Файл: Пояснительная записка.docx

R₉ = 20.5 кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 22 кОм).

Схема вольтметра для канала 3.3 В также соответствует типовой. Единст-

венным отличием является отсутствие резистора между шестым и седьмым выводами микросхемы. Его отсутствие продиктовано низким, по сравнению с предыдущими каналами, входным напряжением. Полная структура электрической схемы со всеми параметрами блока индикации приведена на рисунке 15./9/

Рисунок 13 – Электрическая принципиальная схема блока индикации

Кроме того, имеется возможность дополнительной нагрузки выхода плюс 12 В импульсами тока, следующими с частотой около 90 Гц. Это имитирует работу привода жесткого диска и других узлов компьютера с переменной потребляемой мощностью.

Имитатор работы HDD выполнен на микросхеме К155ЛА3 и транзисторе

КТ805АМ. С вывода 6 микросхемы DD1 идут определенные импульсы на транзистор КТ805АМ, который выполняет функцию ключа. Длительность периода или частота мигания светодиода зависит от номиналов сопротивления R₁ и конденсатора C₁. Найдем значения через период Т:

Зная частоту f, находим Т по формуле:

Берем конденсатор с номиналом 5 мкФ, подставляя известные значения в формулу (4) , получаем:

Токоограничивающее сопротивление R₂ выбираем 1 кОм, а резистор R₃ эквивалент нагрузки сопротивлением 33 Ом, рассеиваемой мощностью 20 Ватт.

Рисунок 14 – Электрическая принципиальная схема имитатора работы HDD

4 ПОДБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

4.1 Выбор элементной базы

4.1.1Микросхемы.Структура базовой микросхемы LM3914 семейства представлена на рисунке 15. Ее основу составляют десять компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подается входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения.

Рисунок 15 – Структура микросхемы LM3914

Индикация может производиться или одним светодиодом (режим «точка»), или линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик»). Входной сигнал U_вх подают на вывод 5, а напряжения, определяющие диапазон индицируемых уровней, - на выводы 4 (нижний уровень U_н) и 6 (верхний уровень U_в). Эти напряжения должны быть в пределах от 0 до уровня, на 1.5 В меньше напряжения источника питания, подключаемого к выводу 3. «Цена деления» индикатора, т. е. увеличение входного напряжения, вызывающее включение очередного светодиода, составляет 0.1 от разности U_в - U_н.

Таблица 3- Параметры микросхемы LM3914

Параметр	Условия измерения	Миним	Тип	Макс
Напряжение сдвига буферного усилителя и первого компаратора, мВ	Uвх<12B, 1СВ = 1 мА	—	3	10
Напряжение сдвига остальных компараторов, мВ	Uвх< 12B, Iсв = 1 мА	—	3	15
Крутизна передаточной характеристики компараторов, мА/мВ	Iсв = 10 мА	3	8	—
Входной ток по выв. 5, нА	0< Uвx < Uпит-1.5В	—	25	100
Максимальный входной сигнал, В	—	-35	—	+35
Суммарное сопротивление резисторов делителя, кОм	—	8	12	17
Точность резисторов делителя, %	—	—	0.5	2
Напряжение опорного источника UREF, В	Uпит = 5 В, IREF = 0.1÷4 мА	1,2	1,28	1,34
Изменение UREF при изменении Uпит, %/В	Uпит = 3÷18В	—	0.01	0.03
Изменение UREF при изменении тока нагрузки IREF, %	Uпит = 5 В, IREF = 0.1÷4 мА	—	0,4	2
Изменение UREF при изменении температуры, %	Т = 0÷70°С, Uпит = 5 В, IREF = 1 мА	—	1	—
Ток вывода 8, мкА	—	—	75	120
Выходной ток (ток светодиода), мА	IREF = 1 мА	7	10	13
Разброс токов выходов	ICB = 2 мА	—	0.12	0.4
	ICB = 20 мА	—	1.2	3

---

Микросхема К155ЛА3 представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) со сложным  инвертором на выходе. Такие логические элементы имеют хорошую нагрузочную способность. Напряжение питания микросхемы составляет 5 В   5 %. Входной ток низкого уровня не более -1.6 мА. Входной ток высокого уровня не более 0.04 мА .Максимальная потребляемая статическая мощность на 1 логический элемент, P_лэ 19.7 мВт.

