Дипломная (вкр): Установка для комплексного исследования деградации гетероструктур светодиодов

Рисунок 3.4 - Влияние варианта установки ЭРЭ на установочную площадь

Согласно рисунку 4.4 установочная площадь Si вычисляется по формулам:

Si = 1,3∙D2

Si = 1,3∙H∙D

Конденсаторы, резисторы, диоды, диодный мост, устанавливаем по варианту Iа (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 - Вариант Iа

Транзистор VT2 устанавливаем по варианту Iб (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 - Вариант Iб

Транзистор VT1 устанавливаем по варианту VIIб (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7- Вариант VIIа

Резистор R3 устанавливаем по варианту IIв (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 - Вариант IIв

Информацию о применяемых в проекте ЭРЭ удобно представить в форме таблицы конструктивных характеристик ЭРЭ (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Конструктивные характеристики ЭРЭ

В соответствии с данными таблицы 3.1 суммарная установочная площадь, занимаемая ЭРЭ, равна:

с учетом радиаторов - 4206,25 мм2;

без учета радиаторов - 2937,13 мм2.

3.4 Определение габаритных размеров ПП

Габаритные размеры ПП проектируемого ПУ выбираем равными 95х95, не смотря на это, необходимо вычислить монтажную зону с целью оценки возможности размещения ЭРЭ, определенных перечнем элементов, на заданной площади ПП. При необходимости, могут быть скорректированы варианты установки ЭРЭ.

Площадь ПП состоит из рабочей (монтажной) зоны и зоны краевого поля, предусматриваемого для вспомогательных целей (размещения разъемов, крепежных отверстий, зон для направляющих элементов и т.п.) (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 - Расположение компоновочных зон на ПП

Ширина краевого поля есть расстояние от края ПП до первого ряда посадочных мест. Она состоит из четырех зон:- ширина краевого поля по оси X (как правило, одинакова слева и справа), которая определяется направляющими элементами конструкции, конструкцией выводов устанавливаемых на ПП ЭРЭ, крепежными изделиями и т.д.;- ширина краевого поля нижней кромки ПП, предназначенного для установки соединителя. Размер краевого поля Y1 зависит от типа выбранного соединителя;- ширина краевого поля на верхней кромке ПП, где размещаются лицевая панель для модулей кассетной конструкции и контрольные гнезда.

Площадь монтажной зоны, занимаемая ЭРЭ SЭРЭ, вычисляется как сумма установочных площадей ЭРЭ Si с учетом коэффициент заполнения по площади kз = 0,6-0,7. Расчетная площадь монтажной зоны SP, определяется по формуле:

Согласно (4.4) расчетная площадь монтажной зоны при среднем коэффициенте заполнения kз = 0,65 будет равна:

с учетом радиаторов и соединителей - SP = 4206,25 /0,65 = 6471,15 мм2;

без учета радиаторов и соединителей - SP = 2937,13 /0,65 = 4518,66 мм2.

Длину В и ширину L монтажной зоны приблизительно можно определить по формуле:

Согласно (4.5) приблизительные размеры монтажной зоны будут равны:

с учетом радиаторов и соединителей - 81х81 мм;

без учета радиаторов и соединителей - 55х55 мм.

С учетом ширины краевого поля X1 = Y1 = Y2 = 5 мм, размеры (площадь) ПП будут равны:

с учетом радиаторов и соединителей - 91х91 мм (8281 мм2);

без учета радиаторов и соединителей - 65х65 мм (4225 мм2).

При условии прямоугольной формы проектируемой ПП при длине одной из сторон 95 мм, другая сторона должна быть:

с учетом радиаторов и соединителей - 95 мм;

без учета радиаторов и соединителей - 65 мм.

По результатам вычислений определено, что размещение ЭРЭ проектируемого ПУ в размерах ПП 95x95 мм, возможно, при этом радиатор транзистора VT1 должен быть расположен в центре ПП.

3.5 Расчет собственной частоты печатного узла

Данный расчёт является приближенным и выполняется с целью проверки выполнимости требований по вибрационным нагрузкам, установленных ТЗ. Собственная частота ПУ не должна лежать в диапазоне частот от 1 до 100 Гц, так как в противном случае резонанс с внешними вынуждающими колебаниями может привести к механическому разрушению платы.

Печатный узел крепится в корпусе в четырех точках. Масса печатного узла равна mпу= 47,01 г, размеры платы a=95 мм, b=95мм, h=1 мм.

Коэффициент зависящий от размеров платы вычисляется по формуле:

.

Распределенная масса по площади равна:

.

Жесткость платы определяется по формуле (E=32,3 ГПа, модуль упругости стеклотекстолита):

.

Собственная частота печатного узла:

.

Расчетная частота на много превышает верхнюю границу диапазона частот вибрационных нагрузок, следовательно, во время эксплуатации устройства в заданных условиях резонанса не возникнет, что не приведет к механическому разрушению платы.

3.6 Расчет надежности печатного узла

Эксплуатационная надёжность аппаратуры зависит в основном от качества разрабатываемой конструкции аппаратуры, качества использованных в аппаратуре комплектующих изделий и уровня технологического процесса изготовляемой аппаратуры.

Надежность рассчитывается с целью проверки удовлетворения параметров устройства требованиям, установленным в ТЗ.

БП относится к третьему классу аппаратуры: восстанавливаемая РЭА неответственного назначения.

Интенсивность отказов рассчитываем по формуле:

где К11, К12, К13 - поправочные коэффициенты (К11=1,1; К12 =К13 = 1);

liн - табличная интенсивность отказов ЭРЭ одного типа при нормальных условиях эксплуатации и коэффициенте нагрузки, равном единице, 1/ч;

ai - поправочный коэффициент, зависящий от коэффициента нагрузки и температуры среды, в которой работает ЭРЭ;- количество ЭРЭ данного типа.

Данные необходимые для расчета, а так же предварительные расчеты надежности приведены в таблице 4.2.

Таблица 3.2 Табличные и расчетные величины для расчета надежности

Интенсивность отказов равна:

.

Среднее время наработки до первого отказа:

Вероятность безотказной работы в течение всего срока службы:

Расчетная вероятность безотказной работы показывает, что разрабатываемое устройство проработает без отказов до конца срока службы с вероятностью 89%. Данный результат полностью удовлетворяет требованию ТЗ.

3.7 Описание конструкции блока питания

Напряжение на схему подаётся от ЛАТРа. Пред трансформатором включается фильтр радиопомех, необходимый для ослабления помех возникающих при работе дуговой ртутной лампы. Прежде чем напряжение поступит на стабилизатор, оно выпрямляется двухполупериодным выпрямителем, представленного на схеме диодным мостом VD1-VD4 и ёмкостным фильтром С1. Фильтр необходим для ослабления пульсаций напряжения на выходе выпрямителя. Работа выпрямителя основана на свойстве диодов, хорошо проводить ток в одном направлении и не проводить в другом. В данном виде выпрямителя диоды работают поочерёдно, за счёт чего уменьшается уровень пульсаций, а конденсатор С1 сглаживает последние, на выходе получается прямое напряжение, практически не имеющее пульсаций.

На конденсаторах С2-С6 собрана ёмкостная батарея, которая необходима для запуска лампы и переключения режимов работы схемы. Вольтметром V1 контролируется напряжение на нагрузке. Переключателями S1, S2 производится выбор способа функционирования устройства, запуск лампы или стабилизация напряжения. Диоды VD3, VD4 необходимы для защиты стабилизатора от выхода из строя во время запуска лампы. Схема электрическая принципиальная приведена на РКФ ДП. 411733.100 ЭЗ. На рисунке 4.10 представлен сборочный ПУ. На рисунке 4.11 представлена схема электрическая принципиальная БП УФ лампы. На рисунке 3.10 представлен макет БП УФ лампы.

Рисунок 3.10 - Сборочный печатного узла

Рисунок 3.11 - Схема электрическая принципиальная БП УФ подсветки

3.8 Оценка теплового режима

В схеме имеется один теплонагруженный элемент это транзистор VT1. Для обеспечения надёжной работы блока питания УФ лампы необходимо произвести тепловой расчёт режима работы VT1 для определения необходимости установки радиатора.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором VT1, определяется по формуле:

;

Значение мощности не должно превышать 75% от максимально допустимой мощности РК. МАКС приводимой в справочнике на транзистор.

 Вт.

Как показали расчёты, выбранный транзистор КТ816А, можно использовать в данной схеме с установленным на нём радиатором. Так как по справочным данным РК. МАКС с теплоотводом равно 25 Вт. [26]

4. Технологическая часть

.1 Выбор класса точности проектирования ПП

На основании имеющихся данных по типу производства, группе сложности и составу элементной базы, можно ориентировочно определить класс точности ПП. В соответствии с ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Основные параметры конструкции» выделены 5 классов точности, устанавливающие все ограничения на элементы ПП, обусловленные существующими технологическими процессами. Основные характеристики классов точности ПП приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Характеристики классов точности ПП

-й и 2-й классы точности характеризуют простоту, надежность, малую стоимость, а 4-й и 5-й классы - использование высококачественных материалов, специальной оснастки и дорогого оборудования.

Класс точности учреждает, прежде всего, минимально допустимые геометрические размеры элементов посадочных мест ЭРЭ и других элементов ПП. Влияние класса точности на параметры ПП приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Влияние класса точности на параметры ПП