Расчет гитарного микшера

Содержание.

Введение………………………………………………………………………………

 

1.Конструкторская часть. Разработка конструкции гитарного микшера.

1.1.Выбор элементной базы…………………………………………………………….

1.2.Выбор типа печатной платы………………………………………………………..

1.3.Выбор метода изготовления печатной платы……………………………………..

1.4.Выбор размеров печатной платы…………………………………………………..

1.5.Выбор группы жёсткости печатной платы………………………………………..

1.6.Выбор класса точности печатной платы…………………………………………..

1.7.Выбор материала основания  печатной платы…………………………………….

1.8.Выбор шага координатной сетки……………………………………………………..

1.9.Выбор диаметров отверстий…………………………………………………………..

1.10.Выбор вариантов установки элементов……………………………………………..

1.11.Выбор и размещение элементов  проводящего рисунка……………………………

 

2.Технологическая часть. Разработка технологического процесса сборки изделия.

2.1.Определение типа производства………………………………………………………

2.2.Выбор варианта технологического процесса сборки………………………………...

2.3.Обоснование разработки технологического  процесса на операции………………...

2.4.Выбор средств технологического оснащения………………………………………...

2.5.Выбор технологических материалов…………………………………………………..

 

3.Расчётная часть проекта.

3.1.Расчёт надёжности гитарного микшера………………………………………………

3.2.Расчёт технологичности конструкции………………………………………………

3.3.Расчёт элементов печатного монтажа……………………………………………….

 

Заключение……………………………………………………………………………..

Литература………………………………………………………………………………...

 

Приложение А: Перечень элементов.

Приложение Б: Спецификация.

Приложение В: Комплект технологической документации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Целью данного курсового проекта  является разработка конструкции гитарного  микшера.

Многие начинающие музыканты и гитаристы используют затруднения с приобретением  доступной по цене аппаратуры, предназначенной  именно для работы с электрогитарой и микрофонами. Обычно используются бытовые усилители звуковых частот, не имеющие специальных высокоомных входов для подключения электрогитары, тем более двух. Как правило, входное сопротивление бытовых усилителей не превышает 47 кОм. Такое недостаточно высокое входное сопротивление сильно шунтирует высокоомные звукосниматели и приводит к разочарованию от полученного звука инструмента. Для Электрогитары, оснащенной электромагнитными звукоснимателями, требуется высокое входное сопротивление усилителя – не менее 1 Мом.

Наличие микрофонного входа еще не решает проблему совместимости  усиления сигналов от микрофона и  гитары. Общий для всех входов блок регулировки тембра и громкости не обеспечивает требуемого звучания ни для электрогитары, ни для микрофона.

Зачастую в  усилителях отсутствует и линейный выход, который необходим для  записи музыкальной партии гитариста, чтобы после прослушивания работать над ошибками.

Микшер собран в корпусе с размерами 320х60х100 мм, изготовленном из металла. Печатные паты изготовлены из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Размеры платы эмиттерного повторителяканала В 25х57 мм, платы сетевого блока питания – 38х64 мм.

При разработке печатных плат использовалась программа DipTrace Lite Edition V1.50 (Файлы с расширением dip), а для разработки передней панели – программа FrontDesigner 3.0 (Файлы с расширением fpl).

Рисунок передней панели печатался на струйном принтере на обычной бумаге, затем проводилось  одностороннее ламинирование. Защищенные ламинатом передняя фальшпанель обращена наружу, незащещенной стороной она приклеена к предварительно покрашенной металлической панели микшера клеящим епрпндошои RADEX, предназначенным для склеивания бумаги. Перед приклеиванием фальшпанели, используя наждачную бумагу с мелким зерном, надо придать окрашенной поверхности небольшую шороховатость. После этого следует удалить сухой тканью аыль и нанести на обратную поверхность клей. Этот клей не проникает сквозь бумагу и не растворяет чернила принтера, а после высыхания прочно удерживает ламинированную фальшпанель и защищает ее от возможных механических повреждений.

Измерения параметров микшера проводились с помощью  прибора РАП-ТВ-УКВ (радиочастотный анализатор передатчиков), предназначенного для измерения параметров ТВ и  УКВ передатчиков на радиочастотах. Он имеет возможность проведения измерений на звуковых частотах.

При испытании микшера использовались усилитель музыкального центра Nechnics SC-CA1060 (2х40 Вт), электрогитара Yamaha EG112UP, электроакустическая гитара EpiphonePR-4E и доработанный миерофон Philips SBC MD 150 китайского производства. Работа микшера получила хорошую оценку моих друзей – музыкантов; отмечено удобство работы с ним.

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчетная часть

 

2.1 Расчет эмитерного повторителя

Uкэ = Uп/2 = 4.5/2 = 2,25В

URЭ = Uп – Uкэ = 4.5 – 2.25 = 2.25В

Pк = Uкэ*Iко = 2.25*30 = 67.5мВт

По рассчитанным данным выбираем Транзистор:

КТ315Б

h21 = 50

Iэо ≈ Iко = 30мА

Rэ = URЭ/Iэо = 2.25/30 = 75Ом

PRЭ = Iэо*URЭ = 2.25*30=67.5мВт

Выбрать тип

 

Расчет входной цепи

Iбо = Iко/h21 = 30/50 = 0.6мА

Iдел = 10*Iбо = 0,6*10 = 6мА

URб2 = URЭ + Uбэ = URЭ +0.7В = 2.25+0.7 = 2.95В

Rб2 = URб2/Iдел = 2.95/6=490Ом

PRб2 = URб2*Iдел = 2.95*6 = 17.7мВт

URб1 = Uп – URб2 = 4.5 – 2.95 = 1.55В

Rб1 = URб1/(Iдел + Iбо) = 1.55/(0.6 + 6) = 1.55/6.6 = 235Ом

PRб1 = URб1*(Iдел + Iбо) = 1.55*6.6 = 10мВт

 

2.2 Расчет надежности

 

λ0 – средняя интенсивность отказов;

α – поправочный коэффициент;

Кн – коэффициент нагрузки (равен 0,5-0,7, а для микросхемы – 1)

 

2.2.1 Определение групповой  интенсивности отказов

 

Для каждого типа элементов определяем значение групповой интенсивности отказов, пользуясь формулой:

 

αтр  = ni * λ0i * αi , где ni – число элементов группы.

Результаты расчетов сведены в  таблице 13.

 

Таблица 1 – Групповая интенсивность отказов.

Наименование и тип элементов

n

λ0 (10-6) 1/час

Кн

α

n*α* λ0(10-6)

Резисторы МЛТ – 0,125

37

0,5

0,6

0,7

12,95

Резисторы СП4-1

8

1,2

0,6

0,38

3,65

Конденсаторы К10-17

14

0,9

0,5

0,18

2,27

Конденсаторы К73-17

4

1,6

0,5

0,55

3,52

Конденсаторы К50-35

15

0,9

0,5

0,68

9,18

Конденсаторы К53-10

1

1,3

0,5

0,55

0,71

Транзисторы КП303Е

2

0,9

0,4

0,18

0,32

Транзисторы КТ3102ЕМ

2

0,8

0,4

0,18

0,29

Диоды Д9Б

2

1,4

0,7

0,87

2,44

Диоды КД522Б

2

1

0,7

0,87

1,74

Микросхемы К544УД2А

7

1,1

1

1

7,7

Светодиод АЛ307ГМ

1

1,7

0,7

0,87

1,48

Пайка

236

0,15

1

1

35,4

λиз

        

81,65/220,455


 

 

2.2.2 Определение интенсивности отказов

 

Интенсивность отказов всего изделия  определяется по формуле

 

λиз  = Кэ * ∑ ni * λ0i * αI                                                                                                                                      (6)

где: Кэ – коэффициент учитывающий  условия эксплуатации (для стационарной аппаратуры Кэ = 2,7).

λиз = 2,7 * (12,95+3,65+2,27+3,52+9,18+0,71+0,32+0,29+2,44+1,74+7,7+1,48+35,4) * 10-6=220,455(1/час)

 

2.2.3 Определение наработки до  отказа

 

Наработка до отказа рассчитывается по формуле:

 

Т = 1/ λиз (час)                                                                                                            (7)

Т = 1/220,455=4536 (час)

 

2.2.4 Определение вероятности безотказной работы

 

Вероятность безотказной работы определяется по формуле:

 

P(t) = e-λt                                                                                                                                                                                     (8)

 

Значение  t выбираем 10,100,500

P(t)1 = е^(- 220 * 10-6 * 10) = 0.0022

P(t)2 = е^(- 220 * 10-6 * 100) =0.022

P(t)3 = е^(- 220 * 10-6 * 500) =0.11

 

2.3 Расчет технологичности конструкции

 

2.3.1 Коэффициент использования микросхем и микросборок рассчитывается по формуле:

 

Кис.мс = Нмс / Нэрэ                                                                                                        (9)

 

где: Нмс = 7 – количество микросхем  и микросборок;

Нэрэ = 102 – общее количество ЭРЭ в изделии.