Рисунок 16 – Микросхема К155ЛА3

4.1.2 Резисторы. Резисторы МЛТ – это резисторы с металлодиэлектрическим проводящим слоем, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов печатного монтажа. МЛТ относятся к неизолированным. Номинальная мощность 0.125 Вт.

Предельные эксплуатационные данные:

- температура окружающей среды: - 60 ÷ +70С;

- предельное рабочее напряжение тока: 200 В;

- минимальная наработка: 25000 ч;

- срок сохраняемости: 15 лет.

4.1.3 Резисторы подстроечные. ACP CA14NV5- монтажный, однооборотный, горизонтальный. Угол поворота механический 265⁰. Рабочая температура минус 25 до плюс 75 ⁰С. Погрешность ±10%.

PVS1имеет пыленепроницаемый корпус, благодаря которому достигается устойчивая работа и повышенная надежность изделия, кроме того, резистор имеет низкий профиль (высота 2.1 мм), а также позолоченные контакты, что позволяет добиться высоких результатов при пайке. За счет применения специального материала резистивного слоя, устройства этой серии выдерживают 1 млн. рабочих циклов и могут использоваться в качестве датчиков позиционирования./47/

4.1.4 Транзисторы. RFZ44N - мощный n-канальный полевой транзистор, сделанный по технологии MOSFET (КМОП). Хорошие характеристики

IRFZ44N дают возможность использовать его для управления мощной нагрузкой, благодаря низкому сопротивления n-канала мощность рассеивания может доходить до 83 Вт. Конечно обязательным элементом будет радиатор способный рассеивать данную мощность для предотвращения выхода из строя транзистора IRFZ44N. Напряжение пробоя сток-исток (U_ds) составляет 55 B. Предельный ток затвора транзистора (I_d)= 41 А.

Рисунок 17 – Цоколевка транзистора IRFZ44N

КТ805 – кремниевый биполярный  n-p-n транзистор низкочастотный средней мощности, в пластмассовом корпусе TO-220. Предназначен для применения в выходных каскадах строчной развертки телевизионных приемников и других переключающих устройствах радиоэлектронной аппаратуры широкого применения. Напряжение коллектор-эмиттер 60 В.Ток коллектора 5 А. Постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода 30 Вт.

Рисунок 18 – Цоколевка транзистора КТ805АМ

4.1.5 Светодиод.  КИПД 21– светодиод является полупроводниковым прибором. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс").

Рисунок 19 – Размеры светодиода КИПД 21

Светодиод будет «гореть» только при прямом включении, а при обратном включении светодиод «гореть» не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

---

Таблица 5 –Технические характеристики светодиода КИПД 21

Тип	Цвет  свечения	Длина волны, nm	Сила света Iv, mcd	Прямой ток If, mA	Прямое напр. max Vf, V	Угол2j 50%Ivdeg
КИПД 21 А-К	красный	655	8.0	10	2.0	50
КИПД 21 А-Ж	желтый	590	8.0	10	2.4	40
КИПД 21 П-Г	голубой	465	2000.0	20	2.4	20

4.1.6 Конденсаторы. К50-6 - электролитический неполярный (биполярные) конденсатор предназначены для использования в цепях с переменной полярностью. Алюминиевые электролитические конденсаторы, благодаря электрохимическому принципу работы, обладают следующими преимуществами:

-высокая удельная емкость, позволяющая изготавливать конденсаторы емкостью свыше 1Ф;

-высокий максимально допустимый ток пульсации;

- высокая надежность.

К73-17 – Защищенные изолированные конденсаторы постоянной емкости предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока. Характеризуются высоким сопротивлением изоляции и относительно высокой температурной стабильностью параметров. Конструкция: окупленные эпоксидным компаундом, имеют одностороннее расположение выводов для печатного монтажа.

4.2 Разработка конструкции устройства

Объем устройства должен быть минимален, а коэффициент заполнения - максимален. Помимо этого конструкция должна обладать достаточной механической прочностью, иметь защиту от дестабилизирующих факторов. Разрабатываемое устройство тестирования блока питания ПК должен быть ремонтопригодными и обеспечивать удобства эксплуатации.

Основные параметры элементной базы устройства тестирования блока питания, приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Основные конструктивные параметры элементной базы

Наименование элемента	Кол-во	Вариант установки	Установочная площадь одного элемента,	Общая площадь,
Микросхемы: LM3914 К155ЛА3	4 1	VIII-a VIII-a	528 146.25	528 146.25
Резисторы: МЛТ-0,125 ПЭВ-20 PVS1	16 1 4	II-a II-a	22 907.5 44.8	330 907.5 179
Конденсаторы: К50-6 К73-17	1 3	II-в II-в	19.62 8	19.62 24
Транзисторы: КТ805АМ IRFZ44N	1 4	II-в II-в	49 49	49 147
Винтовая клемма: DG333K-3.5-03P-12-00A(H)	4	II-в	48.75	195
Для светодиода : КИПД 21	42	II-в	28.27	1187
Для тактовой кнопки: FSM8JH	1	II-в	36	36

4.2.1 Определение габаритных размеров плат. Габариты первой печатной платы, определяются, исходя из суммарной площади, занимаемой элементами.

---

Площадь, занимаемая одним элементом (конденсатором или микросхемой), определяется по формуле:

где В и L - габаритные (установочные) размеры элемента, мм.

Для микросхем:

LM3914:

К155ЛА3:

Для конденсатора:

К50-6-5 мкФ:

Площадь, занимаемая одним резистором (транзистором) определяется по формуле:

S = D ∙ L (7)

где D – габаритный размер элемента, мм; L - длина элемента, мм.

Для резисторов МЛТ-0.125: S_p = 15 ∙ (2,2 10) = 330 мм²

Для резисторов PVS1: S_p = 4 ∙ (6.4 ∙ 7) =179 мм²

Площадь, занимаемая одним клеммником определяется по формуле:

S = B ∙ A (8)

где B - габаритный размер элемента, мм; A - длина элемента, мм.

Для винтового клеммника DG333K-3.5-03P-12-00A(H):

S_p= 4 ∙ (7.5 ∙ 6.5) = 195 мм²

Определим общую площадь, занимаемую всеми ЭРЭ на печатной плате:

S =

где N - количество ЭРЭ одного типа, устанавливаемых на печатную плату.

S = мм²

С учетом рекомендуемого значения коэффициента заполнения площади печатной платы для бытовой РЭА, равного 0.6, получим значение площади:

По ГОСТу 10317-79 был выбран размер - 60x100мм.

Для определения объема печатной платы необходимо знать ее высоту, которая определяется с учетом превышения над плоскостью платы самого высокого ЭРЭ плюс толщина основания ПП. Высота рассматриваемой печатной платы равна 21мм (высота конденсатора К50-6 , равная 12 мм, плюс толщины платы, равная 1.5 мм, плюс сторона припаивания выводов, равная 1.5). Следовательно:

мм³

Габариты для второй печатной платы светодиодов определяются по формуле:

где В и L – габаритные (установочные) размеры элемента, мм.

Для светодиодов КИПД 21 : S_с = 42∙(3² ∙3.14) = 1187 мм²

Для подсторечных резисторов CA14NV5: S_пр = 3∙(14∙14) = 588 мм²

Для конденсаторов К73-17: S_к = 3∙(2∙4) = 24 мм²

Для тактовой кнопки FSM8JH: S_кн = 6∙6 = 36 мм²

Определим общую площадь, занимаемую всеми ЭРЭ на печатной плате:

S = 1187+588+24+36 = 1835 мм²

По ГОСТу 10317-79 был выбран размер - 50x120 мм.

