Разработка конструкции и технологии изготовления печатной платы пятиполосного эквалайзера

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

ИНСТИТУТ НАНОТЕХНОЛОГИЙ, ЭЛЕКТРОНИКИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

 

КАФЕДРА НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту

                                                                             

На тему:

Разработка конструкции и технологии изготовления

печатной платы пятиполосного эквалайзера

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил           _________________               студент гр. ЭПбо4-5 Букша А.Е.

Проверил            _________________        доцент  каф. НТ МСТ Джуплин В.Н.

 

 

 

 

Таганрог 2015

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Разработка РЭА представляет собой комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы учет разносторонних требований к конструкции аппаратуры, знание технологии изготовления печатных плат, материалов и различных теоретических и прикладных дисциплин.

РЭА применяются во всех сферах деятельности человека. Для выполнения возложенных на них функций радиоэлектронные средства должны обладать высокой точностью, долговечностью, надежностью и экономичностью. Эти параметры в первую очередь обеспечиваются определенным уровнем технологий, организацией и культурой производства, соответствующей элементной базой, а также развитие ряда фундаментальных и прикладных наук.

Технология РЭА - это область наук, заанимающихся изучением закономерностей, действующих в процессе изготовления РЭА с целью использования этих закономерностей для обеспечения высокого качества и минимальной себестоимости.

К основным определениям ТП относятся:

Технологического процесс (ТП) -  это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. ТП строят по отдельным методам и их выполнением ( процесс литья, механической обработки, покрытие, сборка и т.д.).

Основной частью ТП является технологическая операция. Технологическая операция - это законченная часть ТП ,выполняемая на одном рабочем месте. Основным признаком технологической операции является её непрерывность, т.е. выполнение работы без перехода к сборке или отличных от данной операции действий.

В свою очередь операции делят на: установы, позиции, переходы приемы.

Установ - часть технологической операции, выполняемой при неизменном положении обрабатываемых заготовок.

Позиция - часть технологической операции, выполняемая при неизменном положении инструмента относительно детали.

Технологический переход - законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхности, образуемых обработкой или соединяемых при сборке. Переходы в технологической документации записываются глаголами в повелительной форме, например: установить R1, закрепить подгибкой выводов, припаять.

Приём - законченная совокупность действий человека, применяемых при выполнении перехода или его части и объединённых одним целевым назначением.

Одним из наиболее современных методов создания электрических цепей в радиоэлектронной, электронно-вычислительной и электротехнической аппаратуре является применение печатного монтажа, реализуемого в виде односторонних (ОПП), двусторонних (ДПП) и многослойных (МПП) печатных плат, а также гибких печатных плат (ГПП) и гибких печатных кабелей (ГПК). Печатные платы служат основой функциональных узлов и несущим элементом их конструкции. При сохранении всех возможностей проводного монтажа применение ПП позволяет: обеспечить значительное повышение плотности межсоединений и возможность миниатюризации аппаратуры; гарантировать стабильную повторяемость параметров изделий одновременно с возможностью повышения электрических нагрузок в цепях; повысить надежность и качество аппаратуры; улучшить вибро- и механическую прочность, условия теплоотдачи и устойчивость соединений к климатическим факторам; осуществить унификацию и стандартизацию функциональных узлов и блоков аппаратуры; уменьшить трудоемкость изготовления аппаратуры и обеспечить возможность механизации и автоматизации ее производства.

Целью данного курсового проекта является разработка печатной платы пятиполосного эквалайзера, используемого в микшерном пульте. В настоящее время эксплуатируются десятки микшерных пультов, созданных по различным общедоступным схемам. Простота изготовления из доступных недорогих компонентов и настройки позволяют сделать такой пульт в домашних условиях и получить при этом хорошие характеристики. Как выяснилось, при работе с такими пультами у неподготовленных пользователей могут возникать трудности, связанные с настройкой параметрического эквалайзера. Для упрощения пользования пультом и предложена разработка модуля с многополосным графическим эквалайзером.

