Курсовой Основа. Акустическая мигалка

• Название: Акустическая мигалка
• Дата: 14.05.2019
• Размер: 1.53 Mb.
• Имя файла: Курсовой Основа.doc
• Тип: Документы; #77036

1 Конструкция изделия “Акустическая мигалка”

1. 
   Назначение, конструкция, технические характеристики, работа схемы.
   

Назначение:

Предназначены для цветового сопровождения музыкальных фрагментов и произведений. Они могут использоваться в составе музыкальных ансамблей, при оформлении баров и кафе, дискотек и домашнего интерьера. Раскрытие сущности музыки посредством зрительных восприятий.

Электрическая принципиальная схема акустической мигалки представлена на рисунке 1



Рисунок 1 - Акустическая мигалка. Электрическая принципиальная схема

Технические характеристики:

• 
  Напряжение питание используется 3–12 вольт.
  

Работа схемы:

Микрофон улавливает звук и меняет свое сопротивление. В результате переменный аудио сигнал, который образовался на микрофоне, проходит через конденсатор С2 и поступает на базу транзистора VT1 и открывает его. Начинает течь ток через коллектор-эмиттер транзистора VT1. Этот же самый ток поступает на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 открывается и ток начинает течь через все светодиоды, "поджигая" их.

2. 
   Элементная база
   

1.2.1 Транзистор КТ315Б



Рисунок 2 - Транзистор КТ315Б

Технические характеристики:

• 
  Структура n-p-n;
  
• 
  Максимально допустимое напряжение коллектор-база 20 В;
  
• 
  Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 20 В;
  

• 
  Максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 100 мА;
  
• 
  Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом) 0.15 Вт;
  
• 
  Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 50-350.
  

1.2.2 Резисторы

Технические характеристики:

• 
  Точность 5%;
  
• 
  Номинальная мощность 0.125/0.25Вт;
  
• 
  Максимальное рабочее напряжение 250В;
  
• 
  Рабочая температура -55…125 С°.
  

Рисунок 3 –Резистор

1.2.3 Конденсатор электролитический алюминиевый неполярный



Рисунок 4 - Конденсатор электролитический алюминиевый неполярный

Технические характеристики:

• 
  Рабочее напряжение50В;
  
• 
  Допуск номинальной емкости 20%;
  
• 
  Рабочая температура -40…85 С°;
  
• 
  Тангенс угла потерь 0.1%.
  

1.2.4 Микрофон электретный

Технические характеристики:

• 
  Рабочее напряжение 1.5…10 В;
  
• 
  Шум40дБA;
  
• 
  Диапазон частот 50…13000Гц;
  
• 
  Чувствительность 60мВ/Па.
  

Рисунок 5 - Микрофон электретный

1.2.5 Светодиоды АЛ102ДМ



Рисунок 6 - Светодиоды АЛ102ДМ

Технические характеристики:

• 
  Форма линзы круглая;
  
• 
  Размер линзы 5 мм;
  
• 
  Максимальное прямое напряжение 2.8В;
  
• 
  Максимальное обратное напряжение2В;
  

• 
  Максимальный импульсный прямой ток 60 мА;
  
• 
  Рабочая температура -60…70С°.
  

2.2 Выбор материала диэлектрического основания

Для создания печатной платы нужно выбрать диэлектрическое основание с прикрепленной к ней металлической фольгой.

Сравним характеристики материалов основания ПП (ГФ,СФ).

Гетинакс фольгированный (ГФ) -слоистый пластик на основе электроизоляционной пропиточной бумаги ЭИП-63Б, пропитанной феноло- крезолоформальдегидной или эпоксифенольной смолами; облицован с одной или с двух сторон электролитической медной оксидированной фольгой. Производится в виде листов размером не менее 400 X 600 различных

толщин. Цифры означают: первая - 1 - облицованный фольгой с одной

стороны, 2 - с двух сторон; вторая - толщина фольги: 35 – 0,035 мм, 50 – 0,050 мм. Буква Г в конце обозначения - облицованный гальваностойкой фольгой.

