Модуль защиты радиоаппаратуры

       где e_п  и e_л   - диэлектрические проницаемости материала печатной платы и лака (для стеклотекстолита e_п = 6, для лаков УР-23 (и ЭП9114)  e_л =4

       Выбираем  на плате наиболее протяженный участок проводников расположенных параллельно друг другу, на минимальном расстоянии. Считаем паразитные параметры для этого участка т.к. для него они будут максимальными. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3:

       Таблица3

Параметры печатных проводников
S, мм	li, мм	ti, мм	L0, мм
0,4	85	0,4	0,8

 

       S – расстояние между краями соседних проводников;

       l₁ – длина взаимного перекрытия проводников;

       t_l – ширина печатных проводников;

       L_o – расстояние между центрами двух соседних проводников.

       Расчёт паразитной ёмкости:

       Паразитную  емкость между двумя печатными  проводниками можно определить по формуле:

        ,                                                  (6.1)

       где С_пог – погонная емкость между двумя проводниками печатного рисунка, определяется по формуле:

        ,                                                (6.2)

       где  К_n – коэффициент пропорциональности, зависит от S₁/t₁ или Н_м/t₁ и

         выбирается по графику в соответствии  ОСT 4.ГО 010.009–88 (0,12 пФ/см);

         е_r – диэлектрическая проницаемость среды между проводниками,

         определяется по формуле:

        ,                                           (6.3)

       где  e_n , e_л – диэлектрические проницаемости соответственно материала диэлектрика платы и лака покрытия печатной платы (e_n=6 для стеклотекстолита, e_л =4 для лака типа УР-213 и ЭП Э114).

       Подставляя  численные значения в формулы 6.1 – 6.3, получим:

       

;

       

(пФ/см);

       

(пФ). 

       Расчёт  паразитной взаимоиндукции и индуктивности:

       Паразитная  взаимоиндукция между печатными  проводниками М, нГн, определяется по формуле:

        ;                                        (6.4)

       

(нГн). 

       Индуктивность печатного проводника L₁, мкГн, определяется по формуле:

        ,                                                     (6.5)

       где L_пог – погонная индуктивность печатного проводника, мкГн/см, определяется по графику в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.089–88 (L_пог=0,016 мкГн/см).

       

(мкГн); 

       Определяем  сопротивление изоляции между проводниками линий связи. Для  проводников, расположенных на одной поверхности печатной платы:

       Определение сопротивления изоляции печатных цепей, расположенных на поверхности печатной платы, можно произвести по формуле:

       R_N=r_0* S/l ,

       где r₀- удельное поверхностное сопротивление основания печатной платы (для печатной платы из стеклотекстолита r₀= 5*10¹⁰ Ом)

       R_N=5*10¹⁰*0,4/8,5=2,4 ГОм. 

       Определяем  действующее напряжение помехи на сопротивлениях R₂ и R₃: При расчете помехоустойчивости печатных узлов нагрузкой пассивной и активной линий можно считать входное сопротивление микросхем. Расчет можно провести по выражению:

       

,

       В состоянии логической «1», помеха слабо  влияет на срабатывание логического элемента, поэтому, рассмотрим случай, когда на входе микросхемы логический «0».

      1. Тип К561ЛА7

       =1,5В,  =1*10^-3 мА, =0,95В, =0,25 мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

       = / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

       = / =0,95/0,25*10^-3= 3,8 кОм

       =

      Сравниваем  действующее напряжение помех с  помехоустойчивостью микросхемы. Для К561ЛА7 U_п=0,95 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

       2. Тип К561ТМ2

        =1,5В,  =1*10^-3 мА, =0,95В, =0,25 мА. Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

        = / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

        = / =0,95/0,25*10^-3= 3,8 кОм

        =

       Сравниваем  действующее напряжение помех с  помехоустойчивостью микросхемы. Для  К176ИЕ2 U_п=0,8 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы. 

Вывод: паразитные параметры печатного  монтажа не превышают заданных и  напряжение помехи на рабочей частоте  схемы намного меньше помехоустойчивости микросхем, помехи не будут влиять на функционирование устройства при рассчитанных параметрах печатного монтажа. Помехоустойчивость микросхем серии К561ЛА7, К561ТМ2 значительно превышает рассчитанное напряжение помехи.

 

        6. Расчет теплового режима с изделия ЭС

       В качестве элемента с повышенным тепловыделением возьмем транзистор КТ315Б.

