напряжение высокого уровня:

при U_п=5 В.............................................................>4,99В

при U_п=10 В...........................................................>9,99 В

Максимальное выходное напряжение низкого уровня:

при U_п=5 В..............................................................<0,8 В

при U_п=10 В.............................................................<1 В

Минимальное выходное напряжение высокого

уровня:

при U_п=5 В...............................................................>4,2 В

при U_п=10 В..............................................................>9 В

Ток потребления:

при U_п=5 В...............................................................<50 мкА

при U_п=10 В.............................................................<100 мкА

Входной ток низкого уровня при U_n — 10 В............<0,2 мкА

Входной ток высокого уровня при (7_п = 10 В...........<0,2 мкА

Выходной ток низкого уровня:

при U_п=5 В.................................................................>0,2 мА

при U_п=10 В...............................................................>0,5 мА

Выходной ток высокого уровня при U_п=5 В;

при U_n = 10 В...............................................................>0,2 мА

Время задержки распространения при включении

(выключении):

при U_п=5 В.................................................................<1500 нc

при U_п=10 В...............................................................<500 нc

Предельно допустимые режимы эксплуатации

Напряжение питания.......................................................3...15 В

Напряжение на входах….......................................-0,2...( U_п+0,2) В

Максимальный ток на один (любой) вывод…………..40 мА

Максимальная потребляемая мощность……………..150 мВт

Температура окружающей среды……………………-45...+85 °С

Выбранные микросхемы подходят для разрабатываемого мной устройства по всем характеристикам.

2.1.4 Обоснование выбора диодов

В схеме используется диод КД 521В Выберем наиболее подходящий диод из ниже приведённого списка.

Таблица 2.1.4

Нашим требованиям удовлетворяют все диоды, но выбираем наиболее дешёвый малогабаритный диод типа КД 521В.

2.1.5 Обоснование выбора транзисторов

Произведём выбор наиболее подходящего полупроводникового прибора из ниже приведённого списка.

Таблица 2.1.5.1

Выбираем транзистор с наибольшим коэффициентом усиления типа КТ3102А.

Таблица 2.1.5.2

Выбираем транзистор с наибольшим статическим коэффициентом типа КТ837Ф.

3 Расчётная часть

3.1 Расчёт надёжности

Расчет надежности проводится на этапе проектирования. Для расчета задаются ориентирные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры в нутри блока. Для большинства маломощных полупроводниковых устройств она не превышает 40⁰С.

Для различных элементов при расчетах надежности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеивания, для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов - прямой ток.

Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1,5 -2 раза выше напряжения источника питания. Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1

Допустимую мощность рассеяния следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать в половину меньше согласно таблице 3.1.1.

Для конденсаторов номинальным параметром в расчете надёжности считается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя из напряжения источника питания U_н, для конденсатора следует брать в два раза (или в полтора) больше напряжения источника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторы выпускают на допустимое напряжение (в вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.

Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения на обкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования практически не применяются.

Фактическое значение (U_ф) для конденсаторов расчёте надежности следует брать в половину меньше выбранного.

Для транзисторов номинальный параметр Р_к допустимое

следует брать из справочников.

Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока I_ПР . Брать в справочниках.

Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендации таблицы 3.1.1.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается. Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в более жёстких условиях: при повышенной температуре, влажности, при ударах л вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надёжность аппаратуры имеет температура.

Определяя интенсивность отказов при t° - 20°С приведены в таблице 3.1.2.

Интенсивность отказов обозначается λ_o. Измеряется λ_o в ( 1/час ).

Таблица 3.1.2

Порядок расчета.

В таблицу заносятся данные из принципиальной схемы.

Таблица заполняется по колонкам. В 1 колонку заносятся наименования элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а дается только его ёмкость. В этом случае следует по емкости, и выбрать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.

Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.

Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур. (Большие интегральные схемы не применяются в курсовых и дипломных проектах).

В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 40⁰С.

Далее следует заполнить колонку 6. пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.

Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 3.1.1.

Коэффициенты нагрузок.

Для транзисторов:

k_н = P_ф / P_кдоп = P_ф / P_н

k_н=12,5/25=0,5

Для диодов:

k_н = I_ф/I_прср= I_ф/I_н

k_н = 0,5/1=0,5

Для резисторов:

k_н = P_ф / P_н

k_н =0,06/0,125=0,5

Для конденсаторов:

k_н = P_ф / P_н

k_н =8/16=0,5

Если k_н в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать k_н - 0,5.

Колонка 7 заполняется по справочнику.

Далее определяется коэффициент влияния (а), которое показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (а) по таблице 3.1.3 .

При k = 0,5 и t=40⁰С значение, а будет =

Для полупроводниковых приборов 0,3

Для керамических конденсаторов 0,5

Для бумажных конденсаторов 0,8

Для электролитических конденсаторов 0,9

Для металлодиэлектрических или

металооксидных резисторов 0,8

Для силовых трансформаторов 0,6

Таблица 3.1.3

Для германиевых полупроводниковых диодов а брать таким, как у кремниевых. Если в таблице нет тех элементов, которые есть а конкретном схеме, следует спросить у преподавателя, как быть.

Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 3.1.2.

Колонка 11 λi = а *λ0. Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует, на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае λi в колонке 11: λi = λ_о *a*a₁ *a₂ *a₃

где а - коэффициент влияния температуры;

a₁ - коэффициент влияния механических воздействий;

а₂ - коэффициент влияния влажности;

a₃ - коэффициент влияния атмосферного давления.

Значения a_1, a₂ и a₃ определяются по нижеследующим таблицам.

Коэффициент влияния механических воздействий.

Таблица 3.1.4

Коэффициент влияния влажности

Таблица 3.1.5

Коэффициент влияния атмосферного давления

Таблица 3.1.6

Когда колонка 12 заполнена, можно рассчитать среднее время наработки на отказ Тср,

Для этого суммируют все значения колонки 12, получая ∑ λc.

Тогда Тср=1/∑λc(час)

Следует помнить, что ∑λc - число, умноженное на 10ֿ⁶, т.е. при делении 10ֿ⁶ перейдет в числитель.

∑λc = 9,49*10^-6

Тср = 1/9,49*10^-6

Тср = 10⁶/9,49=105374,08 часов.

Расчет надежности функционального узла

3.2 Расчет узкого места

1.  Рассчитаем минимальный диаметр контактной площадки

D _kmin =2Вm + d₀ +1.5h_ф +2∆_л+C₁ (3.2.1)

D _kmin = 2 x 0,025 +0,33+1,5 x 0,3+2 x 0,23 + 0,3

D _kmin = 1,59 мм

Где Вm – расстояние от края просверленной линии до края контактной площадки.

d₀ - номинальный диаметр металлизированного отверстия.

h_ф – толщина фольги

∆_л =∆_м L/100- изменение длинны печатной платы при нестабильности линейных размеров.

Где L – размер большой длинны печатной платы

∆_м - изменение контактной площадки при нестабильности линейных размеров (обычно 0,3 мм)

С₁ – поправочный коэффициент

С1 учитывает погрешности при центровке, сверлении, при изготовлении фото шаблона и др.

Толщина фольги – 0,3 – 0,5мм

Печатные платы размером более 240*240мм – 1 класс плотности

Для плат размером меньше 240*240мм больше 170*170мм – 1 и 2 классы плотности, платы меньших размеров 3 класс плотности.

∆_л =∆_м L/100 (3.2.2)

∆_л = 0,2*117/100

∆_л = 0,23мм

2. Рассчитываем максимальный диаметр контактной площадки

D _kmах =2Вm + d₀ +1,5h_ф +2∆_л+C₂ (3.2.3)

D _kmax = 2 x 0,025 + 0,33+1,5 x 0,3+2 x 0,23+0,35

D _kmax = 1,64 мм

Минимальное расстояние для прокладки n проводников между двумя контактными площадками должно обеспечиваться при максимальном диаметре контактной площадки и максимальной ширине проводника с учетом погрешности ∆_ш

3.  Минимальное расстояние для прокладки n проводников.

L_min = 0,5(D_k1min + D_k2max) + 2∆_ш +(T_max + ∆_ш)n + S(n+1) < kh, (3.2.4)

Где T_max = T + ∆_ш + 2∆_э

k – число клеток координатной сетки

h – шаг координатной сетки

∆_э – погрешность при экспонировании.