Для успешной разработки печатной платы разрабатываемого эквалайзера необходимо:

• провести анализ существующих методов изготовления печатных плат;
• разработать технологический процесс изготовления печатной платы проектируемого устройства;
• разработать технологическую документацию в виде маршрутной карты и операционной карты для одной из операций технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Краткое описание конструкции

 

При разработке данного эквалайзера помимо упрощения его работы и решения проблемы, возникавшей при введении в сигнал частотной коррекции, также возникает необходимость установить кроме компрессоров во входных линейках еще один дополнительный автоматический регулятор уровня (АРУР) для выходного сигнала. При этом конструктивно было решено перенести сумматоры в модуль частотного корректора, оставив в выходной линейке пульта только регулировку выходного уровня и ИУ. Авторегулятор устанавливается после сумматоров, а управляющий сигнал обратной регулировки АРУР снимается с выхода темброблока. Авторегулятор в этом случае отслеживает и уровень сигналов с линейного входа. Чтобы не нарушить установленный первоначально стереобаланс, управляющее напряжение для АРУ должно поступать  одновременно с выходов обоих каналов эквалайзера.

В нашем варианте пульта в стереофоническом звучании нет необходимости, так как его основное назначение - "подзвучка" речи, а в этом случае значительно важнее избежать возникновения акустической завязки. Поэтому перед УМЗЧ установлено устройство сдвига спектра частот, и оно вряд ли позволит передать с должным качеством стереозвук. С выхода второго канала сигнал подается на вход внешнего УМЗЧ. Заранее неизвестно, будет ли в этом УМЗЧ эквалайзер и каково номинальное значение его входного уровня Следовательно, и эквалайзер, и АРУР для этого варианта пульта нужны одноканальные.

 

Рисунок 1. Структурная схема линейки эквалайзера для монофонического пульта.

 

На рисунке 3 представлена структурная схема для монофонического варианта пульта. Эквалайзер достаточно просто можно сделать с использованием всего одной микросхемы. Наиболее доступны недорогие специализированные микросхемы LA3600 и BA3822LS [5] Микросхемы представляют собой пятиполосные эквалайзеры, только первый из них одноканальный, а второй - двухканальный.

Центральную частоту настройки легко изменить выбором емкости конденсаторов. Для расчета фильтров указанных микросхем можно пользоваться простой формулой для определения этой частоты

 

                                                                                   (1)

Здесь R1=1,2 кОм, R2=68 кОм – сопротивления встроенных резисторов.

 

Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная пятиполосного эквалайзера

 

На рисунке 4 представлена полная принципиальная схема модуля пятиполосного эквалайзера для монофонического пульта. Лицевая панель имеет размеры 180*30 мм. Входной линейный сигнал подается через регуляторы уровня на сдвоенном резисторе R3 на двухканальный линейный усилитель (ОУ DA1.1, DA1.2) и далее на сумматор (ОУ DA1.3, DA1.4). Сюда же поступают сигналы со сборных шин MIX1. MIX2. С выхода ОУ DA1.3 сигналы левого канала проходят на выходной усилитель (линейку "MASTER") сразу, а с ОУ DA1.4 правого канала – через авторегулятор и эквалайзер. В качестве регулируемого звена используется микросхема TDA8196 (DA2). Для снижения искажений динамики сигналов время восстановления АРУР увеличено до 2 с. Время срабатывания не превышает 5 мс. Напомним, что с помощью подстроечного резистора R27 ("порог АРУ"), выведенного под шлиц на лицевую панель линейки можно изменить порог ограничения авторегулятора. В расчете на чувствительность микросхем УМЗЧ пульта выходное напряжение ограничивается при превышении значения 0.5 В. Срабатывание АРУР происходит при снижении закрывающего напряжения на микросхеме DA2, что сразу фиксируется компаратором DA3 (зажигается светодиод HL1), т.е. светодиод является индикатором достижения максимального нормированного уровня. В качестве компаратора может быть использован любой ОУ (К14УД6, 140УД8, и др.). Светодиод HL1 – АЛ307БМ, может быть применен любой, но желательно красного цвета, поскольку в общем случае он не должен светиться; желательно незамедлительно устранить перегрузку, вызванную или слишком большим уровнем сигнала с линейного входа или чрезмерной частотной коррекцией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Анализ технического задания

 

Данный прибор относится к группе с1 приборов по ГОСТ 16019-2001 и должен выдержать воздействие следующих факторов, приведенных в таблице 2.1:

 

 

 

Таблица 2.1. Обобщенные параметры                  

внешних воздействий на электронную аппаратуру.

Воздействующий фактор		Значение воздействующего фактора для аппаратуры
Синусоидальная вибрация: Диапазон частот, Гц Амплитуда ускорения, м/с2 (g) Длительность воздействия, мин		10-70 19,6 (2) 90
Механические удары при транспортировке: Пиковое ударное ускорение, м/с2 (g) Длительность удара, мс Число ударов в каждом направлении		147 (15) 6 4000
Пониженная температура для исполнения по степени жесткости
1	Рабочая температура, ºC Предельная температура, ºC Время выдержки при каждой температуре, ч	+5 -40 2
2	Рабочая температура, ºC Предельная температура, ºC Время выдержки при каждой температуре, ч	+5 -55 2
Повышенная температура: Рабочая температура, ºC Предельная температура, ºC Время выдержки при каждой температуре, ч		+40 +55 2
Пониженное атмосферное давление: Атмосферное давление, кПа Время выдержки в камере, мин		55 60

 

 

Разрабатываемый эквалайзер планируется выпускать в течение длительного времени в объеме 300 изделий в год. Такое количество выпускаемой продукции характерно для мелкосерийного производства.

Серийное производство — наиболее распространенный тип производства. Оно характеризуется постоянством выпуска довольно большой номенклатуры изделий. При этом годовая номенклатура выпускаемых изделий шире, чем номенклатура каждого месяца.

Это позволяет организовать выпуск продукции более или менее ритмично. Выпуск изделий в больших или относительно больших количествах позволяет проводить значительную унификацию выпускаемых изделий и технологических процессов, изготовлять стандартные или нормализованные детали, входящие в конструктивные ряды, большими партиями, что уменьшает их себестоимость.

Организация труда в серийном производстве отличается высокой специализацией. За каждым рабочим местом закрепляется выполнение нескольких определенных деталеопераций. Это дает рабочему хорошо освоить инструмент, приспособления и весь процесс обработки, приобрести навыки и усовершенствовать приемы обработки. Особенности серийного производства обуславливают экономическую целесообразность выпуска продукции по циклически повторяющемуся графику.

Мелкосерийное производство является переходным от единичного к серийному. Выпуск изделий может осуществляться малыми партиями.

 

3. Выбор и обоснование методов изготовления изделия и его основных составных частей

1. Выбор печатной платы

В зависимости от числа нанесенных печатных проводящих слоев печатные платы разделяются на односторонние, двухсторонние и многослойные.

Односторонние печатные платы (ОПП) выполняются на слоистом прессованном или рельефном литом основании без металлизации или с металлизацией монтажных отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. При невозможности стопроцентной разводки печатных проводников применяются навесные перемычки. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания, устройств техники связи, в простой РЭА и вспомогательной аппаратуре. Низкие затраты, высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые ПП, на одной стороне которых расположены элементы печатного монтажа, а на другой - объемные элементы (корпуса соединителей, периферийная арматура для крепления деталей и ЭРЭ, теплоотводы и др.). В этих платах за один технологический цикл получается вся конструкция с монтажными отверстиями и специальными углублениями для расположения ЭРЭ, монтируемых на поверхность. В настоящее время технология рельефных ПП интенсивно развивается.

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического или металлического основания и обеспечивают высокую плотность установки компонентов и трассировки. Переходы проводников из слоя в слой осуществляются через металлизированные переходные отверстия. Платы допускают как монтаж компонентов на поверхности, в том числе с двух сторон, так и монтаж компонентов с осевыми и штыревыми выводами в металлизированные отверстия. ДПП являются самой распространенной разновидностью ПП в производстве модулей РЭА, используются в измерительной технике, системах управления и автоматического регулирования. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в сильноточной аппаратуре.

Многослойные печатные платы (МПП) состоят из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены требуемые соединения, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. Электрическая связь между проводящими слоями выполняется специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией.