Файл: 1. Техникоэкономический анализ задания 1 Анализ задания и обоснование актуальности темы работы.rtf

С

3. Температура окружающей среды: tс = 20 ± 5 С

4. Охлаждение: естественная конвекция

5. Габаритные размеры микросхемы: Dмс = 0,013 м; Емс = 0,02 м

6. Материал радиатора – алюминий марки АМцМ ГОСТ 21631-76

7. Теплопроводность материала = 180 Вт/м*˚С

Расчет

Принимаем радиатор, состоящий из основания с размерами:

D₁ = 0,015м, D2 = 0,05м, h = 0,0125м

Е1 = 0,05м, Е2 = 0,035м, b = 0,003м, = 0,0015м, n = 28

и крышки с размерами:

D = 0,039м, h = 0,0135м

Е1 = 0,05м, Е2 = 0,03м, b = 0,003м, = 0,0015м, n = 18

Расчет основания

Тепловое контактное сопротивление м/с –

основание радиатора (R_ко):

, (2.8)
где Е_мс – ширина микросхемы;

D_мс – длина микросхемы.

= ˚С/Вт

Температура основания радиатора, ˚С (t_р):
t_p = t_ок - Р_осR_ко, (2.9)
где R_ко - мощность, отводимая основанием радиатора = 0,85˚С/Вт;

Р_ос = 3,4 Вт (принимаем);

t_ок – средне интегральная температура корпуса = 70˚С (по условию).

t_p = 70 – 3,4*0,85 =67˚С

Перепадочная температура радиатор – среда ( t_рс):
Δt_рс = t_р – t_c, (2.10)
где t_р – температура радиатора;

t_с – температура окружающей среды.

Δt_рс = 67 – 25 = 42˚С.

Приведенный коэффициент теплоотдачи оребренного радиатора (К_р):
К_р = α_шт * е, (2.11)
где - коэффициент теплоотдачи оребренной поверхности, (Вт/м²)*˚С

(определяется по рисунку 2.4 при Δt_рс = 42˚С).

К_р = 19,8 (Вт/м²)*˚С

е – коэффициент оребрения
е = , (2.12)
где F_p – полная площадь поверхности одного ребра, м²

---

;

F_ос – площадь основания ребра, м².

(Вт/м²)*˚С

К_р =19,8 26 = 514,8 (Вт/м²) *˚С .

(Вт/м²)*˚С
t,˚C

Рисунок 2.4 - График зависимости коэффициента теплоотдачи (с учетом излучения) плостинчато – штыревого радіатора от избыточной температуры поверхности радиатора
Коэффициент теплоотдачи неоребренной поверхности радіатора в области основания ( ):

α₀ = 5,4 (Вт/м²)*˚С по рисунку 2.5, при Δt_рс = 42˚С

α, (Вт/м²)*˚С



Δt_рс,˚С

Рисунок 2.5 - Тепловая характеристика неоребренной поверхности

радиатора при естественном охлаждении
Усредненная ширина радиатора в области основания (Е):
(2.13)
А = мм

Усредненный коэффициент теплоотдачи радиатора

в области основания (α):
(2.14)
где К_р – коэффициент теплоотдачи оребренного радиатора;

- габаритные размеры основания радиатора;

Е – усредненная ширина радиатора.

α = = 134,8 (Вт/м²)*˚C

Параметры, характеризующие температурное поле радиатора

в области основания
М = , (2.15)
где Е – усредненная ширина радиатора;

- усредненный коэффициент теплоотдачи радиатора

области основания;

- теплопроводимость материала;

М – критерий Грасгофа.

М = = 16,9;
А₀ = 2*λ*δ*Е*М*( ), (2.16)
где А₀ – тепловая амплитуда;

D – тепловой коэффициент.

А₀ = 2*180*0,0015*0,042*16,9*

---

= 0,035 ˚С;

а – предельное значение темпа охлаждения:
(2.17)
а = ˚С,

- теплоотдача:
(2.18)

μ = ˚С
(2.19)
μ₁ = -0,024*(70 - 25) = -1,08 ˚С;

С – перегрев:
С = , (2.20)
С = -0,21˚С.

Температура в центре основания радиатора, ˚С(t₀):
t₀ = t_p + 2 C, (2.21)
t₀ = 70 + 2 0,21 = 70,72˚С

Температура основания радиатора на границе области основания радиатора:
(2.22)

t_ос = 70 + 2*0,21*ch ( ) = 71,06 ˚С.
Мощность, рассеиваемая основанием радиатора, Вт:

(2.23)
Р_ор = 2*(71,06 - 25)*0,035 = 3,2 Вт,

что не намного ниже принятого ранее значение (3,4 Вт)

Расчет крышки радиатора

Температура основания крышки, С:
t_кр = t_oc - P_кр*R_вт, (2.24)
где Р_кр – мощность, отводимая крышкой радиатора, Р_кр=2 Вт (принимаем);

R_вт – тепловое сопротивление втулок, Вт/˚С, R_вт=2,27Вт/˚С.

t_кр = 71,06 – 2*2,27 = 66 .

Перепад температур крышки радиатор-среда:
t_кс = t_кр - t_с , (2.25)
t_кс = 66 – 25 = 41 .