L_min = 0,5(D_k1min + D_k2max) + 2∆_ш +(T_max + ∆_ш)n + S(n+1) < kh, (3.2.4)

T _max = T + ∆_ш + 2∆_э (3.2.5)

T _max = 0,15 + 0,03 + 2 х 0,03 = 0,24 мм

L _min = 0,5(1,59 + 1,64) + 2 x 0,03 + (0,24+0,03) x 2 + 0,25(2 + 1) <

L _min= 2,97 < 3

3.3 Расчет теплового сопротивления

При исследовании тепловых режимов некоторых конструкций возникает задача определения теплового сопротивления от интегральной схемы к корпусу блока. Определим тепловое сопротивление при передаче тепловой энергии от корпуса ИС к блоку по твердым частям конструкции, по которым передаётся тепло: зазор между корпусом ИС и теплопроводящей шиной заполнен теплопроводящим материалом; от шины тепло передаётся через тепловые контакты на каркас субблока и от каркаса субблока к стенке блока.

 Полное тепловое сопротивление – Rполн = Rз+Rш1 +Rш2+Rст+Rк1+Rк2, где:

Rз – тепловое сопротивление зазора,

Rш – тепловые сопротивления между шиной и сторонами каркаса,

Rк – тепловые сопротивления контакта шины – каркас субблока,

Rст – тепловое сопротивление стенки каркаса.

Исходные данные:

1.  Площадь основания корпуса - Sк = 0,004446 м².

2.  Толщина зазора между корпусом ИС и шиной - hз = 0,003 м.

3.  Коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор - Λз = 2,76 × 10^-2 Вт/мК.

4.  Материал зазора - воздух.

5.  Размеры шины: ширина bш - 0,002 м, высота hш - 0,0005 м.

6.  Расстояние от ИС до стенок каркаса: ℓ1 = 0,024 м, ℓ1 = 0,07 м.

7.  Материал шины - медь.

8.  Коэффициент теплопроводности шины - Λш = 400 Вт/мК.

9.  Удельная тепловая проводимость контакта шина – каркас: áк1 = áк2 = 12 × 10⁴ Вт/мК.

10.  Длина стенки каркаса - lк = 0.125 м, ширина стенки каркаса - bк = 0,05 м, толщина стенки каркаса - hк = 0,005 м.

11.  Материал каркаса – алюминий, коэффициент теплопроводности - Λк = 196 Вт/мК.

Расчет

1.  Определяем тепловое сопротивление зазора:

Rз = hз / (Λз × Sк) (3.3.1)

Где hз – толщина зазора в метрах,

Λз – коэффициент теплопроводности материала зазора,

Sк – площадь основания корпуса.

Rз = 0,03 м / (400 Вт/мК × 0,004446 м²) = 1,69 Ом

Λз берём из таблицы №1

Таблица №1

2. Найдём площадь поперечного сечения теплопроводящей шины:

Sш = bш × hш (3.3.2)

Sш = 2 × 0,5 = 1 м².

3. Определим тепловые сопротивления между шиной и сторонами каркаса:

Rш1 = ℓ1 / (Λз × Sк) (3.3.3)

Rш1 = ℓ2 / (Λз × Sк) (3.3.4)

 Rш1 = 0,024 м / (400 Вт/мК × 1 мм²) = 0,00006Ом

 Rш2 = 0,07 м / (400 Вт/мК × 1 мм²) = 0,0000175Ом

4. Определим тепловое сопротивление контакта шины с каркасом:

Площадь контакта:

Sк = bш × hк (3.3.5)

Где bш – ширина шины,

 hк – толщина стенки корпуса.

Sк = 2 × 0,5 = 1 мм²

Rк1 = 1 / (áк1 × Sк) (3.3.6)

Rк1 = 1 / (12 Вт/мК × 1 мм² ) = 0,83 К/Вт

Коэффициент áк1 находим из таблицы №2.

Таблица №2

5. Находим тепловое сопротивление стенки каркаса:

Rст = bк / (Λк × bк × lк) (3.3.7)

Где bк – ширина корпуса.

Rст = 0,105 м / (196 Вт/мК × 125 мм ) = 0,000041 К/Вт.

6.Находим тепловое сопротивление контакта

Rк2 = 1 / (áк2 × Sк2) (3.3.8)

Где Sк2 = hк × lк, где lк – длина стенки корпуса.

Sк2 = 0,5 × 125 = 62,5 мм²

Rк2 = 1 / (12 Вт/мК × 62,5 мм²) = 0,0013 К/Вт.

7. Рассчитываем полное тепловое сопротивление:

Rполн = Rз + Rш1 + Rш2 + Rст + Rк1 + Rк2 (3.3.9)

Rполн = 1,69 + 0,00006 + 0,0000175 + 0,000041 + 0,0013 = 1,69 К/Вт.

 Исходя из произведённого расчёта полное тепловое сопротивление ИС составит 1,69 К/Вт.

Нагрев незначительный, поэтому теплоотвод для схемы не требуется.

3.4 Расчет коэффициента заполнения печатной платы

Расчет коэффициента заполнения печатной платы можно сделать по сборочному чертежу платы. Для этого надо измерить площадь, занимаемую элементом вместе с выступающими за корпус выводами.(Посадочное место). В плане (плоскости) все посадочные места можно рассматривать как прямоугольники и окружности. Как известно, площадь прямоугольника равна произведению длины на ширину прямоугольника, а площадь круга

S = πD²/4 , где

D – диаметр круга, а π – физическая константа, равная 3,14

Расчет следует вести с использованием таблицы 3.4.1

Таблица заполняется, после чего надо сложить все цифры последнего столбца. Таким образом будет найдена площадь, занимаемая всеми элементами схемы S элемент.

Площадь печатной платы - S платы равна произведению ее длины на ширину. Коэффициент заполнения печатной платы

S элемент = 2101,1 мм²

К зап = S элемент / S платы х 100%

К зап = 2101,1 / 4516,2 х 100% = 214,94

4 Конструкторская часть

4.1 Обоснование разработка трассировки печатной платы

Печатные платы – это элементы конструкций предназначенных для соединения элементов электрической цепи при помощи печатных проводников. Печатные платы состоят из диэлектрического основания, на котором расположены плоские проводники. Они обеспечивают соединение элементов. Применение печатных плат позволяет увеличить плотность монтажа. Они дают возможность получить в одном технологическом цикле проводники и экранирующие поверхности. Печатные платы гарантируют повторяемость характеристик, особенно паразитных. Повышается стойкость к механическим и климатическим воздействиям, обеспечивается унификация сложных изделий и повышается надёжность. Платы дают возможность механизировать и автоматизировать монтажно-сборочные, регулировочные и контрольные работы, при этом снижается трудоёмкость работ и стоимость изделия. Недостатком печатных плат является сложность внесения изменений в конструкцию и плохая ремонтопригодность.

Основание должно быть однородным по цвету, монолитным, без внутренних пузырей и раковин, без посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вскрошения металла, царапины, следы от удаления отдельных не вытравленных участков, контурное просветление.

Проводящий рисунок должен быть четкий, с ровными краями, без вздутий, следов инструмента. Отдельные протравы (5 точек на 1 дм²) при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально допустимой по чертежу.

Допускаются риски глубиной менее 25 мкм и длинной до 6 мм.

Допускаются отслоения проводника в одном месте не более 4 мм.

При наличии критических дефектов, печатные проводники могут дублироваться объёмными не более 5 для плат 120х180 мм и не более 10 для плат большего размера.

Связь между сторонами платы осуществляется при помощи монтажных отверстий. При помощи их крепятся элементы. Вокруг монтажного отверстия делается ободок, который называется контактной площадкой. Его ширина не менее 50 мкм. Разрывы не допускаются. Допускаются отдельные отслоения контактных площадок до 2% и их ремонт при помощи эпоксидного клея, после чего они должны выдерживать три пайки.

При воздействии повышенной температуры, контактные площадки должны держать температуру порядка 290 °С не менее 10 сек без разрывов и отслоения.

Печатные платы классифицируются по параметрам и применению.

Односторонние печатные платы просты и экономичны. Применяются для монтажа бытовой радиоаппаратуры, техники связи, источников питания и т.д. Обычно они выполняются на слоистом или листовом основании: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит. Монтажные отверстия могут быть металлизированными и не металлизированными. На одной стороне расположен печатный монтаж, а на другой объёмные элементы; крепёж, арматура, тепло отводы и т.д.

Двухсторонние печатные платы. У них печатный рисунок располагается с двух сторон, а элементы, как правило, с одной стороны. Связь между сторонами осуществляется при помощи металлизированных сквозных отверстий.

