Брагин А.В. Основы Конструирования и технологии проектирования радиоэлектронных средств - файл n1.doc

Брагин А.В. Основы Конструирования и технологии проектирования радиоэлектронных средств
скачать (6252 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc6252kb.21.10.2012 20:16скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7
ОСНОВЫ Конструирования

и

технологии ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
СОДЕРЖАНИЕ
Введение

№ 1 Конструирование функционального узла с применением печатного монтажа.

№ 2. Конструирование блока вторичного источника электропитания (ВИПа)

№ 3. Анализ конструкции электронной аппаратуры 2-3-го структурного уровня

№ 4. Расчет и конструирование блока с оптимальными габаритными размерами

№ 5 Обеспечение тепловых режимов РЭС

№ 6 Эскизное проектирование

№ 7 Экранирование

№ 8 Исследование радиаторов

№ 9 Типы печатных плат

№ 10 Исследование топологии микросхем
Библиографический список

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4
План по выполнению работ для студентов очной формы обучения




Название работы

Вид отчетности

Способ подготовки /Занятия

1

Конструирование функционального узла с применением печатного монтажа.

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

114 комп. класс

125 комп. класс

115 учебная лаб.

2

Конструирование блока вторичного источника электропитания (ВИПа)

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

114 комп. класс

125 комп. класс

115 учебная лаб.

3

Анализ конструкции электронной аппаратуры 2-3-го структурного уровня

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

115 учебная лаб.

4

Расчет и конструирование блока с оптимальными габаритными размерами

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

5

Обеспечение тепловых режимов РЭС

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

6

Эскизное проектирование

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

7

Экранирование

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе

112а учебная лаб.

8

Исследование радиаторов

Подготовка и оформление отчета о проделанной работе


112а учебная лаб.

9

Типы печатных плат

отчет, устно

Самостоятельно

112а учебная лаб.

10

Исследование топологии микросхем

отчет, устно

Самостоятельно

112 учебная лаб.


План по выполнению работ для студентов заочной формы обучения




Название работы

Вид отчетности

Способ подготовки /Занятия

1

Конструирование функционального узла с применением печатного монтажа.

отчет в зимнюю сессию

114 комп. класс

125 комп. класс

115 учебная лаб.

2

Конструирование блока вторичного источника электропитания (ВИПа)

теоретическая подготовка

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

115 учебная лаб.

3

Анализ конструкции электронной аппаратуры 2-3-го структурного уровня

отчет в зимнюю сессию

115 учебная лаб.

4

Расчет и конструирование блока с оптимальными габаритными размерами

теоретическая подготовка

Самостоятельно


5

Обеспечение тепловых режимов РЭС

отчет в зимнюю сессию

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

6

Эскизное проектирование

отчет в зимнюю сессию

Самостоятельно

114 комп. класс

125 комп. класс

7

Экранирование

теоретическая подготовка, устно

Самостоятельно

112а учебная лаб.

8

Исследование радиаторов

теоретическая подготовка, устно

Самостоятельно

112а учебная лаб.

9

Типы печатных плат

теоретическая подготовка, устно

Самостоятельно

112а учебная лаб.

10

Исследование топологии микросхем

теоретическая подготовка, устно

Самостоятельно

112 учебная лаб.


ВВЕДЕНИЕ

Самостоятельная работа студентов над решением практических задач конструирования типовых конструкций функциональных узлов и приборов предназначена для закрепления лекционного курса и приобретения студентами навыков практической работы. Она проводится под руководством преподавателя.

Настоящие методические указания состоят из десяти работ.

Первая работа посвящена разработке конструкции функционального узла на печатной плате, представляющей изделие 2-го структурного уровня.

Вторая работа связана с разработкой конструкции вторичного источника электропитания (ИВЭП), относящейся к 3-му структурному уровню. Эти две работы являются задачами синтеза конструкций РЭА на основе принципиальной электрической схемы и технического задания (ТЗ) на разработку.

Третья работа носит характер, обратный двум предыдущим, и представляет собой задачу анализа конструкции. Студент получает готовое материализованное радиоэлектронное изделие, проводит анализ его конструкции, примененных материалов, покрытий и т.д.

Четвертая работа посвящена оптимизации габаритных размеров блока в зависимости от рассеиваемой им мощности и внешних вибрационных нагрузок.

Пятая работа направлена на изучение и расчет обеспечение тепловых режимов РЭС.

Шестая работа направлена на развитие творческого подхода у студентов при эскизном проектировании.

Седьмая и восьмая работа направлена на исследование материалов для экранирования и исследование радиаторов для полупроводниковых приборов.