Кис.мс = 7/102 = 0,069

 

2.3.2 Коэффициент повторяемости  микросхем и микросборок рассчитывается  по формуле:

 

Кпов.мс = 1- (nмс / Нмс)                                                                                           (10)

 

где: nмс = 1 – количество типоразмеров корпусов и микросборок;

Нмс = 7 – общее количество микросхем  и микросборок.

Кпов.мс = 1- (1 / 7) = 1 – 0,14 = 0,86

 

2.3.3 Коэффициент стандартизации  конструкции рассчитывается по  формуле:

 

Кпр = (n – n0) / n = 1 – (n0 / n)                                                                                     (11)

 

где: n – общее количество типоразмеров составных частей;

n0 – количество типоразмеров оригинальных составных частей.

Кпр = 1 – (1/12) = 0,92

 

2.3.4 Коэффициент унификации рассчитывается по формуле:

 

Кц = (Н – n) / Н = 1 – n / Н                                                                                         (12)

 

где: Н – Общее количество составных  частей изделия:

Кц = 1 - (18/105) = 0,886

 

2.3.5 Коэффициент механизации и автоматизации установки ЭРЭ на печатные платы рассчитывается по формуле:

 

Каму = Нэрэ.аму / Нэрэ                                                                                             (13)

Каму = 87/102 = 0,85

 

2.3.6 Коэффициент механизации и автоматизации монтажа рассчитывается по формуле:

 

Кам = Нам / Н                                                                                                             (14)

 

где: Нам – количество соединений выполняемых автоматически;

Н – общее количество соединений в изделии.

Кам = 236/236 = 1

 

2.3.7 Коэффициент применяемости  типовых технологических процессов  рассчитанных по формуле:

 

Ктп = (Дтп – Етп) / (Д - Е) = Nттп  / N                                                                       (15)

 

где: Дтп и Етп (Nттп) – количество деталей и сборочных едениц, изготавливаемых  по ТТП;

Д и Е (N) – общее количество деталей  и узлов.

Ктп = 105/105 = 1

 

 

Бпок = 4 – ((Тн – Тф) / Т)                                                                                           (16)

где: Тн – нормальное значение коэффициента;

Т – эквивалент одного балла (см таблицу 14).

 

Таблица 2 – Технологичность конструкции.

Коэффициент

Нормативное значение

Эквивалент одного балла 

Фактическое значение

1. Коэффициент использования микросхем и микросборок

0,75

0,18

0,069


 

 

 

Продолжение таблицы 2.

2. Коэффициент повторяемости микросхем  и микросборок

0,95

0,02

0,86

3. Коэффициент стандартизации конструкции

0,15

0,05

0,92

4. Коэффициент унификации

0,45

0,12

0,89

5. Коэффициент механизации и автоматизации установки ЭРЭ на печатные платы

0,8

0,8

0,85

6. Коэффициент механизации и  автоматизации монтажа

0,87

0,3

1

7. Коэффициент применяемости ТТП

0,6

0,15

1


 

 

Бпок1 = 4 – ((0,75 – 0,069) / 0,18) = 0,22;

Бпок2 = 4 – ((0,95 – 0,86) / 0,02) = -0,5 принимаем 0 балов;

Бпок3 = 4 – ((0,15 – 0,92) / 0,05) = 19,4 принимаем 5 балов;

Бпок4 = 4 – ((0,45 – 0,89) / 0,12) = 0,33;

Бпок5 = 4 – ((0,8 – 0,85)  / 0,8) = 4,09;

Бпок6 = 4 – ((0,87 – 1) / 0,3) = 4,43;

Бпок7 = 4 – ((0,6 – 1) / 0,15 = 6,67 принимаем 5 балов.

 

Средний бальный показатель:

Бср = ∑Бпок / N                                                                                                           (17)

где: Бпок – коэффициент, участвующий  в оценке изделия;

n – число коэффициентов  учавствующих в оценке, в том числе нули.

 

Бср = (0,22+0+5+0,33+4,09+4,43+5) / 7 = 2,72

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Расчет элементов печатного монтажа

2.4.1 Расчет наименьшего номинального диаметра D контактной площадки.

 

Рассчитывается по формуле:

D = (d + ∆dв.о.+2b+∆tв.о.+2∆dт.р.+(Td2+TD2∆tпо2))^1/2                                                     (18)

Где: dв.о 0,1 – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

tв.о = 0,1 – верхнее предельное отклонение диаметра контактной площадки;

∆dт.р – значение полтравливания диэлектрика в отверстии, равное 0,3, для МПП, ОПП, дПП и ГКП – нулю;

∆tпо = 0,1 – нижнее предельное отклонение диаметра контактной площадки.

