Суммарный объем, занимаемый ЭРЭ равен 385,88 см3. Из конструктивных соображений выбираем коэффициент заполнения объема корпуса корректора равным 0,5. Ориентировочно определяем реальный объем Vреал разрабатываемой конструкции по формуле:
Vреал= (6.1.1)
Vреал=1929,4 см3
6.2 Расчет теплового режима восьмиполосного стереофонического корректора
Расчет теплового режима РЭА заключается в определении по исходным данным температур нагретой зоны и температур поверхностей и теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.
Наиболее теплонагруженными элементами являются сетевой трансформатор, транзисторы VT1 и VT4 типа КТ815Б и КТ814Б соответственно. Рассеиваемая мощность трансформатора в рабочем режиме равна 3,9 Вт, номинальная мощность рассеяния транзисторов в рабочем режиме равна 2,8 ВТ , а допустимая для транзисторов мощность рассеяния 10 Вт при температуре не более 50С.
Так как нагрузка транзистора VT1 равна нагрузке транзистора VT4 и параметры этих транзисторов равны, то расчет будем производить лишь для одного транзистора VT1, я расчет второго транзистора будет аналогичен.
6.2.1 Расчет пластинчатого радиятора при естественном воздушном охлаждении для транзистора КТ815Б
Таблица 6.2.1 Исходные данные для расчета теплового режима пластинчатого радиатора
Мощность рассеиваемая транзистором в рабочем режиме Р,Вт
|
2,8
|
|
Температура окружающей среды То.с.,С
|
+30
|
|
Тепловое сопротивление переход-корпус Rп-k, .,С/Вт
|
2,3
|
|
Контактное сопротивление корпус-теплоотвод Rк-т, .,С/Вт
|
0.5
|
|
Толщина пластины , м
|
210-3
|
|
Максимальная температура перехода Тп, С
|
+125
|
|
Высота пластины h, м
|
3010-3
|
|
|
Рассчитываем среднюю поверхностную температуру теплоотвода
Тср=0.96[Тп-Р(Rп-k+ Rк-т)]=0.96[125-2,8/2,3+0,5)]=112,47єC (6.2.1)
Определяем перепад между средней поверхностной температурой теплоотвода и окружающей средой:
?Т=Тср-Тос=112,47-30=82,47 єC (6.2.2)
Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:
tm=0,5·?Т=0,5?·82,47=41,23 єC (6.2.3)
A1=1,423-2,51·10-3·tm-1,3·10-8·tm3=1,423-2,51·10-3·41,23-1,3·
·10-8·41,233=1,319 (6.2.4)
Определяем коэффициент теплоотдачи конвенцией для вертикально-ориентированной пластины:
бк=A1(?Т/n)0.25=9,55 Вт/мІ·град (6.2.5)
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи излучением:
бл=Е·ц·f(Тср,Тос) (6.2.6)
где Е=0.05- степень черноты для алюминиевой пластины;
ц=1- значение коэффициента облученности для гладкой пластины;
f(Тср,Тос)= численное значение функции, зависящей от среднеповерхностной температуры теплоотвода и температуры окружающей среды, определяемое по формуле:
f(Тср,Тос)=5,67·10-8·(Тср+273) 4/?Т=9,384 (6.2.7)
Тогда коэффициент теплоотдачи излучения равен
бл=Е·ц·f(Тср,Тос)=0.469 Вт/мІ·град
Определяем суммарный коэффициент теплоотдачи:
бсумм. = бл+ бк=9,55+0,469=10,019 Вт/мІ·град (6.2.8)
Рассчитываем площадь F теплообменной поверхности:
F=P/ бсумм. ·?Т=2,8/ 10,019·82,47= 3,38·10-3 мІ (6.2.9)
Определим длину l пластины по формуле:
L=F-2h·/2(h+) (6.2.10)
L=0,0526=5,2·10-2
Расчет окончен.
