ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рассчитываем сопротивление проводника по формуле (2):Где, – удельное сопротивление медной фольги, Ом·мм2/м; Удельное сопротивление меди зависит от метода изготовления проводящего слоя. Если проводники формируются методом химического травления фольги, как в проектируемом случае, то удельное сопротивление меди будет равно 0.0175 Ом·мм2/м. – длина проводника, равна (измеряем самый длинный проводник на печатной плате)Паразитные параметры платы – емкость печатного проводника и –индуктивность печатного проводника оказывает влияние на частотах выше 50 Гц, поэтому их расчеты не проводятся.Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь по формуле (3):Где, – площадь занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ); – площадь технологических или крепежных отверстий; – площадь, которую не должны занимать ЭРЭ по конструктивным соображениям; – площадь монтажных отверстий; – коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в переделах от 0.3 до 0.8.Площадь, занимаемая, крепежными отверстиями определяется по формуле (4):Где, – диаметр крепежного отверстия; – число крепежных отверстий.Для подсчета площади занимаемой ЭРЭ на плате составляем таблицу 5Таблица 5Тип элементаКоличествошт.Площадь одногоэлемента, мм2Общая площадьпод элементами, мм21234КП103А12.92·2.80 = 8.1768.176КТ315Б44·5 = 20 (TO-92)80КонденсаторыК30-355251.2РезисторыС2-23-0.25153·10 = 30450Разъем коаксиальныйRSJ-011-SMT212.5·7.5 = 93.75187.5Разъем под батарею питания1028160·17.51050Итого2026.876Площадь платы будет равна:По расчетным данным согласно ГОСТ 10317-79 выбираем габаритные размеры печатной платы, при этом учитывается, что размеры должны быть кратны 5.Принимаем размеры печатной платыОпределяем реальный коэффициент заполнения по формуле (5):Где,– выбранные длина и ширина печатной платы.Спроектированная плата имеет малые габариты и среднюю заполняемость элементами.Рассчитаем диаметры монтажных отверстий. Они должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ. Если диаметр вывода меньше или равен 0.8 мм, то зазор между краем отверстия и диаметром вывода, должен быть равен 0.2 мм (Δ = 0.2 мм) При Δ = 0.3 мм, Δ = 0.4 мм, если ЭРЭ устанавливается на плату автоматизировано.Где, – диаметр монтажного отверстия, мм; – диаметр вывода ЭРЭ, мм; – зазор между выводами и краем отверстия, для захода припоя.Берем из справочника при , при Если ЭРЭ устанавливается автоматизировано, то Δ = 0.4 мм.Диаметры отверстий просверливаемых на плате сводим в таблицу 6Таблица 6Вид ЭРЭКол-воЭРЭ, штКол-воотверстий,штДиаметрвывода, ммДиаметрмонтажн.отверстий,ммВыбранныйдиаметр123456КП103А130.40.60.8КТ315Б4120.50.70.8КонденсаторыК30-355100.50.70.8РезисторыС2-23-0.2515300.60.80.8Так как на плате рекомендуется иметь не более трех различных диаметров монтажных отверстий, то увеличиваем диаметры близкие по значению в сторону большего. Таким образом, на плате просверлим:- 55 отверстий Ø 0.8 ммДиаметры контактных площадок определяем по формуле (7):Где, – радиальная ширина контактной площадки, мм; – предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм; – значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм; – значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм; – ширина гарантийного пояска между краем отверстия и краем контактной площадки. Согласно ГОСТ 23751-86 для первого класса точности изготовления печатной платы ширина гарантийного пояска контактной площадки – 0.30 мм.Таким образом, исходя из формулы (7), диаметры контактных площадок при диаметре отверстий Ø 0.8 мм будут равны:Минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников определяем по формуле (8):Где, – диаметры монтажных отверстий, между которыми прокладывают проводники, мм: – количество прокладываемых проводников; – предельное отклонение ширины печатного проводника, мм; – значение позиционного допуска расположения печатного проводника, мм.Значения предельных отклонений ширины печатного проводника и позиционные допуски расположения элементов конструкций для первых трех классов точности печатных плат приведено в таблицах 7, 8, 9, 10, 11Таблица 7НаличиеметаллическогоприпояПредельное отклонение ширины печатного проводникаΔt, мм. Для класса точности123без покрытия±0.15±0.10±0.05с покрытием-0.20 +0.25-0.10 +0.15±0.10Таблица 8Вид изделияЗначение позиционного допуска расположения печатного проводника Tl,мм123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)0.20.100.05МПП(внутренний слой)0.30.150.10Таблица 9Диаметротверстий d, ммНаличиеметаллизацииПредельное отклонение Δd, мм. Для класса точности123до 1.0б/метал.±0.10±0.10±0.05С металл.б/оплавл.+0.05; -0.15+0.05; -0.150; -0.10С металл. И оплавл+0.05; -0.18+0.05; -0.180; -0.18св. 1.0б/метал.