D = 0.7 – наименьший диаметр отверстия;

b = 0.2Гарантийный поясок.

 

D = (0.7+0.1+0.4+0.1+0.6+(0.152+0.252+0.12))^1/2=2.1мм

 

2.4.2 Расчет наименьшего наминального расстояния до прокладки проводников

 

Наименьшее номинальное расстояние L для прокладки n-го количества проводников  рассчитывается по формуле:

 

L=(D1+D2)/x+t*n+s*(n+1)+TL                                                                                  (19)

 

Где: D1 и D2 = 1,65(мм) – диаметр контактных площадок;

n – количесто проводников;

t=0.45 – ширина печатного проводника;

s=0.45 – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

TL=0,05 – поционный допуск расположения печатного проводника.

 

L = (1,6+1,6)/2+0,45*1+0,45*(1+1)+0,05=3,45

 

L < 5

 

Так как результаты не превышают  действительного значения, то между  отверстиями можно проложить  проводник. Из этого следует, что  класс точности выбран верно, и все расчеты произведены верно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Конструкторская часть. Разработка конструкции гитарного микшера.

 

3.1.Выбор элементной базы.

 

Типы элементов выбираются в  зависимости от условий эксплуатации изделия.

Выбранные элементы должны выдерживать заданные условия эксплуатации без изменения своих технических характеристик.

      Выбранные ЭРЭ  сведены в таблицу 1

 

      Таблица 3 – Технические характеристики элементов.

Тип элементов

Температура, оС(+-)

Относительная влажность, %

Вибрация, Гц

Ускорение, g

Резисторы МЛТ-0,125

-60…+125

98

10-2000

15

Резисторы СП4-1

-60…+125

98

1-2500

20

Конденсаторы К73-17

-60…+125

98

1-80

5

Конденсаторы К50-35

-60…+90

98

2500

20

Конденсаторы К10-17

-50…+80

98

2500

10

Конденсатор К53-10

  

98

    

Светодиод АЛ307ГМ

-60…+70

98

    

Микросхемы К544УД2А

-40…+85

98

    

Транзисторы КП303Е

  

98

    

Транзисторы КТ3102ЕМ

  

98

    

Диоды КД522Б

-60…+100

98

1…3000

20

Диоды Д9Б

-60…+100

98

1…3000

20


 

       Условия эксплуатации  элементов соответствуют условиям эксплуатации изделия, значит ЭРЭ выбраны верно.

 

3.2 Выбор типа печатной платы

 

ОСТ 4.010.022-85 устанавливает следующие  типы печатных плат:

 

ОПП – односторонние печатные платы;

 

ДПП – двухсторонние печатные платы;

МПП – многосторонние печатные платы;

ГПК – гибкие печатные кабели;

 

При выборе типа печатной платы следует  учитывать:

 

  • Возможность выполнения всех коммутационных соединений.
  • Технико-экономические показатели.
  • Стоимость основного материала.
  • Возможность автоматизации процессов изготовления, контроля и диагностики, установки навесных элементов.

 

      ОПП - характеризуется возможностью обеспечения повышенных требований к точности выполнения проводящего рисунка, отсутствием металлизированных отверстий, установкой элементов на плату со стороны противоположной стороне пайки без дополнительного изоляционного покрытия, низкой стоимостью.

      ДПП - без металлизации монтажных и переходных отверстий характеризуется низкой стоимостью, возможностью обеспечения высоких требований к точности выполнения проводящего рисунка, использованием объемных металлических элементов конструкции (штыри, шрифты, пистоны и т.д.) для соединения элементов проводящего рисунка, расположенного на противоположных сторонах печатной платы.

      ДПП - с металлизированными монтажными и переходными отверстиями характеризуются высокими коммутационными возможностями, повышенной прочностью сцепления проводов навесной ЭРЭ с проводящим рисунком печатной платы, повышенной стоимостью по сравнению с печатными платами без гальванического соединения слоев.

      МПП - с металлизацией сквозных отверстий характеризуется наличием межслойных соединений, осуществляемых с помощью сквозных металлизированных отверстий, низкой ремонтопригодностью высокой помехозащищенностью электрических цепей, высокой стоимостью конструкции.

      ГПК - характеризуется высокой гибкостью, малыми толщинами, возможностью подключения к печатным платам без помощи соединителей, использованием одно- и двухсторонних тонких фольгированных диэлектриков, возможностью автоматизации процессов изготовления.

 

      С учетом особенностей конструкции проектируемого изделия целесообразно выбрать ОПП.