мм³

Для выбора рациональной компоновки блока используют три параметра:

- приведенная площадь наружной поверхности;

- коэффициент приведенных площадей;

- коэффициент заполнения объема.

Определим объемы внутреннего оборудования (внутренние размеры):

- радиаторы :

мм³

- нагрузочный резистор – ПЭВ-20:

мм³

- вентилятор CF-128025MS:

мм³

- текстолит:

мм³

- выключатель :

мм³

4.2.2 Выбор предварительного варианта компоновки устройства. Для обеспечения поставленных требований рассмотрим на данном этапе два варианта компоновки проектируемого устройства, представленных на рисунке 20.

В

2

ариант 1

В ариант 2

Рисунок 20 – Варианты компоновки блоков устройств

Для выбора компоновки устройства для тестирования блока питания рассмотрим два возможных варианта. Варианты отличаются расположением радиаторов, печатной платы, вентилятора и отверстий.

С учетом этого и зазоров между печатной платой, вентилятором, радиаторами и стенками корпуса, получаем габаритные размеры первого варианта блока:

---

длина = 150 мм, ширина = 140 мм и высота = 85 мм. А во втором варианте с учетом того, вентилятор расположен сверху и радиаторы расположены вдоль, получаем габаритные размеры второго блока: длина А₂ = 170 мм, ширина В₂ =1 50 мм и высота Н₂ = 75 мм.

Сравним выбранные варианты компоновки блока.

1) Определим полный объем первого и второго вариантов компоновки блока.

V₁= мм³ (10)

V₂=мм³ (11)

Площади наружной поверхностей блоков:

мм² (12)

мм² (13)

Приведенные площади наружной поверхности:

2) Коэффициент приведенных площадей определяется по формуле:

где - приведенная площадь шара

где d – диаметр шара, мм

Диаметр d определим из равновеликости объёмов блока, выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда и блока, выполненного в форме шара, то есть:

Следовательно:

Таким образом коэффициент приведенных площадей равен:

Это значит, что лучшим вариантом по площади наружной поверхности является 1 вариант блока.

3) Для определения коэффициентов заполнения объема определим объем занимаемой аппаратурой:

мм³ (19)

Коэффициент заполнения объема для первого и второго вариантов компоновки блока, %:

Коэффициент заполнения объема для первого варианта компоновки блока больше, чем для второго варианта. Следовательно, в первом случае объем используется более эффективно.

Таким образом, по результатам расчета основных компоновочных характеристик блоков, выбираем первый вариант компоновки (рисунок 20, вариант 1), так как его объем используется наиболее эффективно. Этот вариант и является исходным для дальнейшей разработки конструкции.

4.3 Конструктивно-технологический расчет

В печатных платах применяются монтажные металлизированные отверстия для установки ЭРЭ и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматизированной сборки ячеек./26/

4.3.1 Номинальное значение диаметров монтажных отверстий Д:

, (21)

где Д _выв – диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

d_н.о – нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;

з – разница между минимальным диаметром ЭРЭ, ее выбирают в пределах 0.1÷ 0.4 мм, принимаем Δ_з = 0.1 мм.

Отверстия для выводов микросхем и переходные отверстия, при Д_выв= 0.5 мм:

Д₁ = 0.5 + 0.1 + 0.1 = 0.7 мм

Отверстия для выводов резисторов МЛТ-0.125, конденсаторов К73-17 и К50-6, при Д_выв=0.6 мм:

Д₂ = 0.6 + 0.1 + 0.1 = 0.8 мм

Отверстия для выводов подстроечного резистора CA14NV5 при Д_выв= 0.95 мм:

Д₃ = 0.95 + 0.15 + 0.1 = 1.2 мм

Отверстия для выводов подстроечного резистора PVS1при Д_выв= 0.6 мм:

Д₄ = 0.6 + 0.15 + 0.1 = 0.8 мм

Отверстия для выводов светодиодов КИПД-21 при Д_выв=0.59 мм:

Д₅ = 0.59 + 0.1 + 0.1 = 0.79 мм

---