Uploaded by ra1ooi

Расчёт управляемого полосового фильтра

advertisement
Ярославское высшее военное училище ПВО
Кафедра электроники
Курсовой проект
по дисциплине «Основы конструирования
и технологии производства РЭС»
курсанта ___ курса _____ учебной группы
_________________ факультета
_____________________________________
Ярославль 2018
УТВЕРЖДАЮ
Начальник кафедры электроники
полковник ___________И. Сисигин
«06» «сентября» 2018г.
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект по дисциплине
«Основы конструирования и технологии производства РЭС»
курсанту 332 учебной группы
_____________________________________
1. Наименование темы: «Регулируемый полосовой фильтр на
операционных усилителях с инвертированием сигнала».
2. Целевая установка: разработать проект печатной платы устройства в
соответствии с исходными данными.
3. Основные вопросы, подлежащие разработке: принципиальная схема
устройства, проект печатной платы, конструкторская документация
(чертёж принципиальной схемы, спецификация).
4. Исходные данные:
№
темы
п/п
11.
Полоса
пропускания
П0,7
80 Гц
Значение
резонансной
частоты,  Р
4 кГц
Входное
сопротивление
RВХ , не менее
50 кОм
Предельная
Динамический
чувствительность диапазон, дБ
U ВХ .MIN . , мВ
(раз)
12
20 (10)
5. Перечень материалов, представляемых к защите: 1) Пояснительная
записка, 2) Презентация.
6. Общий объём и требования к оформлению курсового проекта:
пояснительная записка должна состоять из 30-35 листов формата А4 с
обязательным соблюдением
правил выполнения текстовых и
графических документов в соответствии с ГОСТ 2.105-95, ГОСТ 2.70881, ГОСТ 2.710-81, ГОСТ 2.743-81.
7. Перечень литературы: Ляндаев А.А., Насонов В.В., Пискунов А.В
Методические рекомендации по выполнению курсовых работ (проектов,
задач). – ЯВВУ ПВО, 2016, 29с.
8. Срок предоставления курсового проекта руководителю на проверку: за
три (рабочих) дня до занятия по курсовому проектированию №4
(согласно расписанию).
9. Срок готовности курсового проекта к защите: к занятию по курсовому
проектированию №4 (согласно расписанию).
Руководитель: старший преподаватель
п/п-к ______________ М. Мозгонов.
« » сентября 2018г.
Задание принято к исполнению «_____» ______________ 2018г.
курсант ___ учебной группы ______________________________
Содержание
Реферат…………………………………………………………………..…..4
Введение………………………………………………………………….….5
1. Техническое задание………………………………………………....…8
2. Обоснование выбора принципиальной схемы фильтра……………....9
3. Расчёт регулируемого полосового фильтра…………………...…..…12
4. Анализ элементной базы………………………………………………19
5. Выбор типа платы……………………………………………………...20
6. Определение габаритных размеров платы…………………………...21
7. Выбор материала платы……………………………………………….24
8. Конструирование отверстий……………………………………….….25
9. Размещение навесных электрорадиоэлементов……………………...27
10. Определение размеров печатного рисунка…………………………..29
11. Расчёт надёжности электронного модуля……………………………31
Подп. и дата
12. Трассировка электрических соединений……………………………..36
13. Выбор метода изготовления печатной платы………………………..37
Заключение…………………………………………………………………39
Взам. инв.
№
Список используемых источников………………………………………..40
Приложение А. Принципиальная схема полосового фильтра
Приложение Б. Перечень элементов.
Приложение В. Чертёж печатной платы
Из Лис № докум. Подп. Дат
Разраб.
м. т.
а
т
Пров.
Т.
Н. .
контр
Утверд
контр.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Приложение Г. Сборочный чертёж электронного модуля
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Регулируемый полосовой
фильтр с
инвертированием
Лит
Лист
3
Листов
40
ЯВВУ ПВО гр.
Реферат
Курсовой проект на тему «Регулируемый полосовой фильтр на
операционных усилителях с инвертированием сигнала» выполнен курсантом
____ курса группы ___ ______________ на кафедре электроники ЯВВУ ПВО.
В курсовом проекте рассмотрены варианты решения поставленной
задачи на основе информации, опубликованной в открытых источниках,
рассмотрены их достоинства и недостатки. На основе сравнительного анализа
технических характеристик рассмотренных решений предложен вариант
принципиальной схемы регулируемого полосового фильтра, реализованный
на
современных
аналоговых
интегральных
микросхемах,
серийно
выпускаемых предприятиями электронной промышленности РФ.
В курсовом проекте проведён полный расчёт регулируемого полосового
фильтра согласно техническому заданию.
Особое внимание уделено выбору элементной базы фильтра по
Подп. и дата
критериям надёжности и массо-габаритным параметрам.
Печатная плата полосового фильтра разработана с учётом современных
требований, предъявляемым к печатным электронным модулям. При
проектировании
Взам. инв.
№
программное
изготовления.
печатной
обеспечение,
платы
использовалось
современные
Конструкция
платы
специализированное
материалы
предусматривает
и
технологии
использование
автоматизации монтажных работ.
Инв. №
дубл.
В заключении отмечены достоинства и недостатки полосового фильтра
и даны рекомендации по его модернизации.
В курсовом проекте использовано 6 рисунков.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Общий объём курсового проекта – 40 страниц.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
4
Введение
Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) находит применение почти во всех
отраслях народного хозяйства, правоохранительных органах и вооруженных
силах для организации измерений различных параметров, радиосвязи,
сигнализации, в коммутирующих и исполнительных устройствах.
Для выполнения предназначенных ей функций, РЭА должна обладать
заданной точностью, долговечностью, надежностью и экономичностью. Эти
уровни
(параметры)
обеспечиваются
современными
технологиями,
организацией и культурой производства элементной базы. Но темпы развития
технологии изготовления РЭА и автоматизации управления производством
настолько интенсивны, что нередко складывается ситуация, когда при
возрастании требований к качеству, возможности известных технологий
отстают [10].
РЭА представляет собой совокупность элементов, объединенных в
Подп. и дата
сборочные единицы и устройства и предназначенные для преобразования и
переработки электромагнитных сигналов в диапазоне частот колебаний от
низких частот (НЧ) до сверхвысоких частот (СВЧ). Элементы, рассчитанные
Взам. инв.
№
на совместную работу в РЭА, различают по функциональным, физическим,
конструктивно-технологическим признакам и типам связи.
Радиопередающие устройства (РПДУ) представляют собой автономную
часть РЭА. Конструктивно-технологические требования, предъявляемые к
Инв. №
дубл.
РПДУ,
включают
требования
по
массе,
габаритам,
форме
и
т.п.
Существенным для РПДУ является обеспечение отвода тепла, герметизации,
влагозащиты, амортизации, управления, ремонта и защиты персонала от
Подп. и дата
высоких напряжений и рентгеновских излучений.
По конструктивно-технологическому признаку элементы РЭА делят
на дискретные и интегральные, которые объединяют в сборочные единицы,
Инв. №
подп
определяющие элементарные действия (усилитель, генератор, дешифратор).
В зависимости от диапазона частот меняются и пассивные элементы. Так, в
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
5
НЧ и ВЧ РЭА используют индуктивности и ёмкости с сосредоточенными
параметрами, изготовляемые по любой технологии, а в СВЧ РЭА
применяют элементы с распределенными параметрами (полосковые линии,
коаксиальные резонаторы).
Важной характеристикой любой РЭА является ее рабочий диапазон
частот. В зависимости от диапазона частот устройства предъявляются
требования
к
его
конструктивному
оформлению
и
технологии
изготовления. С ростом частоты повышаются требования к точности
изготовления,
качеству
обработки
деталей,
чистоте
применяемых
материалов и т.д.
При конструктивно-технологическом анализе РЭА большое внимание
следует
уделять
ее
непосредственному
назначению
и
условиям
эксплуатации.
Для различных типов объектов существуют различные требования к
условия
размещения
аппаратуры,
весьма
различные
комплексы
Подп. и дата
возмущающих воздействий, их сочетания, диапазоны изменения и т.д.
Совершенствование конструкции РЭА объясняется расширением
круга решаемых задач при одновременном повышении требований к
эффективности ее работы. Усложнение схемных и конструкторских
Взам. инв.
№
решений, функциональных связей вместе со значительным увеличением
числа элементов в РЭА создает большие трудности при её производстве,
особенно при сборке, монтаже, наладке и регулировке аппаратуры.
Инв. №
дубл.
Конструктивно-технологические
функционально-узловой
принцип
особенности
конструирования,
РЭА
включают
технологичность,
минимальные массогабаритные показатели, ремонтопригодность, защиту от
Подп. и дата
внешних воздействий и защиту окружающей среды от воздействия со
стороны РЭА, а также надежность при эксплуатации.
В понятие «надежность конструирования» входят: вероятность
безотказной работы, среднее время наработки на отказ, среднее время
Инв. №
подп
восстановление работоспособности, долговечность и т.д.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
6
Специфические условия обеспечения высокой надежности РЭА и
заданных характеристик в условиях эксплуатации обусловливают высокие
требования к качеству используемых материалов, оборудования, а также к