       Точное  описание температурных режимов внутри устройства ЭС не возможно из-за громоздкости и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов и других факторов. Поэтому при расчете теплового режима изделия ЭС используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур наиболее нагретой зоны и среды вблизи поверхностей ЭРЭ и ИС, необходимых для оценки надежности функционирования схемы и изделия в целом. Перегрев ЭРЭ и ИС можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности с помощью установки элемента на радиатор. Для охлаждения полупроводниковых приборов используют следующие типы радиаторов: ребристые, игольчато-штыревые, пластинчатые и др. Наиболее эффективные радиаторы игольчато-штыревые.

       Исходными данными при проектировании и  выборе радиатора являются:

• рассеиваемая элементом мощность Р =20 Вт;
• максимально допустимая темпера p-n перехода t_р=160 С°;
• температура окружающей среды t₀ =40 С°;
• внутреннее тепловое сопротивление  R_вн = 1,75 К/Вт,

Тепловая  модель элемента и радиатора представлена на рисунке 5.

         

         
 
 
 

Рисунок 5. Тепловая модель элемента с радиатором.

       1 - элемент (ЭРЭ, ИС);

       2 - площадь теплового контакта;

       3 – радиатор 

      Порядок расчета:

      1. Определим допустимый нагрев  контакта транзистора с радиатором:

      t_k-t_p=(t_p-t_o)-P(R_вн+R_k), где R_k ≈ 2,2*10^-4 S_k, где S_k — площадь контактной поверхности, м².

      t_k-t_p=(160-40)-20* (1,75+2,2*10^-4/65,5*10^-6)= 17,82 К.

      2. Определим средний перегрев основания  радиатора в первом приближении:

      ∆t_S=0,83(t_k-t_p)=0.83* 17,82= 14,79 К.

      3. Выберем игольчато-штыревой радиатор с параметрами:

      h=20мм, S_Ш=7мм, d=2мм.

      4. Находим по соответствующему  графику коэффициент эффективной  теплоотдачи выбранного радиатора при  ∆t_S=15К:

      α_ЭФ=58 Вт/(м*К)

      5. Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближении. При этом выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого λ_Р=208 Вт/(м*К)–коэффициент теплопроводности материала, а толщину основания δ_Р=2 мм.

      ∆t_Sо = ,

      где , α_ЭФS_p/d δ_Р, где δ_p —толщина основания радиатора. 

      Тогда, используя эти данные, получим:

      B= 58* 65,5*10^-6 /(208* 2* 10^-3) =9,1*10^-3 .

       0,078

      S_p= p/ (α_ЭФ*∆t_S).

      S_p = 0,078/ (58*14,79) = 0,91*10^-4

       ∆t_Sо =12,34 К

    6. Уточняем площадь основания радиатора:

    S_po = p/( α_ЭФ* ∆t_Sо);

       м². 

 

        7. Расчет надежности.

       Надежность  электронной аппаратуры зависит  от ее сложности и режимов эксплуатации. Поэтому одним из условий надежности работы ЭС является правильность выбора режимов работы множества ЭРЭ и деталей, из которых состоит изделие, качество изготовления, а также условия эксплуатации.

       Для численного выражения надежности используют различные количественные характеристики: одни из них удобны для оценки надежности ЭРЭ, другие применяются для определения надежности узла, блока и изделия в целом.

       Среди свойств изделия есть понятие  безотказность — это количественный показатель, характеризующий вероятность безотказной работы за заданное время P(t); интенсивность отказов λ; среднее время наработки на отказ T_ср.

       P(t) = e^-λt,

       где λ — интенсивность отказов.

       Интенсивность отказов изделия, состоящего из m комплектующих элементов, определяется по формуле:

       

I;

       где λ — интенсивность отказа i-того элемента.

       Среднее время наработки на отказ изделия  определяется по формуле:

       T=

. 

       а) Учет электрической нагрузки

       Определяем  коэффициенты электрической нагрузки элементов ЭС, согласно схемы, используя формулы, приведенные в таблице 5. 
 
 
 

       Таблица 5.

       

Элемент	Формула для  определения Кн	Пояснение
Резистор	Кн=Рраб/Рном	Р– мощность
Конденсатор	Кн=Uраб/Uном	U– напряжение
Цифровые  интегральные ИМС Аналоговые  ИМС	КIн=Iвых раб/Iвых мах КIн=Iвых раб/Iвых мах КPн=Pраб/Pмах	Iвых – выходной ток