В результате имеем следующие габаритные размеры пластинчатого радиатора:
Таблица 6.2.2 Результаты расчета пластинчатого радиатора
Длина, м
|
0,053
|
|
Высота, м
|
0,030
|
|
Толщина, м
|
0,002
|
|
|
6.2.2 Расчет теплового режима блока в перфорированном корпусе и режима работы наиболее теплонагруженных элементов
Расчет поверхности корпуса
Sk=2[L1 L2+( L1+ L2)L3], (6.2.2.1)
где L1и L2- горизонтальные размеры корпуса, м
L3- вертикальный размер корпуса
Sk=2[210·10-3·0,25+(0,21+0,25) ·0,07]= 0,137 мІ
Расчет условной поверхности нагретой зоны
S3=2[L1 L2+( L1+ L2)L3Kз], (6.2.2.2)
где Kз-коэффициент заполнения корпуса аппарата по объему, принимаем Kз=0,5
S3=2[0,21·0,25+(0,21+0,25)·0,07·0,5]= 0,111 мі
Определение удельной мощности корпуса
qk=P/ Sk (6.2.2.3)
qk=3,9/0,137=28,46 Вт/мІ
Определение удельной мощности нагретой зоны
qз=P/ S3 (6.2.2.4)
qз=3,9/0,111=35,13 Вт/мІ
Определение коэффициента Q1 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны
Q1=0,1472qk+ 0,2962 ·10-3 qkІ+0,3127·10-6 qkі (6.2.2.5)
Q1=0,1472·28,46+0,2962·10-3·28,46І+0,3127·10-6·28,46і=4,4єC
Определение коэффициента Q2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны
Q2=0,139qз-0,1233·10-3 qзІ+0,0698·10-6 qзі (6.2.2.6)
Q2=0,139·35,13-0,1233·10-3·35,132 +0.0698·10-6·35,133 =4,73єC
Определение коэффициента Кн1 в зависимости от давления среды вне корпуса
Кн1=0,82+1/0,925+4,6·10-5·H1 (6.2.2.7)
где H1-давление окружающей среды 1,01·105 Па
Кн1=082+1/0,925+4,6·10-5 ·1,01·105=0,99
Определение коэффициента Кн2 в зависимости от давления среды вне корпуса
Кн2=0,8+1/1,25+3,8·10-5·H2 (6.2.2.8)
Кн2=0,8+1/1,25+3,8·10-5·1,01·105 =0,993
Рассчитывается суммарная площадь перфорационных отверстий
Sп= ?S (6.2.2.9)
Sп= 32·0,00015+18·0,00012=6,96·10-3 мІ
Расчет коэффициента перфорации
П= Sп/2L1 L2 (6.2.2.10)
П=6,96·10-3 / 2·0,21·0,25=0,066
Расчет коэффициента, являющегося функцией коэффициента перфорации
Кп=0,29+1/1,41+ 4,95· П (6.2.2.11)
Кп=0,29+1/1,41+ 4,95 · 0,066=0,865
Расчет перегрева корпуса
Qk= 0,93 Q1 Кн1 Кн2 (6.2.2.12)
Qk= 0,93·4,4·0,99·0,983=3,98єC
Расчет перегрева нагретой зоны
Q3= 0,93 Кп[Q1 Кн1+( Q2/0,93- Q1) Кн2 (6.2.2.13)
Q3= 0,93·0,865[4,4·0,99+(4,73/0.93-4,4) ·0.983]= 4,04єC
Определение среднего перегрева воздуха
Qв= 0,6·Q3 (6.2.2.14)
Qв= 0,6·4,04=2,424єC
6.2.3 Расчет температурных режимов наиболее теплонагруженных элементов схемы
Таковыми являются трансформатор ТС-6-1, транзисторы КТ814Б и КТ815Б. Кроме того, определим температурный режим микросхем К174УД2, как наиболее ответственных элементов схемы.
Определяем тепловой режим трансформатора
Определяем удельную мощность элемента
qэл=Pэл/Sэл (6.2.3.1)
где Pэл- мощность трансформатора
Sэл- площадь поверхности трансформатора
qэл= 3,9/ 0,018= 216,6 Вт/мІ
Рассчитываем перегрев поверхности
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз) (6.2.3.2)
Qэл=4,04( 0,75+ 0,25·216,6/35,13)=9,25єC
Рассчитываем перегрев среды, окружающей трансформатор
Qэс= Qв(0,75+ 0,25 qэл/qз) (6.2.3.3)
Qэс=2,424(0,75+ 0,25·216,6/35,13)=5,55єC
Находим температуру поверхности элемента
Тэл = Qэл+Тс (6.2.3.4)
Тэл=9,25+ 30= 39,25єC
Находим температуру среды, окружающей элемент
Тэс= Qэс+Тс (6.2.3.5)
Тэс=5,55+30=35,55єC
Расчет теплового режима микросхем типа К157УД2
Расчет производиться по той же методике, что и расчет теплового режима трансформатора
Мощность рассеиваемая микросхемой Pэл=0,024 Вт
Площадь поверхности микросхемы Sэл=5,62·10-4 мІ
qэл= Pэл/Sэл=0,024/5.6·10-4= 42,7 Вт/мІ
Рассчитываем перегрев поверхности
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·42,7/35,13)=4,25єC
Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·42,7/35,13)=2,55єC
Находим температуру поверхности элемента
Тэл = Qэл+Тс=4,25+ 30=34,25єC
Находим температуру среды, окружающую элемент
Тэс= Qэс+Тс=2,55+30=32,55єC
Расчет теплового режима транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б
Так как электрические и эксплуатационные параметры этих транзисторов одинаковы, то расчет будем производить лишь для одного транзистора КТ815Б, а для КТ814Б результаты расчета будут аналогичны.
