Время переходного процесса – время вхождения переходного процесса в зону 5% - го отклонения от входного воздействия

1. Время переходного процесса – время вхождения переходного процесса в зону 5% - го отклонения от входного воздействия.

Т_ПП = 0,025 с.

2. Величина перерегулирования – процентное выражение максимального отклонения переходного процесса от установившегося значения переходного процесса:

(12.1)

где h_MAX(t)– максимальное значение переходного процесса;

h_УСТ(t)- установившееся значение переходного процесса;

t - время переходного процесса.

Величина перерегулирования s = 2,5%.

Реакция системы на гармонический сигнал j_ВХ=А×sin(w×t), где А=1⁰ и w=1 Гц представлена на рисунке 12.2.

Из рисунка 12.2 видно, что следящая система входит в установившийся режим через 0,4 с.

13. Разработка конструкции и технология изготовления БУ следящего привода   13.1. Конструкция платы БУ привода

Плата ячейки 3 БУ привода горизонтального канала наведения и стабилизации ОЭС разработана для установки в прямоугольный металлический корпус. Габаритные размеры платы указана на сборочном чертеже. Плата изготовлена из текстолита СФ-2-35 (ГОСТ 10316 - 88) толщиной 2 мм, имеет двухстороннюю разводку печатных проводников, отверстия металлизированные. В углах платы имеется четыре отверстия для направляющих, диаметром 3 мм. В корпусе предполагается наличие пластмассовых направляющих штырей, которые входят в отверстия платы. Корпус изготовлен из аллюминия ГОСТ 2476 - 83. В корпусе плату удерживают пластмассовые защелки, на днище. На верхней части корпуса предполагаются металлические штыри которые в закрытом состоянии плотно прижимают плату к днищу. Такой метод обеспечивает надежное крепление и технологичную сборку изделия.

Элементы устанавливаются на плату с одной стороны, используемые микросхемы имеют пластмассовые корпуса с прямоугольными выводами (корпуса 201.14-3, 201.16-6), устанавливаемые на печатные платы с односторонним или двусторонним расположением печатных проводников в металлизированные отверстия с зазором, который обеспечивается конструкцией выводов и планарные корпусами с отформованными выводами (корпуса 401.14-3,4018.24-1), устанавливаемые на платы с односторонним или двусторонним расположением проводников следующими способами: вплотную на печатную плату, с зазором 0,3 мм или вплотную на прокладку.

Разработка печатной платы БУ

Печатная плата разрабатывается с помощью САПР P-СAD, версии 3.0. Необходимо сказать, что ручной метод конструирования печатных плат, особенно многослойных, представляет весьма трудоемкий процесс, а в отдельных случаях просто неприемлем. Ручной метод, это метод проб и ошибок. Как правило, требуется, чтобы всю работу по конструированию выполнял один человек. Даже опытные конструкторы проектируют плату средней сложности в течении нескольких недель, допуская при этом ошибки. Машинный метод застрахован от ошибок, а также снимает рутинные операции перебора вариантов, но квалификация специалиста все же требуется. Машинный метод предоставляет множество сервисных возможностей, например можно точно замерить длину проводника на плате, оптимизировать плату по какому ни будь параметру, например минимизировать количество переходных отверстий и д.р.

Основные габариты печатной платы определяются рациональной компоновкой на них навесных радиоэлементов, входящих в законченную схему устройства. Следует учитывать, что печатная плата выполняет роль шасси, поэтому необходимо обеспечить ее прочность. Рекомендуемые отношения сторон: 1:1; 1:2; 2:3; 2:5 (ГОСТ 101317 - 79). В соответствии с изложенным выше проектируемая печатная плата имеет размер 116,25x88,75 по плотности проводящего рисунка печатная плата относится к классу (с минимально допустимой шириной проводника и минимальными расстоянием между элементами проводящего рисунка 0,3 мм).

В соответствии с ГОСТ 23751-86 точность печатного монтажа соответствует первому классу точности.

Параметр монтажа:

–  Ширина проводника 0,3 мм;

–  Расстояние между проводниками 0,3 мм;

–  Ширина пояса металлизации 0,3 мм;

–  Отношение диаметра наименьшего металлизированного отверстия к толщине печатной платы 0,4.

–  Отверстия диаметром 0,8 мм. имеют максимально допустимое отклонение 0,12 мм.

Предельное рабочее напряжение между проводниками с расстоянием 0,3 мм лежащими в одной плоскости, для фольгированного стеклотекстолита составляет 300В.

Размещение элементов на плате выполняется условными группами, т.е. цифровая часть схемы сгруппирована в одном месте, также выделена аналоговая часть схемы. Так удается достичь кратчайших связей между элементами схемы.

Отверстия на печатной плате располагаются таким образом, чтобы наименьшее расстояние между внешним контуром платы и краем отверстия было не менее толщины платы, т.е. не менее 2 мм.

Отверстия на печатной плате размещены в соответствии с координатной сеткой по ГОСТ 10316 - 78 с шагом 1,25 мм.

Трассировка печатной платы выполнена методом север-юг, запад-восток, что минимизирует влияние токоведущих проводников верхнего и нижнего слоев друг на друга. Особенно эти помехи нежелательны в цифровой части схемы из-за возможных сбоев в работе устройства.

Земляные проводники выполнены шириной 0,75 мм, и подводятся к земляному полигону расположенному по периметру платы для минимизации сопротивления. Минимизировать длину земли удается за счет того, что она не тянется по всей плате, а каждый отвод начинается с полигона. При попадании контактной площадки в зону полигона, вокруг площадки используются тепловые барьеры - это секторные вырезы вокруг контактной площадки. Эти барьеры предотвращают отток тепла во время пайки в земляной полигон и в тоже время растекание припоя по полигону.

