2.2.1 Расчет конструкции печатной платы

Выберем в качестве материала печатной платы фольгированный стеклотекстолит FR-4 со следующими характеристиками:

-толщина материала 1 мм;

-толщина фольги 0,035мм.

Согласно классу точности 3 (ГОСТ 23751-86), отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы равно 0,33:

По ГОСТ 10317-79 минимальный допустимый диаметр металлизированного отверстия равен 0,4мм.

Применение металлизированных КП обосновано тем, что их можно использовать в качестве переходных отверстий.

При расчете диаметра металлизированного отверстия следует предусматривать гарантированный зазор (не менее 0,1 мм) для заполнения металлизированного отверстия расплавленным припоем.

d = ds + |∆| + 0,1  (2.1)

d - диаметр отверстия;

ds - диаметр или диагональ вывода;

|∆| - модуль (абсолютное значение) нижнего значения допуска на отверстие. Согласно ГОСТ 23751-86, для отверстий с металлизацией и оплавлением диаметром до 1,0 мм включительно, величина |∆| принимается равной 0,13мм; для отверстий большего диаметра |∆| брать равным 0,15мм.

Наименьший номинальный диаметр D контактной площадки (согласно ГОСТ 23751-86) рассчитывают по формуле:

D=(d+∆dв.о)+2b+∆tв.о+2∆dтр+(Td2+TD2+∆tп.о2) (2.2)

Где:

d – диаметр отверстия;

b — гарантийный поясок ( b=0.1)

∆dв.о— верхнее предельное отклонение диаметра отверстия ( при d≤1мм ∆dв.о =0 ; при d>1мм ∆dв.о =0,05мм);

∆tв.о — верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки ( с мегалитическим покрытием ∆tв.о =0,1);

∆dтр — значение подтравливания диэлектрика в отверстии (для ДПП ∆dтр=0);

∆tп.о— нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки ( с мегалитическим покрытием

∆tв.о =-0,1);

Td — Значение позиционного допуска расположения осей отверстий (При размер печатной платы по большей стороне, до 180мм включительно Td=0,03);

TD — Значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок (При размер печатной платы по большей стороне, до 180мм включительно TD =0,15);

Таким образом для отверстий диаметром меньше 1мм включительно имеем:

D=(d+0)+2•0.1+0.1+2•0 +(0.032+0.152+0.12)=d+0.333           (2.3)

Для отверстий, диаметром большим 0,1мм имеем:

D=(d+0,05)+2•0.1+0.1+2•0+(0.032+0.152+0.12)=d+0.383        (2.4)

При использовании элементов с 2 осевыми выводами необходимо учитывать требования ГОСТ 10317-79– расстояние между выводами должно быть кратно 1,25 мм. Минимально возможное расстояние между выводами регламентирует ГОСТ 29137-91:

Рисунок 10. Расстояние между выводами

ly = L + 2l0 + 2R + d (2.5)

Согласно ГОСТ 29137-91 резисторы, конденсаторы и диоды в цилиндрических корпусах с двумя осевыми выводами разрешается устанавливать вертикально.

Рисунок 11. Вертикальное размещение элемента

При этом минимальное расстояние между выводами определяется по формуле:

 (2.6)

Таблица 7. Установочные размеры для вертикально размещенных элементов

Примем шаг трассировки для данного печатного узла равным 1,25 мм.

1.                 Резистор С1-4 (R1, R2, R3, R4, R8, R9, R10).

ds=0.6

|∆|=0.13

d=0.6+0.13+0.1=0,83

Согласно ГОСТ 10317-79, d=0,9мм

Используя формулу (2) получим D=0,9+0.333=1.233

Таким образом, D=1.3 мм.

Установим данный резистор вертикально:

Установочный размер  возьмем из таблицы 1; для d=5,5 мм

=3,75 мм.

2.                 Резистор СП3-24 (R5, R6, R7).

ds=1.3

|∆|=0.15

d=1.3+0.15+0.1=1.55

Согласно ГОСТ 10317-79, d=1,6мм

Используя формулу (3) получим D=1,6+0.383=1.983

Таким образом D=2 мм

Выводы элемента не формуются.

3.                 Конденсатор К73-11 (С2).

ds=0.8

|∆|=0.15

d=0.8+0.15+0.1=1,05

Согласно ГОСТ 10317-79, d=1,1мм

Используя формулу (3) получим D=1,1+0.383=1.483

Таким образом D=1.5 мм

ly = L + 2l0 + 2R + d

ly =20+2•0,5+2•1+0,8=23,8

Учитывая требование, ГОСТ 10317-79 примем расстояние между выводами (а соответственно и центрами отверстий КП) равным 25 мм.

