КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

 

ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Паэранд Ю.Э.

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

По дисциплине

 

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

 

 

Алчевск 2012

ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Цели и основные задачи современного конструирования электронных устройств

Для достижения этой цели требуется решить три основные задачи современного конструирования электронной аппаратуры, обеспечив миниатюризацию,… Задачу миниатюризации можно решить путем применения соответствующей элементной… При выборе оптимальной структуры конструкции по критерию комплексной миниатюризации необходимо переходить к IV или V…

Основные понятия и определения

Разработкаявляется сложным процессом и включает в себя ряд понятий, таких как разработка конструкции, разработка технологического процесса, разработка документации, разработка программы испытаний, разработка методики исследований и т.д.

Проектирование – есть разработка основных показателей и путей их практического осуществления. Результатом проектирования является совокупность данных, которая может лечь в основу разработки рабочих технических документов, необходимых для изготовления изделия.

Конструирование – процесс поиска, нахождения и отражения в конструкторской документации формы, размеров и состава изделия, входящих в него деталей и узлов, используемых материалов, комплектующих изделий, взаимного расположения частей и связей между ними, указаний на технологию изготовления с целью обеспечить производство изделия с заданными свойствами при наименьшей трудоемкости изготовления. Результатом процесса конструирования является комплект технических документов.

Конструкция – искусственно созданная человеком совокупность физических тел и веществ, предназначенных для выполнения задан-ных функций в установленных условиях.

Выходные параметры – параметры, определяющие меру функций, для выполнения которых предназначена конструкция.

Первичные параметры– параметры конструкции, влияющие на выходные параметры.

Норма – установленная для определенных заданных условий величина.

Избыточность – мера превышения заданной или установленной величины. Например, превышение рабочего напряжения конденсатора над величиной действующего напряжения или использование для переключения цепи двух параллельных контактов и др.

Запас – избыточность, всегда находящаяся в действии.

Резерв – избыточность, не участвующая в работе, которая в определенный момент может быть действующей.

Функцией, выполняемой конструкцией называют результат взаимодействия сил.

Изделие – любой материальный продукт производства, предназ-наченный для выполнения заданных функций или для создания дру-гих более сложных изделий.

Устройство – любая совокупность взаимодействующих физических тел, рассчитанная на выполнение заданных функций.

Деталь – неделимая часть конструкции, представляющая собой геометрически законченную форму, выполненную из одного матери-ала или механически неразделенной композиции материалов.

Узел – часть сложного устройства, состоящая из нескольких соединенных между собой деталей.

Функционально автономный узел – узел, который может выполнять возложенные не него функции независимо от места использо-вания и связи с другими частями конструкции изделия (катушки ин-дуктивности, переменные конденсаторы, переключатели, трансфор-маторы, резисторы и др.).

Технологический узел – функционально неавтономный узел, который может выполнять свои функции только при наличии связей с другими частями конструкции изделия (катушка трансформатора, каркас катушки и др.)

Ячейки – конструктивно автономные (завершенные), эксплуатационно неавтономные сборочные единицы, состоящие из минимально оправданного числа элементов, необходимого для реализации завершенных функций. Конструктивная завершенность означает возможность механической фиксации и электрического подключения без помощи дополнительных средств.

Модуль – конструктивные части (аппараты, блоки, узлы или детали) с такими формами и геометрическими размерами, пользуясь которы-ми при наименьшем их разнообразии можно получить максимальное разнообразие форм и размеров различных устройств.

Блок – эксплуатационно неавтономная часть устройства, предназначенная для выполнения одной или нескольких частных целевых функций. Сложный блок может состоять из нескольких простых блоков, которые называются подблоками или субблоками. Блоки могут быть унифицированными. Унифицированные блоки широкого применения называют типовыми блоками.

Прибор – эксплуатационно автономное изделие, выполняющее фиксацию, индикацию, измерение или регистрацию заданных величин – измерительные приборы, осциллографические индикаторы, записывающие приборы и т.п.

Система – совокупность взаимодействующих устройств, предна-значенная для выполнения сложных функций.

Структурное дробление конструкции современных электронных устройств

Параллельное конструирование частей, входящих в конструкцию, значительно ускоряет процесс конструирования. Оно возможно благодаря выполнению условий… Параллельное изготовление частей, входящих в различные структурные уровни,… Ремонтопригодность при эксплуатации повышается благодаря упрощению поиска неисправности и возможности ремонта…

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕКТРОННЫМ

СИСТЕМАМ И УСТРОЙСТВАМ

Вновь разрабатываемая электронная аппаратура должна удовлетворять ряду требований, которые можно разделить на три группы:

Эксплуатационные требования:

- качество выполнения электронной аппаратурой основных функций, для которых она предназначена;

- надежность;

- простота управления и обслуживания;

- ремонтопригодность;

- устойчивость к старению;

- габариты и вес.

Конструктивно-технологические требования

- защита от внешних факторов;

- конструктивная преемственность, унификация, нормализация и стандартизация;

- технологичность.

Экономические требования – затраты времени, труда, материальных и денежных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию электронного устройства.

Все перечисленные требования взаимосвязаны между собой.

Эксплуатационные требования

Надежностью называют свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных режимах и условиях в течение… Улучшение надежности электронного устройства, как и любого другого, сопряжено… Повышение надежности может вызвать необходимость увеличения габаритов и веса, а также усложнение обслуживания…

Конструкторско-технологические требования

Как правило, защита ЭУ от внешних воздействий влечет за собой усложнение конструкции. При этом увеличиваются габариты, вес стоимость, часто… Наиболее трудно защищать конструкцию от действия тепла и влаги. Отвод тепла… Чтобы не вызывать излишнего усложнения конструкции, необходимо тщательно анализировать реальные условия эксплуатации,…

Экономические требования

По уровню затрат времени и средств ЭУ можно разделить на следующие основные группы: 1) принципиально новое, выполняющее новые функции, с использованием большого… 2) рассчитанное на выполнение функций, которые ранее не выполнялись , но основанное на хорошо известных технических…

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Краткая характеристика факторов, влияющих на условия работы электронных устройств

- управляемые; - слабоуправляемые; - неуправляемые.

Влияние климатический факторов на работу электронных устройств

  Таблица 3.1 Воздействие Ускоряемый физико-химический … Механическая деформация деталей.

Климатические исполнения и категории размещения электронных устройств

1. Исполнение У – для районов с умеренным климатом со среднегодовыми экстремумами температуры от –450С до +400С. 2. Исполнение УХЛ – для районов с умеренным и холодным климатом со… 3. Исполнение ТВ – для районов с влажным тропическим климатом, при котором сочетание температуры, равной или выше…

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И УЗЛЫ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ

4.1 Общие сведения.

Рассматриваемые в данной теме компоненты и узлы электронных устройств (КУЭУ) относятся к функционально автономным узлам, выполняющим определенные функции и оформленные в единое неделимое конструктивное целое.

К таким компонентам и узлам можно отнести резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, коммутирующие устройства, диоды, транзисторы, микросхемы и др.

Все КУЭУ можно разбить на две основные группы – стандартные и нестандартные.

Стандартные КУЭУ изготавливаются на специализированных заводах.

Нестандартные – разрабатываются конструкторами для некоторых определенных групп устройств.

Качество функций, выполняемых электронными устройствами, во многом определяются характеристиками КУЭУ.

Основными характеристиками КУЭУ являются

1. Номинальные значения параметров.

2. Стабильность выходных параметров.

3. Технологичность.

4. Надежность.

5. Экономичность.

6. Конструктивная совместимость.

7. Габаритные размеры и вес.

Номинальные значения параметров для стандартных КУЭУ устанавливаются специальными числовыми рядами. Для нестандартных КУЭУ подобных рядов не предусмотрено.

Фактическое значение параметров может иметь отклонение от номинального значения. При этом это отклонение не должно превысить установленного допуска. Допуски на номинальные значения колеблются в широком диапазоне и принимают значения от 0,002% (для кварцевых резонаторов) до 30% (для электролитических конденсаторов). Значения допусков устанавливаются исходя из функциональной необходимости и технико-экономической целесообразности. В некоторых случаях малые значения допусков нецелесообразны из-за низкого уровня стабильности параметров узлов.

Стабильность параметров КУЭУ определяется степенью устойчивости параметров материалов и степенью устойчивости взаимного расположения элементов конструкции при действии внешних факторов.

На большинство конструкций КУЭУ влияет изменение их теплового режима и влажность. На некоторые узлы и компоненты влияют вибрации и удары (конденсаторы переменной емкости, высокочувствительные реле, кварцевые резонаторы).

Для устранения нестабильности параметров КУЭУ, возникающих в результате внутренних механических напряжений, применяют термическую тренировку, которая осуществляется путем циклического изменения температуры в максимально допустимых пределах (от –60 до +60⁰ С и более). Число циклов обычно 3-6 и более. Для этой операции большое значение имеет время циклов, их очередность и скорость изменения температуры.

Зашита от влажности осуществляется пропиткой, заливкой, обволакиванием и герметизацией (в том числе и вакуумной). Применение такой защиты приводит к увеличению стоимости, габаритов и веса.

Устойчивость КУЭУ при ударах и вибрациях обеспечивается за счет увеличения жесткости и прочности конструкции. В редких случаях (для кварцевых резонаторов и реле) прибегают к амортизационным прокладкам, гасящим действие ударов и вибраций.

Технологичность является одной из важных характеристик КУЭУ. При разработке КУЭУ стремятся обеспечить не только малую стоимость изготовления, но предусмотреть возможность удобного использования в блоках и аппаратах.

Для того чтобы конструкции КУЭУ в лучшей мере отвечали требованиям крупносерийного и массового производств, они должны предусматривать:

- использование высокопроизводительных процессов изготовления;

- наименьшее разнообразие технологий;

- минимальное число подгоночных и регулировочных операций;

- возможность использования непрерывных процессов изготовления;

- удобство контроля.

Надежность КУЭУ в значительной степени определяет надежность все-го устройства. Для того чтобы влияние КУЭУ на надежность устройства было незначительным, необходимо чтобы величина интенсивности отказов была на уровне λ=10^-8...10^-9 1/ч. Нестандартные КУЭУ обладают λ=10^-4...10^-5 1/ч. Кроме того, в процессе изготовления нестандартных КУЭУ иногда наблюдаются аномальные выбросы величин λ до 10^-2 ... 10^-3 1/ч.

Экономичность конструкции КУЭУ определяется:

- затратами на изготовление КУЭУ;

- затратами, связанными с изготовлением блоков из них;

- эксплуатацией электронного устройства.

Конструктивная совместимость КУЭУ определяется совокупностью их свойств, обеспечивающих в заданных условиях наилучшее выполнение своих основных функций, содействующих получению минимальных размеров и веса блока и не оказывающих нежелательных влияний (электрических, механических, тепловых и т.д.) на другие элементы электронных блоков.

Стандартные КУЭУ, предназначенные для универсального использования, как правило, не обеспечивают хорошей совместимости с другими элементами электронного блока.

Габаритные размеры и вес КУЭУ не всегда определяют вес и габариты электронного устройства. В некоторых случаях требуется установка дополнительных элементов экранов, теплоотводов, специальных крепежных деталей и герметизации в виде заливки или обволакивания.

Все эти элементы, улучшая функциональное качество КУЭУ, ухудшают другое, а именно: увеличивают габариты и вес.

 

Трансформаторы и дроссели

Общие сведения и классификация

Трансформатораминазывают электромагнитные устройства переменного тока, предназначающиеся для повышения или понижения напряжения, согласования сопротивлений электрических цепей, разделения цепей источника и нагрузки по постоянному току, изменения состояния электрической цепи относительно земли.

Эффективность передачи энергии из первичной цепи во вторичную будет тем больше, чем больше число силовых линий первой катушки охватывает витки второй катушки, т.е. меньше рассеяние магнитного поля.

Для увеличения магнитной связи со второй катушкой используют магнитопровод, обладающий минимально возможным магнитным сопротивлением. Формы магнитопровода и катушек стараются выбрать такими, чтобы максимальное количество силовых линий магнитного поля охватывало витки катушек.

Трансформаторы могут использоваться для диапазонов мощности от микроватт до сотен киловатт и диапазонов напряжений от единиц микровольт до сотен киловольт.

Трансформаторы, широко используемые в электронной аппаратуре, подразделяют на силовые, согласующие и импульсные.

Силовые трансформаторы можно разделить по мощности, системе тока, рабочей частоте, напряжению.

По мощности:

- маломощные (менее 100 ВА);

- средней мощности (от 100 до 1000 ВА);

- повышенной мощности (более 1000 ВА).

По системе тока:

- однофазные;

- трехфазные.

По рабочей частоте:

- трансформаторы для промышленной частоты (50 Гц);

- трансформаторы для повышенной частоты (от 100 до 10 000 Гц);

- трансформаторы для ультразвуковой частоты (от 10 000 до 100 000 Гц).

По напряжению:

- низковольтные (ниже 1 000 В);

- высоковольтные (выше 1 000 В).

Дросселями называют электромагнитные устройства, используемые в цепях в качестве индуктивных сопротивлений.

Дроссели переменного тока применяются в качестве балластных и токоограничивающих сопротивлений, а также в качестве элементов низкочастотных фильтров.

Сглаживающие дроссели используются для уменьшения пульсаций напряжения в цепях фильтров выпрямителей.

Дроссели насыщения применяются в качестве регулируемых индуктивных сопротивлений в цепях переменного тока. В отличие от предыдущих типов дросселей, имеющих лишь одну обмотку, дроссель насыщения имеет не менее двух обмоток – рабочую и управляемую.

По конструктивным признакам трансформаторы и дроссели разделяются на открытые или защищенные специальными корпусами.

По форме магнитопровода трансформаторы и дроссели делятся на броневые, стержневые и кольцевые.

 

 

 

г)

а)

б)

в)

д)

е)

а – шихтованный броневой; б – шихтованный стержневой; в - ленточный броневой; г – ленточный стержневой; д – шихтованный кольцевой; е –ленточный кольцевой

 

В сердечнике броневого типа (рис. а, б) обмотка располагается на центральном стержне. Это упрощает конструкцию трансформатора, позволяет получить более полное использование окна обмоткой и создает частичную механическую защиту обмотки. Из-за перечисленных преимуществ такие сердечники получили особенно широкое распространение. Недостатком этих сердечников является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты, что делает нецелесообразным их применение для входных трансформаторов с малым уровнем помех.

В сердечниках стержневого типа (рис. в, г) обмотка располагается на двух стержнях. Это усложняет конструкцию трансформатора, но уменьшает толщину намотки, что способствует снижению индуктивности рассеяния, расхода провода и увеличивает поверхность охлаждения. Стержневые сердечники целесообразно использовать для входных трансформаторов с малым уровнем помех, так как они малочувствительны к воздействию внешних магнитных полей низкой частоты. Это объясняется тем, что под влиянием внешнего магнитного поля в обеих катушках индуктируются напряжения, противоположные по фазе, которые при равенстве витков обмоток компенсируют друг друга. Такой тип сердечника находит преимущественное применение в выходных мощных трансформаторах. Стержневые сердечники с одной катушкой не обладают какими-либо особыми свойствами, а поэтому применяются реже.

Кольцевые сердечники (рис. д, е) позволяют полнее использовать магнитные свойства материала и создают очень слабое внешнее поле, но из-за сложности изготовления обмоток не получили очень широкого распространения; чаще всего их изготавливают из феррита.

Для уменьшения потерь на вихревые токи шихтованные сердечники набираются из пластин толщиной 0,35-0,5 мм, покрытых изоляцией – слоем лака толщиной 0,01 мм или оксидной пленкой. Лента для ленточных сердечников имеет толщину от нескольких сотых до 0,35 мм.

По степени защиты от влажности трансформаторы и дроссели делятся на незащищенные, защищенные обволакиванием и герметизированные.

Силовые трансформаторы

Общие сведения

При подключении к обмотке W₁ напряжения u₁ =U₁ × sin wt (1)

в ней будет проходить соответствующий ток i₁, который создает в сердечнике переменное магнитное поле, характеризуемое магнитным потоком Ф. Силовые линии этого поля пронизывают как первую обмотку W₁, так и вторую W₂ . В связи с этим в обоих обмотках по закону электромагнитной индукции индуцируются соответствующие э.д.с.: в первой обмотке - э.д.с. самоиндукции e₁ ; во второй - э.д.с. взаимоиндукции e₂ . Первую обмотку трансформатора, включаемую в питающую сеть, условно называют первичной, вторую – вторичной.

По закону электромагнитной индукции мгновенные значения э.д.с. первичной и вторичной обмоток

Отношение первичной э.д.с. к вторичной называют коэффициентом трансформации трансформатора

Это выражение справедливо и для эффективных значений э.д.с. Е₁ и Е₂ .

При Е₂ › Е₁ - трансформатор повышающий, при Е₁ › Е₂ - трансформатор понижающий.

Работа трансформатора в режиме холостого хода

Пренебрегая небольшим падением напряжения на первичной обмотке, можно считать u1 ≈ e1 . Таким образом, можно считать, что e1 = -E1 × sin wt (3) , т.е. первичная…

Работа трансформатора под нагрузкой

(6) Согласно закону Ленца намагничивающая сила вторичной обмотки противодействует… Из выражений (4) или (5) видно, что величина магнитного потока определяется величиной подводимого напряжения, а при…

Краткая характеристика параметров силовых трансформаторов

Величина электромагнитной мощности

здесь f – частота сети, Гц; В - индукция магнитного поля, Т; jср – средняя плотность обмоток, А/мм2;

Согласующие трансформаторы

Входными называют трансформаторы, включаемые между источником сигнала и входом электронного устройства. Межкаскадными называют трансформаторы, включаемые между выходной цепью… Выходными называют трансформаторы, включаемые между выходной цепью электронного устройства и нагрузкой.

РЕЗИСТОРЫ

Общие сведения

Резистором называют изделие, предназначенное для создания в электрической цепи заданной величины сопротивления.

Условные графические обозначения:

4.3.2 Конструкция

В общем случае резистор состоит из резисторного элемента и выводов.

По конструктивным признакам резисторы можно разделить на объемные, с пленочным поверхностным слоем, с проволочным резистивным слоем.

 

1- резистивный слой; 2 - вывод; 3 - базовая деталь; 4 - провод с высоким электрическим сопротивлением.

Примечание. Выполнение резистивного слоя на базовой детали позволяет улучшить теплоотдачу и повысить жесткость конструкции.

Классификация резисторов

Общая классификация резисторов составлена по ряду признаков присущим многим изделиям электронной техники: назначению, способу монтажа, способу защиты и т.п.

 

 

По назначению резисторы делятся на резисторы общего назначения, прецизионные и сверхпрецизионные, высокочастотные, высоковольтные и высокомегаомные;

Резисторы общего назначения предназначаются для использования в электрических цепях, не требующих от резистора специфических свойств и параметров.

Используются в качестве различных нагрузок, поглотителей и делителей в цепях питания, элементов фильтров, шунтов, в цепях формирования импульсов и т. п.

Диапазон номинальных сопротивлений 1 Ом – 10 Мом.

Номинальные мощности рассеяния 0,062 Вт – 100 Вт.

Допускаемые отклонения сопротивления от номинальных значений ±1; ±2; ±5; ±10; ±20%.

Прецизионные и сверхпрецизионные резисторы отличаются высокой стабильностью параметров при эксплуатации и большой точностью изготовления (допуск от ±0,0005 до 0,5%).

Применяются в основном в измерительных приборах, в различных счетно-решающих устройствах, вычислительной технике и системах автоматики.

Диапазон номинальных сопротивлений в ряде случаев шире, чем резисторов общего назначения. Например, в качестве шунтов используют резисторы с номинальным сопротивлением менее 1 Ом, а в эталонных катушках и магазинах сопротивлений применяют резисторы с номинальным сопротивлением до сотен гигаом.

Мощности рассеяния сравнительно небольшие и, как правило, не превышают 2 Вт. Это объясняется требованиями к стабильности, которые трудно выполнить при больших мощностях рассеяния.

Высокочастотные резисторы (резисторы с “подавленной реактивностью”) отличаются малыми собственной индуктивностью и емкостью, предназначены для работы в высокочастотных цепях, кабелях и волноводах радиоэлектронной аппаратуры в качестве согласующих нагрузок, аттенюаторов, направленных ответвителей, эквивалентов антенн и т.п.

Непроволочные высокочастотные резисторы способны работать на частотах до сотен мегагерц и более, а высокочастотные проволочные – до сотен килогерц.

Высоковольтные резисторы рассчитаны на большие рабочие напряжения (от единиц до десятков киловольт).

Применяются в качестве делителей напряжения, искрогасителей, поглотителей, в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т.д.

Высокомегаомные резисторы имеют диапазон номинальных сопротивлений от десятков мегаом до единиц тераом и рассчитываются на небольшие рабочие напряжения (100 - 400 В). Поэтому они работают в ненагруженном режиме и мощности рассеяния их малы (менее 0,5 Вт).

Применяют в электрических цепях с малыми токами, и приборах ночного видения, дозиметрах и в измерительной аппаратуре.

По способу монтажа в аппаратуре как постоянные, так и переменные резисторы могут выполняться для навесного монтажа, для печатного монтажа и для микросхем и микромодулей или для сопряжения с ними.

Резисторы для навесного монтажа могут иметь жесткие или мягкие выводы, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков и т.п.

У резисторов, применяемых в составе микросхем и микромодулей, а также СВЧ резисторов в качестве выводов могут использоваться части их поверхности.

По характеру изменения сопротивления резисторы делятся на постоянные, переменные регулировочные и переменные подстроечные.

Постоянные резисторы имеют фиксированное сопротивление, которое в процессе не регулируется.

Переменные регулировочные резисторы допускают изменение сопротивления в процессе их функционирования в аппаратуре.

Сопротивление переменных подстроечных регулировочных резисторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

По способу защиты от внешних воздействующих факторов резисторы конструктивно выполняются изолированными, неизолированными, герметизированными и вакуумными.

Изолированные резисторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (лаки, компаунды, пластмассы и т.п.) и допускают касание корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Неизолированные резисторы не допускают касания своим корпусом аппаратуры.

Герметизированные резисторы имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает возможность сообщения с окружающей средой с помощью керамических или металлических корпусов, а также с помощью опрессовки специальным компаундом.

Вакуумные резисторы – резистивный элемент с базовой деталью помещается в стеклянную вакуумную колбу.

Иногда резисторы разделяют на защищенные и незащищенные. Защищенные допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности в аппаратуре любого конструктивного исполнения, незащищенные – только в составе герметизированной аппаратуры или в корпусе микросхем.

По материалу резистивного элемента резисторы разделяют на три группы: проволочные, непроволочные, металлофольговые.

Непроволочные резисторы можно разделить на тонкопленочные, толстопленочные, объемные.

 

 

		Классификация по материалу резистивного элемента

 

 

Тонкопленочные резисторы (толщина слоя – нанометры) подразделяются на металлодиэлектрические, металлооксидные, металлизированные с резистивным элементом в виде микрокомпозиционного слоя из диэлектрика и металла или тонкой пленки окиси металла или сплава металла, углеродистые (проводящий элемент– пленка пиролитического углерода) и боруглеродистые (проводящий элемент – пленка борорганических соединений).

К толстопленочным резисторам относят лакосажевые, керметные и резисторы на основе проводящих пластмасс. Проводящий резистивный слой представляет собой гетерогенную систему (композицию) из нескольких фаз, получаемую механическим смешением проводящего компонента с органическими или неорганическими связующими, наполнителем, пластификатором и отвердителем. После соответствующей термообработки образуется гетерогенный монолитный слой с необходимым комплексом резистивных параметров.

Лакосажевые композиции формируются на основе синтетических смол в виде лаковых растворов. Проводящим компонентом является сажа.

В резистивных керметных слоях основным проводящим компонентом являются металлические порошки и их смеси, представляющие собой керамическую, стеклянную или полимерную основу с равномерно распределенными частицами металла. Широкое применение нашли системы палладий – окись палладия – серебро – стекло и системы на основе рутения.

В резисторах на основе проводящих пластмасс резистивный элемент формируется горячим прессованием из проводящей композиции в виде пресспорошков, изготовленных на основе связующих полимеров (фенольных и других смол) и сажи. Возможны металлопласмассовые композиции, проводящим компонентом которых являются металлы.

В объемных резисторах в качестве связующего компонента используются органические смолы или стеклоэмали. Проводящей средой является система, состоящая из проводящего компонента, наполнителя, пластификатора и отвердителя. В качестве материала проводящего компонента чаще всего применяется сажа.

 

Классификация наборов резисторов

набор резисторов представляет совокупность резисторов, объединенных в единую конструкцию, как правило в корпусах микросхем или корпусах, сопрягающихся с микросхемами. Их классифицируют по назначению, типу резистивного элемента и схемотехническому построению.

Деление наборов по назначению и типу резистивного элемента совпадает с классификацией резисторов, отличие заключается лишь в их схемотехническом соединении.

Простой набор резисторов – набор постоянных резисторов (схемы 1,2,3), соединенных или не соединенных в электрическую схему, не имеющий функциональной зависимости выходного сигнала от входного.

 

Функциональный – набор постоянных резисторов (схема 4), соединенных в электрическую схему, имеющий функциональную зависимость выходного сигнала от входного.

Комбинированный – набор, состоящий из постоянных и переменных резисторов (схема 5).

 

 

Параметры и характеристики резисторов

4.3.5.1 Номинальная величина сопротивления.

Номинальное сопротивление - электрическое сопротивление, значение которого обозначено на резисторе или указано в нормативной документации и которое является исходным для отсчета отклонений от этого значения. диапазон номинальных сопротивлений установлен для резисторов: постоянных от долей ома до единиц тераом; переменных проволочных от 0,47 Ом до 1 Мом; переменных непроволочных от 1 Ом до 10 Мом.

В соответствии с рекомендациями МЭК номинальные значения должны соответствовать рядам Е6, Е12, Е24 Е48 и т. д. Цифра после буквы Е указывается количество номинальных величин в ряду.

РЯДЫ НОМИНАЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН СОПРОТИВЛЕНИЙ

Е6 (допуск ±20%) 10 1/6 » 1,47; Е12 (допуск ±10%) 10 1/12 » 1,21; Е24 (допуск ± 5%) 10 1/24 » 1,1.

Величина шумового напряжения может быть определена по формуле Найквиста

U_ш = 4×k×T×R×Df,

где U_ш – шумовое напряжение в В;

k – постоянная Больцмана 1,38×10^-23 Дж/К;

T – абсолютная температура, ⁰К;

Df – полоса частот, Гц.

Для практических расчетов применяется формула

где Uш – шумовое напряжение в мкВ; R – сопротивление, кОм; Df – полоса частот, кГц.

Частотные свойства проявляются при работе резисторов на переменном токе, при этом полное сопротивление становится комплексным

где Z – полное сопротивление резистора на переменном токе; Ra – активная составляющая сопротивления резистора; jRp- реактивная составляющая сопротивления резистора.

Надежность.

Статистика отказов следующая: - более 50% происходит из-за нарушения контактного соединения выводов с… - до 40% - из-за перегорания резистивного элемента;

Система условных обозначений и маркировка резисторов

первый элемент – буква или сочетание букв, обозначающие подкласс резисторов (Р - резисторы постоянные; РП - резисторы переменные; НР - набор… второй элемент – цифра, обозначающая группу резисторов по материалу… третий элемент – регистрационный номер конкретного типа резистора.

Разновидности и типы резисторов

Резисторы постоянного сопротивления

Пленку пиролитического углерода наносят на поверхность изоляционных сплошных или трубчатых заготовок путем разложения при высокой температуре… Углеродистые резисторы характеризуются малой стоимостью и параметрами,… Предельные рабочие температуры углеродистых пленок в нормальных условиях не превышают 1500С. В длительном режиме…

Е) Проволочные резисторы (тип С5)- резисторы, проводящим элементом которых является провод из сплавов с высоким удельным электрическим сопротивлением.

В качестве материала проводящего элемента применяются в основном манганин, константан, нихром (хромоникелевые сплавы).

Материал проводящего элемента	Состав	Уд. эл. сопр. ρ, Ом/мм	Темп. коэф. сопр. ТКС, 1/град
Манганин	Cu 86%, Mg 12%, Ni 2%		±(30-40) ×10-6
Константан	Cu 60%, Ni 40%		-5×10-6
Нихром	Хромоникелевые сплавы	1-1,2	±(100-120) ×10-6

Конструктивно проволочные резисторы (ПЭ, ПЭВ, ПЭВР) представляют собой изоляционные основания, на которые намотан провод высокого удельного сопротивления.

В качестве изоляционного основания используется керамическая трубка из талько-шамотной массы или из ультрафарфора.

Выводы обмотки делаются из отожженного многожильного провода или из полос красной меди и латунного контакта, соединяемых с проводом обмотки электродуговой сваркой.

Достоинствами проволочных резисторов являются повышенная стабильность, повышенная термостойкость, повышенная влагостойкость, малый уровень шумов, высокая перегрузочная способность.

Недостаток – использование ограничивается частотой 1...2 МГц.

Для проволочных резисторов в цепях высокой частоты необходимо уменьшить величину собственных емкости и индуктивности

Для снижения собственной емкости рекомендуется:

- применять намотку с шагом или подразделять ее на секции;

- уменьшать диаметр намотки;

- применять каркасы с невысокой диэлектрической проницаемостью.

Для снижения индуктивности рекомендуется:

-уменьшать сечение пластины с намоткой провода на тонкую пластину;

-применять специальные способы намотки.

При намотке провода на тонкую пластинку происходит сближение участков витка, в которых токи текут в противоположных направлениях и создаваемые магнитные поля взаимно уничтожаются. Чем ближе друг к другу противоположные стороны витка, т.е. чем тоньше пластина, тем меньше будет индуктивность. Поэтому намотку высокочастотных резисторов выполняют на тонкой слюдяной пластине, на концах которой располагают контакты для включения резистора и его крепления.

Для уменьшения индуктивности применяют специальные виды намоток – петлевую (б), восьмерочную (в), параллельную (г), бифилярную (д), последовательно-бифилярную (е).

 

 

 

Петлевая и восьмерочная намотки применяются для резисторов сопротивлений средней величины (от нескольких сотен Ом до нескольких кОм), остальные - для низкоомных резисторов.

Для низкоомных резисторов применяют параллельную намотку, бифилярную и последовательно-бифилярную намотки.

Параллельная намотка состоит из двух одинаковых частей, намотанных на общий каркас в противоположных направлениях так, что витки одной части располагаются между витками другой. Токи, которые протекают по смежным участкам витков обеих частей, имеют противоположное направление, поэтому их магнитные поля компенсируют друг друга. Это уменьшает индуктивность в десятки и даже сотни раз. Так, например, резистор сопротивлением 10 кОм размером 8×44мм при обычной намотке имеет индуктивность 60 мкГ, а при параллельной – 0,6 мкГ. Намотка обладает высокой электрической прочностью и малой собственной емкостью, так как напряжение между смежными витками очень мало. Некоторым ее недостатком является сложность изготовления.

Бифилярная намотка выполняется на плоском или круглом каркасе проводом, плотно сложенным вдвое. Ее достоинством является очень малая индуктивность, а недостатками – большая собственная емкость и пониженная электрическая прочность. Эти недостатки обусловлены тесным расположением проводников, между которыми действует большое напряжение. Несколько меньшей емкостью благодаря секционированию обладает последовательно-бифилярная намотка.

Для высокоомных резисторов применяется секционированная намотка на плоский или круглый каркас с четным числом одинаковых секций. На каждую секцию наматывают совершенно одинаковое число витков, но секции мотают, чередуя в противоположных направлениях. При такой намотке (иногда называемой намоткой Шаперона) магнитные поля смежных секций, равные по величине, но противоположные по направлению, будут компенсировать друг друга и уменьшать общую индуктивность. Чем уже секции и чем ближе друг к другу они расположены, тем меньше будет остаточная индуктивность. Кроме уменьшения индуктивности, секционирование намотки повышает электрическую прочность и уменьшает собственную емкость. Такая намотка пригодна для частот не выше 1,0-1,5 МГц.

Для частот выше 10 МГц резистор до 200 Ом можно выполнить в виде тонкой проволочки, расположенной над металлической пластиной из хорошего проводника. Эта пластина уменьшает индуктивность проволочки за счет размагничивающего действия массы металла. Поэтому необходимо очень близкое расположение проволочки около металла.

Резисторы переменного сопротивления

При использовании резистора переменного сопротивления необходимо иметь в виду, что мощность, рассеиваемая на проводящем элементе, существенно…      

КОНДЕНСАТОРЫ

Общие сведения

Конденсатор – устройство, состоящее из двух или более обкладок, разделенных диэлектриком, и предназначенное для использования его электрической емкости.

 

Конденсаторы делятся на два основных класса:

- конденсаторы постоянной емкости;

- конденсаторы переменной емкости.

Конденсаторы постоянной емкости предназначаются для:

- использования в колебательных контурах;

- разделения электрических цепей с различной рабочей частотой;

- построения сглаживающих фильтров;

- связи отдельных цепей переменного тока;

- накопления электрического заряда;

- в качестве делителя напряжения.

Основные параметры конденсаторов

1) Номинальная величина емкости. Номинальная емкость типовых конденсаторов постоянной емкости (кроме… Кратные и дольные значения емкостей получаются путем умножения или деления чисел этих рядов на 10.

Зависимость полного сопротивления конденсатора от частоты представлена на рисунке. Пунктиром показана зависимость полного сопротивления от частоты для идеального (безындукционного) конденсатора.

Нормальное использование конденсатора может происходить на частотах ниже резонансной, на которых он имеет емкостное сопротивление. Необходимо, чтобы максимальная рабочая частота была в 2-3 раза ниже резонансной частоты конденсатора. При приближении к резонансу резко возрастает зависимость полного сопротивления от частоты. Это также ограничивает применение конденсаторов большой емкости на достаточно высоких частотах.

Для понижения индуктивности необходимо уменьшать размеры конденсаторной секции, выполнять выводы не из проволоки, а из ленты и делать их возможно более короткими. В бумажных конденсаторах, которым свойственна особенно большая индуктивность, применяют, двойные выводы, специальные методы соединения обкладок с выводами и способы намотки. Некоторые типы керамических конденсаторов, предназначенные для использования на СВЧ, не имеют проволочных выводов, а снабжены металлизированными торцами, при помощи которых они непосредственно впаиваются в схему. Особенно малой индуктивностью, а следовательно, высокой резонансной частотой обладают специальные конструкции слюдяных и керамических конденсаторов, успешно применяемые на частотах до 1000-2000 МГц.

Величина индуктивности конденсаторов колеблется от единиц нГ (керамические конденсаторы) до сотен нГ (бумажные конденсаторы большой емкости), максимальная рабочая частота от 1 МГц (бумажные конденсаторы большой емкости) до 3000 МГц (керамические конденсаторы).

8) Стабильность.

Стабильность конденсатора характеризуется изменением его основных параметров, главным образом емкости, под действием температуры, влажности, атмосферного давления, механических усилий и с течением времени.

Температура.

Под влиянием температуры изменяются размеры обкладок, величины зазоров, значение диэлектрической проницаемости диэлектриков. Эти причины вызывают как обратимые, так и необратимые изменения емкости. Обратимые изменения характеризуются температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) α_С, необратимые – коэффициентом температурной нестабильности (КТНЕ) β_С. Величина ТКЕ и КТНЕ зависит от применяемых материалов, их распределения в конструкции и от технологии изготовления.

Можно доказать, что α_С = α_ε + α_S - α_d

Поэтому для уменьшения ТКЕ применяют диэлектрики с возможно малым значением ТКДП, элементы конструкции конденсатора делают из материалов с малой величиной коэффициента линейного расширения (ТКЛР), а также применяют самокомпенсацию, т.е. подбирают материалы и размеры так, что, например, α_S = α_d .

Необратимые изменения емкости возникают вследствие:

-применения стареющих диэлектриков, изменяющих ε при длительных изменениях температуры;

-наличия остаточных механических деформаций в конструкции;

-наличия воздушных включений между диэлектриком и обкладками

-несовершенства технологического процесса технологического процесса изготовления конденсатора.

Необратимые изменения емкости не могут быть устранены какой-либо термокомпенсацией. Как правило, конденсаторы имеющие низкую температурную стабильность, характеризуемую обратимыми изменениями, имеют также низкую температурную стабильность, характеризуемую необратимыми изменениями.

Относительно высокой стабильностью обладают воздушные конденсаторы, а также слюдяные и керамические ( α_С от 20 × 10^-6 до 100 × 10^-6 1/град β_С от 0,1× 10^-2 до 0,5 × 10^-2 ). Пониженную стабильность имеют бумажные конденсаторы ( α_С от 1000 × 10^-6 до 3000 × 10^-6 1/град β_С от 0,5× 10^-2 до 2,0 × 10^-2 ).

Для ряда конденсаторов температурная стабильность жестко нормируется:

- для слюдяных конденсаторов предусмотрены группы А (не нормируется), Б(±200 × 10^-6 1/град), В (±100 × 10^-6 1/град), Г (±50 × 10^-6 1/град);

- для керамических конденсаторов предусмотрены группы П120 (+120 × 10^-6 1/град), П100, П33, МП0, М33 (-33×10^-6 1/град), М47, М75,М150, М220, М330, М470, М750, М1500, М2200.

Под влиянием температуры изменяется также добротность конденсатора. Это вызывается изменением сопротивления проводников и диэлектрических потерь в диэлектриках. Увеличение потерь может быть особенно значительным при повышенных температурах.

Б) Влажность.

Под воздействием влажности изменяются диэлектрическая проницаемость воздуха и гигроскопичных диэлектриков, сопротивление изоляции, потери.

-применения негигроскопичных диэлектриков, например, конденсаторной керамики; -пропитки гигроскопичных диэлектриков негигроскопичными смолами, восками,… -обволакивания;

Надежность

Наиболее частыми причинами преждевременных отказов конденсаторов являются пробой диэлектрика и обрыв цепи внутри конденсатора. Они вызываются… Одним из специфических отказов является потеря контактного соединения между… Постепенные отказы вызываются в основном процессами старения и окисления за счет увеличения потерь и уменьшения…

Классификация и основные характеристики конденсаторов

Постоянной емкости

По назначению - общего назначения, специального назначения. По характеру изменения емкости – постоянные, переменные, подстроечные. По виду диэлектрика - с газообразным диэлектриком, с твердым диэлектриком, с жидким диэлектриком.

Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком

Слюдяные конденсаторы представляют собой конструкции, состоящие из металлических обкладок и слюдяных пластин, выполняющих роль диэлектрика. Достоинства: - малые потери;

Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком

Бумажные конденсаторы состоят из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги, разделенных несколькими слоями специальной бумаги и… В зависимости от конструкции выводов различают конденсаторы с вкладными… В первом случае собственная индуктивность конденсатора значительно больше, чем во втором.

Электролитические конденсаторы

На поверхности одного электрода, называемого анодом, формируют тонкий оксидный слой, являющийся диэлектриком; этот электрод является одной обкладкой… Конденсатор в зависимости от материала и состояния электролита может быть… Жидкостные конденсаторы имеют лучшие условия охлаждения, могут работать при больших нагрузках и обладают свойством…

Основные параметры и характеристики конденсаторов

Переменной емкости

Общие сведения

Конденсаторы переменной емкости используются для настройки колебательных контуров, изменения емкостной связи между отдельными участками электрической цепи, балансировки емкостных мостов, компенсации изменения или подгонки реактивного сопротивления цепи.

Известно, что электрическая емкость конденсатора определяется диэлектрической проницаемостью материала диэлектрика, величиной площади пластин электродов и расстоянием между ними.

Изменение емкости может быть достигнуто электрическим способом при использовании в качестве диэлектрика материала, диэлектрическая проницаемость которого зависит от приложенного к обкладкам напряжения (вариконд). В качестве переменного конденсатора можно использовать емкость p-n перехода специального кристаллического полупроводникового диода (варикап).

Изменение емкости можно получить механическим способом изменяя площадь перекрытия пластин, расстояние между пластинами, вводя или удаляя твердый диэлектрик между обкладками.

Конструкция конденсаторов переменной емкости (КПЕ) с механическим управлением представляют собой две системы пластин - подвижную (статор) и неподвижную (ротор), расположенных таким образом, что при вращении ротора его пластины входят в зазоры между пластинами статора. Контакт с пластинами ротора достигается с помощью специальной детали в виде плоской пружины между буртиком металлической оси и корпусом. Существует разновидность КПЕ, в котором изменение емкости между подвижной частью и неподвижной осуществляется путем поступательного перемещения пластин цилиндрической формы (электроды в виде коаксиальных цилиндров). Такие конденсаторы применяются в высокочастотных коротковолновых колебательных контурах задающих генераторов или гетеродинов приемников.

Особенности конденсаторов с механическим управлением:

- возможность реализации заданных законов изменения емкости при перемещении пластин;

- возможность получения широкого диапазона изменения емкости и больших величин добротностей;

- возможности обеспечения больших рабочих напряжений и малых значений температурного коэффициента емкости (ТКЕ);

- независимости величины емкости от приложенного напряжения;

- сравнительно большом времени, необходимом для изменения емкости;

- зависимости величины емкости от влажности и внешних механических воздействий;

- относительной сложности конструкции и больших габаритах.

Особенности конденсаторов с электрическим управлением:

- большую сложность или невозможность обеспечения высокой точности заданных законов изменения емкости от управляющего воздействия;

- ограниченная область значений емкостей и диапазона их изменений;

- ограниченность рабочих напряжений (для варикапов);

- низкие добротности;

- малое время, требующееся для изменения емкости при перестройке (менее миллисекунды);

- малая зависимость величины емкости от влажности и внешних воздействий;

- небольшие величины ТКЕ;

- невысокая температурная стабильность;

- относительная простота конструкции и малые габаритные размеры.

Параметры и характеристики конденсаторов переменной емкости с механическим управлением

1. Постоянная времени управления подвижной системы пластинКПЕ, которая определяется временем ее перехода от одного крайнего положения к другому. 2. Точность установки емкости КПЕ, определяемое отношением DСi/ Сi, где Сi –… 3. Закон изменения емкости определяет характер изменения емкости в зависимости от угла поворота или от линейного…

Резонаторы

Резонатор (от лат. resono - звучу в ответ, откликаюсь) - устройство или природный объект, в котором происходит накопление энергии колебаний,… Простейший резонатор для электромагнитных колебаний - колебательный контур,…

Пьезотрансформаторы

- высокий коэффициент полезного действия размеры; - возможность получения больших значений коэффициента трансформации; - отсутствие электромагнитных помех от прибора;

Фильтры

По назначению фильтры разделяются на фильтры нижних частот (а), фильтры верхних частот (б), полосовые (в) и заграждающие (г) фильтры.  

Сравнение аналоговых фильтров с цифровыми.

Стоимость: цифровые фильтры в целом дешевле аналоговых, поскольку обычно не требуют сложной элементной базы (катушки индуктивности, конденсаторы,… Скорость: скорость работы аналоговых фильтров выше скорости цифровых фильтров.… Шум квантования: цифровые фильтры могут иметь значительный шум квантования, тогда как аналоговые фильтры лишены этого…

ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ И УЗЛЫ

Печатный узел представляет собой функциональный узел, включающий в свой состав печатную плату с закрепленными на ней элементами. В процессе изготовления печатного узла обязательными операциями являются изготовление печатных плат (ПП), подготовка элементов к монтажу, установка элементов на ПП, пайка, контроль.

Основные определения и технические требования, предъявляемые к печатным платам

Печатные платы получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков электронной аппаратуры благодаря следующим преимуществам по сравнению с традиционным монтажом проводниками и кабелями:

1) увеличение плотности монтажных соединений и возможность микроминиатюризации изделий;

2) гарантированная стабильность и повторяемость электрических характеристик (проводимости, паразитных емкости индуктивности);

3) повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям;

4) унификация и стандартизация конструктивных и технологических решений;

5) увеличение надежности;

6) возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных и контрольно-регулировочных работ;

7) снижение трудоемкости, материалоемкости и себестоимости.

К недостаткам следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию и ограниченную ремонтопригодность.

Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия. Для повышения коррозионной стойкости и улучшения паяемости на поверхность проводящего рисунка наносят электролитическое покрытие. При наличии на печатных проводниках критических дефектов их дублируют объемными (не более 5 проводников для плат размером до 120x180 мм и 10 проводников для плат размером свыше 120x180 мм.

Для повышения надежности паяных соединений внутреннюю поверхность монтажных отверстий покрывают слоем меди толщиной не менее 25 мкм. Покрытие должно быть сплошным и прочно сцепленным с диэлектрическим основанием. Оно должно выдерживать токовую нагрузку 250 А/мм² в течение 3 с при нагрузке на контакты 1…1,5 Н и четыре перепайки выводов без изменения внешнего вида, подгаров и отслоений.

Контактные площадки представляют собой участки металлического покрытия, которые соединяют печатные проводники с навесными элементами. Разрывы контактных площадок не допускаются, так как при этом уменьшаются токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику.

Технологический процесс изготовления ПП не должен ухудшать электрофизические и механические свойства применяемых конструкционных материалов.

Сопротивление изоляции между двумя рядом расположенными элементами ПП при минимальном расстоянии 0,2…0,4 мм не должно быть для стеклотекстолита меньше:

а) 10 000 МОм при нормальных климатических условиях;

б) 1000 МОм после воздействия (2 ч) температуры +85⁰С и 300 МОм после воздействия (2 ч) температуры –60⁰С;

в) 20 МОм после пребывания в камере с относительной влажностью 93% при температуре 40⁰С, 5 МОм – после 10 суток и 1 МОм – после 21 суток; восстановление первоначального значения сопротивления изоляции должно происходить в течение суток.

Электрическая прочность изоляции при том же расстоянии между элементами проводящего рисунка не должна нарушаться при напряжениях: 700 В в нормальных условиях; 500 В после воздействия относительной влажности 93% при температуре 40⁰С в течение 2 суток; 350 и 150 В после воздействия пониженного давления 53,6 и 0,67 кПа соответственно.

 

Классификация печатных плат и методов их изготовления

Конструктивно-технологические разновидности ПП представлены на рис. 4.30. В зависимости от числа нанесенных печатных проводящих слоев ПП разделяются на одно-, двусторонние 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. Их применяют для монтажа бытовой радиоаппаратуры, блоков питания и устройств техники связи.

Рельефные литые ПП представляют собой конструкцию, на одной стороне которых расположены элементы печатного монтажа, а с другой – углубления для расположения радиоэлементов. Такие платы позволяют снизить затраты, повысить технологичность и нагревостойкость.

Двусторонние печатные платы (ДПП) имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического или металлического основания. Электрическая связь слоев печатного монтажа осуществляется с помощью металлизации отверстий. ДПП обладают повышенной монтажа и надежностью соединений. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решать проблему теплоотвода в сильноточной и радиопередающей аппаратуре.

Многослойные печатные платы (МПП) состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. Электрическая связь между проводящими слоями выполняется специальными объемными деталями, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией. По сравнению с ОПП и ДПП они характеризуются повышенной надежностью и плотностью монтажа, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, уменьшением размеров и числа контактов. Однако при этом следует отметить следующие недостатки: большая трудоемкость изготовления, высокая точность рисунка и необходимость совмещения отдельных слоев, низкая ремонтопригодность, необходимость тщательного контроля на всех операциях, сложность технологического оборудования. Перечисленные особенности МПП позволяют применять их для тщательно отработанных конструкций электронно-вычислительной, авиационной и космической аппаратуры.

Гибкие печатные платы (ГПП) оформлены конструктивно как ОПП или ДПП, но выполняются на эластичном основании толщиной 0,1…0,5 мм. Они применяются в тех случаях, когда плата после изготовления подвергается вибрациям, многократным изгибам или ей после установки элементов необходимо придать компактную изогнутую форму. Разновидностью ГПП являются гибкие печатные кабели (ГПК), которые состоят из одного или нескольких непроводящих слоев с размещенными печатными проводниками. Толщина ГПК колеблется от 0,06 до 0,3 мм. Они широко применяются для соединений узлов и блоков электронных устройств, так как занимают меньшие объемы и легче круглых жгутов и кабелей, а их производство может осуществляться непрерывно на рулонном материале.

Проводные ПП представляют собой диэлектрическое основание, на котором выполняются печатный монтаж или его отдельные элементы (контактные площадки, шины питания и заземления), а необходимые электрические соединения проводят изолированными проводниками диаметром 0,1…0,2 мм. Эти платы нашли применение на этапах макетирования, разработки опытных образцов, в условиях мелкосерийного производства, когда проектирование и изготовление МПП неэкономично.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 для ПП установлены пять классов точности: первый, допускающий минимальную ширину проводников и расстояние между ними 0,75 мм; второй – 0,45 мм; третий – 0,25 мм; четвертый – 0,15 мм и пятый – 0,10 мм.

Методы изготовления ПП можно разделить на две основные группы: субтрактивные и аддитивные.

В субтрактивных методах (subtratio - отнимание) в качестве основания для печатного монтажа используют фольгированные диэлектрики, на которых формируется проводящий рисунок путем удаления фольги с непроводящих участков. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий привела к созданию комбинированных методов изготовления ПП.

Аддитивные (additio - прибавление) методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание, на которое предварительно может наноситься слой клеевой композиции.

 

 

 

По сравнению с субтрактивным методом аддитивный обладает следующими преимуществами:

1) однородностью структуры, так как проводники и металлизация отверстий получается в едином химико-гальваническом процессе;

2) устраняют подтравливание элементов печатного монтажа;

3) позволяют повысить плотность печатного монтажа из-за возможности получения меньшей ширины печатного проводника;

4) экономия меди, химикатов и затрат на нейтрализацию сточных вод;

5) сокращение длительности производственного цикла.

Однако применение аддитивного метода в массовом производстве ПП ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, трудностью получения металлических покрытий с хорошей адгезией. Доминирующей в этих условиях является субтрактивная технология.

По способу создания токопроводящего покрытия аддитивные методы разделяются на химические и химико-гальванические. При химическом процессе на каталитически активных участках поверхности происходит химическое восстановление ионов металла для обеспечения толщины покрытия в отверстиях не менее 25 мкм. В разработанных растворах скорость осаждения меди составляет 2…4 мкм/ч и для получения необходимой толщины процесс продолжается длительное время. Более производительным является химико-гальванический метод, при котором химическим способом выращивают тонкий (1…5 мкм) слой по всей поверхности платы, а затем его усиливают избирательно электролитическим осаждением.

Основными методами, применяемыми в промышленности для создания рисунка печатного монтажа, являются офсетная печать, сеткография и фотопечать. Выбор метода определяется конструкцией ПП, требуемой точностью и плотностью монтажа, производительностью оборудования и экономичностью процесса.

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3…0,5 мм и точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Его недостатками являются высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного персонала и трудность изменения рисунка платы.

Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства. Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу.

Самой высокой точностью (±0,05 мм) и возможностью обеспечить высокую плотность монтажа (минимальные ширина проводника и зазоры между ними 0,1…0,25 мм), характеризуется метод фотопечати. Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).

4.8.3 Электрическое сопротивление печатных проводников

Постоянный ток распределяется в печатных проводниках равномерно. Считается, что материал проводника однороден и не имеет включений других веществ. Поэтому величина сопротивления постоянному току определится по формуле

Величина удельного сопротивления печатных проводников зависит от технологии изготовления и для субтрактивных методов изготовления печатных плат ρ = 0,0175∙10^-6 Ом∙м, а для аддитивных - ρ = 0,05∙10^-6 Ом∙м .

При увеличении температуры величина сопротивления печатного проводника увеличивается

,

где α - температурный коэффициент изменения сопротивления.

На переменном токе вследствие поверхностного эффекта величина сопротивления возрастает из-за уменьшения эффективного сечения. Это изменение учитывается введением соответствующих коэффициентов, зависящих от частоты.

Паразитные связи на печатных платах

Допустимые паразитные связи на печатных платах определяются динамической помехоустойчивостью цифровых микросхем и величиной снижения коэффициента… Паразитная емкость между двумя проводниками ,

Основные операции изготовления печатных плат и узлов

Механическая обработка печатных плат

-раскрой листового материала на полосы -получение заготовок ПП; -выполнение фиксирующих технологических, переходных и монтажных отверстий.

Установка навесных изделий на печатной плате

Согласно стандартам, рациональным размещением считается такое, при котором элементы распределены равномерно с учетом электрических связей и тепловых… Выбор варианта установки элементов на плату производят в соответствии с… При размещении элементов на печатной плате следует соблюдать следующие правила:

Основные операции при сборке печатного узла

Процесс изготовления печатных узлов состоит из следующих основных операций: обезжиривание, наклейка маски, флюсование, пайка, удаление маски, отмывка флюса, сушка и контроль.

Перечисленные операции должны обеспечить качественное соединение элементов на печатную плату, которое осуществляется путем пайки. При этом в производственных условиях при большом количестве монтажных соединений пайка зачастую осуществляется способом погружения или способом волны. Эти способы пайки позволяют повысить производительность пайки в 10…15 раз.

Для обеспечения качественной пайки необходимо выдержать определенные технологические требования, а именно:

а) концы выводов навесных деталей должны быть плотно прижаты к печатным платам или к зенковке отверстий;

б) должны выдерживаться зазоры между поверхностями выводов и отверстий (для хорошего затекания припоя)

При обезжиривании плату погружают в специальный растворитель. Верхняя сторона ее должна покрыться слоем растворителя толщиной 0,5…1,0 мм. После 7…10 секунд выдержки плату извлекают из растворителя и обдувают воздухом до полного высыхания.

Защитные маски штампуют из бумажной ленты, покрытой костным клеем. При штамповке в маске получают отверстия и вырубки под лапки держателя приспособления для крепления платы с маской в процессе пайки. При наклейке маски сторону, покрытую клеем, смачивают водой с помощью пульверизатора, накладывают на нее плату, затем плотно прижимают к маске на 2…4 минуты.

Перед пайкой производится флюсование путем погружения в ванну на глубину 0,8…0,9 толщины платы с одновременным действием вибрации. Погружение производят на время 4…6 секунд.

Затем осуществляют пайку. При пайке способом погружения плату погружают в ванну с расплавленным припоем и через 0,1…1 с включают вибратор. Плата выдерживается до тех пор, пока не будет замечено появление припоя в верхней части всех отверстий, после чего ее извлекают и выдерживают 5…7 с над ванной. Это нужно для того, чтобы припой в местах пайки на стороне печатного монтажа оформился в виде полусферических головок.

При пайке способом волны расплавленный припой с помощью специального устройства приводят в непрерывное движение и на его поверхности образуется волнообразный выступ. Волна получается при вращении металлических лопастей в расплавленном припое или при помощи индукционного насоса, работа которого основана на использовании магнитных свойств расплавленного олова. Индукционный насос позволяет получить более ровную струю припоя, причем точка соприкосновения припоя с изделием является точкой максимального ускорения струи, в то время как у механической волны эта точка имеет наименьшее ускорение.

В результате принудительного движения припоя обеспечивается непрерывная его подача к месту пайки, удаление газов и шлака, образующихся от выгорания флюса и окисления самого припоя. Плату при этом перемещают с определенной скоростью на уровне гребня волны так, что места спая быстро и равномерно прогреваются.

Характеристики установки пайки волной припоя:

- длина волны - 240±10 мм;

- ширина щели сопла – 5 мм;

- минимальная высота волны припоя над уровнем сопла – 25 мм;

- скорость движения кассеты –0,5…2,5 м/мин.

После пайки удаляют маску, отмачивая плату в ванне с горячей проточной водой (+85…90⁰С) при включенном вибраторе.

Флюс отмывают в ванне с горячей (+85…90⁰С) проточной водой в течении 2…4 минут. Длительность последующей сушки около 1,5 мин при температуре +60⁰С.

Контроль плат в цеху осуществляется путем осмотра, при этом:

- не должно быть «сосулек» и перемычек между печатными проводниками;

- не должно быть попадания припоя на верхнюю сторону платы и облуживания корпусов и выводов навесных деталей;

- не должно быть вздутия монтажных проводников и платы;

- печатный монтаж не должен быть облужен.

Технический контроль сборки и монтажа осуществляют работники ОТК по технологическим картам контроля. Ниже рассмотрены основные операции контроля.

Контроль крепления деталей, узлов и прочности паек.

Проверке правильности электрического монтажа предшествует внешний осмотр электрических соединений.

Наиболее частым дефектом пайки является так называемая фальшивая пайка, когда соединяемые поверхности плохо залужены и припой не заполняет пространство между деталями и проводниками. Такое соединение обладает большим электрическим сопротивлением, вызывает появление шумов и тем самым нарушает нормальную работу схемы. Фальшивую пайку можно обнаружить, если немного расшатать проводники, так как механическая прочность ее мала.

Необходимо визуально проверять качество изоляции проводов и, особенно, в местах закрепления жгутов скобами.

Механическая прочность крепления деталей, узлов и монтажа проверяют на специальных установках (виброплатформах). Режим испытаний и его продолжительность определяется техническими условиями.

Контроль правильности монтажных соединений предшествует настройке. В заводских условиях эту операцию выполняют при помощи универсальной измерительной аппаратуры по картам сопротивлений и монтажной схеме.

В последнее время все большее распространение получают автоматические установки. Действие этих автоматов основано на применении схем неуравновешенного моста. При наличии разбаланса, последний регистрируется прибором, включенным в диагональ моста.

Контроль электрической прочности монтажа осуществляют при помощи пробойной установки подачей напряжения (постоянного или переменного) превышающего рабочее. Режим испытаний задается техническими условиями на аппаратуру.

Контроль напряжений производят вручную или на автомате путем измерения напряжения на соответствие значениям, указанным в карте напряжений.

 

ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ОТ ТЕПЛОВЫХ

ВОЗДЕЙСТВИЙ И ВОЗДЕЙСТВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Защита электронных устройств от тепловых воздействий

Общие вопросы теплообмена

Значительная часть энергии потребляемой от источников электропитания превращается в тепловую и рассеивается в окружающую среду.

Перенос от нагретых элементов к холодным осуществляется теплопроводностью, тепловым излучением и тепловой конвекцией.

Процесс передачи теплоты теплопроводностьюобъясняется обменом кинетической энергией на атомно-молекулярном уровне. Такой обмен энергией происходит если температура в различных точках тела различна и когда контактируют два тела с различной степенью нагрева.

Этот процесс определяется законом Фурье, согласно которому тепловой поток

(1)

где λ – коэффициент теплопроводности материала;

l_т – длина пути теплового потока;

S_т – площадь теплообмена;

Т₁, Т₂ – соответственно абсолютные температуры нагретой и холодной областей тела.

Тепловое излучениепредставляет собой передачу тепловой энергии в виде электромагнитных колебаний от излучающего тела к поглощающему телу – среде с более низкой температурой. Мощность теплового потока теплопередачи излучением определяется законом Стефана-Больцмана и, в общем виде, выражается соотношением

, (2)

где α_л – коэффициент теплопередачи излучением;

S_л – площадь излучающей поверхности;

Т₁, Т₂ – температура излучающей и нагреваемой поверхностей (среды).

Коэффициент теплопередачи излучением в простейшем случае определяется выражением

,

где с₀ = 5,673Вт/м·к⁴ - коэффициент излучения абсолютно черного тела;

ε – степень черноты излучающей поверхности.

Подставляя последнее выражение в предыдущее можно описать закон излучения в виде

Теплопередача конвекцией имеет место в среде газа или жидкости, соприкасающейся с нагретыми или охлажденными поверхностями твердого тела, и определяется законом Ньютона-Рихмана

, (3)

где α_к – коэффициент теплопередачи конвекцией;

S_л – площадь теплопроводящей поверхности;

Т – температура поверхности тела;

Т_с – температура окружающей среды.

Различают конвекцию свободную (естественную) и принудительную. Свободная конвекция имеет место при нагреве частиц среды, находящихся в непосредственном контакте с нагретым телом, их естественным перемещением вверх в силу изменения плотности среды и замене их более холодными, в результате чего происходит непрерывное перемешивание среды. Принудительная конвекция происходит за счет принудительного движения среды.

Для случая естественной конвекции коэффициент теплопередачи может быть представлен в виде функции ряда параметров

,

где β – коэффициент объемного расширения среды, 1/К;

λ – коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м∙К);

ν – коэффициент кинематической вязкости среды, м²/с;

a – коэффициент температуропроводности, м²/с;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Ф – комплексный коэффициент, зависящий от геометрических

размеров охлаждаемого тела и состояния его поверхности.

Принудительная конвекция охлаждающих газов или жидкостей может протекать при ламинарном, переходном или турбулентном режимах. Последний является наиболее интенсивным по теплообмену и поэтому наиболее предпочтительным при конструировании.

Уравнения теплообмена (1), (2) и (3) могут быть представлены в

обобщенном виде

,

где F – тепловой коэффициент;

Т₁,Т₂ – температура двух изотермических поверхностей, между которыми происходит обмен тепловой энергией, или температура тела и окружающей среды.

Если между этими поверхностями отсутствуют стоки и дополнительные источники тепловой энергии, то тепловой коэффициент имеет смысл теплового сопротивления R_т, обратная величина – тепловой проводимости q. Для рассмотренных выше процессов переноса тепла имеем:

теплопроводность - R_т = l/λ·S_т; q = λ·S_т/l;

излучение - R_т = 1/α_л·S_л; q = α_л·S_л;

конвекция - R_т = 1/α_к·S_к; q = α_к·S_к.

Существует аналогия между протеканием тока в проводнике и переносом тепла, аналогами при этом являются:

разность потенциалов – разность температур (температурный напор);

электрический ток – тепловой поток;

электрическое сопротивление – тепловое сопротивление.

Это позволяет анализировать процессы теплообмена, пользуясь хорошо разработанными методами анализа разветвленных электрических цепей.

 

 

Способы охлаждения электронных устройств

В зависимости от конкретных режимов работы и условий эксплуатации относительный вклад каждого из видов теплопередачи в общем балансе может… Используемые в электронных устройствах с длительным режимом работы системы… по виду теплоносителя – воздушные (газовые), жидкостные, испарительные;

Предварительный выбор системы охлаждения

Оценка производится на основании предварительных данных по величине теплового потока, приходящего на единицу площади теплообмена: р = Рּkp /Sп , где Р – суммарная рассеиваемая мощность электронного устройства;

Охлаждающие устройства современных компьютеров

В настоящее время выпускается множество видов охлаждающих устройств. Существуют охладители, у которых охладителем является воздух или вода. Находят… Наибольшее распространение в настоящее время получили охлаждающие устройства,… В таблице и на рисунке приведены результаты расчета условий охлаждения для следующих исходных условий:

Защита электронных устройств от воздействия влаги

Классификация способов защиты от влаги

По степени воздействия влаги на электронные устройства можно выделить следующие группы:

1. Внешнее воздействие окружающей среды при малом уровне относительной влажности (не превышающей 65-75%), небольшом загрязнении активными примесями, небольшом колебании температуры (в пределах –20…+40⁰С). Эти условия наблюдаются у аппаратуры, работающей в закрытых помещениях обычного типа. Колебания температуры относятся к условиям складского хранения и транспортировке.

2. Повышенная влажность (95-98%) при температуре –40…+50⁰С и внешних механических воздействиях. Такие условия соответствуют эксплуатации в полевых условиях.

3. Повышенная влажность (95-98%) при температуре –60…100⁰С и повышенных внешних механических воздействиях в период эксплуатации на подвижных объектах.

4. Повышенная влажность (95-98%) при обильной ее конденсации на поверхности изделия, возможном загрязнении активными газами и твердыми частицами при длительном воздействии, одновременно с повышенной температурой и частых циклах, сопровождающихся большими перепадами температуры от отрицательной к положительной (-60…+100⁰С).

Защиту от повышенной влажности может осуществляться либо интенсивным обдувом либо герметизацией.

Способы герметизации можно разделить на четыре группы: пылезащитная, водозащитная, влагозащитная, вакуумплотная.

Пылезащитная герметизация предназначена для защиты узлов, блоков и устройств от проникновения в них пыли. Проникающая способность мелкодисперсной пыли достаточно большая и швы защищаемой конструкции должны быть очень плотными.

Водозащитная герметизация для обычных условий эксплуатации выполняется без больших затруднений. Если объект рассчитывается для работы при повышенном давлении воды, то получение водонепроницаемой конструкции усложняется с увеличением давления. Водонепроницаемые конструкции одновременно обладают и достаточно хорошей пылезащитой.

Влагозащитную герметизацию рассчитывают на такую плотность швов, при которой они не должны пропускать влажного воздуха.

Вакуумплотная герметизация предполагает не только хорошую защиту от влажного воздуха, но от агрессивных (сухих) газов. Такая защита является наиболее сложной и дорогой.

Герметизация осуществляется двумя способами:

1. Защитой изделия (узла, блока) от влаги с помощью изоляционных материалов.

2. Защитой изделия с помощью непроницаемых для газов и влаги оболочек (герметичных корпусов).

При защите изделий первым способом почти исключается возможность разгерметизации, которая допускается только в исключительных случаях в производственных, а, иногда, в эксплуатационных условиях.

При защите вторым способом изделия могут подвергаться разгерметизации как в производственных, так и эксплуатационных условиях.

Защита с помощью защитных оболочек

Неразъемные герметичные конструкции корпусов изделий делаются со швами, выполненными одним из известных способов соединений элементов деталей конструкции: пайкой, сваркой, герметичной клепкой, заливкой, склеиванием или замазкой. Наиболее широко применяют пайку и сварку. Чаще всего неразъемную герметизацию используют для узлов и блоков и весьма редко для устройства в целом.

Разъемные герметичные конструкции предназначаются для блоков и устройств, в которых по конструктивным и эксплуатационным соображениям необходим доступ к их элементам. Швы в таких конструкциях обычно снабжают специальными эластичными прокладками, в герметизируемый объем вводят водопоглотители (например, силикогель).

Защита с помощью изоляционных материалов

В настоящее время известны следующие способы защиты: пропитка, заливка, обволакивание, опрессовка. Пропитка состоит в том, что имеющиеся в конструкции каналы (неплотное… Пропитка кроме влагозащиты влияет на свойства, а именно:

Защита электронных устройств от механических воздействий

Вибрации – колебания конструкции, вызванные периодическими воздействиями. Вибрации подвергаются устройства, размещенные на транспортных средствах, в… В результате вибрации возникают перегрузки ,

НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Понятие, основные термины и определения

Надежность является сложным комплексным свойством, которое определяется безотказностью в работе, долговечностью, ремонтопригодностью и… Под безотказностью устройства понимают свойство непрерывно сохранять… Долговечность характеризует свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при…

Показатели надежности

Вероятность безотказной работы. Под вероятностью безотказной работы (ВБР) элемента и системы р(t) понимают… ,

Показатели долговечности

Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации изделия или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.

Ресурс – наработка изделия от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

Показатели ремонтопригодности

Вероятность восстановления работоспособного состояния - вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия в заданных условиях восстановления не превысит заданного

Среднее время восстановления работоспособности определяют из соотношения

,

где Т_ij – время i – того восстановления j – того устройства.

 

Показатели сохраняемости

Средний срок сохраняемости определяется по формуле

,

где Т_с – продолжительность хранения j-того устройства, в течение которого в определенных условиях хранения обеспечиваются установленные показатели.

Гамма-процентный срок сохраняемости Т_сγ - продолжительность хранения (транспортирования), в течение которого устройство сохраняет установленные показатели с заданной вероятностью γ.

Оценка надежности по внезапным эксплуатационным отказам

С учетом постоянства интенсивности отказов (λ 0= const) выражение для ВБР имеет вид (1) Этот закон известен под названием экспоненциального закона надежности. Под t понимают не календарное время, а…

Оценка надежности по износовым отказам

       

Оценка надежности по приработочным отказам

ПРО возникают вследствие - ошибок, допущенных на этапе проектирования; - скрытых дефектов материалов и комплектующих изделий;

Ремонтопригодность электронных устройств

Общие сведения

Для сложных электронных устройств с большим сроком службы затраты на обслуживание могут значительно превысить первоначальную стоимость аппаратуры. В этом случае вопросы ремонтопригодности не могут быть второстепенными, какими они являются при разработке простых устройств. Нарастающая сложность электронных устройств, которая опережает рост безотказности элементной базы и сопровождаетя микроминиатюризацией, повышением плотности монтажа, увеличением сложности поиска неисправностей заставляет рассматривать задачи ремонтопригодности как основные. Потребовались специальные способы отыскания и устранения неисправностей, а также разделение производственных рабочих на настройщиков и ремонтников и обслуживающего персонала на операторов и ремонтников.

Ремонтопригодность определяется эксплуатационной технологичностью и включает в себя вопросы технического обслуживания (ТО). В свою очередь ТО предусматривает профилактическое обслуживание, которое производят до обнаружения неисправности, и текущее обслуживание (ремонт), которое выполняют после обнаружения неисправности.

Профилактическое обслуживание включает в себя: внешний технический осмотр и чистку электронного устройства, техническую проверку и контрольно-регулировочные работы, регламентные смазочные и крепежные работы, прогнозирование отказов и профилактические замены отказавших элементов.

Для оценки возможностей профилактического обслуживания отказы подразделяются на профилактируемые, которые можно предотвратить за счет профилактического обслуживания, и не профилактируемые. К первым относятся отказы, закон распределения времени безотказной работы которых зависит от наработки (в основном постепенные отказы), ко вторым – внезапные эксплуатационные отказы. Доля профилактируемых отказов для различных групп элементов колеблется от 20 до 80% и по мере изучения физики отказов увеличивается.

Обоснованием для принятия решения о применении профилактического обслуживания служит неравенство

S_проф<ΔS_б+ΔS_т

где S_проф - затраты на профилактику;

ΔS_б - экономия за счет повышения безотказности;

ΔS_т - экономия на текущем ремонте.

Если неравенство выполняется, то профилактическое обслуживание экономически целесообразно.

Различают три метода ремонта:

Ремонт методом замены и последующего восстановления агрегата, узла, блока, модуля (агрегатный метод). Целесообразность применения метода определяется соотношением средств, полученных в результате повышения готовности и теряемых на увеличении стоимости запасных частей.

Ремонт методом замены невосстанавливаемого элемента. Ранее к невосстанавливаемым элементам относили резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы. В настоящее время невосстанавливаемыми элементами считаются и платы с печатным монтажем, модули и др.

Ремонт без прекращения выполняемых электронным устройством функций представляет метод, при котором запасной элемент установлен заранее, т.е. предусмотрено резервирование.

При осуществлении текущего ремонта выделяют три этапа:

- установление наличия и характера отказа, отыскание неисправного элемента;

- устранение неисправности;

- регулировка и проверка устройства после ремонта.

При ремонте методом замены невосстанавливаемого элемента для электронных устройств с блочной компоновкой и при ручном методе поиска неисправностей среднее соотношение времени при выполняемым этапам составляет 65, 25 и 20%. Указанное соотношение приблизительно и соответствует оценке по отношению ко времени активного ремонта, куда не входит административное время (время ожидания) и время снабжения.

В общем случае время восстановления (ремонта) является случайной величиной, которая наиболее полно описывается законом ее распределения, который определяется методом обнаружения неисправностей и конструкцией устройства. Для электронных устройств модульного типа наиболее характерен сдвинутый экспоненциальный закон, где p_в - вероятность восстановления работоспособного состояния, а τ₀ – время ожидания ремонта.

В таблице указаны средние времена восстановления работоспособности электронного устройства при выходе из строя одного из элементов. При этом учитываются затраты времени, неоходимые для поиска неисправного элемента, его замены, последующей регулировки и проверки работоспособности устройства.

Таблица.

Наименование дефектного элемента	Среднее время восстановления работоспособности ЭУ, ч
Полупроводниковые приборы	0,3 - 1,5
Электровакуумные приборы	0,2 – 1,0
Резисторы	0,3 – 1,3
Конденсаторы	0,4 – 1,7
Катушки индуктивности	0,5 – 2,1
Колебательные контуры	0,6 – 2,8
Кварцевые резонаторы	0,2 – 0,8
Трансформаторы	0,6 – 2,8
Реле	0,7 – 3,0
Переключатели	0,2 – 1,1
Сельсины	0,5 – 2,0
Электродвигатели	1,2 – 5,3
Электроизмерительные приборы	0,4 – 1,7
Индикаторные приборы	0,05 – 0,15

 

 

Способы обнаружения неисправностей

Способ внешнего осмотра заключается не только в зрительном осмотре монтажа, конструкций, комплектующих элементов, но и в проверке на ощупь… Способ замены состоит в том, что отдельные блоки, функциональные узлы, модули,… Способ сравнения состоит в сравнении работы исследуемого участка системы с участком аналогичной, заведомо исправной…

Способы обеспечения ремонтопригодности

- доступность к элементам и блокам; - использование агрегатного метода ремонта; - совершенствование системы контроля за исправностью элементов и блоков;

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Понятие о технологическом процессе изготовления электронных устройств

Понятие производственного процесса включает не только изготовление изделий, но также подготовку производства, материально-техническое снабжение,… Технологический процесс изготовления электронной аппаратуры представляет собой… Технологический процесс изготовления блока, субблока или функционального узла состоит из комплекса частных…

Параметры технологического процесса изготовления электронных устройств

Точность технологического процесса. Под точностью технологического процесса понимают степень соответствия изготовленного изделия требованиям… , (1) где N – выходной параметр схемы;

Основы теории точности технологического процесса изготовления электронных устройств

По влиянию на формирование количественных показателей функциональных узлов все технологические операции условно могут быть разбиты на три основные… К активным формирующим относят такие операции, в процессе которых формируется… К активным преобразующим относят такие операции, в результате воздействия которых изменяется количество…

Методы анализа производственных погрешностей

Статистический метод анализа производственных погрешностей основан на большом числе наблюдений и позволяет получить данные, характеризующие… Второй метод – расчетно-аналитический основан на выявлении (аналитическим или… Расчетно-аналитический и статистический методы не исключают, а дополняют друг друга, поэтому на практике их необходимо…

Статистический метод анализа производственных погрешностей.

1) собственно наблюдения изучаемого узла (измерение параметров, определение свойств и т.п.); 2) группировка полученного при наблюдениях статистического материала; 3) сводка результатов наблюдения и вычисления параметров распределения изучаемого узла;

Расчетно-аналитические методы оценки производственных погрешностей.

Известно несколько методов расчета производственных погрешностей параметров узлов, блоков и устройств:

- метод максимума-минимума;

- метод квадратичного сложения;

- метод, использующий основные положения теории вероятности.

Метод максимума-минимума.

Сущность метода заключается в том, что производится арифметическое суммирование предельных отклонений от всех факторов. Отдельно складываются все плюсовые отклонения и все отдельно – минусовые. Этот метод при довольно разнообразных и вполне реальных комбинациях погрешностей элементов схемы дает преувеличенные значения производственной погрешности выходного параметра (1,5-10 раз).

Метод квадратичного сложения.

Метод подразумевает суммирование предельных отклонений параметров элементов схемы квадратичное, т.е. через корень квадратный из суммы их квадратов. Недостатком метода является трудности учета и правильного суммирования величин, характеризующих центры группирования отклонения элементов схемы и поле допуска, а также квадратичное суммирование предельных, а не среднеквадратических отклонений. Результаты расчетов этого метода дает заниженные (примерно в 1-6 раз) значения производственной погрешности выходного параметра.

Метод, использующий основные положения теории вероятности.

Основой метода является применение, в соответствии с теорией вероятностей, следующих правил суммирования независимых составляющих отклонения выходного параметра:

- алгебраическое суммирование величин, характеризующих центры группирования погрешностей, т.е. средних значений;

- квадратическое суммирование величин, характеризующих рассеяние погрешности, т.е. среднеквадратических отклонений.

При расчете по этому методу должны использоваться вероятностные характеристики закона распределения, связанные через определенные соотношения с характеристиками поля допуска.

Методы определения коэффициентов влияния в уравнениях погрешности выходных параметров функциональных узлов

Экспериментальный метод.

. Как видно, это уравнение является линейным и позволяет анализировать действие… Из уравнения погрешности выходного параметра видно, что при малом отклонении одного из параметров от номинального…

Расчетный метод.

(10) Таким образом, имея аналитическое выражение выходного параметра… Определять коэффициенты влияния методом дифференцирования сложно и трудоемко. Вывод уравнения погрешности выходного…

Точность и устойчивость технологических процессов

На рисунке в качестве основных характеристик поля допуска приняты: Мх – центр группирования отклонений; σх - среднеквадратическое отклонение;