техпроцессу изготовления РЭА. Кроме того, производство РЭА должно
быть экономически эффективно.
При
проектировании
предусматривать
технологического
сокращение
подготовки
производства,
трудоемких
операций,
длительности
капитальных
использование
и
затрат,
процесса
следует
трудоемкости
числа
минимального
этапа
сложных
числа
и
единиц
оборудования, максимального числа стандартных, унифицированных и
типовых сборочных единиц, функциональных узлов РЭА, а также
предусматривать изготовление минимального числа сборочных единиц.
Следовательно,
основными
конструктивно-технологическими
задачами производства РЭА являются:
 Повышение плотности компоновки навесных элементов на печатной
Подп. и дата
плате и плотности печатного монтажа;
 Развитие автоматизированных и автоматических методов, а также
средств наладки и регулировки аппаратуры сложных радиоэлектронных
Взам. инв.
№
систем;
 Автоматизация операции контроля функциональных параметров;
 Создание
гибких
используемых
комплексно-автоматизированных
совместно
с
системами
производств,
автоматизированного
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
проектирования.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
7
1. Техническое задание
1.1. Наименование и область применения: регулируемый полосовой
фильтр
на
операционных
усилителях
с
инвертированием
сигнала
предназначен для выделения заданной полосы частот в составе РЭА.
1.2. Основание для разработки: задание на курсовой проект.
1.3. Технические требования к модулю:
1.3.1. Показатели назначения:
напряжение питания, В………………………………...…........ 15В ;
центральная частота фильтра, Гц…………………………..…...4000;
полоса пропускания, Гц…………………………..………………..80;
минимальное входное напряжение, мВ……………….…………..12;
коэффициент усиления, дБ (раз)………………………………...0 (1);
динамический диапазон, дБ (раз)…………………………..…20(10).
1.3.2. Показатели надежности:
среднее время наработки на отказ не менее, час………...…...12000;
Подп. и дата
коэффициент готовности по ГОСТ 27.002-89, не менее….....…0,95;
1.3.3. Массогабаритные показатели:
габаритные размеры не более, мм. …………...…………..505020;
Взам. инв.
№
1.4. Условия эксплуатации:
Инв. №
дубл.
масса модуля не более, г…………………………………..……….30;
1.4.2. Механические воздействия…………..…....М3 (стационарная РЭА);
1.4.1. Климатическое исполнение………………...У (умеренный климат);
диапазон температур……………….……………..…..…-10…+45 оС;
частота вибрации, Гц…………………..………..…………...…1…80;
Подп. и дата
ускорение, g………..……………….…………………..…………….1;
удары многократные: ускорение,g ………..…………..………….15;
длительность импульса, мс………………………...……….….2…15.
Инв. №
подп
1.4.4. Метод крепления: на крепёжных стойках по месту установки
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
8
2. Обоснование выбора принципиальной схемы фильтра
В результате анализа открытых литературных источников, рекламных
проспектов
отечественных
и
зарубежных
изготовителей
электронной
аппаратуры, открытых фондов патентного ведомства Российской Федерации
было установлено, что техническое решение поставленной задачи может быть
осуществлено
несколькими
распространённые
варианты
способами.
решения,
Рассмотрим
которые
наиболее
используются
в
профессиональной радиоэлектронной аппаратуре.
Полосовым (полосно-пропускающим) фильтром называется устройство,
которое пропускает сигналы в заданной полосе частот, границы которой
расположены выше и ниже центральной частоты настройки фильтра
f0 
0
. Ширина этой полосы определяется добротностью фильтра Q .
2 
Для получения заданной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ)
Подп. и дата
фильтра нижних частот (ФНЧ) и фильтра верхних частот (ФВЧ). При этом
Взам. инв.
№
применением пассивных LC -цепей используются, как правило, на частотах
Инв. №
дубл.
фильтра можно использовать последовательное включение двух фильтров:
зависит от добротности, в первую очередь, катушек индуктивности и может
фильтры могут быть реализованы как с помощью пассивных RC или LC
цепей (пассивные фильтры), так и на транзисторах или операционных
усилителях (активные фильтры). Фильтры, построенные по этому принципу с
f0
10кГц в связи со значительными габаритами катушек индуктивности.
Добротность таких фильтров, и соответственно, их полоса пропускания
быть достаточно
высокой.
При реализации
полосового
фильтра на
Подп. и дата
транзисторах или операционных усилителях ограничения по нижнему
пределу центральной частоты снимаются, но добротность такого фильтра и
крутизна скатов его амплитудно-частотной характеристики в значительной
Инв. №
подп
степени зависят от порядка применённых ФНЧ и ФВЧ.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
9
При использовании ФНЧ и ФВЧ второго порядка добротность
получившегося полосового фильтра не превышает Q  5
Главным
недостатком
значительные
трудности
необходимость
такого
полосового
регулирования
применения
фильтра
центральной
высокоточных
является
частоты
и
частотозадающих
электрорадиоэлементов в случае реализации фильтра на транзисторах или ОУ.
Фильтры,
построенные
по
такому
принципу,
используются
в
радиоприёмных и радиопередающих устройствах как средства частотной
селекции сигналов фиксированных частот, в низкочастотных генераторах как
блоки предварительной фильтрации, в селективных каскадах измерительного
оборудования.
Для получения заданной (АЧХ) фильтра можно использовать активный
полосовой фильтр на основе операционного усилителя с частотозависимой
положительной обратной связью. Фильтр, реализованный по этому принципу,
не имеет в своём составе катушек индуктивности, не имеет ограничений по
Подп. и дата
нижней границе центральной частоты, а верхнее значение центральной
частоты ограничено частотными свойствами применённого ОУ. Кроме того,
фильтр позволяет усиливать сигнал в заданной полосе частот. Этот фильтр
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
относится к неинвертирующим фильтрам. Для инвертирования сигнала
требуется
инвертирующего
ещё
усилителя.
одного
ОУ,
Добротность
включенного
одиночного
по
схеме
фильтра
может
достигать Q  30 при центральной частоте f 0  10кГц .
Недостатки подобных фильтров – трудности регулировки центральной
частоты и необходимость применения высокоточных частотозадающих
электрорадиоэлементов, как и в случае каскадного соединения ФНЧ и ФВЧ.
Кроме
Подп. и дата
применение
того,
при
ошибках
в
проектировании
фильтр
склонен
к
самовозбуждению на центральной частоте. Эти обстоятельства накладывают
существенные ограничения к области применения полосовых фильтров,
Инв. №
подп
реализованных на основе частотозависимой положительной обратной связи.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
10
Для получения заданной АЧХ фильтра можно использовать активный
полосовой фильтр на основе операционного усилителя с частотозависимой
сложной отрицательной обратной связью.
Фильтр, реализованный по этому принципу, является инвертирующим.
Он также позволяет усиливать сигнал в полосе пропускания, при этом не
склонен к самовозбуждению при ошибках в проектировании, позволяет
использовать достаточно низкочастотные ОУ с относительно низким
коэффициентом усиления при разомкнутой цепи обратной связи, не столь
критичен к точности подбора элементов частотозадающих цепей.
Кроме того, благодаря особенностям схемотехнического построения
цепи
отрицательной
центральную
обратной
частоту
фильтра
связи
в
имеется
заданных
возможность
пределах
изменять
изменением
сопротивления всего одного резистора. При этом все остальные параметры,
такие как добротность, коэффициент усиления и входное сопротивление
фильтра, остаются без изменений. Одним из главных достоинств фильтра,
Подп. и дата
построенного на основе ОУ со сложной отрицательной обратной связи,
является то, что коэффициент передачи, центральную частоту и добротность
фильтра можно выбирать произвольно. Эти параметры фильтра ограничены
только характеристиками применяемого операционного усилителя.
Взам. инв.
№
Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод о том, что
наилучшим
вариантом
решения
поставленной
задачи
по
разработке
регулируемого полосового фильтра с инвертированием сигнала является
связью.
Этот
вариант
построения
полосового
фильтра
и
будет
рассматриваться в дальнейшем.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
применение операционного усилителя со сложной отрицательной обратной
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
11
3. Расчёт регулируемого полосового фильтра
Для практической реализации технического задания на разработку
регулируемого полосового фильтра с инвертированием сигнала используем
принцип, в основе которого лежит применение операционного усилителя со
сложной отрицательной обратной связью. Схема фильтра, реализующего этот
принцип, показана на рис.1.
Подп. и дата
Рисунок 1. Перестраиваемый полосовой фильтр. Схема принципиальная
Собственно фильтр реализован на операционном усилителе DA1А ,
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
охваченном цепью сложной отрицательной обратной связи на элементах
R1 , R2 , R3 , R4 , C1 , C2 , которая и формирует заданную амплитудно-частотную
характеристику фильтра. Конденсаторы С3 и С 4 являются блокировочными
по питанию.
Рассчитаем
значения
сопротивлений
резисторов
и
ёмкостей
конденсаторов цепи отрицательной обратной связи.
Резонансная частота полосового фильтра определяется по формуле:
fР 
1
2   С

R1  ( R3  R4 )
R1  R2  ( R3  R4 )
Коэффициент передачи фильтра на резонансной частоте соответствует
Инв. №
подп
выражению:
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
12
 АР 
R2
.
2  R1
Добротность фильтра определяется по формуле:
Q
fP
   R2  C  f Р .
B
Полоса пропускания фильтра соответствует выражению:
В0,7 
fP
1
.

Q   R2  C
Формулы справедливы для случая:
С1  С2  С .
Из приведённых формул видно, что коэффициент передачи, резонансная
частота и добротность фильтра может выбираться достаточно произвольно.
Таким образом, полоса пропускания фильтра и его коэффициент
усиления не зависят от суммарного значения сопротивлений резисторов
R3  R4 . Поэтому центральную частоту фильтра можно изменять, регулируя
Подп. и дата
суммарное значение сопротивлений R3  R4 , что не приводит к изменению
полосы пропускания и коэффициента усиления фильтра.
Эта особенность полосового фильтра на основе ОУ со сложной
отрицательной обратной связью является главным достоинством такой
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
схемотехники.
Подставим в приведённые выражения исходные данные:
f P  4000 Гц
В0,7  80 Гц
АР  1
Определим добротность фильтра:
Подп. и дата
Q
4000
 50
80
Определим значение ёмкости конденсаторов С1  С2  С .
Согласно рекомендациям, приведённым в справочной литературе,
Инв. №
подп
значение ёмкости конденсаторов фильтра выбираются, исходя из выражения:
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
13
С
10
f P ( Гц )
 106 Ф .
Тогда
10 106
С1  С2 
 2,5 109 Ф  2,5 нФ
4000
Примем С1  С2  3,3нФ  3300пФ
Рассчитаем значение сопротивления резистора R2 :
R2 
Q
50

  f P  C 3,14  4000  3,3  109
R2  1206330 Ом  1,2 МОМ
Определим значение сопротивления резистора R1 :
R1 
R2
2  AP
R1 
1,2  106 1,2 106