Проводные печатные платы применяются в опытном производстве при макетировании. На плате делают контактные площадки, на которые размещают элементы. Связь между ними осуществляют при помощи проводов.

Печатные проводники желательно располагать параллельно друг к другу. При необходимости угол печатного проводника 45°.

Узкие проводники легко отслаиваются. Для их закрепления используют сквозные отверстия через каждые 25 – 30 мм, или расширяются контактные площадки 1х1 мм. Если ширина экрана более 5 мм, то в экране надо делать вырезы, т.к. при нагреве медь расширяется и может покоробиться.

Печатные платы в зависимости от минимальной ширины печатных проводников и минимального зазора между ними делят на три класса. К классу 1 относятся платы с пониженной плотностью монтажа, у которых ширина проводников и зазор между ними должен быть не менее 0,5 мм. Класс 2 образуют платы с повышенной плотностью монтажа, имеющие ширину проводников и зазоры не менее 0,25 мм. Платы с шириной проводников и зазорами до 0,15 мм (класс 3) имеют высокую плотность монтажа. Платы этого класса следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях.

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом. Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника.

Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25 мм. Шаг 1,25 мм применяют в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм. Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки. Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки. Если устанавливаемый элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки.

Диаметр отверстия в печатной плате должен быть больше диметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента. При диаметре вывода до 0.8мм диаметр не металлизированного отверстия делают на 0,2 мм больше диаметра вывода; при диаметре вывода более 0,8 мм – на 0,3 мм больше.

Диаметр металлизированного отверстия зависит от диаметра вставляемого в него вывода и от толщины платы. Связано это с тем, что при гальваническом осаждении металла на стенках отверстия малого диаметра, сделанного в толстой плате, толщина слоя металла получится неравномерной, а при большом отношении длины к диаметру некоторые места могут остаться непокрытыми. Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее половины толщины платы.

Чтобы обеспечить надежное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Контактные площадки отверстий рекомендуется делать в виде кольца.

Для не металлизированных отверстий и торцов плат шероховатость поверхности делают такой, чтобы параметр шероховатости R_z < 80. У металлизированных отверстий и торцов шероховатость должна быть лучше: R_z < 40.

Отверстия на плате нужно располагать таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не меньше толщины платы. В противном случае перемычка между отверстиями не будет иметь достаточно механической прочности.

Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы от планарных корпусов, рекомендуется делать прямоугольными.

Печатные проводники рекомендуется выполнять прямоугольной конфигурации, располагая их параллельно линиям координатной сетки.

Проводники на всем их протяжении должны иметь одинаковую ширину. Если один или несколько проводников проходят через узкое место, ширина проводников может быть уменьшена. При этом длина участка, на котором уменьшена ширина, должна быть минимальной.

Следует иметь в виду, что узкие проводники (шириной 0,3 – 0,4 мм) могут, отслаивается от изоляционного основания при незначительных нагрузка. Если такие проводники имеют большую длину, то следует увеличивать прочность сцепления проводника с основанием, располагая через каждые 25 - 30 мм по длине проводника металлизированные отверстия или местные уширения типа контактной площадки с размерами 1 х 1 или более.

Если проводник проходит в узком месте между двумя отверстиями, то нужно прокладывать его так, чтобы он был перпендикулярен линии, соединяющей центры отверстий. При этом можно обеспечить максимальную ширину проводников и максимальное расстояние между ними.

Экраны и проводники шириной более 5 мм следует выполнять с вырезами. Связано это с тем, что при нагреве плат в процессе пайки изоляционного основания могут выделяться газы. Если проводник или экран имеют большую ширину, то газы, не находят выхода могут вспучивать фольгу. Формы вырезов может быть произвольной.

Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами называют печатным узлом.

Если ЭРЭ имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстия печатной платы и запаивают. Если корпус ЭРЭ имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим контактным площадкам внахлест.

ЭРЭ со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны. Это обеспечивает возможность использования высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной». Для ЭРЭ с планарными выводами пайку «волной» применять нельзя. Поэтому их можно располагать с двух сторон печатной платы. При этом обеспечивается большая плотность монтажа, так как на одной и той же плате можно расположить большее количество элементов.

При размещении ЭРЭ на печатной плате необходимо учитывать следующее:

полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.);

должна быть предусмотрена возможность конвенции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты;

должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы

Если элемент имеет электропроводный корпус и под корпусом проходит проводник, то необходимо предусмотреть изоляцию корпуса или проводника. Изоляцию можно осуществлять надеванием на корпус элемента трубок из изоляционного материала, нанесением тонкого слоя эпоксидной смолы на плату в зоне расположения корпуса, наклеиванием на плату тонких изоляционных прокладок.

Эти элементы могут работать при более жестких механических воздействиях, чем установленные.

В зависимости от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы – их нужно крепить дополнительно за корпус.

При установке транзисторов в аппаратуре работающей в условиях вибрации и ударов, корпус должен быть приклеен к плате или к переходной втулке.

ЭРЭ должны располагаться на печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны или перпендикулярны друг другу.

На платах с большим количеством микросхем в однотипных корпусах их следует располагать правильными рядами.

Зазор между корпусами должен быть менее 1,5 мм (в одном из направлений).

Элементы, имеющие большую массу, следует размещать вблизи мест крепления платы или выносить их за пределы платы и закреплять на шасси аппарата.

Так как печатные платы имеют малые расстояния между проводниками, то воздействие влаги может привести к таким ухудшениям сопротивления изоляции, при которых будет нарушаться нормальная работа схемы. Поэтому печатные узлы, которые будут работать в сложных климатических условиях, необходимо покрывать слоем лака.

Используемые для этого лаки должны иметь следующие свойства: хорошую адгезию к материалу платы и печатным проводникам; малую влагопоглощаемость; большое сопротивление изоляции; способность быстро высыхать при невысокой плюсовой температуре; отсутствие растрескивания в диапазоне рабочих температур.

4.2 Обоснование разработки компоновки печатной платы

Наиболее распространенная сборочная единица КТУ-1 (ячейка) представляет собою монтажную плату с установленными на ней корпусными ЭРЭ и другими элементами конструкции и внешней коммутации. Основными типами ЭРЭ в современных радиоаппаратах являются ИМС, поэтому в дальнейшем будем говорить лишь об установке ИМС на плату с печатным или проводным монтажом. При этом будем иметь в виду, что аналогичные общие требования предъявляются и к установке дискретных корпусных ЭРЭ.

Выбор варианта установки ИМС на плате ячейки определяет ряд основных параметров электронных устройств. Чем плотнее установка ИМС на плате, тем меньше будут габаритные размеры устройства, длины сигнальных связей и количество усилителей — ретрансляторов сигналов; однако при этом усложняется задача автоматизации проектирования и выполнения монтажа, а следовательно, и стоимость монтажной платы; требуются печатные платы с повышенной плотностью и елейностью монтажа, при этом увеличиваются перекрестные наводки между сигнальными цепями; делается более напряженным температурный режим ИМС и усложняется решение задачи теплоотвода в устройстве в целом. Поэтому определение варианта установки ИМС на плате должно производиться в соответствии с требованиями к конкретному радиоэлектронному аппарату и с учетом характеристик ИМС, выбранных для обеспечения этих общих требований.

Для бортового оборудования аэрокосмических объектов с малой производительностью, использующих микромощные ИМС низкого быстродействия, плотность установки ИМС на плате должна быть максимально возможной; это обеспечит необходимые минимальные габаритные размеры оборудования и при малых мощностях и низком быстродействии ИМС не приведет к каким-либо затруднениям в отношении тепловых режимов и помехоустойчивости.

Для больших универсальных ЭВМ высокой производительности, в которых используют наиболее быстродействующие ИМС, потребляющие достаточно высокие мощности, чрезмерное повышение плотности компоновки ИМС нецелесообразно.

Для любых типов корпусов рекомендуется линейно-многорядное расположение ИМС на плате с шагом, кратным 2,5 мм; зазоры между корпусами должны быть не менее 1,5 мм.

ИМС в корпусах со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы; штыревые выводы монтируют в сквозные металлизированные отверстия, и концы выводов выступают с обратной стороны платы.

Корпуса ИМС с планарными выводами можно устанавливать на печатных платах с обеих сторон, монтируя выводы на металлизированные контактные площадки, если это позволяет конструкция самой печатной платы.

Штыревые выводы располагают на корпусах ИМС с шагом 2,5 мм, планарные — с шагом 1,25 мм. Площадь и высота корпуса со штыревыми выводами при одинаковом числе выводов больше, чем у корпуса с планарными выводами. Учитывая возможность двусторонней установки ИМС в корпусах с планарными выводами на печатной плате, можно сказать, что при прочих равных условиях плотность компоновки ИМС в корпусах с планарными выводами может в несколько раз превосходить плотность компоновки ИМС со штыревыми выводами.

Однако корпуса со штыревыми выводами имеют существенное преимущество перед корпусами с планарными выводами — их установка и пайка на плате проще поддаются автоматизации.

Из сказанного следует, что ИМС в корпусах со штыревыми выводами используют в ЭВМ общего применения, для которых важен фактор низкой стоимости; ИМС в корпусах с планарными выводами, в основном, используют в военной, аэрокосмической и другой специальной аппаратуре.

На одной плате желательно устанавливать ИМС в корпусах с каким-либо одним типом выводов.

Штыревые выводы, запаянные в сквозные металлизированные отверстия, являются надежным механическим креплением корпуса ИМС на плате.

Планарные выводы удерживают корпус ИМС на плате в результате склейки контактных площадок с диэлектрическим основанием; такое крепление может быть недостаточным для корпусов с большой массой, если аппаратура подвергается заметным механическим воздействиям. В этих случаях должно предусматриваться дополнительное крепление корпуса ИМС к плате, например, с помощью клея.

Перед установкой ИМС на печатную плату выводы ИМС должны быть отформованы и подрезаны в соответствии с выбранным способом установки ИМС. При этом необходимо соблюдать требования технических условий на ИМС в отношении минимально допустимого расстояния от корпуса до места изгиба вывода, радиуса изгиба вывода, расстояния от корпуса до места пайки,

Формовку и подрезку выводов производят с помощью специальных приспособлений, обеспечивающих неподвижность выводов в местах их соединения с корпусом ИМС; это делается во избежание нарушения герметичности корпуса и последующего выхода ИМС из строя.

Рис. 4.2.1 Виды формовки выводов и установки ИМС в корпусах

401.14 (а —в) и 301ПЛ14-1 (г):

а — без зазора; б — с зазором; в — с прокладкой; г — с гибкой и планарной пайкой выводов

На рис.4.2.1 показаны применяемые виды формовки выводов и установки ИМС в различных корпусах. Изоляционные прокладки устанавливают под корпуса ИМС в тех случаях, когда необходимо их механическое крепление к плате. При этом под корпусом ИМС проходят металлические проводники сигнальных цепей или цепей питания.

Рис.4.2.2 Виды формовки выводов и установки дискретных ЭРЭ с круглыми выводами.

Металлические прокладки под корпусами ИМС используются в качестве радиаторов; для улучшения теплоотводящих свойств таких прокладок их поверхность может быть развита за пределами корпуса ИМС; один такой радиатор может использоваться для установки нескольких ИМС. Между металлической прокладкой-радиатором и внешним слоем печатного монтажа платы помещается изоляционная прокладка.

При объединении на одной печатной плате ИМС в корпусах с планарными и штыревыми выводами последние можно отгибать на 90° и припаивать их как планарные к контактным площадкам. Таким же образом можно припаивать круглые выводы отдельных дискретных ЭРЭ (например, конденсаторов фильтрации цепей питания). Площадь контактных площадок под такими выводами должна быть достаточно большой, чтобы контактные площадки не отслоились от диэлектрического основания платы в результате перегрева при пайке более массивного вывода. Сам элемент должен быть закреплен за корпус (клеем, специальным держателем), чтобы пайка вывода не несла на себе механической нагрузки

Основной же способ закрепления дискретных ЭРЭ с круглыми выводами на печатной плате — пайка выводов в металлизированные отверстия. Используемые виды формовки выводов и установки дискретных ЭРЭ различной конструкции показаны на рис.4.2.2.

Если ячейку не используют в качестве ТЭЗ, а она является только конструктивным элементом сборочной единицы более высокого уровня, то на нее устанавливают контакты для пайки или накрутки внешних соединительных проводов. Если же ячейка предназначена для использования в качестве ТЭЗ, то для ее внешней коммутации на плату устанавливается разъем. При установке ЭРЭ на печатные платы необходимо обеспечивать:

работоспособность ЭРЭ в условиях, соответствующих эксплуатационным требованиям к ЭВМ;

удаление ИМС и других полупроводниковых приборов от наиболее тепловыделяющих элементов;

необходимые зазоры вокруг ЭРЭ и радиаторов с большим выделением тепла для прохождения охлаждающих потоков воздуха; установку ЭРЭ на изоляционные прокладки, если под ними проходит печатный монтаж;

защиту ЭРЭ и монтажа, расположенных вблизи ручек, используемых для вставления и вынимания ячеек;

свободный доступ к любому ЭРЭ для его замены в ячейках ремонтопригодной конструкции, а также подборочным и регулировочным элементам;

возможность выполнения технологических процессов ручной или механизированной установки ЭРЭ и групповой пайки;

возможность нанесения влагозащитного покрытия без попадания на места, не подлежащие покрытию (контакты разъемов, контрольные точки);

расположение наиболее массивных ЭРЭ и элементов конструкции (радиаторов, разъемов) ближе к местам крепежа платы для ячеек ЭВМ, работающих при значительных механических нагрузках.

В ячейках различной конструкции и назначения предусматриваются: ручки или специальные отверстия и прорези в печатных платах для вынимания ячеек из ЭВМ, контрольные точки для определения правильности функционирования ячеек в составе ЭВМ или при их предварительной проверке, внешние контакты ячеек под пайку или накрутку в составе сборочных единиц более высоких КТУ, шины подводки напряжений питания к ИМС, металлические накладки и рамки для окантовки печатных плат ячеек-ТЭЗ, используемых в условиях значительных механических воздействий, узлы крепления печатных плат к таким накладкам и рамкам, замки, обеспечивающие надежное крепление рамочных ячеек-ТЭЗ в составе ЭВМ.

5. Технологическая часть

5.1 Разработка и изготовление печатных плат

При разработке различных устройств радиолюбители пользуются обычно двумя способами изготовления печатных плат – прорезанием канавок и травлением рисунка, используя стойкую краску. Первый способ прост, но не пригоден для выполнения сложных устройств. Второй – более универсален, но порой пугает радиолюбителей сложностью из-за незнания некоторых правил при проектировании и изготовлении травленых плат. Об этих правилах и рассказывается в разделе.

Проектировать печатные платы наиболее удобно в масштабе 2:1 на миллиметровке или другом материале, на котором нанесена сетка с шагом 5мм. При проектировании в масштабе 1:1 рисунок получается мелким, плохо читаемым и поэтому при дальнейшей работе над печатной платой неизбежны ошибки. Масштаб 4:1 приводит к большим размерам чертежа и неудобству в работе.

Все отверстия под выводы деталей в печатной плате целесообразно размещать в узлах сетки, что соответствует шагу 2,5 мм на реальной плате (далее по тексту указаны реальные размеры). С таким шагом расположены выводы у большинства микросхем в пластмассовом корпусе, у многих транзисторов и других радиокомпонентов. Меньшее расстояние между отверстиями следует выбирать лишь в тех случаях, когда это необходимо.

В отверстия с шагом 2,5 мм, лежащие на сторонах квадрата 7,5х7,5 мм, удобно монтировать микросхему в круглом металлостеклянном корпусе. Для установки на плату микросхемы в пластмассовом корпусе с двумя рядами жестких выводов в плате необходимо просверлить два ряда отверстий. Шаг отверстий – 2,5 мм, расстояние между рядами кратно 2,5 мм, заметим, что микросхемы с жесткими выводами требуют большей точности разметки и сверления отверстий.

Если размеры печатной платы заданы, вначале необходимо начертить её контур и крепёжные отверстия. Вокруг отверстий выделяют запретную для проводников зону с радиусом, несколько превышающим половину диаметра металлических крепёжных элементов. Далее следует примерно расставить наиболее крупные детали – реле, переключатели (если их впаивают в печатную плату), разъёмы, большие детали и т.д. Их размещение обычно связанно с общей конструкцией устройства, определяемой размерами имеющегося корпуса или свободного места в нём. Часто, особенно при разработке портативных приборов, размеры корпуса определяют по результатам разводки печатной платы.