4.                 Конденсатор К50-15 (С1).

ds=0.9

|∆|=0.15

d=0.9+0.15+0.1=1,15

Согласно ГОСТ 10317-79, d=1,2мм

Используя формулу (3) получим D=1,2+0.383=1.583

Таким образом D=1.6 мм

ly = L + 2l0 + 2R + d

ly =35+2•0,5+2•1+0,9=38,9

Учитывая требование, ГОСТ 10317-79 примем расстояние между выводами (а соответственно и центрами отверстий КП) равным 40 мм.

5.                 Транзисторы 2N2222, 2N2646 .

ds=0.5

|∆|=0.13

d=0.5+0.13+0.1=0.73

Согласно ГОСТ 10317-79, d=0,8мм

Используя формулу (2) получим D=0.8+0.333=1.133

Таким образом D=1.2 мм

Выводы элемента не формуются.

6. Звукоизлучатель ЗП-2.

ds=1.2

|∆|=0.15

d=1.2+0.15+0.1=1.45

Согласно ГОСТ 10317-79, d=1,5мм

Используя формулу (3) получим D=1,5+0.383=1.883

Таким образом D=1,9 мм

Выводы элемента не формуются.

7. Выключатель PBS1-10B.

ds=0.9

|∆|=0.15

d=0.9+0.15+0.1=1,15

Согласно ГОСТ 10317-79, d=1,2мм

Используя формулу (3) получим D=1,2+0.383=1.583

Таким образом D=1.6 мм

Выводы элемента не формуются.

Расчет ширины проводников и зазоров

Приближенный анализ электрической схемы позволяет отнести её к слаботочным и низковольтным цепям. Таким образом, ширина печатных проводников и зазоров выбираются минимальными для данного класса точности, то есть 0,25мм.

Расчет площади платы

Рассчитаем площади, занимаемые элементами печатного узла:

Суммарная площадь, занимаемая элементами печатного узла:

Рассчитаем площадь платы, выбрав коэффициент использования 1,5:

Согласно действующему ГОСТ 10317-79 при длине стороны печатной платы до 100мм размеры каждой стороны должны быть кратны 2,5мм. В целях наиболее рационального использования площади платы выполним её в виде прямоугольника. Ближайшее значение площади, удовлетворяющее требованиям стандарта, равно 5044 мм2. Это соответствует размерам платы 63 х 80 мм2.

Очевидно, что изготовить печатный узел такого размера невозможно. Это объясняется тем, что площадь, занимаемая переходными отверстиями и контактными площадками, не учитывается при расчете коэффициента использования. При малых размерах платы она будет составлять значительную долю площади всей платы. Также для комфортной настройки громкости при помощи переменных резисторов расположим их на удобном расстоянии друг от друга.

Таким образом, мы вынуждены увеличить размеры печатной платы. При этом коэффициент использования будет меньше требуемого в задании.

Опытным путем был установлено, что минимальный размер платы, при котором возможно создать данный печатный узел, равен 88 х 102 мм2. Ко-эффициент использования при этом равен:

2.2.2 Создание библиотеки компонентов

При создании библиотеки компонентов печатного узла необходимо:

1.При помощи редактора Symbol Editor создать условное обозначение компонента согласно ГОСТ 2.728- 74, ГОСТ 2.730- 73. Установить атрибуты {RefDes}, {Type}, {Value} (для однозначной идентификации элемента на последующей электрической схеме) и точку привязки, относительно которой будет вращаться изображение на схеме. Проверить правильность создания условного обозначения (командой Utils/Validate).

Рисунок 12. Условное обозначение элемента С1-4 с атрибутами

2.При помощи редактора Pattern Editor создать посадочное место под компонент с учетом геометрических размеров корпуса и контактных площадок. Установить атрибуты {RefDes}, {Type}, {Value} (для однозначной идентификации элемента на последующей схеме компоновки печатного узла) и точку привязки. При необходимости указать точку нанесения клея. Проверить правильность создания посадочного места (командой Utils/Validate).

Рисунок 13. Посадочное место под элемент С1-4 с атрибутами

3. В менеджере библиотек Library Executive произвести соединение посадочного места с условным обозначением путём задания соответствия между контактными площадками первого и контактами второго с указанием их типов. Проверить правильность создания компонента (командой Utils/Validate).

Рисунок 14. Таблица соответствия для элемента С1-4

Согласование символов остальных компонентов с их посадочными местами и создание дополнительной текстовой информации, то есть упаковка компонента в корпус, представлены на рисунках 15-21.

Рисунок 15. Компонент СР3-24

Рисунок 16. Компонент К73-11

Рисунок 17. Компонент К50-15

Рисунок 18. Компонент 2N2222

Рисунок 19. Компонент 2N2646

Рисунок 20. Компонент PBS1-10B

Рисунок 21. Компонент ZP2

В результате проделанной работы получается файл *.lib, содержащий всю необходимую информацию об элементной базе печатного узла (рисунок 20).

Рисунок 22. Библиотека компонентов

2.2.3 Формирование схемы электрической принципиальной

Формирование принципиальной электрической схемы производится в редакторе Schematic. Процесс создания схемы можно разделить на несколько этапов:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9