Конструирование ЭВС

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н. Э. Баумана

Курсовой проект

по курсу “Конструирование ЭВС”

студент: Вилинский Д. группа ИУ4-92

консультант: Шахнов В. А.

Москва 1997

ОГЛАВЛЕНИЕ

Техническое задание......................................................................... Подбор элементной базы.................................................................. Расчет теплового режима блока....................................................... Расчет массы блока.......................................................................... Расчет собственной частоты ПП...................................................... Расчет схемы амортизации.............................................................. Расчет надежности по внезапным отказам...................................... Литература........................................................................................ 3 4 5 13 13 14 16 18

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Назначение аппаратуры.

Данный блок относится к классу бортовой аппаратуры и предназначен для установки в управляемый снаряд. Функционально блок предназначен для свертки сигнала принимаемого бортовой РЛС.

2. Технические требования:

а) условия эксплуатации:

- температура среды tо =30 о C;

- давление p = 1.33 × 104 Па;

б) механические нагрузки:

- перегрузки в заданном диапазоне

f, Гц 10 30 50 100 500 1000
g 5 8 12 20 25 30

- удары u = 50 g;

в) требования по надежности:

- вероятность безотказной работы P(0.033)³ 0.8.

3. Конструкционные требования:

а) элементная база - микросхемы серии К176 с КМДП логикой;

б) мощность в блоке P £ 27 Вт;

в) масса блока m £ 50 кг;

г) тип корпуса - корпус по ГОСТ 17045-71;

д) тип амортизатора АД -15;

е) условия охлаждения - естественная конвекция.


ПОДБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Поскольку проектируемый электронно-вычислительный блок является бортовой аппаратурой, то к нему предъявляются следующие требования:

* высокая надежность;

* высокая помехозащищенность;

* малая потребляемая мощность;

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют интегральные микросхемы на дополняющих МДП (МОП) структурах - КМДП структуры.

Цифровые интегральные схемы на КМДП-транзисторах - наиболее перспективные. Мощность потребления в статическом режиме ЦИС составляет десятки нановатт, быстродействие - более 10 МГц. Среди ЦИС на МДП-транзисторах ЦИС на КМДП-транзисторах обладают наибольшей помехоустойчивостью: 40...45 % от напряжения источника питания. Отличительная особенность ЦИС на КМДП-транзисторах - также высокая эффективность использования источника питания: перепад выходного напряжения элемента почти равен напряжению источника питания. Такие ЦИС не чувствительны к изменениям напряжения питания. В элементах на КМДП-транзисторах полярности и уровни входных и выходных напряжений совпадают, что позволяет использовать непосредственные связи между элементами. Кроме того, в статическом режиме их потребляемая мощность практически равна нулю.

Таким образом была выбрана серия микросхем К176 (тип логики: дополняющие МОП-структуры). Конкретно были выбраны две микросхемы:

* К176ЛЕ5 - четыре элемента 2ИЛИ-НЕ;

* К176ЛА7 - четыре элемента 2И-НЕ.

Параметр К176ЛЕ5 К176ЛА7
Входной ток в состоянии “0”, Iвх 0 , мкА, не менее -0.1 -0.1
Входной ток в состоянии “1”, Iвх 1 , мкА, не более 0.1 0.1
Выходное напряжение “0”, Uвых 0 , В, не более 0.3 0.3
Выходное напряжение “1”, Uвых 1 , В, не менее 8.2 8.2
Ток потребления в состоянии “0”, Iпот 0 , мкА, не более 0.3 0.3
Ток потребления в состоянии “1”, Iпот 1 , мкА, не более 0.3 0.3
Время задержки распространения сигнала при включении tзд р 1,0 , нс, не более 200 200
Время задержки распространения сигнала при включении tзд р 0,1 , нс, не более 200 200