2  (1)
2
Подп. и дата
R1  6  105  600 кОм
Вычислим
общее
значение
сопротивлений
R3  R4
для
частоты f P  4000 Гц
Взам. инв.
№
R1
2  (  R2  C  f P ) 2  1
6  105
R3  R4 
2  (3,14  1,2  106  4  103  3,3  109 ) 2  1
R3  R4  121,3 Ом
Инв. №
дубл.
R3  R4 
Так как в техническом задании не указываются границы перестройки
центральной
частоты
полосового
фильтра,
примем
это
значение
Подп. и дата
f П  f Р  10% . Таким образом, центральная частота фильтра должна
изменяться в пределах от f Н  3500 Гц до f Н  4500 Гц .
Рассчитаем суммарное значение сопротивления резисторов R3  R4 .
Инв. №
подп
Для нижней частоты настройки полосового фильтра:
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
14
R3  R4 
R1
2  (  R2  C  f Н ) 2  1
6  105
R3  R4 
2  (3,14  1,2  106  3,5  103  3,3  109 ) 2  1
R3  R4  158,4 Ом
Для верхней частоты настройки полосового фильтра:
6  105
2  (3,14  1,2  106  4,5  103  3,3  10 9 ) 2  1
R3  R4  95,8 Ом
R3  R4 
Примем значение сопротивления R3  82 Ом .
Тогда значение сопротивления переменного резистора R4 составит
R4  158,4  82  76,4 Ом
В
качестве
переменного
R4  100 Ом .
сопротивлением
резистора
Параллельно
выберем
резистор
переменному
резистору
R4
подключим резистор R4 , значение сопротивления которого определим по
Подп. и дата
формуле:
R4 
R4 RО
,
R4  RО
Взам. инв.
№
где RО  76,4 Ом - общее сопротивление постоянного и переменного
резисторов.
R4 
100  76,4
 323,7 Ом
100  76,4
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Выберем
в
качестве
R4
резистор
со
стандартным
значением
сопротивления R4  330 Ом
Уточним общее сопротивление резисторов R4 и R4 :
R4  R4
100  330

 76,7 Ом
R4  R4 100  330
Инв. №
подп
RО 
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
15
Выбранные
сопротивления
резисторов
обеспечивают
диапазон
перестройки центральной частоты регулируемого полосового фильтра с
небольшим запасом.
Определим напряжение питания операционных усилителей.
Согласно техническому заданию, динамический диапазон входных
сигналов фильтра составляет 20дБ (10 раз) , соответственно, уровень входного
сигнала может изменяться от U ВX .МIN  12 мВ до U ВX .МАХ  120 мВ .
Найдём максимальное амплитудное значение входного напряжения:
U АМП  0,12  2  0,17 В
Для корректной работы выходного каскада операционного усилителя
при двухполярном питании рекомендуется напряжение питания выбирать из
расчёта U П   2,5  3  U АМП . Тогда
U П    3  U АМП   3  0,17  0,5 В
При однополярном питании напряжение удваивается.
Подп. и дата
U П   2  U П   2  0,5  1В
При заданном в техническом задании двухполярном напряжении
питания U П   15 В реализация фильтра технически возможна.
Для корректной работы фильтра необходимо, чтобы используемый в
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
регулируемом полосовом фильтре операционный усилитель обладал частотой
единичного
усиления
в
соответствии
с
выражением
f1  200  f P ,
дифференциальным коэффициентом усиления на резонансной частоте не
менее KУ ( Д )  2  Q2 .
Определим минимальный дифференциальный коэффициент усиления:
KУ ( Д ) МIN  2  Q 2  2  502
Подп. и дата
KУ ( Д ) МIN  5000
Определим минимальную частоту единичного усиления:
Инв. №
подп
f1  200  f В  200  4500  900000 Гц  900 кГц
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
16
Выбор
операционных
усилителей
отечественного
производства,
обладающих требуемыми характеристиками, достаточно ограничен. Из
серийно
выпускаемых
микросхем
наилучшими
характеристиками
для
применения в полосовом фильтре обладает сдвоенный прецизионный
малошумящий
усилитель
операционный
имеет
дифференциальный
сопротивлении
частоту
усилитель
единичного
коэффициент
нагрузки
КР1463УД2.
RН  2 кОм ,
Операционный
f1  2 МГц ,
усиления
усиления
имеет
KУ ( Д )  125000
внутреннюю
при
частотную
коррекцию и встроенную защиту от перегрузки выходного каскада.
В
целях
максимальной
реализации
технических
возможностей
операционного усилителя в части коэффициента усиления и частотных
свойств, а также для исключения влияния нагрузки на амплитудно-частотную
характеристику полосового фильтра на выходе фильтра включен повторитель
напряжения. В качестве повторителя используется второй операционный
усилитель микросхемы КР1463УД2 в стандартном включении DA1В .
Подп. и дата
В результате проведённых расчетов спроектирован регулируемый
полосовой фильтр с инвертированием сигнала, характеристики которого
полностью соответствуют техническому заданию. Принципиальная схема
сигнала представлена на рис.2
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
финального варианта регулируемого полосового фильтра с инвертированием
Инв. №
подп
Рисунок 2. Регулируемый полосовой фильтр. Схема принципиальная.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
17
4. Анализ элементной базы
Анализ элементной базы ставит целью убедиться в правильности
выбора элементов схемы с позиции их устойчивости к внешним
воздействиям.
Элементная база выбрана так, чтобы соответствовать условиям
технического задания. Для оценки правильности выбора использованы
технические данные, приведённые в справочных материалах ведущих
Российских изготовителей электрорадиоэлементов.
Результаты анализа справочных данных сведены в таблицу 1.
Таблица 1 Справочные данные применяемых электрорадиоэлементов
Виды воздействий
Интервал
темпеpатуp, оС
мин. макс.
Влажность, %
частота,
Гц
Ускорение,
g
удаp, g
Микросхема
КР1463УД2
Конденсатор
К10-17а
Конденсатор
К50-35
Резистор
С1-29В
Резистор
СП3-4АМ
Многократные удары
Длительность
импульса, мс
-45…+85
98
1…2000
10
75
1…20
Удов.
-65…+155
98
1…500
10
40
1…40
Удов.
-60…+85
98
1…500
10
15
1…30
Удов.
-60…+155
98
1…3000
20
150
1…20
Удов.
-60…+85
98
1…500
10
15
1…20
Удов.
Принятое
решение
Из анализа таблицы 1 следует, что выбранная элементная база
удовлетворяет требованиям технического задания.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Подп. и дата
Наименование
радиоэлемента
Вибрация
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
18
5. Выбор типа платы
В
результате
анализа
принципиальной
электрической
схемы
регулируемого полосового фильтра с инвертированием сигнала было принято
решение о разработке односторонней печатной платы. Такой принцип
построения низкочастотных печатных узлов позволяет спроектировать
печатную
плату,
отвечающую
всем
современным
требованиям,
предъявляемым к изделиям такого типа. Подобное решение широко
применяется при конструировании печатных плат в профессиональной
радиоэлектронной аппаратуре.
Промышленностью применяются различные технологии изготовления
односторонних печатных плат в зависимости от требуемых технических
характеристик.
Односторонние
печатные
платы
являются
достаточно
простыми в разработке и производстве, имеют высокие технические
характеристики, невысокую стоимость и хорошо зарекомендовали себя в
различных отраслях радиоэлектронной промышленности.
Подп. и дата
Современное производство печатных плат, особенно высоких классов
точности, – это высокотехнологичный процесс, при котором, как правило,
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
применяется специализированное оборудование и программное обеспечение.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
19
6. Определение габаритных размеров платы
Цель аналитического расчета состоит в определении минимальной
площади печатной платы, необходимой для размещения элементов схемы и
других технологических зон модуля.
Печатная плата содержит обычно пять технологических зон:
S1 - зона размещения электрорадиоэлементов;
S2 - зона размещения электрического соединителя;
S3 - зона размещения элементов управления, индикации и контроля;
S4 - зона размещения элементов крепления и фиксации;
S5 - зона размещения элементов повышения механической прочности.
При этом площадь печатной платы S ПЛ будет определяться как сумма
площадей указанных зон:
S ПЛ  S1  S2  S3  S4  S5
Подп. и дата
Определение площади S1
Зона размещения электрорадиоэлементов является основной и
определяется по формуле:
N
S  К S   Si УСТ ,
Взам. инв.
№
i 1
где К S - коэффициент заполнения печатной платы элементами;
N
S
Инв. №
дубл.
i 1
i УСТ
- общая установочная площадь.
Данные по каждому элементу представлены в таблице 2.
Так как печатный модуль предназначен для работы в стационарном
Подп. и дата
режиме и нет специальных требований к массогабаритным параметрам, то
примем
К S  1,5 Тогда площадь печатной платы:
N
S  К S   Si УСТ  1,5  479,2  719 мм 2
Инв. №
подп
i 1
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
20
Таблица 2. Массогабаритные параметры электрорадиоэлементов
Элемент
С2-29В
К10-17а
К50-35
КР1463УД2
МТА-100
В2В-ХН-А
Уст.
размеры,
мм
2,2х10
3х12
Ф5
7,5х10
7х10
6х7,5
Уст.
площадь,
мм 2
22
36
19,6
75
70
45
Итого
Масса,
гр.
Кол-во,
шт.
0,3
0,5
1
1
2
2
4
2
2
1
1
3
Общая уст.
площадь,
мм 2
88
72
39,2
75
70
135
479,2
Общая
масса. г
1,2
1
4
1
2
6
15,2
Определение площади S2
В конструкции платы присутствуют четыре электрических соединителя.
Площадь зоны электрических соединений:
SЭ.С .УСТ  205 мм2 , тогда общая площадь зоны соединителя:
S2  SЭ.С .УСТ  205 мм2
Определение площади S3 .
Подп. и дата
Площадь зоны размещения элементов управления, индикации и
контроля
определяется
в
зависимости
от
установочных
размеров
соответствующих элементов.
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
В конструкции полосового фильтра управления элементы управления,
индикации и контроля не используются, поэтому площадь S3  0 .
Определение площади S4
Площадь зоны размещения элементов крепления и фиксации зависит от
их количества и типа. По техническому заданию печатная плата закрепляется
Подп. и дата
с помощью фиксирующих винтов с шайбами. Тогда площадь зоны S4 с
учетом расстояния до выводов ЭРЭ будет определяться как
S4  N  ( B  2)2 , где
Инв. №
подп
N - количество фиксирующих винтов;
В - диаметр головки фиксирующего винта или шайбы.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
21
Печатная плата крепится при помощи четырёх винтов М 3 с шайбами
Ф=6мм.
Тогда
S4  N  ( B  2)2  4  (6  2)2  256 мм2
Определение площади S5
Площадь зоны размещения элементов повышения механической
прочности зависит от геометрических размеров указанных элементов и, как
правило, при первоначальном расчете не учитывается, поскольку на данном
этапе нельзя сделать вывод о виброустойчивости проектируемой платы в
реальных условиях эксплуатации.
Рассчитаем общую площадь печатной платы коммутатора исходя из
полученных результатов:
S ПП  S  S4  719  256  975 мм2
Выберем печатную плату прямоугольной формы размерами 30х35мм.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Подп. и дата
Размер является ориентировочным и будет в дальнейшем уточнён.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
22
7. Выбор материала платы
Материал для ПП выбирают по ГОСТ 23751 – 86. Наиболее широко
используются фольгированные гетиннакс (ГФ) и стеклотекстолит (СФ) со
слоем металлизации с одной или с двух сторон. Толщина фольги обычно
составляет 35 или 50 мкм.
Для заданного узла двухдиапазонного радиоприёмника выберем
двухсторонний фольгированный стеклотекстолит СФ1-35-1,5 с толщиной
фольги 35 мкм.
Этот
материал
обладает
высокой
стабильностью
электрических
характеристик на частотах до 250 мГц, легко обрабатывается, имеет
относительно малую массу, экологически безопасен и отличается невысокой
стоимостью.
Стабильность электрических, механических и других параметров ПП
может быть обеспечена применением металлических и неметаллических
Подп. и дата
конструктивных покрытий.
Конструктивные покрытия выбирают по ОСТ 4.ГО.024.000. Вид и
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
толщина покрытия указаны в чертеже.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
23
8. Конструирование отверстий
В конструкции печатной платы необходимо предусмотреть следующие
группы отверстий:
- фиксирующие - предназначенные для фиксации платы на рабочем
столе;
- переходные - предназначенные для соединения проводящего рисунка
разных сторон (слоев) платы;
- монтажные - предназначенные для закрепления выводов навесных
элементов и электрического соединения их с печатными проводниками;
- крепежные - предназначенные для механического крепления ПП на
шасси или для механического крепления элементов к ПП.
Фиксирующие отверстия используются для надежного закрепления на
рабочем столе печатного узла. Поэтому они называются технологическими.
Подп. и дата
При разработке печатной платы исходим из того, что крепёжные отверстия на
стадии
монтажа
и
настройки
печатного
узла
используются
как
технологические (фиксирующие).
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Переходные отверстия на разрабатываемой печатной плате отсутствуют.
Диаметр крепёжных отверстий для крепления печатной платы по месту
установки примем равным Ф  3,2 мм .
Для определения диаметров монтажных отверстий необходимо иметь
данные о размерах выводов ЭРЭ.
Если вывод в сечении круглый – берется его диаметр, если нет – то
Подп. и дата
наибольший размер сечения.
d  dЭ  r  d НО ,
где d Э - диаметр вывода навесного элемента, устанавливаемого на
Инв. №
подп
ПП;
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
24
r  0,2 мм - разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого
элемента, мм;
d НО  0,2 мм
- нижнее предельное отклонение номинального
значения диаметра отверстия, мм.
dЭРЭ  dЭ  r  d НО  0,5  0,2  0,2  0,9 мм
Для сверления монтажных и крепёжных отверстий требуются свёрла
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Подп. и дата
Ф 0,9 мм и Ф 3,2 мм .
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
25
9. Размещение навесных электрорадиоэлементов
Размещение навесных электрорадиоэлементов на печатной плате
следует проводить исходя из заданного шага платы, площади, занимаемой
отдельно взятым элементом, удобством монтажа и минимально возможной
длинной
печатных
соединительных
дорожек.
Дорожки
питания
рекомендуется располагать с одной стороны печатной платы. При этом
желательно исключить проволочные перемычки и минимизировать число
переходных отверстий.
В разрабатываемой печатной плате проволочные перемычки не
используются.
Ввиду малой потребляемой мощности взаимонагрев устанавливаемых
электрорадиоэлементов при разработке печатной платы не учитывался.
Так как печатный модуль предназначен для установки на жёсткой
рамке, никаких дополнительных мер по фиксации электрорадиоэлементов не
Подп. и дата
требуется. Формовка выводов и установка электрорадиоэлементов
печатную
плату
следует
проводить
по
ГОСТ
29137-91
на
согласно
рекомендуемым вариантам.
Варианты установки электрорадиоэлементов на печатную плату
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
показаны на рисунках 3-6.
Инв. №
подп
Рисунок 3. Вариант 010
Из Лис № докум. Подп.
Да
Рисунок 4 Вариант 180
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
26
Рисунок 5. Вариант 330
Рисунок 6. Вариант 211
Размещение элементов на печатной плате должно обеспечивать доступ к
любому из них с целью проведения измерений или его замены. Пайка выводов
электрорадиоэлементов осуществляется вручную электрическим паяльником
Подп. и дата
с тонким жалом мощностью не более 25 ватт припоем ПОС-61 ГОСТ 2193176. Также возможно применение метода автоматизированной волновой пайки.
По всем остальным параметрам печатная плата должна соответствовать
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
требованиям ГОСТ 25752-83.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
27
10. Определение размеров печатного рисунка
Определение размеров печатного рисунка заключается в определении
номинальной ширины сигнальных проводников, ширины линий питания,
расчете номинального расстояния между дорожками, сопротивления
изоляции параллельных проводников и расчете паразитного влияния
проводников.
Номинальное значение ширины проводника t определяется током I ,
протекающем по нему, и удельной плотностью тока в материале
проводников. Это значение рассчитывается по формуле:
tМД 
IН
,
h
где tМД - минимально допустимая ширина проводника, мм;
I Н - ток нагрузки, А;
h  0,035 мм - толщина проводника;
Подп. и дата
  20 А / м - удельная плотность тока.
Так как максимальный потребляемый ток полосового фильтра равен
I Н  10 ма  0,01А , то
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
tМД 
IН
0,01