Мощность рассеиваемая на транзисторе Pэл=2,8 Вт
Площадь поверхности транзистора с радиатором Sэл=3,34 ·10-3 мІ
Определяем удельную мощность транзистора
qэл= Pэл/Sэл=2,8/3,34 ·10-3= 838,32 Вт/мІ
Рассчитываем перегрев поверхности
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=4,04(0,75+0,25·838,32/35,13)= 27,13єC
Рассчитываем перегрев среды, окружающей микросхему
Qэл= Q3( 0,75+ 0,25 qэл/qз)=2,424(0,75+0,25·838,32/35,13)=16,28єC
Находим температуру поверхности элемента
Тэл = Qэл+Тс=23,13+30=57,13 єC
Находим температуру среды, окружающую элемент
Тэс= Qэс+Тс=16,28+30= 46,28 єC
Температура трансформатора равна 39,25єC. Полученное значение не превышает значения температуры перегрева обмоток выбранного трансформатора, равного 55єC.
Температура микросхем К157УД2 равна 34,25єC и не превышает допустимую +70єC.
Максимальная температура транзисторов типа КТ815Б и КТ814Б равна 53,13єC, что не превышает эксплуатационных пределов транзисторов, у которых максимальная температура равна +100єC.
Температура воздуха в приборе равна 32,4єC.
Средняя температура всего корпуса равна 32,4єC.
Из анализа полученных результатов заключаем. Что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации.
Таким образом, выбранная конструкция перфорированного корпуса и естественного способа охлаждения путем конвенции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Учитывая вышеуказанное, окончательно выбираем перфорированный корпус для разрабатываемого изделия.
6.3 Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы. Выбор и обоснование метода изготовления печатной платы
Схема электрическая принципиальная разделена на три функциональных узла: блок питания, блок управления и плата фильтров и усилителей. Блок питания (стабилизатор и выпрямитель) и фильтры размещены на одной плате, а блок управления--на другой. Выбор печатного монтажа радиоэлементов в эквалайзере обусловлен заданной программой выпуска изделия--600шт в год. Печатный монтаж в этом случае является наиболее экономически целесообразным.
Наиболее трудоемкой при разработке топологии печатных плат является разработка печатной платы блока питания и фильтров, т.к. в ней содержится наибольшее количество радиоэлементов по сравнению с другими узлами прибора. При разработке печатных плат необходимо руководствоваться следующими документами:
ГОСТ23751-86, ГОСТ10317-79, ОСТ4ГО.010.009, ОСТ4ГО.010.011, ОСТ4ГО.064.089 и рядом других документов. Исходными при разработке топологий печатной платы являются:
1) схема электрическая принципиальная;
2) установочные размеры радиоэлементов узла;
3) рекомендации по разработке монтажа для выбранной схемы микросхем.
Проводим расчет печатной платы стабилизатора и фильтров. В данный узел входят микросхемы серии К157 УД2, резисторы типа С2-33Н-0.125, С2-33Н-0.25, СП3-38б, диоды типа КС156А, КЦ412б, конденсаторы типа К50-35, КМ-5, К10-7В, переключатели типа П2К, транзисторы типа КТ815Б, КТ814Б, КТ315Б, КТ361Б, разъемы ОНц-КГ-4-5/16-Р. Класс точности данной платы выбираем второй, а платы блока управления -- первый.
6.3.1 Расчет проводящего рисунка печатной платы эквалайзера
Исходные данные:
размеры платы, мм 190х150;
проводники на плате имеют покрытие сплавом «Розе».
Определим минимальный диаметр контактной площади для отверстия под микросхемы серии К157УД2.
D=(d+Дdb0)+2b+Дtb0+(Td2+T02+Дtn0)1/2, (10.1)
где d--номинальный диаметр металлизированного отверстия, равный 0.8мм;
Дdb0--верхнее отклонение диаметра отверстия, равное 0.05мм;
b--величина гарантийного поиска, равная 0.15мм
Дtb0-- верхнее отклонение ширины проводника, равное 0.15мм;
Td--диаметральное значение позиционного допуска расположения центра отверстия относительно номинального положения узла координатной сетки, равное 0.1мм;
Т0--диаметральное значение позиционного допускарасположения контактной площадки относительно его номинального положения, равное 0.25мм;
Дtn0--нижнее предельное отклонение ширины проводника, равное 0.1мм
Подставляя численные значения в формулу (10.1), имеем:
D=(d+Дdb0)+2b+Дtb0+(Td2+T02+Дtn0)1/2=(0.8+0.05)+0.3*0.2+0.15+(0.152+
0.252+0.12)1/2=1.61
Таким образом, минимальный диаметр контактных площадок для отверстий диаметром 0.8мм под выводы радиоэлементов равен 1.61мм.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16
|