Цифровые микросхемы предварительно расставляют на плате рядами с межрядными промежутками 7,5 мм. Если микросхем не более пяти, все печатные проводники обычно удаётся разместить на одной стороне платы и обойтись небольшим числом проволочных перемычек, впаиваемых со стороны деталей. Попытки изготовить одностороннюю печатную плату для большого числа цифровых микросхем приводят к резкому увеличению трудоёмкости разводки и чрезмерно большому числу перемычек. В этих случаях разумнее перейти к двусторонней печатной плате.

Условимся называть ту сторону платы, где размещены печатные проводники, стороной проводников, а обратную стороной деталей, даже если на ней вместе с деталями проложена часть проводников. Особый случай представляют платы, у которых и проводники, и детали размещены на одной стороне, причём детали припаяны к проводникам без отверстий. Платы такой конструкции применяют редко.

Микросхемы размещают так, чтобы все соединения на плате были возможно короче, а число перемычек было минимальным. В процессе разводки проводников взаимное размещение микросхем приходится менять не раз.

Рисунок печатных проводников аналоговых устройств любой сложности обычно удаётся развести на одной стороне платы. Аналоговые устройства работающие со слабыми сигналами, и цифровые на быстродействующих микросхемах (например, серий КР531, КР1531, К500, КР1554) независимо от частоты их работы их работы целесообразно собирать на платах с двусторонним фольгированием, причём фольга той стороны платы, где располагают детали, будет играть роль общего провода и экрана. Фольгу общего провода не следует использовать в качестве проводника для большого тока, например от выпрямителя блока питания, от выходных ступеней, от динамической головки. Далее можно начинать собственно разводку. Полезно заранее измерить и записать размеры мест, занимаемых используемыми элементами. Резисторы МЛТ - 0,125 устанавливают рядом, соблюдая расстояние между их осями 2,5 мм, а между отверстиями под выводы одного резистора – 10 мм. Так же размечают места для чередующихся резисторов МЛТ - 0,125 и МЛТ - 0,25, либо двух резисторов МЛТ - 0,25, если при монтаже слегка отогнуть один от другого (три таких резистора поставить вплотную к плате уже не удаётся). С такими же расстояниями между выводами и осями элементов устанавливают большинство малогабаритных диодов и конденсаторов КМ - 5 и КМ - 6, вплоть до КМ - 66 ёмкостью 2,2 мкФ. Не надо размещать бок о бок две “толстые” (более 2,5 мм) детали, их следует чередовать с “тонкими”. Если необходимо, расстояние между контактными площадками той или иной детали увеличивают относительно необходимого. В этой работе удобно использовать небольшую пластину – шаблон из стеклотекстолита или другого материала, в которой с шагом 2,5 мм насверлены рядами отверстия диаметром 1…1,1 мм, и на ней примерять возможное взаимное расположение элементов.

Если резисторы, диоды и другие детали с осевыми выводами располагать перпендикулярно печатной плате, можно существенно уменьшить её площадь, однако рисунок печатных проводников усложниться.

При разводке следует учитывать ограничения в числе проводников, умещающихся между контактными площадками, предназначенными для подпайки выводов радиоэлементов. Для большинства используемых в радиолюбительских конструкциях деталей диаметр отверстий под выводы может быть равен 0,8 мм. Ограничения на число проводников для типичных вариантов расположения контактных площадок с отверстиями такого диаметра приведены на рис. 135 (сетка соответствует шагу 2,5 мм на плате). Между контактными площадками отверстий с межцентровым расстоянием 2,5 мм провести проводник практически нельзя. Однако это можно сделать, если у одного или обоих отверстий такая площадка отсутствует (например, у неиспользуемых выводов микросхемы или у выводов любых деталей, припаиваемых на другой стороне платы. Вполне возможна прокладка проводников между контактной площадкой, центр которой лежит в 2,5 мм от края платы, и этим краем.

При использовании микросхем, у которых выводы расположены в плоскости корпуса (серии 133, К134 и др.), их можно смонтировать, предусмотрев для этого соответствующие фольговые контактные площадки с шагом 1,25 мм, однако это заметно затрудняет и разводку, и изготовление платы. Гораздо целесообразнее чередовать подпайку выводов микросхем к прямоугольным площадкам со стороны деталей и к круглым площадкам через отверстия на противоположной стороне. Плата здесь – двусторонняя. Подобные микросхемы, имеющие длинные выводы (например, серии 100), можно монтировать так же, как пластмассовые, изгибая выводы и пропуская их в отверстия платы. Контактные площадки в этом случае располагают в шахматном порядке.

При разработке двух сторонней платы надо постараться, чтобы на стороне деталей осталось возможно меньшее число соединений. Это облегчит исправление возможных ошибок, налаживание устройства и, если необходимо, его модернизацию. Под корпусами микро схем поводят лишь общий провод и провод питания, но подключать их нужно только к выводам питания микросхем. Проводники к входам микросхем, подключаемым к цепи питания или общему проводу, прокладывают на стороне проводников, причем так, чтобы их можно было легко перерезать при налаживании или усовершенствовании устройства.

Если же устройство настолько сложно, что на стороне деталей приходится прокладывать и проводники сигнальных цепей, позаботьтесь о том, чтобы любой из них был доступен для подключения к нему и перерезания.

При разработке радиолюбительских двухсторонних печатных плат нужно стремиться обойтись без специальных перемычек между сторонами платы, используя для этого контактные площадки соответствующих выводов монтируемых деталей; выводы в этих случаях пропаивают с обеих сторон платы. На сложных платах иногда удобно некоторые детали подпаивать непосредственно к печатным проводникам.

При использовании сплошного слоя фольги платы в роли общего провода отверстия под выводы, не подключаемые к этому проводу, следует раззенковать со стороны деталей.

Обычно узел, собранный на печатной плате, подключают к другим узлам устройства гибкими проводниками. Чтобы не испортить печатные проводники при многократных перепайках, желательно предусмотреть на плате в точках соединений контактные стойки (удобно использовать штыревые контакты диаметром 1 и 1,5 мм от разъемов 2РМ). Стойки вставляют в отверстия просверленные точно по диаметру и пропаивают. На двухсторонней печатной плате контактные площадки для распайки каждой стойки должны быть на обеих сторонах.

Предварительную разводку проводников удобно выполнять мягким карандашом на листе гладкой бумаги. Сторону печатных проводников рисуют сплошными линиям, обратную сторону – штриховыми.

По окончании разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу красящим слоем на верх и красной или зеленой шариковой ручкой обводят контуры платы, а также проводники и отверстия, относящиеся к стороне деталей. В результате на обратной стороне листа получится рисунок проводников для стороны деталей.

Далее следует вырезать из фольгированного материала заготовку соответствующих размеров и разместить ее с помощью штангельциркуля сеткой шагом 2,5 мм. Кстати, размеры платы удобно выбрать кратными 2,5 мм - в этом случае размечать ее можно с четырех сторон. Если плата должна иметь какие - либо вырезы, их делают после разметки. Двустороннюю плату размечают со стороны, где проводников больше.

После этого фломастером размечают «по клеточкам» центры всех отверстий, накалывают их шилом и сверлят все отверстия сверлом диаметром 0,8 мм.

Для сверления плат удобно пользоваться самодельной миниатюрной электродрелью. Ее изготавливают на основе небольшого электродвигателя, лучше низковольтного. На его валу укрепляют сменные латунные патроны вилки на разные диаметры D сверла.

Обычные самодельные сверла при обработке стеклотекстолита довольно быстро тупятся.

После сверления платы заусенцы с краев отверстий снимают сверлом большого диаметра или мелкозернистым бруском. Плату обезжиривают, протерев салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном, после чего, ориентируясь на положение отверстий, переносят на нее нитрокраской рисунок печатных проводников в соответствии с чертежом.

Для этого обычно используют стеклянный рейсфендер, но лучше изготовить простой самодельный чертежный инструмент. К концу обломанного ученического пера припаять укороченную до 10 … 15 мм инъекционную иглу диаметром 0,8 мм. Рабочую часть иглы надо зашлифовать на мелкозернистой наждачной бумаге.

В воронку инструмента каплями заливают нитрокраску и, осторожно взяв ее в губы, слегка дуют для того, чтобы краска прошла через канал иглы. После этого надо лишь следить за тем, чтобы воронка была наполнена краской не менее чем на половину.

Необходимую густоту краски определяют опытным путем по качеству проводимых линий. При необходимости ее разбавляют ацетоном или растворителем 647. Если же надо сделать краску более густой, ее оставляют на некоторое время в открытой посуде.