 0,014 мм
  h 0,035  20
Для упрощения изготовления печатной платы примем tМД  0,5 мм .
Номинальное расстояние между дорожками
Номинальное значение расстояния между соседними элементами
проводящего рисунка S в миллиметрах определяют по формуле:
Подп. и дата
S  SМД .  tВО ,
где S МД . - минимально допустимое расстояние между соседними
Инв. №
подп
элементами проводящего рисунка, мм;
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
28
t ВО  0,05 - верхнее предельное отклонение ширины проводника,
мм.
Величину S МД . выбирают из расчета обеспечения электрической
прочности изоляции в соответствии с ГОСТ 23751 – 86.
SМД  0,25 , тогда
S  SМД .  tВО  0,25  0,05  0,3 мм
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Подп. и дата
Для упрощения изготовления печатной платы примем S  0,5 мм .
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
29
11. Расчёт надёжности электронного модуля
В
данном
разделе
определяется,
обеспечит
ли
предлагаемая
принципиальная схема регулируемого полосового фильтра, собранная на
принятой
элементной
базе,
требуемые
показатели
надежности
в
установленных условиях эксплуатации.
Результатом расчета надежности является определение численного
значения времени наработки на отказ Т Н .
В теории надежности под отказом понимается не только выход из строя
изделия, но и уход его параметров за пределы допустимых значений. Однако
определение времени наработки на отказ в случае постепенного отказа
связано со сложными математическими вычислениями, поэтому в расчете
учитываются только внезапные отказы элементов. В качестве допущения
предполагается, что отказ любого элемента, расположенного на печатной
плате, приводит к отказу всего модуля. Влияние эксплуатационной
Подп. и дата
обстановки учитывается с помощью поправочных коэффициентов.
Расчет надёжности включает в себя два вида расчёта: ориентировочный
Взам. инв.
№
и уточненный.
Ориентировочный расчёт надёжности
Ориентировочный
расчёт
надёжности
производится
с
целью
определения целесообразности дальнейшего проектирования.
Инв. №
дубл.
При расчёте принимаются следующие допущения:
 Отказы элементов считаются событиями случайными и независимыми;
 Отказ любого из элементов приводит к отказу фильтра;
Подп. и дата
 Все элементы функционируют в типовых номинальных режимах;
 Однотипные радиоэлементы равнонадёжны;
 Вероятность безотказной работы элементов изменяется во времени по
Инв. №
подп
экспоненциальному закону, то есть интенсивность отказов есть
величина постоянная.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
30
Определим количество точек пайки на печатной плате.
 конденсаторы - 4х2=8
 резисторы - 4х2=5
 микросхемы - 8
 соединители - 10
Итого 31 точка пайки
Показатели надёжности основных элементов приведены в таблице 3.
Подп. и дата
Таблица 3. Показатели надёжности основных групп элементов
Взам. инв.
№
Инв. №
дубл.
МАХ 106
МИН 106 СР 106
Группы элементов
2
Микросхемы средней
степени интеграции
0,013
1
0,011
0,013
0,016
3
Резисторы пленочные
0,03
4
0,1
0,12
0,144
4
Конденсаторы
керамические
0,15
2
0,25
0,3
0,36
5
Конденсаторы
электролитические
0,035
2
0,056
0,07
0,084
6
Соединитель
0,124
4
0,413
0,496
0,595
7
Печатная плата
0,7
1
0,583
0,7
0,84
8
Точки пайки печатного
монтажа
0,01
31
0,258
0,31
0,372
1,671
2,009
2,530
0 10

