Проектирование системы измерения электрических параметров каналов звуковой частоты (стр. 11 из 22)

2) Максимальная длина проводника:

l_max<

= =555 cм.

3) Задержка сигнала при передаче по линии связи:

t_з =

= ,

где e_r=5 –относительная диэлектрическая проницаемость основания платы; m_r=1 – относительная магнитная проницаемость платы; t₀=0,33 нс/м – погонная задержка сигнала по проводнику в вакууме; l=0,5 м;

t_з=0,5*0,33

=0,37 нс.

Задержка такой величины не окажет влияния на качество работы схемы.

4) Взаимная индуктивность и емкость двух проводников:

Ёмкость печатных проводников С и коэффициент взаимоиндуктивности М рассчитывается исходя из толщины проводника W=0,05 мм, его ширины b=0,20мм, длины совместного прохождения l=0,1м, зазора между проводниками δ=1,05*10^-3 м и типа линии связи. Для параллельных проводников на внешнем слое (Рисунок 2.8.1):

Рисунок 2.8.1

C=1,06e_rl/lg[2 δ /(W+b)];

С= 1,06*5*0,1/lg[2*1,05*10^-3/(0,05*10^-3+0,2*10^-3)]=0,6 пФ

М=2l(ln

)=1,02 мкГн.

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

U=U_RU+U_C+U_М<U_ЗПУ

- Напряжение перекрестной помехи за счет резистивной связи:

;

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

В;

- Напряжение перекрестной помехи за счет емкостной связи:

,

где Dt – длительность фронта выходного сигнала возбужденной логической схемы;

В;

- Помеха за счет взаимоиндуктивности:

,

B;

,

В.

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

2.9 Расчет теплового режима

Исходные данные:

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

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

- мощность рассеивания блока: P_б = 30 (Вт);

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

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

- максимальная температура окружающей среды: Т_ос = 40°С;

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

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

Расчёт основных характеристик:

1) Площадь поверхности блока:

S_кб=2(l_d1 l_d2+( l_d1+ l_d2) l_d3)=2(0,29*0,26+(0,29+0,26)0,06)=1,166 м²

2) Поверхность нагретой зоны:

S_H3=2(l₃₁ l₃₂+( l₃₁+ l₃₂)l₃₃K_зб);

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

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

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

V_б=4,52 *10^-3 м³ – объём блока;

К_зб= (V_пп+ V_к)/V_б=0,4;

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

3) Удельная мощность, рассеиваемая блоком:

q_Кd=

=25,7 Вт/м².

4) Удельная мощность, рассеиваемая зоной:

q_нз=

185,18 Вт/м².

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

DТ₁=11°С;

DT₂=18°C.

6) Площадь вентиляции:

S∑_во=n_во*S_во=20*4*10^-4=0,008 м².

7) Коэффициент перфорации:

К_пф=

0,106.

8) Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий:

К_m=У(К_ПФ);

K_m=0,9.

9) Перегрев поверхности блока с учетом перфорации:

DТ_кб=0,93*К_mDТ₁=0,93*0,9*11=9,2 °С.

10) Перегрев нагретой зоны с учетом перфорации:

DТ_нз=К_mDТ₂=0,9*18=16,2 °С.

11) Перегрев воздуха в блоке:

DТ_сп=0,6DТ_нз=0,6*16,2=9,72 °С.

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

ΔТ_кр=φ₈(ΔТ_нз)=45 ⁰С.

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

ΔТ_к.доп=Т_к.доп- Т_ос< ΔТ_кр;

Компоненты, для которых справедливо соотношение:

ΔТ_к.доп=Т_к.доп- Т_ос > ΔТ_кр;

в дальнейшем расчёте не участвуют;

ΔТ_к.доп= 80 - 40=40 ⁰C < ΔТ_кр=43,5 ⁰C,

Необходимо вести дальнейший расчет.

14) Удельная мощность, рассеиваемая компонентом:

q_K=

= =119 Вт/м²

15) Перегрев поверхности компонента:

DТ_к=DТ_нз(0,75+0,25

)=16,2(0,75+0,25 )=12,7 °С.

16) Перегрев среды, окружающей компонент:

DТ_ск=DТ_сп(0,75+0,25

)=7,6 °С.

17) Температура кожуха блока:

Т_кб=Т_ос+DТ_кб=40+9,2=49,2 °С.

18) Температура нагретой зоны:

Т_нз= Т_ос+DТ_нз=40+16,2=56,2 °С.

19) Средняя температура воздуха в блоке:

Т_сп= Т_ос+DТ_сп=40+9,72=49,72 °С.

20) Температура поверхности компонента:

Т_к= Т_ос+DТ_к=40+12,7=52,7 °С.

21) Температура окружающей компонент среды:

Т_ск= Т_ос+DТ_ск=40+7,6=47,6 °С;

Т_к.доп=80°С > Т_к=47,6 °С.

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

2.10 Расчет защиты от механических воздействий

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

Исходные данные:

- Длина, ширина, толщина платы:

l_д=0,26 м; l_ш=0,24 м; h_m=0,002м;

- материал печатной платы:

γ=2050 кг/м³ – плотность;

Е=3,02*10¹⁰ Н/м² – модуль упругости;

μ_m=0,22 – коэффициент Пуассона;

σ₀₂=150*10⁶ Н/м² – предел прочности;

- Масса всех ЭРЭ, устанавливаемых на ПП:

m_Σ=0,15 кг

- Вариант установки печатной платы - со всеми защемлёнными сторонами;

- виброускорение и вибронагрузка:

а=4 м/с²;

^k_g=

;

- Дополнительные стягивающие усилия винтового закрепления:

Р_n=120 H.

Расчёт параметров:

1) Главный центральный момент инерции:

J=

=3,4*10^-11

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

= =3,496 Гц

1046 Гц

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

3) Напряжение на пластине:

,

где

– нагрузка на пластину с учетом стягивания винтами с усилием P;

К_g – виброперегрузка;

G – масса ПУ;

= 5583 Н;

= 40,8*10⁶ Н/м²;

Проверим запас прочности:

=150*10⁶/40,8*10⁶=3,67;

где s₀₂ – условный предел текучести;

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