Девятая и десятая работы теоретические, предназначены для самостоятельного изучения с наглядным рассмотрением примеров по данной работе.
Таким образом, в работах конструкторского практикума рассмотрены три творческие ситуации:

- переход от электрической схемы и ТЗ к конструкции изделия;

- переход от готового изделия к технической и конструкторской документации;

- разработка эскизного проектирования.

Кроме перечисленных задач, достигается взаимная увязка разработки реального изделия с его отображением к конструкторской документации и исследованием таких составляющих конструкции РЭС как экранирование и отвод тепла.

РАБОТА,№1

КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УЗЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Приобретение студентами практических навыков конструирования радиоэлектронных изделий 2-го структурного уровня с применением печатного монтажа и оформление конструкторской документации на спроектированное изделие.

2. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

2.1.Схема электрическая принципиальная функционального узла (ФУ) и перечень элементов к ней.

2.2.Условия эксплуатации ФУ по ГОСТу 16962-71.

2.3.Конструкторско-технологические особенности ФУ:

- метод изготовления печатной платы;

- типоразмер печатной платы 35х30мм; 35х40мм; 35х50мм;

- вариант расположения выводных контактов (рис.1 а, б, в) и разъемов (для питания, входных или выходных разъемов с их чертежами)

а) по одной короткой стороне;

б) по двум коротким сторонам;

в) по одной длинной стороне.

2.4. Специальные требования к конструкции ФУ.
3. ПОРЯДОК ВЕДЕНИЯ РАБОТЫ И КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1. Анализ технического задания (ТЗ) и электрической принципиальной схемы (ЭЗ).

3.1.1. Выписать из ТЗ значения компоновочных характеристик: габаритных размеров, коэффициентов заполнения площади платы (Ks) и объема ФЯ (Ку), коэффициента плотности упаковки (ел).

Предложить, рассмотреть и проанализировать возможные способы повышения компоновочных характеристик и отразить их в отчет.

3.1.2. Рассмотреть работу принципиальной электрической схемы и проанализировать её с целью выявления требований к конструкции печатной платы и расположении на ней ЭРЭ и печатных проводников для обеспечения электрических характеристик изделия, заданных в ТЗ (например, быстродействия, чувствительности, уменьшения возможных паразитных параметров и наводок и др.).

3.1.3. Выделить из принципиальной электрической схемы ЭРЭ, которые необходимо установить на радиаторы, массой свыше 60 г, чувствительные к внешним электромагнитным пометам или сами создающие эти помехи.

3.1.4. Составить коммутационную схему ФЯ, исключив возможные пересечения проводников.

3.1.5. Проверить правильность выбора ЭРЭ в схеме электрической принципиальной с учетом заданных в ТЗ механических, климатических и массогабаритных характеристик, а также их надёжности, стоимости, дефицитности. При необходимости из каталогов па ЭРЭ подобрать аналоги и произвести им замену.

3.1.6. По справочнику [4] и ОСТу [7*] подобрать конкретные типы ЭРЭ в соответствии с указанными в электрической схеме номиналами и заданными в ТЗ условиями эксплуатации и выписать габаритные и установочные размеры элементов, их массу и вариант установки.

Если элемент имеет массу более 20 г. следует выбрать и заэскизировать дополнительное крепление элемента к плате из [8]. ЭРЭ массой свыше 60 г не рекомендуется устанавливать на плату, и такой элемент следует заменить на более легкий, подобрав соответствующий аналог из литературы [4,7].

3.1.7. Рассчитать установочные размеры каждого ЭРЭ и по заданному в ТЗ коэффициенту плотности компоновки по площади вычислить необходимую для размещения ЭРЭ - ФУ площадь печатной платы.

Сравнить расчетную площадь платы с заданной в ТЗ и при необходимости произвести корректировку размеров заданной в ТЗ платы, желательно в сторону уменьшения площади.

3.2. Оценка влияния методов изготовления печатной платы на конструкцию ФЯ.

3.2.1. ГОСТ [6] рекомендует три метода изготовления плат печатного монтажа. По литературе [1,5] ознакомиться с их особенностями и влиянием на конструкцию печатной платы, ФЯ и варианты установки ЭРЭ на плату.

3.2.2. Ознакомиться по литературе [1,5] с технологическими требованиями к конструкции печатных плат, которые должны устранять возможность возникновения неисправимого брака как в процессе изготовления собственно печатной платы, так и при монтаже ЭРЭ на плате с использованием современных автоматизированных установок по укладке ЭРЭ на плату и групповых методов пайки. Особое внимание следует обратить на причины отслаивания печатных проводников и контактных площадок от диэлектрического основания и конструкторские способы устранения этих причин: необходимость плавных переходов при разветвлении или изменении ширины проводников, предусматривание специальных вырезов в широких зонах фольги и вокруг контактных площадок и др. [I].

3.3. Ознакомление с требованиями по расположению печатных проводников и установке ЭРЭ на плате.