Марки ГФ: ГФ-1-35, ГФ-1-35Г, ГФ-2-35, ГФ-2-35Г, ГФ-1-50, ГФ-1-50Г, ГФ-2-50, ГФ-2-50Г.

Свойства:

• 
  Высокое удельное электрическое сопротивление( 10¹⁰-10¹¹ Ом*м);
  
• 
  Хорошая обрабатываемость (штамповка и резание);
  
• 
  Малая гигроскопичность.
  

Стеклотекстолит фольгированный (СФ) - представляет собой слоистый прессованный пластик изготовленный на основе ткани из стекловолокна, пропитанный термореактивными связующими и облицованный с одной или двух сторон медной электролитической фольгой 0,35 мм или 50 мм.

Стеклотекстолит фольгированный СФ-1-35Г, СФ-2-35Г ГОСТ 10316-78. СТФ ТУ16-303-204-80. Применяется в приборостроении, радиотехнике, электронике для изготовления печатных плат. Допускает механическую обработку. Толщина 0,5-3,0 мм. Время устойчивости к воздействию расплавленного припоя при t= 260 ^оС не менее 20 сек. (1 класс). Прочность на отслаивание в исходном состоянии (на ширину полоски 3 мм) не менее 4,5Н (1 класс).

Свойства:

• 
  высокая влагостойкость;
  
• 
  высокая нагревостойкость;
  
• 
  высокая механическая прочность;
  
• 
  высокое удельное электрическое сопротивление (10⁸-10¹² ОМ);
  

высокая электрическая прочность.

Таблица 1 - Параметры диэлектриков

Параметры	Гетинакс фольгированный (ГФ)	Стеклотекстолит фольгированный (СФ)
Плотность,	1350-4000	1600…1900
Удельное электрическое сопротивление, Ом*м
Диэлектрическая проницаемость(при частоте 50 Гц)	5…6	5…7
Тангенс угла диэлектрических потерь	(1,5…40)*	(0,1…5)*
Электрическая прочность (при толщине листов 2…3мм), МВ/м	25…35	17…25
Теплостойкость	185…193	207…283
Холодостойкость	-60	-60
Предел прочности	80…120	77…442
Удельная ударная вязкость	8…22	21…339

Из перечисленных материалов для изготовления печатной платы выбираем стеклотекстолит фольгированный, т.к. он обладает большей теплостойкостью, пределом прочности, меньшим тангенсом угла диэлектрических потерь, более высокой влагостойкостью.
2.3 Определение габаритных размеров печатной платы

Составим таблицу радиоэлементов печатной платы в соответствии с электрической принципиальной схемой.
Т а б л и ц а 2 - Элементная база и ее габариты

Поз.обозн.	УГО РЭ	Наименование, номинал РЭ	Кол-во	Размеры выводов, lвыв. мм., dвыв. ,мм	Размеры РЭ -D(В) L(Н) мм.	Площадь РЭ,FРЭ, мм2	Суммарная площадь РЭ, Fсум,РЭ, мм2
R1		Резистор	1	dвыв=0,6	D=2.2 L=6	10	30
R2		Резистор	1
R3		Резистор	1
C1		Конденсатор 47 мкФ	1	dвыв=0,6	D=5 L=10	19.6	39.2
C2		Конденсатор 1 мкФ	1	dвыв=0,6	D=5 L=11	19.6

Окончание таблицы 2

VT1… VT2		Транзистор КТ315Б	2	dвыв=0,8	H=7 B=2.8	19.6	39.2
HL1… HL6		Светодиод АЛ102ДМ	6	dвыв=0,6	D= 6 L= 7.1	28.26	170
BM		Микрофон	1	dвыв=0,8	D=10 L=6	78.5	78.5

2.3.1 Определение площади радиоэлементов прямоугольной формы:

F=D(L+2lф), мм² (1)

где,

D-диаметр РЭ, мм.

L-длина РЭ, мм.

lф - длина вывода РЭ после формовки, мм.

F_R1-R3=2.5(6+2*2)=10 мм²;

F_VT1-VT2=H*B=7*2.8=19.6 мм².