В первую очередь рисуют контактные площадки, а затем проводят соединения между ними; начиная с тех участников, где проводники расположены тесно. После того, как рисунок в основном готов, следует по возможности расширить проводники общего провода питания, что уменьшит их сопротивление и индуктивность, а значит, повысит стабильность работы устройства. Целесообразно также увеличить контактные площадки, особенно те, к которым будут припаяны стойки и крупногабаритные детали. Для защиты больших поверхностей фольги от травильного раствора их заклеивают любой липкой пленкой.

В случае ошибки при нанесении рисунка не торопитесь сразу же исправить ее – лучше поверх неверно нанесенного проводника проложить правильный, а лишнюю краску удалить при окончательном исправлении рисунка ( его проводят, пока краска не засохла). Острым скальпелем или бритвой прорезают удаляемый участок по границам, после чего его выскребают.

Специально сушить нитрокраску после нанесения рисунка не нужно. Пока вы исправляете плату, отмываете инструмент, краска сохнет. Для очистки канала иглы от краски удобно использовать отрезок тонкой стальной проволоки, который можно хранить в той же игле.

Травят плату обычно в растворе хлорного железа. Нормальной концентрацией раствора можно считать 20 … 50%. Автор разводит 500 г порошка хлорного железа в горячей кипяченой воде до получения общего объема раствора, равного 1 л. Раствор хранят в обычной литровой стеклянной банке, а перед травлением подогревают до 45 … 60° С, поставив банку в горячую воду.

Платы размерами до 130 х 65 мм удобно травить в этой же банке, подвесив их на медном обмоточном проводе диаметром 0,5 … 0,6 мм. Платы больших размеров травят в литровом полиэтиленовом пакете из под сока или фотографической кювете, для чего в угловые крепежные отверстия платы вставляют обломки спичек, обеспечивающие зазор 5 … 10 мм между платой и дном кюветы. Продолжительность травления – 10 …60 мин, она зависит от температуры, концентрации раствора, толщины медной фольги. Для интенсификации процесса раствор перемешивают, покачивая банку или кювету. Поскольку раствор быстро остывает, банку или кювету лучше поставить в другой сосуд больших габаритов с горячей водой, ее периодически подогревают или заменяют воду. Травление проводят под вытяжкой или в хорошо проветриваемом помещении.

Раствор можно использовать в течении нескольких лет. Существуют способы регенерации отработавшего раствора.

Протравленную плату отмывают от следов хлорного железа под струей горячей воды, одновременно очищая каким - либо скребком от рисунка, сделанного нитрокраской.

Промытую плату просушивают, рассверливают и при необходимости раззенковывают отверстия, в том числе и не имеющие контактной площадки, зачищают мелкозернистой наждачной бумагой, протирают салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном, а затем покрывают канифольным лаком (раствор канифоли в спирте).

Некоторые радиолюбители рекомендуют лудить все проводники платы. По мнению автора, такие платы выглядят весьма кустарно, кроме того, при лужении возможно замыкание соседних проводников перемычками из припоя.

Перед монтажом радио элементов на плату потемневшие выводы следует зачищать до блеска, лудить их необязательно. В качестве флюса лучше пользоваться канифольным лаком, а не твердой канифолью. Микросхемы следует подпаивать за кончики выводов, вставляя их в монтажные отверстия не до упора, а лишь до выхода выводов со стороны пайки на 0,5 … 0,8 мм, - это облегчит их демонтаж в случае ремонта и уменьшит вероятность замыканий в двухсторонних платах. Под радиоэлементы в металлических корпусах при монтаже на двустороннюю плату следует подложить бумажные прокладки и приклеить их к плате тем же канифольным лаком.

При монтаже полевых транзисторов с изолированным затвором и микросхем структуры МОП и КМОП для исключения случайного пробоя их статическим электричеством нужно уровнять потенциалы монтируемой платы паяльника и тела монтажника. Для этого на ручку паяльника достаточно намотать бандаж из нескольких витков неизолированного провода (или укрепить металлическое кольцо) и соединить его через резистор сопротивлением 100 … 200 кОм с металлическими частями паяльника. Конечно, обмотка паяльника не должна иметь контакта с его жалом. Во время монтажа следует касаться свободной рукой проводников питания на монтируемой плате. Если микросхема хранится в металлической коробке или ее выводы защищены фольгой, прежде чем взять микросхему, нужно дотронуться до коробки или фольги и «снять» статическое электричество.

Смонтированную плату желательно отмыть спиртом, пользуясь небольшой жесткой кистью, а затем покрыть канифольным лаком – такое покрытие, как ни странно, весьма влагостойко и сохранит «паяемость» платы на долгие годы, что удобно при ремонте и доработке устройства.

В заключение остается напомнить, что в журнале «Радио», 1996 г., 5, с. 59, 60 приведен указатель статей по радиолюбительской технологии и, в частности, по разработке и изготовлению печатных плат, различных приспособлений для монтажа, облегчающих труд радиолюбителя.

5.2 Особенности конструкции

Устройство собрано на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм. Она рассчитана на установку резисторов МЛТ-0,125 и им подобных. Подстроечные резисторы – СП3-38б или аналогичные импортные. Переменный резистор R43 – СП3-4аМ или другой, подходящий по размерам. Оксидные конденсаторы – К50-35 или импортные, за исключением С1 и С2, которые должны быть с малым током утечки, например К53-14. конденсатор С7 – керамический.

Микросхемы серии К561 можно заменить импортными аналогами: К561ЛН2 – CD4049A, К561ИЕ10 – CD4520A. Диоды – любые малогабаритные кремниевые. Вместо транзисторов КТ3102А могут быть установлены другие той же серии или серии КТ342. в качестве VT4-VT6 подойдут транзисторы серий КТ816, КТ818, КТ835, КТ 837. каждый из них следует снабдить теплоотводом.

Вилки Х1 – DB-25M; X2, X4, X5 – ОНП-КГ-29-3/8,0-4,5-В52-1; Х3 – ОНП-КГ-29-4/10,5-4,5-В52-1.

Плата установлена в стандартную заглушку пятидюймового отсека системного блока компьютера. Она закреплена гайкой, навинченной на резьбовую втулку переменного резистора R43.

6 Организационная часть

6.1 Организация рабочего места оператора при эксплуатации электронной аппаратуры

Для успешного монтажа электро- и радиоаппаратуры необходимо знать правила выполнения монтажных работ и их технологические особенности. Надо также знать, в каких условиях будет работать данный прибор, чтобы обеспечить удобство его ремонта при эксплуатации, замены отдельных деталей, доступность проверки работы цепей и блоков. Рабочим местом монтажника является монтажный стол или верстак, оснащенный необходимым оборудованием и приспособлениями. Правильная организация рабочего места существенно влияет на производительность труда рабочего и качество выполняемой продукции. На рабочем месте монтажника размещают все необходимые для выполнения текущей работы инструменты, детали и оборудование. Последним дополнением к рабочему столу монтажника являются кассы которые служат для хранения крепежных деталей и монтируемых радиодеталей. Они могут иметь самую разнообразную конструкцию. Инструменты раскладывают по ящикам стола в строгом порядке – по группам применения. Нельзя хранить в одном ящике измерительные, монтажные, сборочные и слесарные инструменты. Размещение инструментов в ящике должно быть продумано. Лучше всего хранить инструменты в ящиках со специально изготовленными для них гнездами, подобно тому, как это делается в готовальне. Измерительные инструменты обычно выдают монтажнику из инструментальной кладовой в специальных футлярах или укладочных ящиках, поэтому гнезд для их укладки в ящике не требуется.

Иногда с правой стороны стола крепят тески, на которых выполняют мелкие слесарные работы, встречающиеся при сборки или монтаже радио аппаратуры. Паяльник устанавливают на подставку. Для включения паяльника устанавливают колодку с несколькими штепсельными гнездами, к которым подводят напряжение от различных отводов обмотки трансформатора.

На монтажника устанавливают определенный трансформатор, рассчитанный на одно рабочее место. При установке трансформатора или колодки шнур располагают вне стола, что бы нечего не мешало передвижению паяльника. Подставку для паяльника изготавливают вместе с коробкой, разделенной на две части – для флюса и припоя. На дно коробки кладут прессшпан или плотную бумагу, которые при загрязнении флюсом выбрасывают в месте с ним. Количество флюса в коробке не должно превышать 4-5см³, его часто надо менять полностью. Припой также кладут в коробку в небольшом количестве, так как загрязненный нагаром и окалиной стержня паяльника он требует больше времени для плавлении, чем чистый. Загрязненный припой собирают в одно место для переплавки.