Предельно допустимые электрические режимы эксплуатации

Напряжение источника питания, В 5 - 10 В
Нагрузочная способность на логическую микросхему, не более 50
Выходной ток Iвых 0 и Iвых 1 , мА, не более 0.5
Помехоустойчивость, В 0.9

РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА БЛОКА

Исходные данные:

Размеры блока: 1 =250 мм L­2 =180 мм L­3 =90 мм
Размеры нагретой зоны: a1 =234 мм a2 =170 мм a3 =80 мм
Зазоры между нагретой зоной и корпусом hн =hв =5 мм
Площадь перфорационных отверстий Sп =0 мм2
Мощность одной ИС Pис =0,001 Вт
Температура окружающей среды tо =30 о C
Тип корпуса Дюраль
Давление воздуха p = 1.33 × 104 Па
Материал ПП Стеклотекстолит
Толщина ПП hпп = 2 мм
Размеры ИС с1 = 19.5 мм с2 = 6 мм c3 = 4 мм

Этап 1. Определение температуры корпуса

1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока qк :

где P0 - мощность рассеиваемая блоком в виде теплоты;

Sк - площадь внешней поверхности блока.

Для осуществления реального расчета примем P0 =20 Вт, тогда

2. По графику из [1] задаемся перегревом корпуса в первом приближении Dtк = 10 о С.

3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней aл.в , боковой aл.б и нижней aл.н поверхностей корпуса:

Так как e для всех поверхностей одинакова и равна e=0.39 то:

4. Для определяющей температуры tm = t0 + 0.5 Dtk = 30 + 0.5 10 =35 o C рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса

где Lопр i - определяющий размер i-ой поверхности корпуса;

g - ускорение свободного падения;

gm - кинетическая вязкость газа, для воздуха определяется из таблицы 4.10 [1] и равна gm =16.48 × 10-6 м2

5. Определяем число Прандталя Pr из таблицы 4.10 [1] для определяющей температуры tm , Pr = 0.7.

6. Находим режим движения газа, обтекающих каждую поверхность корпуса:

5 × 106 < Grн Pr = Grв Pr = 1.831 ×0.7 × 107 = 1.282 × 107 < 2 × 107 следовательно режим ламинарный

Grб Pr = 6.832 ×0.7 × 106 = 4.782 × 106 < 5 × 106 следовательно режим переходный к ламинарному.

7. Рассчитываем коэффициент теплообмена конвекцией для каждой поверхности блока ak . i :

где lm - теплопроводность газа, для воздуха lm определяем из таблицы 4.10 [1] lm = 0.0272 Вт/(м К);

Ni - коэффициент учитывающий ориентацию поверхности корпуса: Ni = 0.7 для нижней поверхности, Ni = 1 для боковой поверхности, Ni = 1.3 для верхней поверхности.

8. Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой sк :

9. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении Dtк.о :

где Кк.п - коэффициент зависящий от коэффициента корпуса блока. Так как блок является герметичным, следовательно Кк.п = 1;

Кн1 - коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды берется из графика рис. 4.12 [1], Кн1 = 1.

10. Определяем ошибку расчета

Так как d=0.332 > [d]=0.1 проводим повторный расчет скорректировав Dtк = 15 о С.

11. После повторного расчета получаем Dtк,о = 15,8 о С, и следовательно ошибка расчета будет равна

Такая ошибка нас вполне устраивает d=0.053 < [d]=0.1

12. Рассчитываем температуру корпуса блока

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока qз :

где Pз - мощность рассеиваемая в нагретой зоне, Pз = 20 Вт.

2. По графику из [1] находим в первом приближении перегрев нагретой зоны Dtз = 18 о С.

3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними aз.л.н , верхними aз.л.в и боковыми aз.л.б поверхностями нагретой зоны и корпуса.

Для начала определим приведенную степень черноты i-ой поверхности нагретой зоны eп i :

где eз i и Sз i - степень черноты и площадь поверхности нагретой зоны, eз i = 0.92 (для всех поверхностей так как материал ПП одинаковай).


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.