2.3.2 Определение площади радиоэлементов круглой формы:

F=_, мм² (2)

F_HL1=3.14*6²/4=28.26мм²;

F_C1=3.14*5²/4=19.6 мм²;

F_BM=3.14*10²/4=78.5 мм².

2.3.3 Определение площади однотипных радиоэлементов:

F_гр= F_РЭ*n, мм² (3)

Где n- чисто элементов.

F_грR1…R3=10*3=30 мм²;

F_грVT1-VT2=19.6*2=39.2 мм²;

F_грС1-С2=19.6*2=39.2 мм²;

F_грHL1-Hl6=28.26*6=170 мм².
2.3.4 Определение суммарной площади всех радиоэлементов:

F_Σ=ΣF_гр, мм² (4)

F_Σ=30+39.2+39.2+170+78.5=356.9 мм².

2.3.5 Определение габаритных размеров ПП:

Для ПП первого класса точности применяют коэффициент увеличения – 3, тогда:

F_ПП=3* F_Σ, мм2 (5)

F_пп=3*356.9=1070,7 мм².

По вычисленной площади ПП выбираем стандартные габаритные размеры по ГОСТ 10317 – 79.

Ширина ПП: В=30 мм

Длина ПП: L=40 мм

Уточненная площадь ПП: Fу_ПП=1200 мм²

В результате расчета, определили площадь и выбрали габаритные размеры печатной платы, на которой далее будет выполнена компоновка РЭ и разводка печатного монтажа.

2.4 Расчет параметров печатного монтажа
По исходным данным:

• 
  Максимальный ток,I_max= 0,3 А;
  
• 
  Метод изготовления ПП – химический;
  
• 
  Класс точности изготовления ПП – первый;
  
• 
  Толщина фольги, δ=35мкм. = 0,035 мм;
  
• 
  Толщина платы, Н = 1,5 мм.
  

2.4.1 Расчет ширины печатного проводника

Данный расчет проводится по двум параметрам: по допустимому перегреву печатного проводника и по допустимому падению напряжения на печатном проводнике.

Расчет по второму условию не проводится, т.к. схема работает на малом токе и падение напряжения на проводнике минимально, что не влияет на работоспособность схемы.

Расчет по допустимому перегреву ведется по допустимой плотности тока [ j ], которая определяется по выбранному материалу ПП и методу изготовления печатного проводника.

Материал ПП – СФ-1-35-1,5.

Толщина фольги 35 мкм.

Для химического метода изготовления печатной платы берем плотность тока

[ j ]=20 А/мм².
b_min = _, мм. (6)
b_min = 0,3/20*0,035=0,43 мм

С учетом допуска на ширину печатного проводника первого класса

точности получим:

b=0,6±0,15 мм.

2.4.2 Расчет диаметров контактных площадок

Для обеспечения технологичности ПП рекомендовано иметь на ней не более трех номиналов диаметров отверстий. С этой целью объединим диаметры выводов РЭ в две группы.

Т а б л и ц а 3 - Диаметр выводов

РЭ	Диаметр выводов РЭ, мм	Принятый диаметр выводов РЭ, мм
R1…R3	0,6	0,6
C1…C2	0,6
HL1…HL6	0,6
BM1	0,8	0,8
VT1…VT3	0,8

2.4.3 Расчет максимального диаметра отверстий
D_max=d_выв+ δ_d, мм. (7)
где δ_d-допуск на расположение отверстий,δ_d=0,2мм.

D_max1= 0,6+0,2=0,8 мм.

D_max2 = 0,8+0,2=1 мм.

2.4.4 Расчет минимального диаметра контактной площадки
D_{КП min}= D_max+ δ_p , мм. (8)
где δ_р – допуск на расположение контактных площадок,δ_р=0,35 мм.

D_КП1min= 0,8+0,35=1,15 мм.

D_КП2min= 1+0,35=1,35 мм.

2.4.5 Расчет максимального диаметра контактной площадки
D_{КП mах} =D_{КП min}+0,2 мм. (9)
D_КП1max = 1,15+0,2=1,35 мм.

D_КП2max=1,55+0,2=1,55 мм.

По результатам расчета получены следующие диаметры КП:

D_КП1min=1,15 мм; D_КП1max=1,35 мм.