±0.15±0.15±0.15С металл.б/оплавл.+0.10; -0.20+0.10; -0.20+0.05; -0.15С металл. И оплавл+0.10; -0.23+0.10; -0.23+0.05; -0.18Таблица 10Размеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения осей отверстий Td,мм, для класса точности123до 1800.200.150.08от 180 до 3600.250.200.10свыше 3600.300.250.15Таблица 11Вид изделияРазмеры печатной платы по большей стороне, ммЗначение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, TD, мм, для класса точности123ОПП; ДПП; ГПК;МПП(наружный слой)до 1800.350.250.15от 180 до 3600.400.300.20свыше 3600.450.350.25МПП(внутренний слой)до 1800.400.300.20от 180 до 3600.450.350.25свыше 3600.500.400.30Основной частью проектируемого устройства будет двусторонняя печатная плата из фольгированного стеклотекстолита СФ1-50-1.5 ГОСТ 10316-78.Материал платы стеклотекстолит. Он имеет большую механческую стойкость, термостойкость, при сверлении отвесртий дает меньшую шероховатость поверхности, выдерживает большое количество перепаек без отслоения фольги от диэлектрика, стоит дешевле таких фольгированных материалов как лавсан или фоторопласт.Описание конструкцииЭлементы поректируемой конструкции размещены на печатной плате из стеклотектстолита. Пайку ведем припоем ПОС-61. Плата устанавливается в корпус из ударопрочного полистирола, в котором предусмотрено размещение батареи элементов питания.На передней и задней панели корпуса устанавливаются входной и выходной разъемы усилителя.Трассировка печатной платы с использованием волнового алгоритмав САПР Multisim&UltiboardВ связи с тем, что в программе PSpiceотсутствуют собственные средства проектирования печатных плат, было принято решение использовать для этой цели программу, входящую в САПР электроникиCircuitDesignSuite: Multisim&Ultiboard.Разработка конструкции усилителя тока производилась с помощью автоматизированного средства проектирования печатных плат фирмы NationalInstrumentsNIUltiboardвходящего в состав ПО CircuitDesignSuite. Для этого принципиальная схема устройства была переведена в поддерживаемыйNIUltiboardформат, которым является формат электронных схем программы схемотехнического моделирования NIMultisim (входит в состав CircuitDesignSuite).Размер печатной платы был выбран 9мм. Размещение компонентов на печатной плате выполнено с помощью встроенных NIUltiboardсредств автоустановки, трассировки и оптимизации. В приложениях Б-Д показана разработанная печатная плата устройства.Подготавливая принципиальную схему для экспорта из Multisimв Ultiboard, ко входу и выходу усилителя подключены коаксиальные разъемы (как показано на рис. 17) для которых выбраны соответствующие им корпуса, также выбран корпус (1028) для размещения батареи элементов питания. Усилитель спроектирован таким образом, чтобы иметь возможность питания, как от внешнего источника, так и автономно от батареи элементов.Рис.17. Подготовка схемы к передаче в редактор печатных плат.ЗаключениеКурсовой проект выполнен в полном объеме в соответствии с техническим заданием.- Проведен анализ существующих на сегоднящний день профессиональных систем автоматизированного проектированияэлектронных устройств, дана их сравнительная характеристика; - Описаны управляющие директивы моделирования электронных схем на языке PSpice; - Составлено задание на моделирование проектируемого усилителя тока на языке PSpice;- Выполнено моделирование усилителя тока в соответствии с заданием на моделирование; описана конструкция; выполнены чертежи, схемы электрической принципиальной, проводящего рисунка печатной платы, сборочного чертежа печатного узла.Спроектированное устройство имеет малые габариты, вес, надежно и безопасно в работе, имеет допустимый коэффициент нелинейных искажений менее 3%, и можетприменяться для усиления малосигнальных токов в диапазоне частот от 100 Гц до 40 МГц.Список использованных источников1. Рогожин А.А., Сердюк А.С., Лялевич В.Г. Основы компьютерного проектирования и моделирования радиотехнических систем: учеб.-метод. рек. / А.А. Рогожин, А.С. Сердюк, В.Г. Лялевич. — Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2015. — 65 с.2. Куликов Д.Д., Соболев С. Ф., «Интеллектуальные программныекомплексы для технической и технологической подготовки производства /Часть 9. Системы проектирования технологических процессов электронныхприборов / Куликов Д. Д., Соболев С. Ф. Учебно-методическое пособие. -СПб: СПбГУ ИТМО, 2012. – 80 с.3. Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат: учебник: доп. Минобр. РФ / Е. В. Пирогова. ― М. : Форум : Инфра.М, 2005. ― 559 с. Приложение А. Чертеж схемы электрической принципиальнойПриложение Б. Проводящий рисунок платыПриложение В. Сборочный чертеж печатного узлаПриложение Г. Плата усилителя вид сверху Приложение Д. Плата усилителя вид снизу