Итого
МИН
6
(СР , МАХ )
Определим среднюю наработку печатного модуля на отказ:
Т Н .МИН 
Т Н .СР 
По
1
А.МАХ
1
А.СР
Т Н .МАХ 
Подп. и дата
Количество
элементов в
группе, N i
№
п/п

1
А.МИН
1
 395257 час.
2,530  106

1
 497760 час.
2,009  106

1
 298444 час.
1,671  106
результатам
расчётов
Т Н .МИН  Т Н ,
значит,
печатный
модуль
удовлетворяет условиям технического задания с гарантией. Таким образом,
Инв. №
подп
никаких доработок в конструкцию регулируемого полосового фильтра
вносить не требуется.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
31
Уточнённый расчёт надёжности
Уточнённый расчет надежности аппаратуры производится на этапе
технического проекта, когда разработана принципиальная схема электронного
устройства. Он проводится с целью определения показателей надежности
проектируемого печатного модуля в реальных условиях эксплуатации с
учетом особенностей функционирования принципиальной схемы. Этот расчёт
позволяет
оценить
влияние
условий
применения
элементов
и
дестабилизирующего влияния окружающей среды на надежность аппаратуры.
В общем случае формула расчета надежности в реальных условиях
эксплуатации имеет вид:
АРУЭ  А   МВ  t   ВЛ   Д  КЭН , где
 А - интенсивность отказа изделия в нормальных условиях;
 МВ - коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий;
 t - коэффициент, учитывающий влияние температуры
Подп. и дата
 Д - коэффициент, учитывающий влияние давление
К ЭН - коэффициент электрической нагрузки, учитывающий особенности
функционирования принципиальной схемы с выбранными элементами.
Следует учесть, что влияние внешних факторов на элементы различных
Взам. инв.
№
классов
неодинаково.
Достаточно
сложно
вычислить
обобщенный
коэффициент К ЭН для всего модуля. Поэтому наиболее точный результат
интенсивности отказов модуля дает формула, учитывающая соответствующие
Инв. №
дубл.
коэффициенты для каждого i  го элемента:

РУЭ
А
N
i
i
i
  (Аi   МВ
  ti   ВЛ
  iД  К ЭН
)
i 1
Подп. и дата
Методика уточненного расчета модуля состоит в следующем:
1. На основе анализа принципиальной схемы и спецификации
определяют типы элементов, входящих в рассчитываемый модуль. Элементы,
Инв. №
подп
выполняющие вспомогательные функции, из расчета исключаются.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
32
Для каждого из элементов определяется интенсивность отказов в
нормальных условиях эксплуатации и номинальной нагрузкой  А .
2. Для каждого из выбранных элементов вычисляется К ЭН . В данном
случае используем рекомендованные значения интенсивности отказов.
3. Наиболее неоднозначно влияет на интенсивность отказов элементов
различных
типов
температура.
Поэтому
рассчитанные
коэффициенты
электрической нагрузки необходимо скорректировать по соответствующим
таблицам и получить К ПОПР .
4. Определяется значение интенсивности отказов проектируемого
модуля в реальных условиях эксплуатации:

РУЭ
А
На
N
  ВЛ   МВ   Д   1  К ПОПР .
i 1
основании
справочных
данных
применяемых
электрорадиоэлементов определяем соответствующие коэффициенты при
заданных условиях эксплуатации:
Подп. и дата
 ВЛ  2,5
 МВ  1,07
Д 1
Взам. инв.
№
Результаты расчётов сведём в таблицу 4.
Таблица 4. Результаты уточнённого расчёта надёжности
К10-7
К50-35
КР154УД3
С2-29
Разъём
Пайка
2
0,025
0,5
2
0,16
0,5
1
0,03
0,5
4
0,01
0,5
4
0,009
0,5
31
0,00004
0,5
Интенсивность отказов всего модуля, М
Из Лис № докум. Подп.
Коэффициент
нагрузки с
поправкой,
К ПОПР
0,18
0,64
0,44
0,62
0,4
0,4
6
10 1/ ч
Интенсивность Коэффициент
отказов,
электрической
6
i 10 1/ ч
нагрузки, К ЭН
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Элемент
Количество
элементов
в группе
Да
Интенсивность
отказов
п  i  К П 106
0,009
0,2048
0,0132
0,025
0,014
0,000496
0,266
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
33
Рассчитаем интенсивность отказов проектируемого модуля в реальных
условиях эксплуатации:
N
АРУЭ   ВЛ   МВ   Д   1  К ПОПР  0, 266 106  2,5 11, 07  0, 713 10 6 1/ ч .
i 1
Среднее время наработки модуля на отказ:
ТН 
1

РУЭ
А

1
 1402766 ч
0, 713 106
Время наработки на отказ при коэффициенте готовности Р  0,95 :
ТН 
lпР
АРУЭ