D_КП2min= 1,35 мм; D_КП2max=1,55 мм.
Вывод: В результате расчетов получили:

• 
  Ширину печатного проводника, b=0,6±0,15 мм.
  

• 
  Диаметр контактных площадок: D_КП1=1,0_ мм.D_КП2=1,0_мм.
  

2.5 Эскизная компоновка радиоэлементов на печатной плате



Рисунок 7 - Эскизная компоновка РЭ.Шаг координатной сетки 2.5мм

Компоновка РЭ на плате выполняется с учетом следующих конструктивных рекомендаций:

• 
  Резисторы (R1,R2 и R3) установлены параллельными рядами;
  
• 
  Выводы РЭ расположены в узлах координатной сетки;
  
• 
  За начало координатной сетки взят правый нижний угол;
  
• 
  Шаг координатной сетки 2,5 мм.
  

2.6 Эскизная трассировка печатного монтажа



Рисунок 8 - Эскизная трассировка печатного монтажа. Шаг координатной сетки 2.5мм

Трассировка ПМ на плате выполняется с учетом следующих конструктивных рекомендаций:

• 
  Печатные проводники расположены на линиях координатной сетки и под углом 45°;
  
• 
  Выводы РЭ расположены в узлах координатной сетки;
  
• 
  За начало координатной сетки взят правый нижний угол;
  
• 
  Шаг координатной сетки 2,5 мм.
  

2.7 Проверочные расчеты геометрических параметров печатного монтажа
2.7.1 Минимальное расстояние между параллельными проводниками

S_min1=L₀₁-(b_max+δ_l), мм. (10)

где L₀₁ - расстояние между центрами проводников,L₀₁=2,5мм.

b_max- максимальная ширина проводника,b_max=0,75мм.

δ_l-допуск на расположение проводников,δ_l=0,15мм.

S_min1=2,5-(0,75+0,15)=1,6 мм

2.7.2 Минимальное расстояние между контактными площадками

S_min2=L₀₂-(D_{max КП}+δ_р), мм. (11)

гдеL₀₂-расстояние между центрами контактных площадок,L₀₂=2,5мм.

D_{max КП}- максимальный диаметр контактной площадки,

D_maxКП = 1,55мм.

δ_р- допуск на расположение контактных площадок,δ_р=0,35 мм.

S_min2=2,5-(1,55+0,35)=0,6мм.

2.7.3 Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой

S_min3=L₀₃-(D_maxКП+b_max)/2,мм. (12)

где L₀₃- расстояние между проводником и контактной площадкой;

L₀₃=2,5мм.

S_min3=2,5-(1,55+0,75)/2=1,35мм.

Минимальное допустимое расстояние между элементами печатного монтажа S_min≥0,45 мм, в противном случае необходимо выполнить корректировку рисунка.

По результатам проверочных расчетов получили следующие значения min расстояний между элементами ПМ:

S_min1= 1,6мм

S_min2= 0,6мм

S_min3= 1,35мм

По результатам расчетов видно что минимальное допустимоерасстояние между элементами печатного монтажа больше 0,45 мм, следовательно корректировку рисунка выполнять не нужно и плата работоспособна.

2.8 Проверочные расчеты электрических параметров печатного монтажа (емкости)

Расчет емкости между параллельными проводниками:

C=K*L_пр*Ԑ_пл, пФ (13)

Где K – коэффициент, зависящий от ширины и расположения проводников, К=f(d/b);

d – расстояние между проводниками, d=1,9 мм;

b – номинальная ширина проводника, b=0,6мм;

K=f(d/b)=3,17;

Значение коэффициента определяется по графику, К=0,08;

L_пр – наибольшая длина взаимного перекрытия между параллельными проводниками;

L_пр=7,5 мм = 0,75 см;

Ԑ_пл – диэлектрическая проницаемость материала платы,Ԑ_пл= 5

C=0.08*0,75*5=0,3 пФ;

По результатам проверочных расчётов получили следующие значения ёмкости:

С=0,3 пФ;

Т.к. допустимое значение ёмкости С_доп≤5 пФ, печатная плата работоспособна и для неё возможна разработка рабочего чертежа.