Разводка платы выполняется поэтапно. Сначала разводим цепи питания т.е. землю и +5В. В этом случае имеем минимальную длину проводников питания т.к. эти цепи имеют приоритет.

Цепь +5В выполняется шириной 0,75 мм.

Необходимо определить падение на постоянном токе в цепях питания и земли. Определим длину этих цепей в P-CAD.

 мм.

Значение сопротивления печатного проводника длинной 1 м.

 Ом/м.

Сопротивление проводника по постоянному току равно:

(13.1)

 Ом.

В ТУ на ИС указывается максимально возможное отклонение питающего напряжения от номинала не более 10 %.

где  - номинальное напряжение питания равное 5В.

(13.2)

 В

Условие выполняется, падение напряжения на питающих цепях не превышает допустимого значения, следовательно, данная ширина проводника принимается.

Число слоев платы зависит от сложности электрической схемы, а в частности от числа проводников. Как говорилось выше разводка платы осуществляется машинным способом. Попытки развести плату в один слой не дали положительных результатов, конечно с сохранением необходимой ширины проводников. Часть схемы остается недоразведенной. Двухслойная плата разводится хорошо и соединения получаются более оптимальные, короткие.

После получения разведенной печатной платы с помощью программной утилиты проверяются зазоры между трассами, контактными площадками.

Далее получаем управляющий файл для фотоплоттера с помощью которого в последствии получают фотошаблон причем на две стороны платы.

Также с помощью программной утилиты получаем управляющий файл для сверлильного станка с ЧПУ.

На этом цикл разработки печатной платы закончен.

Толщина печатной платы равна 2 мм в соответствии с выбранным классом точности печатного монтажа и учетом способа изготовления исходя из электрических и механических требований.

В качестве материала для изготовления печатной платы, выбран стеклотекстолит, облицованный с двух сторон медной фольгой. Марка фольгированного диэлектрика толщиной 35 мкм. СФ-2-35 (ГОСТ 10316 - 88).

Установка элементов производится в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.030 - 81.

Электромонтаж выполняется в соответствии с электрической принципиальной схемой устройства.

После пайки и регулировки предусмотрено покрытие лаком КО - 961П, время высыхания которого 4 часа при температуре 20°С.

13.2. Технологическая часть

Современные промышленные способы изготовления печатных плат основаны на использовании фольгированных диэлектриков, т.е. на получении токопроводящего рисунка схемы методом травления.

При изготовлении двусторонних печатных плат, главным образом, используется метод фотопечати с последующим травлением, т.е. фотохимический метод. Отверстия же в плате металлизируются электрохимическим методом. Таким образом метод изготовления печатных плат получил название комбинированный.

В свою очередь комбинированный метод имеет две разновидности:

–  позитивный вариант;

–  негативный вариант.

При негативном методе экспонирование рисунка производится с фотонегатива, после экспонирования выполняется травление рисунка, а затем сверление отверстий платы. Металлизация отверстий ведется в специальных контактирующих приспособлениях.

При позитивном методе экспонирование рисунка производится с фотопозитива. После экспонирование ведется сверление и металлизация отверстий. Затем рисунок схемы и металлический слой в отверстиях защищаются слоем гальванического серебра или другого металла, стойкого к травителю меди, после чего производят травление незащищенной меди.

Для изготовления печатной платы БУ привода из стеклотекстолита СФ - 2 - 35 применяем комбинированный позитивный метод.

Метод позволяет изготавливать печатные платы с повышенной плотностью монтажа, высокими электрическими параметрами и высокой прочности сцепления проводников. Он рекомендуется при изготовлении печатных плат для аппаратуры, работающей в жестких условиях эксплуатации. Метод является предпочтительным при новых разработках.

Пайку размещенных в соединительные места элементов производят припоем ПОС - 61 (ГОСТ 21390 - 81) с применением флюса КЭ, при температуре паяльника 240°С. Данный припой является легкоплавким, а флюс для низкотемпературной пайки.

Расчет теплового режима платы

Сразу необходимо заметить, что устройство является микромощным, это видно по потребляемому току  мА, при напряжении питания  В. В силу этого нет смысла говорить о каком либо варианте принудительного охлаждения. Достаточно обеспечить естественное охлаждение платы.

К естественному охлаждению относится охлаждение наружной средой поверхности платы и перенос внутренней средой теплоты от нагретой зоны к корпусу устройства или вентиляция протекающим через полость корпуса окружающим воздухом.

Рассчитаем мощность выделяемую пятивольтовой частью схемы:

(13.3)

 Вт.

На плате установлен стабилизатор напряжения посредством которого, на основную часть схемы подается напряжение +5В. На вход этого стабилизатора подается напряжение  В. Рассчитаем мощность рассеиваемую на этой микросхеме:

 Вт.

Суммарная мощность рассеиваемая элементами платы:

(13.4)

 Вт.

  13.3. Расчет показателей надежности БУ следящего привода

Надежность есть свойство аппаратуры сохранять свои выходные характеристики в определенных пределах при заданных условиях эксплуатации.

Характеризовать надежность определенного класса элементов или систем можно:

–  вероятностью их безотказной работы ;

–  средним временем исправной работы Т;

–  отказов L(t);

–  частотой отказов A(t);

–  коэффициентами готовности;

–  ремонтопригодности и т.д.

Данный расчет учитывает влияние на надежность только количество и типы принимаемых элементов и основывается на допущении, что все элементы включены последовательно и подвержены внезапным отказа.

Для определения надежности изделия необходимо знать: