Основы проектирования электронных средств. Конструирование электронных модулей первого структурного уровня

Введение 
 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
В. А. Юзова 
 
 
 
 
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ 
 
КОНСТРУИРОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ ПЕРВОГО 
СТРУКТУРНОГО УРОВНЯ 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации 
в качестве учебного пособия для студентов вузов по 
направлениям 210200, 211000, 210100, 230101, 
13.12.10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2012 

Введение 

2 

УДК 621.38.001.63(07) 
ББК 32.85–02я73 
         Ю207 
 
 
 
Рецензенты: Б. А. Беляев, д-р техн. наук, проф., заслуженный  изобретатель 
России, 
зав. 
лабораторией 
«Электродинамика 
и 
СВЧэлектроника» ИФ СО РАН; 
А. Н. Ловчиков, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой ИВТ СибГАУ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Юзова, В. А. 
Ю207         Основы проектирования электронных средств. Конструирование электронных модулей первого структурного уровня :           
лаб. практикум / В. А. Юзова. –  Красноярск : Сиб.  федер. ун -т, 
2012. – 208 с. 
ISBN 978–5 7638–2421–6  
 
Представлены лабораторные работы, позволяющие освоить основы конструирования модулей первого структурного уровня электронных средств, изложены краткие теоретические сведения и даны рекомендации к выполнению 
всех необходимых этапов конструирования и технологии производства печатных плат. 
Для студентов, обучающихся по направлениям 210200 «Проектирование 
и технология электронных средств», 211000 «Конструирование и технология 
электронных средств», 210100 «Электроника и микроэлектроника», «Электроника и наноэлектроника», 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»  
 
УДК 621.38.001.63(07) 
ББК 32.85–02я73 
 
ISBN 978–5 7638–2421–6                                                         ©  Сибирский федеральный 
                                                                                                          университет, 2012 

Введение 
 

3 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Упрощенно конструкцию любого изделия можно охарактеризовать сложным составом и связями (взаимодействиями) между составными частями, а также составными частями и  внешней средой. Для  
изделий, принцип работы которых основан на передаче и преобразовании электрических, магнитных и электромагнитных сигналов, помимо геометрических, механических, оптических и т. п. связей, наиважнейшими являются именно электрические, магнитные и электромагнитные связи. Такие изделия  в общем случае называют электронными средствами, электронными системами (ЭС).  Независимо от вида ЭС (электронно-вычислительное – ЭВС, радиоэлектронное –  РЭС, 
микроэлектронное – МЭС и т. п.) конструкцию электронного средства 
(системы) в общем случае делят на три уровня разукрупнения: печатные узлы (модули): приборы, комплексы.  
В соответствии со сложившейся практикой исходными данными 
для конструирования таких электронных средств (ЭС) являются 
принципиальная электрическая схема и задание условий эксплуатации ЭС. Современные методы конструирования электронных средств 
из-за их функциональной сложности широко используют расчленение 
электрических схем на функционально и конструктивно законченные 
узлы или модули, выполняемые на печатных платах. В основах конструирования печатных узлов различных ЭС много общего. Поэтому 
данная методическая разработка одинаково будет полезна для студентов всех форм обучения при освоении ими основ конструирования и 
технологии изготовления такой важной составной части РЭС, ЭВС, 
МЭС, как печатный узел.  
Вопросы конструирования и технологии производства ЭС первого конструкционного уровня излагаются в большом количестве 
учебно-методических разработок. Однако подавляющее количество 
этих разработок посвящено конструированию и производству конкретных видов ЭС или излагаемый в них материал столь обширен, 
что порой трудно самостоятельно в нем ориентироваться. Это касается в первую очередь студентов безотрывной формы обучения. 
Самостоятельное изучение основ конструирования и технологии 
производства ЭС, а также выполнение конструкторской документации на конструируемое изделие легче осуществлять отдельными бло

Введение 

4 

ками. Блок должен быть независимым и законченным. Для него необходимо формулировать определенную и небольшую цель. Однако 
блоки должны последовательно раскрывать целостный процесс конструирования и создания ЭС и конструкторской документации.  
В данном лабораторном практикуме сделана попытка изложения 
вопросов, посвященных конструированию и технологии производства 
ЭС первого конструкционного уровня в виде отдельных блоков, представленных лабораторными работами. Такая форма изложения материала будет полезна всем, кто желает самостоятельно освоить некоторые разделы конструкторско-технологических дисциплин, читаемых студентам радиотехнического и смежных с ним профилей.  
Автор старался органично соединить теоретические положения 
с практическими решениями. Поэтому каждая лабораторная работа 
сопровождается теоретическими сведениями, конкретными рекомендациями по выполнению работы и использованию ее результатов в 
процессе проектирования и изготовления конструкции ЭС. Более детальный материал вынесен за рамки теоретических сведений и представлен в приложениях. Лабораторные работы расположены примерно в той последовательности, в которой осуществляется процесс конструирования ЭС. 
Несомненным достоинством учебной разработки является то, что в 
нее включены все необходимые нормативно-технические документы. 
В предлагаемом лабораторном практикуме излагаемый материал 
максимально приближен к рабочим программам дисциплин «Конструирование электронных модулей», «Основы конструирования электронных средств» и «Конструкторско-технологическое обеспечение 
производства ЭВМ», читаемых студентам очной и заочной форм обучения направлений  210200 «Проектирование и технология электронных средств», 211000 «Конструирование и технология электронных 
средств», 210100 «Электроника и микроэлектроника», «Электроника 
и наноэлектроника», 230101 «Вычислительные машины, комплексы, 
системы и сети»  
  Однако изложенный материал может использоваться при изучении дисциплин «Проектирование  микросистем», «Основы конструирования и технологии производства электронных средств», изучаемых студентами направлений 210302 «Радиотехника», 210202. 
(65;62) «Проектирование и технология электронно-вычислительных 
средств». 

Введение 
 

5 

В  практикум включены сто вариантов заданий, которые могут 
выдаваться студентам в качестве контрольной работы, расчетно-графического задания, являться основой для выполнения курсового проекта по изучению соответствующих дисциплин. Приводится подробный план пояснительной записки конструкторско-технологического 
практикума, который может являться планом расчетно-графического 
задания или основой пояснительной записки курсового проекта по 
дисциплине. 

1. Варианты заданий 

6 

1. ВАРИАНТЫ  ЗАДАНИЙ 
 
Задача 1 
Схема электрическая принципиальная приведена на рис.1. 
 

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

R1
R2
R3

R4

R5

R6

R7

DA1

CC

+U

-U
-U

1
2
3

12

13

4
5

VD1

Вход

Выход

+

+

+3 В

+

+
 
Рис. 1. Электрическая схема усилителя 
 
R1 – R10  –  резисторы типа МЛТ ГОСТ 7113 –  77 мощностью 
0,125 Вт 
R1 – 390 Ом; R2 –  470 кОм; R3 – 18 кОм; R4 – 51 кОм; R5 – 100 
кОм;  
R6, R7 –  10 кОм. 
Микросхема ДА1 –  КФ140УД4 в корпусе 201.14.1. Диод VD1 –   
КД 514А.  
Конденсаторы: C1 – 1000 пФ; C2 – 10 мкФ; C3 – 4,7 мкФ; C4 –  
6800 пФ;  
C5 – 0,1 мкФ; C6 –  220 мкФ; C7 –  4,7 мкФ. 
Типы конденсаторов и условия эксплуатации даны в табл. 1.     
                                    
                               Таблица1 

Варианты заданий 

Номер 
варианта 
Тип 
ТКЕ 
Тип 
Напряжение, 
В 

Условия эксплуатации 
С1 
С4 
С5 
С2, С3, 
С6, С7 

1 
К10-17-1 
П33 
М750 
Н90 
К53-4А 
16 
группа I* 

2 
К10-17-1 
М75 
Н90 
Н50 
К53-4А 
6,3 
группа II* 

1. Варианты заданий 
 

7 

Окончание табл. 1 
 

Номер 
варианта 
Тип 
ТКЕ 
Тип 
Напряжение, 
В 

Условия эксплуатации 
С1 
С4 
С5 
С2, С3, 
С6, С7 

3 
КМ-6б 
П33 
Н750 
Н90 
К53-18 
20 
группа III* 

4 
КМ-6б 
М75 
М1500 
Н50 
К53-18 
6,3 
группа 1** 

5 
КМ-5а 
М750 
Н30 
Н90 
К53-18 
16 
группа 2** 

6 
КМ-5а 
М75 
Н30 
Н90 
К53-4А 
6,3 
группа 3** 

7 
КМ-6а 
М75 
М750 
Н90 
К53-18 
16 
группа 4** 

8 
КМ-6а 
М750 
М750 
Н50 
К53-18 
20 
группа 5** 

9 
К10-17-2 
П33 
М47 
Н50 
К53-18 
6,3 
группа 6** 

0 
К10-17-2 
П33 
М750 
Н50 
К53-4А 
16 
группа 7** 

Примечание: * по ГОСТ 11478; ** по ГОСТ 16019 (СТ  СЭВ 364-76). 
 
Задача 2 
Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 2. 

С1

С2
С3

R1

R2

R3
R4

SB1

BM1

VT1

VD1

VT2

DA1

S

R

D
C

T
6

4

5
3
2

SA1

12 В


+

"Пуск"

Нагрузка


+

 
Рис. 2. Электрическая схема коммутатора 
 
Резисторы R2–R4 типа МЛТ ГОСТ 7113 – 77 мощностью          
0,125 Вт. 
R2 – 200 кОм; R3 – 1,5  МОм; R4 – 10  кОм. 
Микросхема DA1 – К561ТМ2 в корпусе 238.16-2. 
Транзисторы VT1, VT2 – КТ342Б. 
Диод VD1 – КД 514А. 
Конденсаторы: C1 – 0,1 мкФ; C2 – 0,01 мкФ; C3 – 1 мкФ. 
Элементы BM, SB, SA, R1 на печатной плате не устанавливать. 
Типы конденсаторов и условия эксплуатации даны в табл. 2. 

1. Варианты заданий 

8 

Таблица  2 
Варианты заданий 
Номер 
варианта 
Тип 
ТКЕ 
Условия эксплуатации 
С1 
С2 
С3 

1 
К10У-5 
Н50 
Н50 
Н50 
группа 5* 

2 
КМ-6б 
Н90 
Н50 
Н90 
группа 4* 

3 
К10-17-2 
Н50 
П33 
Н90 
группа 3* 

4 
К10-17-2 
Н50 
М1500 
Н90 
группа 2* 

5 
КМ-6б 
Н50 
М1500 
Н90 
группа 1* 

6 
КМ-6б 
Н90 
М1500 
Н90 
I ст. ж.** 

7 
К10У-5 
Н20 
Н90 
Н50 
II ст. ж.** 

8 
К10У-5 
Н90 
Н50 
Н50 
III ст. ж.** 

9 
К10У-5 
Н50 
Н90 
Н50 
IV ст. ж.** 

0 
К10-17-2 
Н50 
М75 
М75 
V ст. ж.** 

Примечание: * по ГОСТ 21552;  ** по ГОСТ 16962. 
 
Задача 3 
Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 3. 
 

 
Рис. 3. Электрическая схема регулятора тембра 
 
Резисторы R1, R3, R5-R8 типа МЛТ ГОСТ 7113 – 77 мощностью 
0,125 Вт. 

1. Варианты заданий 
 

9 

R2, R4 – типа СП-3-3д на печатной плате  не  устанавливать. 
R1, R2, R4, R5 – 47 кОм; R3 – 51 кОм; R6 – 4,7 кОм; R7 –            
470 кОм; R8 – 27 кОм. 
Микросхема ДА1 – КФ140УД4  в корпусе 201.14-1. 
 
Транзистор VT – КТ363А. 
Конденсаторы: C1 – 1500 пФ; C2 – 10 мкФ; C3 – КМ-4б – 6800 
пФ; C4 – К10-17-1–  6,8  пФ; C5, C6 – КМ-4б –  М1500 –  0,047 мкФ. 
Неуказанные типы конденсаторов и условия эксплуатации даны 
в табл. 3. 
 
Таблица  3 

Варианты заданий 

Номер 
варианта 
Тип 
ТКЕ 
Тип 
Напряжение, 
В 
Условия эксплуатации 
С 1 
С 2 

1 
К10-7В 
Н70 
К50-24 
63 
группа 1* 

2 
КМ-6б 
М75 
К50-24 
16 
группа 2* 

3 
КМ-6б 
П33 
К50-16 
10 
группа 3* 

4 
КМ-6а 
М1500 
К50-16 
16 
группа 4* 

5 
КМ-6а 
М750 
К50-3 
100 
группа 5* 

6 
КМ-6а 
М75 
К50-3 
12 
группа 6* 

7 
КМ-5а 
Н30 
К53-18 
63 
группа 7* 

8 
КМ-5а 
М1500 
К53-18 
16 
II ст. ж.** 

9 
КМ-5а 
М750 
К53-10 
63 
III ст. ж.** 

0 
КМ-4А 
М1500 
К53-10 
16 
IV ст. ж.** 

Примечание: * по ГОСТ 16019 (СТ  СЭВ 36 – 76) ;   ** по ГОСТ 16962. 
 
Задача 4 
Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 4. 
R1-R4; R6 – резисторы типа МЛТ ГОСТ 7113 – 77 мощностью 
0,125 Вт; 
R5 – типа СП-3-38  на плате  не  устанавливать. 
R1, R3 – 15 кОм; R2, R4 – 1,2 кОм; R5 – 4,7 кОм; R6 – 12 кОм. 
Микросхема ДА1 –  К142EH2Б  в корпусе 402.16-2. 
Стабилитрон VD – 2C 175Ж. 
Транзисторы: VT1 - КТ 814А;  VT2 - КТ 203Б.  
Конденсаторы: C1– К50-16А –  200 мкФ; C2, С3 – 0,022 мкФ;  
C4 – 20 мкФ;  

1. Варианты заданий 

10 

Типы конденсаторов и условия эксплуатации в табл.  4. 
 

Рис.  4. Электрическая схема стабилизатора
 
Таблица  4 

Варианты заданий 

Номер 
варианта 
C2; С3 
С4 
Условия         
эксплуатации 
Тип 
ТКЕ 
Тип 
Напряжение, В 

1 
КЛС-1 
Н90 
К50-5 
25 
УХЛ 2.1*; гр 2**

2 
КЛС-1 
Н70 
К50-5 
15 
группа 3**

3 
КЛС-1Е 
Н30 
К50-16 
25 
ТВ 3.1*

4 
КМ-5а 
Н30 
К50-16 
50 
УХЛ 3.1*; гр 2** 

5 
КМ-5а 
Н90 
К50-16 
16 
ТМ 2.1*; гр 3** 

6 
К10У-5 
Н50 
К50-16А
16 
УХЛ 3.1*; гр 4** 

7 
К10У-5 
Н90 
К50-16А
25 
Т 3*; гр 5** 

8 
КМ6а 
Н90 
К50-3 
25 
О 4.2*; гр 5** 

9 
КМ6а 
Н50 
К50-16А
50 
ТВ 4.1*; гр 2** 

0 
КМ6б 
Н90 
К50-5 
50 
М 2.1*; гр 3** 

Примечание: * по ГОСТ 15150;     ** по ГОСТ 16019 (СТ  СЭВ 364 – 76). 
 
Задача 5 
Схема электрическая принципиальная приведена на рис. 5. 
R1–R10 – резисторы типа МЛТ ГОСТ711 – 77 мощностью         
0,125 Вт; 
R1, R2 – 360 кОм; R3 – 36 кОм; R4 – 130 кОм; R5, R9 – 100 кОм; 
R6 – 5,1 кОм; R7 – 22 кОм;  R8 – 330 Ом, R10 – 10 кОм. 

+


R1
R2
R3
R4

R5

R6
C1

C2

C3

C4

DA1
8
13

16

4

2

12

+


VT1

VT2

VD1
+

Uвх

Uвых

+