lп0,95
1, 05 106
 71940 ч
Полученное значение времени наработки на отказ значительно
превышает время, установленное в техническом задании, следовательно,
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
Подп. и дата
требования по надёжности выполнены.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
34
12. Трассировка электрических соединений
Трассировка электрических соединений заключается в создании
печатного рисунка на токопроводящей стороне печатной платы заданных
размеров в соответствии с представленной принципиальной электрической
схемой.
При
трассировке
электрических
соединений
следует
руководствоваться требованиями ГОСТ 25752-83 и ОСТ.4ГО.070.01.
Трассировка может производиться как вручную на листе бумаги,
разлинованном в соответствии с заданным шагом печатной платы, так и с
применением средств вычислительной техники. Ввиду высокой трудоёмкости
и малой эффективности ручной способ применяется редко и в основном для
односторонних
печатных
плат
с
низкой
плотностью
монтажа
электрорадиоэлементов.
Выбор
программы
трассировки
определяется
предпочтениями
разработчика платы. В отечественной электронной промышленности при
Подп. и дата
разработке печатных плат для серийного производства по умолчанию
используются компьютерная программа «P-CAD 20XX» различных версий.
С целью упрощения процесса разработки печатной платы в данном
случае использовалась программа «Altium Designer 14.0», которая выдаёт всю
Взам. инв.
№
необходимую
информацию
для
автоматизированных
комплексов
по
производству печатных плат различными методами, в том числе и Gerberфайл сверловки отверстий.
Инв. №
дубл.
При использовании программы в режиме «Автотрассировка» был
получен неудовлетворительный результат в виде прокладывания дорожек
между
выводами
электрорадиоэлементов,
поэтому
трассировка
была
Подп. и дата
проведена в неавтоматическом режиме.
Инв. №
подп
Разработанная печатная плата представлена на рис.7.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
35
Подп. и дата
Рисунок 7. Печатная плата регулируемого фильтра
Все методы производства печатных плат можно расположить в
следующей последовательности (по возрастанию плотности печатного
монтажа):
Взам. инв.
№
- односторонние печатные платы (ОПП); комбинированным
позитивным методом;
- двусторонние печатные платы (ДПП) комбинированным позитивным
Инв. №
дубл.
методом;
- ДПП полуаддитивным методом;
- ДПП полуаддитивным методом с дифференциальным травлением;
Подп. и дата
- многослойные печатные платы (МПП) методом попарного
прессования;
- МПП методом металлизации сквозных отверстий;
Инв. №
подп
- МПП методом послойного наращивания;
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
36
- МПП комбинацией методов металлизации сквозных отверстий и
послойного наращивания.
Основным отличием, характеризующим возможности того или иного
метода,
можно
считать
реализуемую
им
плотность
межконтактных
соединений. Чаще всего на практике ограничение плотности монтажа
обусловлено
размерами
элементов
и
специальными
требованиями
к
электрическим параметрам печатных связей.
С целью уменьшения стоимости изделия и упрощения технологии
производства выберем комбинированный позитивный метод, применяемый в
производстве печатных плат средней сложности при отсутствии специальных
требований к печатной плате.
Комбинированный
позитивный
метод
(полуаддитивный
метод)
применятся, в основном, при производстве и ОПП ДПП.
Этапы комбинированного позитивного метода для односторонних
печатных плат:
Подп. и дата
- нарезка технологических заготовок;
- очистка поверхности фольги (дезоксидация);
- сверление отверстий на станках с ЧПУ;
- нанесение и экспонирование фоторезиста через фотошаблон-позитив;
Взам. инв.
№
- нанесение металлорезиста;
- удаление экспонированного фоторезиста;
- травление свободных участков тонкой фольги между элементами
Инв. №
дубл.
печатного рисунка;
-удаление металлорезиста;
- нанесение контактных покрытий на концевые печатные ламели;
Подп. и дата
- отмывка платы, сушка;
- нанесение финишного покрытия на контактные площадки ;
- нанесение маркировки;
- обрезка платы по контуру;
Инв. №
подп
- электрическое тестирование и контроль.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
37
Заключение
В курсовой проекте был проведён расчёт принципиальной схемы
регулируемого полосового фильтра, разработана топология и выбран метод
изготовления односторонней печатной платы. Плата закреплена на резьбовых
стойках.
Проведены
расчёты
площади
печатной
платы,
определены
параметры печатного рисунка.
Существенное внимание уделено определению надёжности печатного
узла и расчёту времени наработки на отказ.
При выборе метода трассировки печатной платы принимались во
внимание современные тенденции в области промышленного изготовления
плат на автоматизированном производственном оборудовании.
При определении способа изготовления печатной платы выбор был
сделан в пользу относительно недорогой комбинированной позитивной
технологии, которая в настоящее время широко используется в электронной
Подп. и дата
промышленности для изготовления печатных плат 1, 2, и 3 классов точности.
Этот способ обеспечивает высокие технические параметры готовых печатных
плат.
В
заключение
Взам. инв.
№
реализованные
разработке
отметить,
что
управляемого
основные
полосового
принципы,
фильтра
с
инвертированием сигнала, могут быть с успехом использованы при создании
различных управляемых полосовых фильтров, причём как узкополосных, так
и
Инв. №
дубл.
при
следует
относительно
широкополосных
с
минимальной
неравномерностью
амплитудно-частотной характеристики в полосе прозрачности.
Возможность достаточно простыми методами изменять значение
Подп. и дата
центральной частоты таких фильтров расширяют область применения
Инв. №
подп
подобных селективных устройств.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
38
Список используемых источников
Нормативные документы:
1. ГОСТ 10317-79 ЕСКД. Платы печатные. Основные размеры.
2. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
3. ГОСТ 2.417-91 ЕСКД. Платы печатные. Правила выполнения чертежей.
4. ГОСТ 2.701-2008 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к
выполнению.
5. ОСТ 4.010.-30-81. Установка навесных элементов на печатные платы.
6. ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы
7. ГОСТ 2.302-68 ЕСКД. Масштабы
8. ГОСТ Р 51040-97 ЕСКД. Платы печатные. Шаги координатной сетки
9. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.
Подп. и дата
10.ГОСТ 2.709 ЕСКД.
Система обозначения цепей в электрических
схемах.
11.ГОСТ
2.710-81
ЕСКД.
Обозначения
буквенно-цифровые
в
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
электрических схемах.
12.ГОСТ 17467-88 ЕСКД. Микросхемы интегральные. Основные размеры
13.ГОСТ 2.728-74 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
Резисторы, конденсаторы.
14.ГОСТ 2.747-68 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
Размеры условных графических обозначений.
15.ГОСТ 7.1-2003 СИБИД. Библиографическая запись. Библиографическое
Инв. №
подп
описание. Общие требования и правила составления.
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
39
Учебная и справочная литература:
1. Александров А.А., Кузьмина Е.Г. Электрические чертежи и схемы. - М.:
Издательский дом МАИ, 2007.
2. Баканов, Г.Ф., Соколов, С.С. Конструирование и производство
радиоаппаратуры. – М: ИЦ «Академия», 2011.
3. Горячева, Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник.- М.:
Радио и связь, 1984.-88с.
4. Конденсаторы: Справочник / Г. А. Горячева, Е.Р.Добромыслов; - М:
Радио и связь, 1984.
5. Конструкторско-технологическое
проектирование
электронной
аппаратуры: учебник для вузов. Под общей ред. В.А. Шахнова. - М.:
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.
6. Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы: - М.:
Техносфера, 2005.
7. Медведев А.М. Технология производства печатных плат: - М.
Подп. и дата
Техносфера, 2005.
8. Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств: - М.:
Техносфера, 2007.
9. Резисторы: Справочник./ В.В. Дубровский и др. М.: Радио и связь, 1991.
интегральным микросхемам / Под редакцией Тарабрина Б.В.: - М:
Энергия, 1981.
Инв. №
подп
Подп. и дата
Инв. №
дубл.
Взам. инв.
№
10.Тарабрин Б.В., Якубовский С.В., Барканов Н.А. Справочник по
Из Лис № докум. Подп.
Да
КП.06.09.18.332.11. ПЗ
Лис
т
40
Download