Приведенный коэффициент теплоотдачи оребрения крышки радиатора:

- коэффициент теплоотдачи оребрения крышки радиатора, (Вт/м²)*˚С (определяется по рисунку 2.4 при Δt_рс = 41˚С).

α_шт = 19,6 (Вт/м²)*˚С (2.26)

Коэффициент оребрения определим по формуле (2.14)
е = , (2.27)
где F_p – полная площадь поверхности одного ребра, м²;

F_ос – площадь основания ребра, м²

---

.

(Вт/м²)*˚С,
К_к = α_шт * е, (2.28)
К_к= 19,6 *26 = 905 (Вт/м²)*˚С.

Коэффициент теплоотдачи неоребренной поверхности радіатора в области основания:

α₀ = 5,4 (Вт/м²)*˚С по рисунку 2.5, при Δt_рс = 41˚С

Усредненная ширина радиатора в области кришки:

определим по формуле:
А = мм.
Мощность, рассеиваемая крышкой радиатора, Вт:
(2.29)
Р_к = (509 0,0015 18 0,003 + 5,4 0,039 0,04) 41 = 2,03 Вт,

что не на много превышает принятое ранее значение (2 Вт).

Величина, характеризующая радиационное охлаждение радиатора:

По рисунку 2.6 при t_с = 25˚С
(2.30)
t_ср = ˚С;

F=11,2Вт/(м²*˚С).


Рисунок 2.6 - Зависимость величины, характеризующей радиационное охлаждение, от температур радиатора t и воздуха t_с.
1 – t_c=10˚С; 3 – t_с=50˚С; 5 – t_c=100˚С.

2 – t_c=25˚С; 4 – t_c=70˚С;
Мощность, рассеиваемая за счет радиационного охлаждения, Вт (Р_рад):
Р_рад = Р_ор + Р_к + Р_л, (2.31)
Р_рад = 3,2 + 2,03 + 0,6 = 5,83Вт.

Вывод: для обеспечения теплового режима микросхемы ТDA 15 - 52Q при мощности рассеивания 4 Вт, температуре окружающей среды 25˚С и допустимой температуре корпуса 75˚С необходим радиатор – основание и радиатор – крышка. Радиаторы установить при помощи втулок.

3. Технологический раздел
3.1 Расчет надежности разрабатываемого устройства
Надёжность аппаратуры определяется надёжностью и количеством используемых в ней элементов и, как комплексное свойство, характеризуется четырьмя составляющими: безотказностью, долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью и комплексными показателями: коэффициентом готовности, коэффициентом технического использования и другими.

Расчёт показателей безотказности восстанавливаемой РЭА проводят согласно ГОСТ 20237 – 74. При расчётах безотказности принимают следующие допущения:

---

1) все отказы элементов приводятся к отказу РЭВ;

2) все отказы элементов независимы;

3) последствия отказов устраняются путём замены отказавшего элемента на эквивалентный;

4) вынужденный простой РЭА из-за отказов не учитывается.

При этом под элементом понимают любую составную часть РЭА, рассматриваемую в данных условиях оценки как единое целое.

Показателем безотказности служит вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникает.

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:
(3.1)
где t – время, час;

– интенсивность отказов.

Интенсивность отказов определяется:
(3.2)
где l_i – интенсивность отказов i-й группы;

N_i – количество элементов i-й группы, шт;

m – количество равнонадёжных групп, шт.

При уточнённом расчёте надёжности обычно учитывают влияние условий эксплуатации, температуры и электрического режима. Расчёт производят по формуле:
(3.3)
где k – поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации РЭА.

Поправочный коэффициент k определяется как:
(3.4)
где k₁ – коэффициент, учитывающий воздействие механических факторов (вибрации, ударные нагрузки);

k₂ – коэффициент, учитывающий воздействие климатических факторов (температура, влажность);

k₃ – коэффициент, учитывающий условия работы при пониженном атмосферном давлении.

Интенсивность отказов в этом случае определяется как:
(3.5)
где ^a_i – поправочный коэффициент интенсивности отказов i-й группы, учитывающий электрическую нагрузку элемента.

Результаты расчёта надёжности проектируемого устройства приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Результаты расчёта надёжности проектируемого устройства

Тип радиоэлемента	, 1/ч	Ni	i	i i Ni, 1/ч
Интегральная микросхема	0,01	16	1	0,16
Транзистор	1,7	14	0,35	8,33
Тип радиоэлемента	, 1/ч	Ni	i	i i Ni, 1/ч
Конденсатор керамический	1,2	61	0,013	0,95
Конденсатор электролитический	2,2	19	0.4	16,72
Резистор	0,4	90	0,42	15,12
Трансформатор питания	3,0	1	0,1	0,3
Пайка ПОС-61	0.01	598	1	5,98
Печатная пластина	0,1	4	1	0,4
Контакт разъёма	0,05	3	1	0,15
Контакт переключателя	0,015	18	1	0,27
Предохранитель	0.5	1	1	0,5
Светодиод	0.9	5	0.6	2,7
Диод	0.7	6	0.81	3,402
Кварцевый резонатор	1	4	0.5	2
, 1/ч				96,3

---