Стол монтажника должен быть хорошо освящен дневным светом. При искусственном освещение применяют лампочку не более 40-60Вт, создающие вполне достаточную освещенность рабочего места на расстоянии 0,5-0,75м от освещаемой плоскости. Свет должен падать равномерно; теней, затрудняющих работу монтажника, должно быть, возможно, меньше. При правильном освещении рабочего места не должно быть ослепляющего воздействия на глаза источника света, вызванного его чрезмерной яркостью. Очень удобна арматура с раздвижным или поворотным кронштейном и глубоким отражателем, в котором лампочка утопает целиком.

Технологическую карту помещают в рамку и располагают на специальном кронштейне, что бы она всегда находилась в поле зрения монтажника. Объект монтажа располагают в нормальной зоне движения рук рабочих.

Для удаления вредных испарений и продуктов горения, образующих в процессе пайки или сварки, на рабочем месте оборудуют вытяжную вентиляцию. Если применяют электро сварку в монтажных соединениях, рабочее место снабжают специальными щитами или занавесками, защищающими глаза от вредного воздействия дневного света сварочной дуги исходящей от соседних рабочих мест.

Что бы предохранить монтируемый прибор от повреждений, на рабочий стол монтажника укладывают коврик из губчатой резины, а для хранения легко воспламеняющих жидкостей используют металлический ящик.

7 Экономическая часть

7.1 Расчет себестоимости на устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

Себестоимость - изделия, детали представляет собой сумму затрат в денежном выражении на производство и реализацию, приходящихся на единицу продукции.

В курсовом проекте в зависимости от задания рассчитываются цеховая, производственная, полная себестоимость или оптовая цена.

Калькуляция – расчёт затрат на производство и реализацию единицы продукции по калькуляционным статьям расходов. В электронной промышленности в качестве калькуляционной единицы, как правило, принимается 1 или 1000 изделий.

Методика расчёта калькуляционных статей расходов приводится.

Статья №1. Сырьё и основные материалы

В эту статью включаются затраты на сырьё и основные материалы, которые образуют основу изготовляемой продукции или являются необходимыми компонентами при её изготовлении. Кроме затрат на основные материалы к полученному итогу добавляются надбавки на транспортные и заготовительные расходы в размере от 5…10 % и исключается сумма, получаемая от реализации отходов в размере 1…2 % от стоимости сырья и основных материалов. Стоимость всех материалов рассчитывается по оптовым ценам, установленным в действующих прейскурантах. Данные приведены в таблицах 1-2.

Таблица 1 Расчет материала на изготовление изделия

Таблица 2 Ведомость основных материалов и расчет их стоимости

Статья №2. Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

В эту статью включаются затраты на приобретение готовых изделий и полуфабрикатов, требующих дополнительных затрат труда на их обработку или сборку при укомплектовании выпускаемой продукции. Расчёт стоимости покупных полуфабрикатов и комплектующих изделий, производится аналогично расчёту стоимости основных материалов. Стоимость рассчитывается по оптовым ценам, установленным в действующих прейскурантах. Все выявленные данные по расходу радиодеталей и узлов в конечном счёте сводятся в таблицу 3.

Таблица 3 Расчет стоимости покупных комплектующих деталей

Статья №3. Основная заработная плата производственных рабочих

В эту статью включаются затраты на основную заработную плату как производственных рабочих, непосредственно связанных с изготовлением продукции. В состав основной заработной платы включаются: оплата операций и работ по сдельным нормам и расценкам. Расчет приведен в таблице 4.

Статья №3. Дополнительная заработная плата производственных рабочих

В эту статью включаются затраты на выплаты, предусмотренные законодательством о труде или коллективными договорами за не проработанное на производстве время: компенсация за неиспользованный отпуск; оплата льготных часов подростков; оплата времени, связанного с выполнением государственных и общественных обязанностей; выплата вознаграждения за выслугу лет и др

Принимается в размере 10-20% от основной зарплаты.

Данные приведены в таблице 4-5.

Таблица 4 Маршрут изготовления устройства

Таблица 5 Расчет трудоемкости и заработной платы основных производственных рабочих

Статья №5. Отчисления на социальное страхование

В эту статью включаются отчисления на социальное страхование по установленным нормам от суммы основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих.

О_соц.ст = (З_осн + З_доп) * 27 % / 100 %

О соц.ст.= 120,56*0,27 =32,55 руб.

Статья №6. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования

В эту статью включаются затраты на содержание, амортизацию и текущий ремонт производственного оборудования, цехового транспорта, приборов, рабочих мест. С разрешения вышестоящих организаций иногда допускается распределение расходов на содержание и эксплуатацию оборудования между отдельными видами изделий пропорционально основной заработной плате производственных рабочих .

 Исходные данные для расчёта затрат на содержание и эксплуатацию оборудования при определении себестоимости изделия берутся на предприятии, где будет изготавливаться проектируемое изделие в размере 80-300% от З осн. Например, если 100%,то

Р_сэо =100 % * З_осн / 100 %

Рсэо = 109,46 руб.

Статья №7. Цеховые расходы

В эту статью включаются затраты на заработную плату аппарата управления цехом; амортизация и затраты на содержание и текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря общецехового назначения; затраты на реализацию и изобретательство цехового характера; затраты на мероприятия по охране труда и другие расходы цеха, связанные с управлением обслуживания производства.

Для большинства предприятий этот процент составляет от 80 до300.

Например, если процент цеховых расходов равен 100, то цеховые расходы составляют:

Цр = 100/100 (Зосн + Рс.э.о.),

Цр =109,46+109,46=218,92 руб.

Найдем цеховую себестоимость:

С_Ц = М + П_ПОК + З_ОБ + О_СОЦ.СТ + Р_СЭО + Ц_Р

Сц = 103,76+357,5+120,56+32,55+109,46+218,92 =942,75 руб.

Статья №8. Общезаводские расходы

В эту статью включаются затраты, связанные с управлением предприятия и организацией производства в целом.     Общезаводские расходы определяются исходя из процента общезаводских расходов, принятого по данным предприятия, где предполагается организовать производство проектируемого объекта, и основной заработной платы производственных рабочих (без доплат по прогрессивно-премиальным системам) и расходов на содержание и эксплуатацию оборудования. Для большинства предприятий этот процент составляет от 80 до300.

Общезаводские расходы составят:

ОЗР = 80 / 100 (Зосн + Рс.э.о.),

ОЗР =218,92*0,8=175,14 руб.

Найдем производственную себестоимость:

С_ПР = С_Ц + ОЗР

Спр. =942,75 +175,14=1117,89руб.

Статья №9. Внепроизводственные расходы

В эту статью калькуляции включаются расходы, связанные с упаковкой и отправкой готовой продукции. Обычно их размер принимается 2…4 % от производственной стоимости.

После расчёта всех статей расходов необходимо составить сводную таблицу 6.

Полная себестоимость

С_ПОЛ = С_ПР + Р_ВПР

Спол.=1117,89 +22,36=1140,25руб.

Таблица 6 Плановая калькуляция на устройство управления вентиляторами компьютера через порт LPT

8 Охрана труда

В нашей стране в соответствие с основами законодательства РФ, о труде, контроль за соблюдением законодательства о труде о оране труда осуществляют специально уполномоченные государственные органы и инспекции, профессиональные союзы, а также состоящие в их ведении техническая и правовая инспекции труда.

На предприятии общее руководство по безопасности труда, промышленной санитарии и контроль за соблюдением законодательства по охране труда возложены на директора и главного инженера. Главному инженеру подчинен отдел безопасности труда, который ведет непосредственную работу по обеспечению безопасности труда и промышленной санитарии на предприятии.

Для предупреждения производственного травматизма на предприятии регулярно проводиться контроль безопасности труда и промышленной санитарии на отдельных рабочих местах, участках, в цехах и на предприятии в целом.

Для предотвращения несчастных случаев необходимы знание и строгое выполнение существующих положений, инструкций и требований по безопасности труда.

Все работающие и вновь поступившие на предприятие рабочие, служащие и инженерно-технические работники независимо от стажа и опыта работы проходят инструктаж и обучение по безопасному ведению работ на основании требований, соответствующих правил инструкций по безопасности труда и производственной санитарии. Инструктаж подразделяется на несколько основных видов.

1.  Вводный инструктаж проводится работником отдела охраны труда для вновь поступающих на предприятие, а так же для учащихся и студентов, направленных для прохождения производственной практики.

2.  Первичный инструктаж проводиться на рабочем месте непосредственном руководителем работ с лицами, вновь принятыми или переведенными из одного подразделения в другое, с одного вида оборудования на другое (даже в случае временного перевода). Цель его – подробное ознакомление работающих с особенностями выполнения конкретных работ с точки зрения безопасности труда и промышленной санитарии.

3.  Повторный (периодический) инструктаж проводится со всеми работниками не реже одного раза в 6 месяцев, а на особо вредных и опасных участках работы – не реже 1-го раза в 3 месяца. Целью его является проверка знания работниками правил инструкций по безопасности труда и производственной санитарии.

4.  Внеплановый инструктаж на рабочем месте проводиться при изменении технологического процесса, оборудования, инструмента и т.п., в результате чего изменяются условия труда, а так же в случае нарушения работниками правил и инструкций по безопасности труда и производственной санитарии.

Охрана труда условно подразделяется на 4 подраздела по узловым вопросам.

1.  Общие вопросы охраны труда (законодательные и организационные вопросы).

2.  Техники безопасности – система организационных мероприятий и технических средств предотвращающих воздействия на работающих опасных производственных факторов.

3.  Производственная санитария – система организационных мероприятий и технических средств предотвращающих или уменьшающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

4.  Пожарная безопасность – состояние объекта при котором исключается возможность пожара, а в случае его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.

8.1 Техника безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры

Радиоэлектронным называется оборудование, принцип действия которого основан на использовании радиотехнических устройств, электронных, ионных, полупроводниковых и квантовых приборов.

Безопасность работ с радиоэлектронным оборудованием и содержание его в исправном состоянии регламентируются правилами техники безопасности и производственной санитарии в электронной промышленности, ПТЭ и ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей.

Лицам, допускаемым к работам с радиоэлектронным оборудованием, присваиваются 2-5 квалификационные группы по технике безопасности, соответствующие ПТБ и ПСЭБ, одновременно с проверкой знаний ПТЭ и ПТБ.

По обеспечению мер безопасности и организации условий работы радиоэлектронное оборудование на мало- и крупногабаритное.

К малогабаритному радиоэлектронному оборудованию относится оборудование одноблочного и многоблочного исполнения, которое по своей массе и габаритам может быть размещено на рабочем столе или на тележке около него, а также стойки с вставными блоками размерами в плане не более 700х700 мм.

К крупногабаритному относится однокорпусное, многокорпусное и бескорпусное оборудование, состоящее из одного и более блоков, которое устанавливается на полу.

Изготовление каркасов, шасси оборудования на слесарно-механических участках необходимо проводить с соблюдением требований техники безопасности при холодной и горячей обработке металлов.

При монтаже радиоэлектронного оборудования следует соблюдать требования электробезопасности и работать только исправным электрооборудованием. При работе с электродрелью необходимо применять диэлектрические резиновые перчатки.

Электропаяльник и лампы для местного освещения необходимо применять напряжением не более 42В Для понижения сетевого напряжения 220и 127В до 42 В следует применять понижающий трансформатор. Один конец вторичной обмотки трансформатора и металлический кожух необходимо заземлять.

При подключении аппаратуры к цеховой сети следует применять штепсельные разъемы. В случае неисправности в сетевой проводке необходимо вызвать электромонтера.

При монтаже радиосхем запрещается: проверять на ощупь наличие напряжения и нагрев токоведущих частей схемы; применять для соединения блоков и приборов провода с поврежденной изоляцией; производить пайку и установку деталей оборудовании, находящемся под напряжением; измерять напряжения и токи переносными приборами с неизолированными проводами и щупами; подключать блоки и приборы к оборудованию, находящемуся под напряжением; заменять предохранители во включенном оборудовании, работать на высоковольтных установках без защитных средств.

Экспериментальные работы заключаются в макетировании и обследовании радиоэлектронного оборудования, а также проверке работоспособности экспериментального образца изделия электронной техники.

 Эксперименты проводят не менее двух человек – инженерно – технический работник с квалифицированной группой по технике безопасности (ТЮ) не ниже 4 и высококвалифицированный рабочий с группой по ТБ не ниже 3.

Место проведения экспериментальных работ должно быть обеспечено временными ограждениями, экранами и защитными средствами.

Оборудование, используемое в эксперименте, должно присоединиться к отдельному электрощиту или отдельной группе предохранителей электрощита, имеющего общее отключающее устройство. Провода, применяемые для наружного соединения приборов и оборудования, должны заключаться в металлические заземленные оболочки. При напряжении до 500В допускается применение шланговых проводов и кабелей.

Наладка макетов радиоэлектронного оборудования приводится так же, как действующих образцов. Следует учесть, что если для исключения наводок и помех на работу налаживаемого макета, требуется не заземлять его корпус. То наладку следует вести с применением защитных средств.

В радиоэлектронном оборудовании, предназначенных для различных видов технологической обработки изделий электронной техники, должна быть предусмотрена рабочая камера, оснащенная защитным средством.

Наладка крупногабаритного радиоэлектронного оборудования производится бригадой двух человек, возглавляемой инженерно-техническим работником или высококвалифицированным наладчиком, имеющим группу по ТБ не ниже 4. Члены бригады должны иметь группу по ТБ не ниже 3.

Наладка малогабаритного оборудования может производиться одним наладчиком, имеющим достаточную производительность, квалифицированную группу по ТБ не ниже 4, в присутствии вблизи налаживаемого оборудования второго лица, имеющего группу по ТБ не ниже 3.

Проведение наладочных работ допускается на специально предназначенных участках, а также в производственных помещениях, где разрабатывается и эксплуатируется оборудование. При этом исключается пребывание лиц на рабочих местах, не допущенных к наладке. На рабочих местах должны применять ограждения.

Для наладки малогабаритного оборудования и отдельных вставных блоков крупногабаритного оборудования необходимо организовать рабочее место: специально оборудованный рабочий стол и свободная часть площади около него, предназначенная для размещения налаживаемого оборудования с вставными блоками и оборудования, смонтированного на спецтележках. Контрольно- измерительной аппаратуры и нахождения самого наладчика.

Наладку вставных блоков крупногабаритного оборудования разрешается производить на месте его размещения, если невозможно налаживать блоки отдельно. При этом допускается использовать любой механический прочный стол или специальную подставку из диэлектрического материала.

Для электропитания контрольно - измерительной аппаратуры может быть использован переносной электрощиток, удовлетворяющий требованиям стационарного, или переносная штепсельная колодка, выполненная из механически прочного изоляционного материала с утопленными гнездами. Встроенными предохранителями и клеммами для заземления.

При наладке вставного блока под напряжением все работы на других токоведущих частях налаживаемого оборудования должны быть прекращены, токоведущие части ограждены. Одновременная наладка под напряжением нескольких блоков запрещается.

Выявлять и устранять дефекты в электро схеме, заменять детали разрешается только после полного снятия напряжения с оборудования и проверки отсутствия остаточных зарядов с помощью заземленного разрядника.

Для измерения параметров электрической схемы с помощью контрольно-измерительной аппаратуры разрешается извлекать блоки налаживаемого оборудования из корпуса, открывать дверцы, снимать ограждения в местах подключения измерительной аппаратуры, замыкать на коротко блокировку.

9 Литература

1. Лернер М.М. Выбор конденсаторов для радиоэлектронных устройств, М., «Энергия», 1970.

2. Бойко. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства. -
СПб.: БХВ-Петербург, 2004.- 512с.:ил.

3. Киселев А., Корнеев В. Современные микропроцессоры. -

СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 3-е изд.- 448с.:ил.

4. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. -М.: РадиоСофт, 2000. -512с.

 5. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры, справочник. 1992 г.

6.  Петухов. Транзисторы и их зарубежные аналоги. -

М.: РадиоСофт, 2004. - 544с.

7.  Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. -

СПб.: БХВ-Петербург, 2002. -528с. :ил.

8.  Хрулёв А.К., Черепанов В.П. Зарубежные диоды и их аналоги. - М.:РадиоСофт, 2001. -960с.

 9. Блаут-Блачёва В.И. Технология производства радиоаппаратуры. 1972 г. 2. Горшков Н.Н. Полупроводниковые приборы: Транзисторы, справочник. 1985 г.

Приложение (Перечень элементов)