 

3.3 Выбор метода изготовления печатной платы

 

В современной радио промышленности широкое распространение получили следующие методы изготовления проводящего слоя:

 

  • Химический – проводящий слой получают травлением медной фольги на не защищенных участках;
  • Электрохимический – при котором методом химического осаждения создается слой металла толщиной 1 – 2 мкм, наращиваемый затем гальваническим способом до нужной толщины. При электрохимическом методе одновременно с проводниками металлизируют стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников, расположенных на разных сторонах платы;
  • Комбинированный метод – проводники получают травлением фольги, а металлизированные отверстия электрохимическим методом;
  • Полуаддитивный – проводящий слой получают травлением тонкой фольги (5-10 мкм), а затем доращиванием ее до нужной толщины гальваническим способом, при этом происходит и меднение отверстий;

 

      Химический метод  обеспечивает большую производительность. При этом проводящий рисунок  расположен лишь на одной стороне  платы, а плотность монтажа  не высокая, этот метод используют  для односторонних печатных плат.

      Остальные методы (кроме электрохимического, который в последнее время самостоятельно не используется), применяются для изготовления двухсторонних печатных плат в аппаратуре, к которой предъявляются более жесткие требования по надежности. Для 1-го и 2-го класса точности односторонних плат применяется сеточно-химический метод изготовления. Для 3-го класса – фотохимический, для двусторонних печатных плат – комбинированные методы изготовления.

 

      На основе сравнительного  анализа с учётом выбранного  типа печатной платы и класса точности выбран сеточно-химический метод изготовления.

 

3.4 Выбор размеров печатной платы

 

      Размеры, конфигурацию  и места крепления печатных  плат выбирают в зависимости  от установочных размеров, элементной  базы, эксплуатационных характеристик, использования автоматизированных способов установки навесных элементов, пайки, контроля и технико-экономических показателей.

      Размеры сторон  должны соответствовать ГОСТ 10317-79, или нормативно технической документации, разработанной в его ограничение.

      Рекомендуется разрабатывать  печатные платы прямоугольной  формы. Конфигурацию, отличную от  прямоугольной, следует применять  в технически обоснованных случаях.  При выборе соотношения сторон  печатной платы предпочтительными  являются соотношения 3:1.

      Размеры каждой  стороны должны быть кратными:

 

  • 2,5 – при длине до 100 мм
  • 5 – при длине до 350 мм
  • 10 – при длине более 350 мм

 

      Максимальный размер  любой из сторон должен быть  не более 470 мм

      Отклонение от  прямоугольности печатной платы  не должно быть более 0,2 мм на 100 мм длины.

 

      Исходя из приведённых  выше утверждений, выбираем размеры  печатной платы кратные 2,5.

 

3.5 Выбор группы жесткости печатной платы

 

      Печатные платы  должны соответствовать требованиям  ГОСТ 23752-79 после воздействия на них климатических факторов одной из четырех групп жесткости указанных в таблице.

      Группа жесткости  определяется конструктором и  указывается в технических требованиях  чертежа печатной платы. Значения  воздействующих факторов приведены в таблице 2.

 

      Таблица 4 – Значение воздействующих факторов по группам жесткости.

Наименование воздействующего  фактора

Группы жесткости

1

2

3

4

Температура окружающей среды, С

Верхнее значение

55

85

100

120

Нижнее значение

-25

-40

-60

-60

Наименование воздействующего фактора

Значение воздействующих факторов по группам жесткости

Относительная влажность воздуха, %

75

93

93

93

При температуре 35 С

При температуре 40 С

Изменение температуры среды, С

от – 40 С до +55 С

от -60 С до +55 С

от -60 С до +85 С

от -60 С до +100 С

Давление кПа мм. рт. ст.

Нормальное

53,6               400

53,6           400

0,67                5


 

      Исходя из данных  приведённых в таблице 2, выбрана группа жёсткости 2. 

 

3.6 Выбор класса точности печатной платы

     

      Печатные платы  в зависимости от размеров  элементов печатного монтажа  делятся на пять классов точности.

      ГОСТ 23751-86 устанавливает  номинальные размеры основных  элементов печатного монтажа.

      Эти данные приведены  в таблице 3.

 

      Таблица 5.

Элемент

Номинальное значение размера, мм

1

2

3

4

5

t

0,75

0,45

0,25

0,15

0,10

s

0,75

0,45

0,25

0,15

0,10

b

0,30

0,20

0,10

0,05

0,025

y

0,40

0,40

0,33

0,25

0,20

Расчет гитарного микшера 📙 Дипломная → 🆔 17011

Расчет гитарного микшера 📙 Дипломная → 🆔 17011

Расчет гитарного микшера