3.3.1. Расположение печатных проводников на плате зависит от технологии её изготовления, электрических особенностей принципиальней схемы, исключением возможного пересечения

проводников в одном слое и др. С рекомендациями по располо­жению проводников можно ознакомиться в [1,5].

3.3.2. Ознакомиться с правилами установки ЭРЭ на печат­ные платы, связанные с наличием координатной сетки и её шага, количества проводящих слоев, особенностями ручной или меха­низированной сборки, монтажа и групповой пайки, а также уп­рощенной установки на платы бытовой РЭА [1,5].

3.4. Компоновка ЭРЭ на печатной плате.

Для плоскостной компоновки ФЯ на печатной плате целесообразно применить графический или аппликационный методы компоновки [1,5]..

3.4.1. Вычертить на листе миллиметровой бумаги компоно­вочный чертеж печатной платы с расчерченной сеткой и выбран­ным шагом в масштабе 4:1 или 2:1.

3.4.2. Нанести на компоновочный чертеж крепежные отвер­стия и контакты для внешнего монтажа по заданному преподава­телем варианту (рис.1 и 2).

3.4.3. Используя один из двух методов компоновки, помес­тить на чертеже все ЭРЭ и их электрические связи в соответствии с коммутационной схемой (п.3.1.4), добиваясь максимальной плотности компоновки и минимальной длины электрических свя­зей. Рекомендации по проведению компоновочных работ на печатной плате изложены в [1,5].

Рекомендуется выполнить два или более различных вариан­тов компоновки ФЯ и рассчитать их компоновочные характеристики.

3.4.4. Предъявить все варианты компоновки с расчетами преподавателю; вместе с ним проанализировать полученные результаты и получить визу на оптимальный вариант компоновки.

3.5. Разработка конструкторской документации на ФЯ.

Разработать полный комплект конструкторской докумен­тации на ФЯ в соответствии с требованиями ЕСКД:

спецификацию согласно ГОСТ 2.108-68;

сборочный чертеж ФЯ по ГОСТ 2.109-73;

принципиальную электрическую схему и перечень элемен­тов по ГОСТ 2.701-84 и ГОСТ 2.702-75;

плата печатная по ГОСТ 2. А 7-78;

чертежи собственных деталей (при необходимости) по ГОСТ 2.301... 2.317. f3J.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет состоит из текстовой и графической частей. В текстовой части должны быть представлены:

- задание на разработку ФЯ (приложение 2);

- расчет компоновочных характеристик;

- выводы по оптимальному варианту компоновки (с скриншотами возможных вариантов компоновки);

- рекомендации по дальнейшему усовершенствованию кон­струкции,

- анализ и расчет параметров печатных проводников и контактных площадок;

- расчет параметров элементов схем и выбор оптимальных значений мощностей и напряжений у РЭ.

В графической части:

-схема электрическая принципиальная ФЯ;

-перечень элементов;

-сборочный чертеж ФЯ;

-спецификация;

-чертежи деталей.

Отчетный материал поместить в папку формата А4 с титульным листом, выполненным по форме (приложение 1).

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите преимущества, недостатки и ограничения печатного монтажа.

2. Как влияет метод изготовления печатной платы на конструкцию ФЯ?

3. Каковы правила установки ЭРЭ на печатную плату и чем они обусловлены?

4. Как влияет конструкция ФЯ с печатным монтажом на электрические характеристики схемы?
РАБОТА№2

КОНСТРУИРОВАНИЕ БЛОКА ИСТОЧНИКА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ВИПа)

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Приобретение студентами практических навыков конструирования радиоэлектронных изделий 3-го структурного уровня и оформление конструкторской документации на спроектированное изделие.
Основными исходными данными для расчета и анализа являются:

1) номинальное выпрямленное напряжение U0 [В]

U0 [В] = Nвариант*2+1

2) максимальный и минимальный токи нагрузки I0max [мА], I0min [мА]

I0max [мА] = Nвариант*100

I0min [мА] = Nвариант*10

3) выходная мощность P0 = U0I0

4) номинальное напряжение сети U1 ? 220 В;

5) частота сети fc = 50 Гц;

6) относительные отклонения напряжения сети в сторону повышения и понижения amax, amin рассчитываются исходя из ± 10%;

7) коэффициент пульсации Kп

Kп = Nвариант/100
2. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

2.1. Схема электрическая принципиальная АБВГ.ХХХХХХ.ХХХ.33

2.2. Условия эксплуатации по ГОСТ 15150-69 или ГОСТ 16019-78.

2.3. Конструкторско-технологические требования:

- вариант построения несущих конструкций (кожуха, шасси, крышек и др., рис.3);


Рис.3•
- минимальная масса и габаритные размеры;

- максимальная плотность упаковки блока при сохранении нормального теплового режима с учетом воздействия климатических и механических факторов.

2.4. Экономические требования:

-конструкция ВИПа должна быть ориентирована на крупносерийное высокоавтоматизированное производство.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

3.1. Анализ технического задания на разработку ВИПа. При анализе ТЗ выделить группу технических требований, связанных с конструктивными особенностями изделия в зависимости от его целевого назначения, условия эксплуатации, защиты от внешних воздействий (климатических, механических, температурных и т.д.). При анализе ТЗ особое внимание обратить на характер стыковки ВИПа с другими устройствами на объекте установки и первичными источниками питания. Анализ ТЗ позволит разработать технические требования к разрабатываемой конструкции ВИПа.

3.2. Анализ принципиальной электрической схемы ВИПа.

3.2.1. Первоначально необходимо провести анализ эксплуатационных характеристик ЭРЭ, входящих в состав принципиальной электрической схемы в соответствии с условиями эксплуатации, оговоренными в ТЗ [2]. При этом возможна корректировка марок и типов ЭРЭ, не удовлетворяющих заданным условиям эксплуатации. Обоснование замены ЭРЭ следует привести в тек­стовой части отчета.

3.2.2. При анализе принципиальной электрической схемы необходимо:

- уяснить принцип работы блока;

- уточнить рабочие частоты, напряжения преобразования, потребляемую мощность;

- выделить элементы или участки схемы, создающие помехи, а также цепи, критические к воздействию таких помех;

- выписать ЭРЭ, отличающиеся:

а) габаритными и весовыми характеристиками [5,8];

б) наиболее теплонагруженными элементами;

в) элементами, чувствительными к различным механическим и тепловым воздействиям.

Перечисленная информация необходима при разбиении принципиальной электрической схемы на части, а также при проведении пространственной компоновки блока.

Компоновка ВИПа решает вопросы разнесения определенных участков схемы для снижения их взаимовлияния (электрического, теплового), а также введения специальных конструктивных приспособлений (экранов, радиаторов, амортизаторов и др.), обеспечивающих нормальную работу блока в заданных условиях эксплуатации.

3.3. Выбор варианта пространственной компоновки ВИПа.

3.3.1. Для того чтобы приступить непосредственно к компоновке, необходимо проанализировать схемы построения основных несущих конструкций ВИПа (см. рис.3). Варианты 1 и 2 построены на основе шасси (I), консольно и неразъемно-соединенного с передней панелью (2) и вдвигаемого в коробчатый кожух (3). Причем в обоих случаях шасси может быть по выбору студента ориентированно как горизонтально, так и вертикально. Для варианта 2 конструкции оно располагается так, что вся элек­тронная часть ВИПа устанавливается с одной стороны шасси (обычно сверху), а с другой расположены только жгуты, кабели, монтажные провода и различные элементы крепления.

Конструкции по вариантам III и IV имеют в основе стационарное шасси с двумя крышками. Шасси (1) варианта III неразъёмно соединено с передней (2) и задней (3) панелью, а объемные крышки (4), устанавливающиеся сверху и снизу, закрывают собой боковые стороны блока. В варианте IV шасси (I) представляет единую неразъемную конструкцию с обоймой (боковыми стенками) кожуха (2), сверху и снизу блок закрывается двумя плоскими крышками (3). В вариантах III, IV электронная часть ВИПа может располагаться с обеих сторон шасси.

3.3.2. Для выяснения наиболее оптимального варианта компоновки необходимо упрощенно вычертить варианты конструк­ций ВИПа в 3-х проекциях на миллиметровой бумаге, при этом лишь условно указав места креплений, раскрывая подробно элементы шасси и кожуха.

Обоснование выбора окончательного варианта компоновки ВИПа на основе анализа представленных эскизных вариантов с учетом критериев качества приводится в тексте пояснительной записки после утверждения его преподавателем. Затем уточняются габаритные размеры блока, которые округляются до нормальных рядов Н 0 или Р20 по ГОСТ 8032-70 (см. табл. 1).
Таблица


Ряды

Р10

Р20

Р10

Р20

Р10

Р20

Р10

Р20

Р10

Р20

0,16

0,16




0,7

3

3




14

60

60




0,18

0,8

0,8




3,5

16

16




70

0,2

0,2




0,9

4

4




18

80

80




0,22

1

1




4,5

20

20




90

0,25

0,25




1,1

5

5




22

100

100




0,28

1,2

1,2




5,5

25

25




110

0,32

0,32




1,4

6

6




28

125

125




0,36

1,6

1,6




7

32

32




140

0,4

0,4




1,8

8

8




36

160

160




0,45

2

2




9

40

40




180

0,5

0,5




2,2

10

10




45

200

200




0,55

2,5

2,5




11

50

50




220

0,6

0,6




2,8

12

12




55

250

250
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации