РОЗДІЛ 3 КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ЕЛЕКТРОННИХ АПАРАТІВ

Тема 1 Мета, завдання та класифікація конструювання засобів електроніки

1 Основні завдання та проблеми конструювання

Мета процесу конструювання – спроектувати малогабаритну, високоефективну і надійну апаратуру, виробництво та експлуатація якої вимагатимуть обмежених витрати трудових, енергетичних і матеріальних ресурсів. Для досягнення цієї мети вирішують, як правило, чотири основних завдання конструювання:

– комплексна мікромініатюризація;

– забезпечення високої надійності;

– захист від дестабілізуючих факторів (тепло, волога, механічні впливу та ін.);

– підвищення технологічності.

При вирішенні першого завдання – комплексної мікромініатюризації РЕМ – шукають резерви мініатюризації всіх складових частин вироби, не обмежуючись тільки вузлами, в яких можна застосувати інтегральні мікросхеми (ІМС), тобто елементної бази, системи живлення, охолодження, автоматики тощо.

Вирішення завдання комплексної мікромініатюризації РЕМ починається з формування технічних вимог до проектованого виробу щодо максимального зниження габаритів, маси і енергоспоживання. Це рішення має здійснюватися за схемотехнічним і конструкторським напрямками взаємопов’язано і узгоджено. Конструкторський напрямок включає вирішення трьох основних питань комплексної мікромініатюризації:

– структура конструкції РЕМ;

– матеріали;

– елементна база.

При виборі оптимальної структури конструкції РЕМ за критерієм комплексної мікромініатюризації необхідно використовувати великі і надвеликі інтегральні схеми (ВІС і НВІС), волоконно-оптичні кабелі та з’єднувачі (ВОКС).

При виборі матеріалів для несучих конструкцій і елементів необхідно застосовувати легкі високоміцні матеріали, наприклад алюмінієві і магнієві сплави.

Комплексна мікромініатюризація елементної бази – найбільш складне питання, особливо щодо виконавчих елементів автоматики і комутації.

Тісно пов’язаною з комплексною мікромініатюризацією є друга задача – забезпечення високої надійності РЕЗ. В останні десятиліття проблема надійності РЕЗ помітно загострилася. Пояснюється це наступним.

1. РЕМ помітно ускладнилися в схемотехнічному відношенні. Простежується тенденція переходу на цифрові принципи формування та обробки сигналів, а це ускладнює схемотехнічне рішення РЕУ приблизно на порядок (в десять разів).

2. Посилилися умови, в яких експлуатується сучасна радіоелектронна апаратура. Вони часто характеризуються великим перепадом температур, високим або низьким тиском, наявністю механічного впливу тощо.

3. Підвищилися вимоги до точності функціонування РЕМ.

4. Підвищилася «ціна» відмови РЕУ: він може привести до серйозних техническим і економічних втрат. У ряді випадків людина-оператор не має безпосереднього контакту з РЕЗ (електронні датчики контролю ходу технологічних процесів в агресивних середовищах, РЕУ на непілотованих літальні об’єкти тощо).

Досягнення мікроелектронної технології дозволили отримати вироби в великій мірі інтеграції (великі інтегральні схеми – ВІС) і надвеликого ступеня інтеграції (надвеликі інтегральні схеми - НВІС), які володіють високим рівнем надійності, що сприяє вирішенню проблеми забезпечення надійності РЕЗ (таблиця 1.1). Нагадаємо, під ступенем інтеграції розуміють величину k= lg(N), округлену до найближчого більшого цілого числа, де N – кількість елементів в ІМС.

Третє завдання конструювання РЕЗ – захист від дестабілізуючих факторів (тепло, волога тощо) – виникла як наслідок мініатюризації.

Четверта задача – підвищення технологічності – вирішується на основі уніфікації та стандартизації. Надмірна різноманітність існуючих в даний час схемотехнічних і конструкторських рішень різко знижує технологічність конструкції РЕМ. Розрізняють два різновиди технологічності – виробничу і експлуатаційну.

Виробнича технологічність характеризується мінімальними трудовими і матеріальними витратами при виготовленні вироби.

 

Таблиця 1 – Надійність ІМС в залежності від кількості елементів

 

Експлуатаційна технологічність характеризується мінімальними термінами для попередження, виявлення та усунення несправностей і відмов в роботі апаратури.

 

2 Еволюція конструкцій РЕА

Конструкційне виконання перших РЕА нагадувало апаратуру провідного зв’язку (дерев’яний ящик, монтаж неізольованих проводом, комутування з допомогою гвинтів). Установка РЕЗ на судна і автомобілі (1925-1935 рр.) привела до необхідності збільшення міцності і екранування окремих вузлів за допомогою металевого шасі, а збільшення серійності випуску апаратури – до створення конструкторської ієрархії (уніфікації і співпідпорядкованості несучих базових конструкцій). Для захисту апаратури танків і літаків (1935-1945 рр.) були розроблені герметичні корпуси, які встановлювалися на віброізолятори (амортизатори). У зв’язку з вимогою суттєвої мінімізації маси і обсягу ракетної апаратури (1940-1950 рр.) були створені мікромодулі, друковані плати, напівпровідникові прилади, коаксіальні кабелі, смугові лінії, інтегральні мікросхеми. подальше ускладнення апаратури в 1960-1970 рр. викликало появу елементів функціональної мікроелектроніки. На сьогоднішній день активно розвиватися наноелектроніка.

Розрізняють наступні покоління РЕА.

РЕМ першого покоління (20 - 50 рр. XX століття) були побудовані з використанням електровакуумних ламп, дискретних електрорадіоелементів (ЕРЕ), провідних електричних зв’язків.

До другого покоління РЕЗ (50 - 60 рр. XX століття) відносять конструкції РЕМ на друкованих платах і дискретних напівпровідникових приладах.

До третього покоління належать конструкції на друкованих платах та ІМС малої ступені інтеграції (60 - 70 рр.).

У конструкціях РЕЗ четвертого покоління застосовуються великі інтегральні мікросхеми (ВІС), багатошарові друковані плати, гнучкі друковані шлейфи, мікросмугові лінії. У інтегральній електроніці зберігається головний принцип дискретної електроніки – розробка електричної схеми за законами теорії кіл. Цей принцип обумовлює зростання числа елементів мікросхеми і міжелементних з’єднань в міру ускладнення виконуваних нею функцій. Однак підвищення ступеня інтеграції мікросхем і пов’язане з цим зменшення розмірів елементів має певні межі через проблеми технології виготовлення, тепловідведення тощо.

У РЕМ п’ятого покоління знаходять застосування прилади функціональної мікроелектроніки. Функціональна мікроелектроніка передбачає принципово новий підхід, що дозволяє реалізувати певну функцію апаратури без застосування стандартних базових елементів, використовуючи фізичні явища в твердих тілах. При цьому локальному об’єму твердого тіла надаються такі властивості, які необхідні для виконання даної функції і проміжний етап подання цієї функції у вигляді еквівалентної електричної схеми не потрібний. Функціональні мікросхеми можуть виконуватися не тільки на основі напівпровідників, але і на основі таких матеріалів, як сегнетоелектрики, матеріали з фотопровідними властивостями тощо.

Для обробки інформації можна використовувати явища, не пов’язані з електропровідністю (наприклад, оптичні та магнітні явища в діелектриках, закономірності поширення ультразвуку тощо).

Розглянемо термінологію, що використовується в даному напрямку. Спочатку використовувалося поняття апаратура. Апаратура, в якій за допомогою генерування і перетворення електромагнітних коливань радіодіапазону вирішувалися технічні завдання виявлення цілей, наведення, навігації тощо, називалася радіотехнічною апаратурою. Розвиток ЕОМ, систем автоматики, телеметрії, електрозв’язку призвело до появи поняття електронна апаратура. На практиці широко використовуватися термін радіоелектронна апаратура (РЕА). Його можна розглядати як збірний термін для позначення одного або сукупності пристроїв, в основу функціонування яких покладені принципи радіотехніки або функціонування яких засноване на електронних процесах.

В стандарті «Рівні розукрупнення радіоелектронних засобів за функціонально-конструктивною складністю. Терміни та визначення», було введено термін радіоелектронний засіб (РЕЗ). Згідно з цим стандартом під РЕЗ розуміють виріб і його складові частини, в основу функціонування яких покладені принципи радіотехніки та електроніки. Конкретне найменування РЕЗ встановлюють в залежності від його призначення і принципу дії. Відповідно до цього визначення сукупність функціонально пов’язаних пристроїв (радіоелектронна система, радіоелектронний комплекс), які вирішують якусь конкретну задачу, також є РЕЗ. Названий стандарт встановив і інші терміни залежно від функціональної складності РЕМ.

Радіоелектронний пристрій (РЕП) – РЕЗ, що представляє собою функціонально закінчену складальну одиницю, виконану на несучій конструкції, і реалізує функції(ю) передачі, перетворення інформації або технічні завдання на їх основі.

Радіоелектронний функціональний вузол (РЕФВ) – РЕЗ, що представляє собою функціонально закінчену складальну одиницю, виконану на несучій конструкції, що реалізує функцію перетворення сигналу і не має самостійного експлуатаційного застосування.

Залежно від конструктивної складності відповідно до зазначеного стандарту встановлені поняття радіоелектронний шкаф (коротко – шкаф), радіоелектронний блок (коротко – блок) і радіоелектронна комірка (коротко –комірка). На практиці найбільш широко користуються поняттям радіоелектронний блок.

Радіоелектронний блок – РЕЗ, що представляє собою сукупність радіоелектронних комірок, призначених для реалізації функцій передачі, прийому, перетворення інформації і виконаний на основі несучої конструкції більш високого рівня, ніж для комірок.

Радіоелектронна комірка – РЕЗ, призначена для реалізації функцій передачі, прийому, перетворення сигналів, виконане на основі несучої конструкції, що використовується для розміщення виробів електронної техніки, електротехнічних виробів.

Згідно стандарту під визначення РЕЗ підпадають і електрорадіовироби (напівпровідникові прилади, інтегральні мікросхеми, резистори, конденсатори тощо), які представляють собою елементну базу конструкцій РЕЗ. Але традиційно склалося, що в конструюванні під РЕЗ розуміють вироби з функціональної складності не нижче рівня вузла, а з конструктивної складності – не нижче рівня радіоелектронної комірки. Для елементів використовують термін вироби електронної техніки.

Відповідно до діючої нормативної документації термін РЕЗ представляє якийсь аналог терміна РЕА, який як і раніше широко використовується в навчальній і технічній літературі. Тому в подальшомупроцесі викладання навчального матеріалу немає суттєвої різниці між термінами РЕЗ і РЕА.

 

3 Конструкція РЕЗ та конструкторська ієрархія

Під конструкцією РЕМ розуміється сукупність деталей і матеріалів з різними фізичними властивостями, що знаходиться в певному фізичному зв’язку (електромагнітної, теплової, механічної та ін.), що забезпечує виконання заданих функцій з необхідною точністю під впливом зовнішніх і внутрішніх впливів і відтворена в умовах виробництва.

Конструкція РЕМ характеризується рядом особливостей, які виділяють її в окремий клас серед інших конструкцій:

1) ієрархічною структурою, під якою мається на увазі послідовне об’єднання простіших електронних пристроїв (вузлів) в більш складні;

2) домінуючою роллю електричних і електромагнітних зв’язків;

3) наявністю паразитних зв’язків, що породжують перешкоди (наведення);

4) наявністю теплових полів;

5) слабким зв’язком внутрішньої структури конструкції з її зовнішнім оформленням.

Конструкторська ієрархія реалізується за допомогою рівнів розукрупнення РЕЗ, габаритні розміри яких стандартизовані. Конструкції нижчестоящого рівня сумісні з конструкціями вищих рівнів. За конструктивну складність розрізняють такі рівні розукрупнення РЕЗ: стійка (шафа), блок, комірка.

Сукупність рівнів розукрупнення РЕЗ певного призначення утворює конструкційну систему. Відомі конструкційні системи РЕЗ вимірювальних приладів, електронно-обчислювальної, телевізійної апаратури, апаратури електрозв’язку тощо.

 

4 Класифікація РЕЗ

Класифікація РЕА за функціональним призначенням і принципом дії представлена на рисунку 1.

Рисунок 1 – Класифікація РЕА за функціональним призначення і принципом дії

 

За режимам застосування (функціонування) РЕА поділяють:

– пристрої безперервного тривалого застосування;

– пристрої багаторазового циклічного застосування;

– пристрої одноразового застосування.

Залежно від глобальної сфери використання (земля, вода, повітря) РЕА поділяють:

– наземну;

– морську;

– бортову (повітряний і космічний простір).

Усередині кожної категорії (класу) розрізняють спеціалізовані групи в залежності від об’єкта установки. Наприклад, категорія наземних РЕЗ включає в себе такі основні групи:

– стаціонарні РЕЗ;

– пересувні РЕЗ (РЕЗ, що використовуються на рухомих об’єктах);

– переносні РЕЗ.

Особливості стаціонарних РЕЗ:

1) тривалість експлуатації;

2) робота в приміщеннях з нормальними кліматичними умовами;

3) транспортування в спеціальній упаковці для захисту від механічних впливів (МВ), вологи та інших дестабілізуючих факторів;

4) висока ремонтопридатність;

5) обмеження на габарити і масу однієї стійки (шафи) для зручності транспортування, вивантаження тощо;

Група пересувних РЕА має три основні особливості:

– підвищені вимоги до захисту від МВ;

– захисні заходи від можливих впливів вологи і пилу;

– можливість навантаження і розвантаження силами двох чоловік (для масивних РЕА).

До цієї групи відносять зв’язкові, радіолокаційні і пеленгаторних станції, диспетчерські станції будівельників, пересувні телевізійні студії, автомагнітоли тощо.

Залежно від призначення і характеру відповідальності завдань, покладених на РЕЗ, розрізняють:

– побутові РЕА;

– професійні РЕА;

– РЕА військової техніки та спецпризначення.

Побутові РЕМ характеризуються такими особливостями:

1) підвищеною естетичністю зовнішнього вигляду і якістю акустичних характеристик;

2) можливістю експлуатації іноді абсолютно непідготовленим людиною;

3) масовістю виробництва;

4) визначає значенням вартості.

Для підтримки попиту у населення використовують три основних напрямки в розвитку конструкцій побутових РЕЗ:

– створення принципово нових РЕЗ, що викликають нові потреби у населення, які не залежать від наявності у потенційних покупців старих конструкцій (наприклад поява свого часу кольорових телевізорів тощо);

– вдосконалення раніше випускалися конструкцій з метою максимальної автоматизації управління, поліпшення характеристик і введення нових функцій (наприклад введення дистанційного керування роботою музичного центру тощо);

– підвищення технологічності з метою зниження вартості.

Морські РЕМ включають в себе три основні групи:

– суднові (пасажирські, вантажні судна);

– корабельні (морські судна ВМФ);

– буйкові РЕМ.

Основні особливості морських РЕМ:

1) комплексний вплив кліматичних і механічних чинників (наприклад, 100% -а вологість при підвищеній температурі в сольовому тумані і при МВ від рухових установок);

2) тривала автономна робота з відривом від ремонтних баз.

Групи бортових РЕЗ:

– літакові;

– вертолітні;

– ракетні;

– космічні.

Основні вимоги до бортових РЕЗ:

1) мінімальні маса і обсяг;

2) висока надійність;

3) стійкість до дії різноманітних факторів, що впливають (МВ, температура, тиск тощо).

По можливості відновлення працездатного стану після відмови розрізняють відновлювані та невідновлювані РЕА.

Відновлювані РЕА в разі виникнення відмови піддаються ремонту і далі знову використовуються за призначенням. Не відновлювані РЕА не підлягають або не піддаються ремонту з технічних або економічних міркувань.

За необхідності проведення технічного обслуговування в процесі експлуатації РЕЗ поділяють на обслуговувані і необслуговувані.

Наведена класифікація є далеко неповною, але достатньою для вирішення основних завдань конструкторського проектування РЕЗ. Класифікація може бути продовжена в залежності від характеру проектних завдань шляхом вибору класифікаційних ознак. Наприклад, з основними ознаками, за якими поділяють РЕА при завданні вимог до надійності, можна ознайомитися в відповідних нормативних документах.

 

5 Класи виконання РЕМ за умовами їх експлуатації

Відповідно до діючого стандарту встановлені наступні класи виконання виробів за умовами їх експлуатації в макрокліматичних районах:

У (N) – для районів з помірним кліматом;

УХЛ (NF) – з помірним і холодним кліматом;

ХЛ (F) – з холодним кліматом;

ТВ (TH) – з вологим тропічним кліматом;

ТС (TA) – з сухим тропічним кліматом;

Т (Т) – з тропічним як сухим, так і вологим кліматом;

М (М) – з помірно холодним морським кліматом;

ТМ (ТМ) – з тропічним морським кліматом;

О (U) – всі райони, крім районів з морським кліматом;

ОМ (MU) – з морським кліматом;

В (W) – всі макрокліматичні райони.

У дужках наведені позначення, прийняті в деяких країнах Європи, колишніх членів РЕВ.

Позначення ХЛ рекомендується замість позначення УХЛ у випадках, якщо основним призначенням виробів є експлуатація в районі з холодним кліматом і економічно недоцільно їх використання поза межами цього району.

Залежно від місця розміщення вироби при експлуатації в повітряному середовищі встановлені наступні категорії розміщення:

1 – на відкритому повітрі;

2 – під навісом або в приміщеннях, де умови експлуатації несуттєво відрізняються від категорії 1;

3 – в закритих приміщеннях (обсягах) з природною вентиляцією без штучно регульованих кліматичних умов;

4 – в приміщеннях (обсягах) з штучно регульованими кліматичними умовами;

5 – в приміщеннях з підвищеною вологістю (шахти, підвали тощо).

Стандарт встановлює норми температури, вологості та інших експлуатаційних факторів для даного класу і категорії. Наприклад, для виробів виконань УХЛ4 робочі значення температури при експлуатації становлять + 1 ... + 35° С, граничні робочі значення температури: нижнє значення – плюс 1° С, верхнє значення – плюс 40° С, верхнє значення відносної вологості – 80% при температурі +25 ° С.

 

ТЕМА 2 МЕТОДОЛОГІЯ КОНСТРУКТОРСЬКОГО ПРОЕКТУВАННЯ

1 Особливості процесу конструювання

Вихідними даними для конструювання вироби є технічне завдання (ТЗ) і електрична принципова схема.

В роботі конструктора можна виділити наступні складові:

1) творча – аналіз і синтез різних варіантів конструктивного виконання;

2) технічна – розрахунки і випуск конструкторської документації;

3) організаційна – керівництво виконавцями, перевірка, узгодження конструкторської документації, передача в архів;

4) виробнича – супровід виготовлення виробу;

5) коректувальна – зміна конструкторської документації в зв’язку з виправленням помилок, заміною матеріалів, удосконаленням конструкції тощо.

Найбільш складною і важливою є творча частина роботи, при виконанні якої вирішуються два завдання:

– аналіз – вивчення поведінки конструкції із заданою структурою, тобто вивчення залежності показників якості від окремих факторів і їх сукупності;

– синтез – визначення оптимальної структури конструкції при заданих показниках якості і обмеженнях, тобто генерація деякої кількості нових варіантів конструкторських рішень.

На цьому етапі найбільш повно проявляються інтуїція, досвід і творчі здатності конструктора, посилені колективною роботою з колегами і використанням діалогового режиму між людиною і ЕОМ.

Аналіз варіантів конструкції здійснюють, як правило, трьома способами:

1) логіко-розрахунковим;

2) евристичним;

3) методом моделювання.

Логіко-розрахунковий метод заснований на використанні формалізованих процесів, повторне застосування яких дає порівнянні результати (розрахунки окремих елементів, блоків з використанням ЕОМ).

Евристичний метод – метод експертних оцінок – полягає в тому, що для групи фахівців-експертів формулюють проблему і використовують їх професійний досвід для вирішення проблеми. Іноді цей метод називають методом мозкового штурму.

При використанні методу моделювання аналіз проводять не на самих реальних об’єктах проектування, а на їх моделях – математичних або фізичних.

2 Стадії розробки РЕА

З огляду на те, що вимоги до параметрів розроблюваних РЕА часто суперечливі (наприклад низька ціна і висока надійність), вихідна інформація для новостворюваних виробів не є достатньо повною, а виконавці при роботі можуть допускати помилки, розробку РЕЗ та їх конструкцій здійснюють у кілька стадій (зазвичай не менше двох):

– НДР (науково-дослідницька робота);

– ДКР (дослідно-конструкторська робота).

Кожна стадія включає кілька етапів. Основні етапи проведення НДР:

1) патентний пошук;

2) розробка і узгодження з замовником технічного завдання (ТЗ) і державна реєстрація НДР;

3) підготовчий етап – вибір напрямків дослідження, розробка, погодження та затвердження приватних ТЗ на основні частини НДР;

4) основний етап – теоретичні та експериментальні дослідження (розрахунки, моделювання), обробка результатів досліджень, складання і оформлення технічної документації;

5) заключний етап – узагальнення результатів і оцінка виконаної НДР;

6) приймання НДР, обговорення і узгодження завдання на проведення ДКР, державний облік НДР.

Етапи проведення ДКР:

– технічне завдання;

– технічна пропозиція;

– ескізний проект;

– технічний проект;

– робоча документація.

Технічне завдання (ТЗ) складається виконавцем на підставі технічних вимог (ТВ) замовника. На основі загального ТЗ можуть бути складені приватні ТЗ для субпідрядників.

Технічна пропозиція – етап розробки, на якому виконавцем обґрунтовується принципова можливість створення РЕА з заданими по ТВ характеристиками і намічаються основні технічні та організаційні рішення щодо виконання ТЗ.

Ескізний проект – етап, на якому виробляються принципові інженерні та конструктивні рішення, що дають загальне уявлення про будову та принцип роботи виробу, а також дані, що визначають його призначення і основні параметри.

Технічний проект – етап, на якому розробляється сукупність конструкторських документів, що містять остаточні технічні рішення, дають повне уявлення про пристрій розроблюваного виробу.

Робоча конструкторська документація – розробка конструкторської документації, призначеної для виготовлення дослідного зразка або дослідної партії виробів. При розробці РЕА в умовах промислового виробництва етап розробки конструкторської документації може включати три основні складові:

–проектування виробу на платах з друкованим монтажем. Сюди входить обґрунтування і вибір системи базових несучих конструкцій (БНК), вибір типорозміру друкованої плати, розміщення електрорадіокомпонентів на поле плати, проектування топології друкованого малюнка, в тому числі і з використанням систем автоматизованого проектування (САПР);

–розробка конструкції і випуск комплекту конструкторської документації на друковану плату та інші елементи конструкції – каркаси, рами, панелі, елементи кріплення тощо;

–об’ємне художнє конструювання модулів високих рівнів (блок, шафа, стійка) з демонстрацією засобами комп’ютерної анімації входження в них модулів нижчих рівнів, взаємодії елементів конструкції при складанні і під час експлуатації.

 

3 Організація процесу конструювання

У створенні РЕМ беруть участь різні організації, підрозділи, виконавці. Організації можуть виконувати функції замовника, виконавця та субпідрядника.

Замовник формулює технічні вимоги до РЕЗ і здійснює приймання розробленого виробу. ТВ визначають технічні показники РЕМ (потужність, чутливість тощо), а також містять вимоги до конструкції:

– найменування, кількість і призначення основних частин;

– габаритні, установочні і приєднувальні розміри;

– вимоги щодо взаємозамінності частин, уніфікації, типізації, стандартизації та наступності.

Крім того, ТВ включають вимоги:

– з охорони навколишнього середовища;

– завадозахищенності;

– складу запасних частин;

– безпеки роботи;

– ергономіці і естетиці;

– умов експлуатації тощо.

Виконавець на підставі ТВ розробляє ТЗ, в якому містяться економічні, виробничі та інші вимоги, визначається порядок розробки та прийом виробу.

Субпідрядник вирішує для виконавця приватні питання:

– розробка і поставка нових матеріалів, елементів, вузлів;

– розробка технологічних процесів;

– розробка методів вимірювань, проведення випробувань тощо.

При проектуванні конструкції РЕА в тій чи іншій мірі беруть участь різні підрозділи підприємств:

– системотехнічі (визначення структури РЕА, наприклад «розділення на наземну і бортову частини»);

– схемотехнічні (розробка принципової схеми);

– конструкторські (загальна компоновка, випуск конструкторської документації, супровід виробництва);

– технологічні (встановлення послідовності виготовлення, відпрацювання режимів технологічних процесів, підготовка виробництва);

– виробничі (виготовлення РЕА).

Крім того, в процесі розробки і виготовленні беруть участь допоміжні служби:

– надійності (рекомендації щодо структурної та інформаційної надмірності, проведення випробувань);

– постачальницькі (поставка покупних виробів і матеріалів);

– патентні;

– автоматизованого конструкторського проектування тощо.

Координація роботи підприємства, підрозділів і фахівців здійснюється за допомогою узгоджених календарних планів або мережевих графіків.

 

4 Особливість системного підходу до проектування конструкцій РЕА

Детальний розгляд конструкцій РЕЗ показує, що вони проявляють ознаки систем, тобто являють собою єдине ціле, що складається з складових частин, що виконують якусь загальну задачу. Тому для проектування конструкцій застосуємо такий же підхід, як і при проектуванні систем. Він отримав назву системного підходу.

Досвід проектування показує, що використання системного підходу дозволяє досягти більш високі якісні показники конструкцій, ніж при традиційному підході до конструювання.

У найзагальнішому вигляді системний підхід до проектування конструкцій РЕМА полягає в обліку на всіх етапах проектування зв’язку, що відображається схемою, показаної на рисунку 1.

 

Рисунок 1 – До поняття системного підходу

 

Основними особливостями системного підходу стосовно до проектування конструкцій є:

1) необхідність розгляду альтернативних варіантів, які імовірно можуть привести до отримання порівнянних результатів. Це перш за все стосується вибору джерел енергії, використовуваних матеріалів, компонувальних схем, комплектуючих виробів. Вибрані рішення повинні найбільш адекватно задовольняти вимогам до конструкції;

2) оцінка якості конструкції ґрунтується не тільки на загальноприйнятих показниках, таких, як вихідні параметри, вартість, час розробки, зручність в обслуговуванні, надійність тощо, але і кількісна оцінка значення комплексного показника якості;

3) врахування того, що конструкція РЕЗ функціонує у зовнішньому середовищі і в дійсності є підсистемою деякої іншої системи (суперсистеми). Рішення, що приймаються при розробці конструкції РЕА на будь-якій стадії, обумовлені зовнішнім середовищем, яка виступає у вигляді наступних факторів: фізичне оточення; рівень науки і техніки; форма структури проектної організації; кваліфікація, досвід і інтелект персоналу; час розробки; додаткові фактори;

4) дослідження ефективності конструкторських рішень на основі моделювання без використання реальних пристроїв;

5) використання ймовірносно-статистичних методів при оцінці рішень, на результат яких впливають випадкові параметри;

6) широке використання ЕОМ і сучасного математичного апарату при оцінці придатності конструкторських рішень.

 

ТЕМА 3 КОНСТРУЮВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ, ВУЗЛІВ І ПРИСТРОЇВ ЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ

1 Модульний принцип конструювання, конструктивна. Ієрархія елементів, вузлів і пристроїв

Знизити витрати на розробку, виготовлення і освоєння виробництва РЕА, забезпечити сумісність і наступність апаратурних рішень при одночасному поліпшенні якості, збільшення надійності і терміну служби дозволяє використання модульного принципу конструювання.

Під модульним принципом конструювання розуміється проектування виробів РЕА на основі конструктивної і функціональної взаємозамінності складових частин конструкції – модулів.

Модуль – складова частина апаратури, що виконує в конструкції підлеглі функції, що має закінчене функціональне і конструктивне оформлення та забезпечена елементами комутації та механічного з’єднання з подібними модулями і з модулями нижчого рівня в виробі.

Модульний принцип конструювання передбачає розукрупнення електронної схеми РЕА на функціонально закінчені підсхеми (частини), що виконують певні функції. Ці підсхеми найчастіше розбиваються на більш прості і так до тих пір, поки електронна схема виробу не буде представлена у вигляді набору модулів різної складності, а нижчим модулем не опиниться корпус мікросхеми (МС).

Модулі одного рівня об’єднуються між собою в РЕА на будь-якій конструктивній основі (несучої конструкції).

Можливий і інший підхід до проектування, коли частинам детально розробленої функціональної схеми вироби ставляться у відповідність схеми обраної серії МС, а електрична схема виробу «покривається» електричними схемами мікросхем. Однак окремі частини схеми виробу можуть виявитися непокритими мікросхемами існуючих серій, тоді такі підсхеми реалізуються дискретними електрорадіоелементами (ЕРЕ). В результаті буде отриманий набір корпусів МС і ЕРЕ, який реалізує схему вироби. Ці корпуси і ЕРЕ встановлюються і комутуються між собою в модулях наступного рівня ієрархії, які встановлюються і комутуються в модулі більш високого рівня тощо. В залежності від складності проектованого виробу буде задіяно різну кількість рівнів модульності (рівнів конструктивної ієрархії).

Конструкція сучасної РЕА являє собою деяку ієрархію модулів (порядок в розташуванні модулів від нижчого до вищого), кожна ступінь якої називається рівнем модульності. При виборі числа рівнів модульності проводиться типізація модулів, тобто скорочення їх різноманітності і встановлення таких конструкцій, які виконували б самі широкі функції в виробах певного функціонального призначення.

Функціональне різноманіття виробів досягається використанням різного числа рівнів модульності з можливістю конструктивного оформлення вищого і, отже, найскладнішого модуля у вигляді закінченого виробу.

Виділяють чотири основних і два додаткових рівні модульності. Під основними розуміються рівні модульності, широкозастосовувані в різноманітній апаратурі, під додатковими – використовувані в спеціальній апаратурі, але не завжди. Ієрархія модулів і їх встановлення представлені на рисунку 1, де модулі різних рівнів відділені подвійними вертикальними лініями.

Модулем нульового рівня є електронний компонент. В залежно від виконання апаратури модулем нульового рівня служать ЕРЕ і МС.

Модуль першого рівня – типовий елемент заміни (ТЕЗ) – є друкована плата з встановленими на ній модулями нульового рівня і електричним з’єднувачем.

 

Рисунок 1 – Конструктивна ієрархія і склад модулів: 1 – мікросхема; 2 – безкорпусна мікросхема; 3 – мікрозбірка; 4 – типовий елемент заміни (ТЕЗ), комірка; 5 – блок; 6 – рама; 7 – стійка

 

Модуль другого рівня – блок, основними конструктивними елементами якого є панель з відповідними з’єднувачами модулів першого рівня. Міжблочна комутація виконується з’єднувачами, розташованими по периферії панелі блоку. Модулі першого рівня розміщуються в один або кілька рядів. На рис.1 показаний однорядний блок.

Модуль третього рівня – стійка, в якій встановлюються блоки або 2-3 рами.

Модулем рівня 0,5 є мікрозбірка, що складається з підкладки з розміщеними на ній безкорпусними мікросхемами. Міжмодульна комутація забезпечується введенням по периферії підкладки контактних майданчиків. Модуль вводиться для збільшення щільності компонування апаратури.

Модуль рівня 2,5 являє собою раму, в якій розміщуються 6-8 блоків. Рама застосовується в апаратурі з стійками, що використовує невеликі за розмірами модулі першого рівня.

Модульний принцип конструювання передбачає кілька рівнів комутації:

–                       1-й рівень – комутація друкованим і (або) проводовим монтажем електронних компонентів на платі;

–                       2-й рівень – комутація друкованим або об’ємним монтажем відповідних з’єднувачів модулів першого рівня в блоці;

–                       3-й рівень – електричне об’єднання блоків або рам в стійці і стійок між собою джгутами і кабелями;

–                       рівень 0,5 – електричне з’єднання виходів без корпусних мікросхем плівковими провідниками;

–                       рівень 2,5 – комутація блоків в рамі проводами, джгутами або кабелями.

При розробці нескладної апаратури вищі рівні модульності відсутні. Повна модульність, наведена на рисунку 1, використовується тільки в складній апаратурі.

Вираз функціонально-вузловий метод проектування широко поширене у вітчизняній літературі. Цей метод дає підхід до розбивання функціональної схеми вироби на вузли (підсхеми), конструктивно виконані на друкованій платі (ДП) модулями першого рівня. В дійсності задача проектування ставиться ширше, так як складна апаратура втілює не одну схему, а, як правило, кілька структурних або функціональних схем. Тому доцільно говорити про модульний принцип проектування, маючи на увазі під цим принципи виділення (розукрупнення, розбивання) схем на функціональні групи різних рівнів складності (вузли, пристрої, комплекси, системи) для реалізації їх конструктивними модулями.

Конструктивним модулів можна поставити у відповідність схемні модулі, які так само мають багаторівневу ієрархію і представляють собою функціональні вузли, пристрої, комплекси, системи (таблиця 1).

Необхідно відзначити, що наведені в таблиці 1 зв’язки конструктивної і схемної модульності умовні. Вони мають відношення до апаратури, реалізованої на мікросхемах малої ступеня інтеграції, і в загальному випадку залежить від функціональної складності проектованого вироби і ступеня інтеграції застосовуваних МС. Справа в тому, що в великих інтегральних схемах (ВІС) реалізуються цілком пристрої (наприклад, перетворювачі, запам’ятовуючі пристрої) або їх великі фрагменти. Цілком можливо, що нескладна система буде конструктивно виконана на одній друкованій платі.

 

Таблиця 1 – Зв’язок між конструктивною і схемної модульністю

Конструктивна модульність	Схемна модульність
Корпус мікросхеми ТЕЗ Блок Рама Стійка	Логічний, запам’ятовуючий елемент Функціональний вузол Пристрій Комплекс Система

 

Під час розробки структурних і функціональних схем необхідно задовольнити багато часом суперечливим вимогам:

– функціональної закінченості (коли виділяється підсхема повинна володіти необхідною повнотою і виконувати приватні функції по прийому, обробці, зберіганню і передачі інформації);

– мінімізації зовнішніх зв’язків підсхем, або, якщо електричні з’єднувачі модулів обрані (задані), щоб число зовнішніх зв’язків не перевищило число контактів з’єднувача;

– максимального заповнення відведеного конструктивного простору (поверхні) модулями (компонентами) (з цієї ж причини компоненти не повинні істотно відрізнятися між собою за габаритними розмірами і масою);

– модулі (компоненти) підсхем повинні розсіювати приблизно однакові потужності, щоб уникнути місцевих перегрівів;

– модулі (компоненти) підсхем не повинні бути надмірно чутливими до електричних, магнітних і електромагнітних перешкод і не повинні створювати надмірних перешкод.

Дотримання вимог функціональної закінченості покажемо на прикладі розробки конструкції супергетеродинного приймача, що складається з наступних підсхем: вхідного кола, підсилювача радіочастоти, перетворювача частоти, підсилювача проміжної частоти, детектора, підсилювача звукової частоти. При реалізації конструкції радіоприймача кожен функціональний вузол можна виконати на окремій платі і водночас всю схему радіоприймача – на одній платі. В тому і іншому випадку функціональна завершеність матиме місце, але в другому випадку загальна кількість зовнішніх зв’язків менша, і надійність, якщо всі інші елементи схеми і конструкції однакові, виявиться вище.

Функціональна закінченість буде відсутня, якщо на одній платі виконана схема вхідного кола і частина підсилювача радіочастоти, а на інший платі – решта підсилювача радіочастоти і перетворювач частоти.

Функціональна закінченість підсхем скорочує число між модульних електричних з’єднань, дозволяє вносити конструктивні зміни на більш пізніх стадіях проектування, спрощує і здешевлює контроль модулів.

Модулі вищих рівнів поставляються розробникам РЕА у вигляді базових несучих конструкцій (БНК), які представляють собою деталь або сукупність деталей, призначених для розміщення, монтажу складових частин апаратури і забезпечення стійкості РЕА в умовах зовнішніх впливів. Під БНК розуміється стандартна несуча конструкція, служить для розробки різноманітної РЕА певного призначення.

 

2 Стандартизація при модульному конструюванні

Прискорення розробки та виробництва апаратури, збільшення її серійності, зниження вартості можна досягти уніфікацією, нормалізацією і стандартизацією основних параметрів і типорозмірів друкованих плат, блоків, приладових корпусів, стійок, широким застосуванням модульного принципу конструювання.

В основі стандартизації модулів та їх несучих конструкцій лежать типові функції, властиві багатьом електронним системам. Для використання при проектуванні модульного принципу конструювання розроблені відомчі норми і державні стандарти, які встановлюють терміни, визначення, системи типових конструкцій модульних систем.

Конструкційна система перш за все повинна представляти багаторівневе сімейство модулів з оптимальним складом набору, що забезпечує функціональну повноту при побудові апаратури певного призначення. Всі модулі системи повинні бути сумісні між собою за конструктивними, електричним і експлуатаційним параметрам.

Базовим називається принцип конструювання, при якому приватні конструктивні рішення реалізуються на основі стандартних конструкцій модулів або конструкційних систем модулів (базових конструкцій), дозволених до застосування в апаратурі певного класу, призначення та об’єктів установки.

При розробці базових конструкцій повинні враховуватися особливості сучасних і, що більш важливо, майбутніх розробок. При цьому приватні конструктивні рішення узагальнюються, а основні властивості і параметри закладаються в конструкції, які стандартизуються, поставляються і рекомендуються для широкого застосування.

Базові конструкції не повинні бути повністю конструктивно завершеними, необхідно передбачати можливість їх зміни (в основному косметичного характеру) для створення модифікацій апаратурних рішень. Ієрархічна побудова базових конструкцій з гнучкою структурою і числом рівнів не більше чотирьох є цілком достатнім для розробки РЕА будь-якої складності.

При стандартизації параметри конструкцій об’єднуються в параметричні ряди, що характеризуються сукупністю числових значень на основі прийнятих градацій і діапазонів. Якщо в якості параметрів ряду використовують геометричні розміри конструкції, то говорять не про параметричні, а про розмірні ряди. Обидва види рядів отримали значне поширення.

Оптимальними з позицій стандартизації слід вважати ряди, що забезпечують найбільший економічний ефект від їх використання та випереджальну стандартизацію, тобто скорочення обсягу робіт, пов’язаних з переглядом стандартів і їх модернізацією (випереджальна стандартизація дозволяє збільшити терміни дії стандартів).

Прикладом стандартизації може служити система несучих конструкцій, розроблена в 70-х роках минулого століття і отримала назву «Євромеханіка». Ця система застосовується в численних технічних додатках, пов’язаних з розробкою апаратури для виробництва, транспорту, телекомунікації, у військовій сфері.

Базовим розміром системи «Євромеханіка» є ширина передньої панелі блоків (19"= 482,6 мм). Висота блоків визначається одиницями U (U = 1,75"= 44,45 мм). Блоки можуть бути різними по висоті, але рекомендуються використовувати блоки розмірами 3U / і 6U. Розміри передніх панелей блоків представлені на рисунку 2.

 

Рисунок 2 – Розміри передніх панелей блоків (m – натуральні числа)

Глибина друкованих плат може змінюватися від 100 мм з кроком 60 мм, а висота – також від 100 мм, але з кроком 1U. Всі можливі розміри друкованих плат виділені в чотири групи (рис.3). У кожній групі плат застосовується один розмір по висоті і чотири розміри по глибині. Розміри друкованих плат для установки їх в блоки висотою 3U складають 100 мм в висоту і 160 і 220 мм в глибину. Для блоків 6U розміри друкованих плат можуть бути 160 ∙ 233,35 або 220 ∙ 233,35 мм.

 

Рисунок 3 – Розміри друкованих плат в системі конструкцій «Євромеханіка»

 

Блоки є основною частиною конструктивів системи «Євромеханіка». У них встановлюються плати осередків, модулів, типових елементів заміни, джерела електроживлення і інші різноманітні модулі як з лицьовою панеллю, так і захищені кожухом.

Каркаси блоків складаються з двох бічних панелей і декількох (мінімум чотирьох) поперечних стяжок (рейок), до яких з кроком 1НР (HP = 0,2"= 5,08 мм) кріпляться напрямні. Напрямні встановлюються в міру необхідності, всього для них передбачено 84 посадочних місць.

Мінімальна відстань між сусідніми направляючими складає 3НР. Таким чином, в блок розміром 19" можна встановити не більше 21 модуля. У більшості сучасних шинних конструкціях РЕА крок між направляючими складає 4HР.

 

3 Модулі нульового рівня

На нижчому нульовому рівні конструктивної ієрархії ЕА знаходяться МС. Корпуси МС служать для захисту поміщених в них напівпровідникових кристалів, підкладок і електричних з’єднань від зовнішніх впливів, а також для зручності при складанні і монтажі модулів першого рівня.

Кристали або підкладки МС приклеюють або припаюють до основи корпусу, а вихідні контакти під’єднують до виводів корпусу пайкою або зварюванням.

Корпуси мікросхем бувають металоскляними, металлокерамічними, металопластмасоваими, скляними, керамічними та пластмасовими. У перших трьох різновидах корпусів кришка виконується металевою, а підставка – скляна, керамічна абопластмасова. Металева кришка забезпечує ефективний вологозахист при хорошому відвод теплоти від кристала, знижує рівень перешкод.

У пластмасових і керамічних корпусах кришку і підставку виконують з однорідного матеріалу. Підставку корпусу з’єднують з кришкою пайкою, зварюванням або склеюванням. Деякі корпуси отримують шляхом заливки форми корпусу пластмасою. На корпус МС наноситься маркування в відповідності до її умовного позначення та виконується нумерація виводів щодо ключа або мітки. За формою проекції тіла корпусу на установчу площину і розташуванню висновків корпусу ділять на типи і підтипи.

Для правильної установки МС на плату корпусу мають орієнтир (ключ), розташований в зоні першого виводу (виводи нумеруються зліва направо або за годинниковою стрілкою з боку розташування виводів). Ключ робиться візуальним у вигляді металізованої мітки, виїмки або паза в корпусі, виступу на виведення тощо. В поперечному перерізі виводи корпусів мають круглу, квадратну або прямокутну форму. Крок між виводами становить 0,625; 1,0; 1,25; 1,7 і 2,5 мм.

 

4 Мікрозбірки

Найвища щільність компонування ЕА має місце при використанні безкорпусних компонентів. Однак установка і монтаж останніх безпосередньо на друкованій платі не забезпечує високої щільності компонування через низької роздільної здатності монтажу (на сьогоднішній день можливості друкованого монтажу практично вичерпані). введення в конструкцію проміжного елемента – підкладки – усуне цей недолік.

Безкорпусні активні компоненти фіксуються клеєм на підкладці, на якій методом тонко- або товстоплівочної технології виконуються провідники, контактні площадки кіл входу і виходу, плівкові пасивні компоненти. Подібні конструкції називають мікрозборки.

Фактично мікроскладення представляють собою безкорпусні гібридні МС індивідуального застосування. Інтегральні мікросхеми микрозбірок не обов’язково повинні бути узгоджені по входу і виходу. пасивна частина схеми микрозбірок забезпечить необхідну узгодженість. За технологією виробництва мікроскладення не відрізняються від гібридних мікросхем, а за функціональною складності і ступеня інтеграції відповідають ВІС. В відміну від універсальних БІС, використовуваних в різноманітної апаратури, мікроскладення розробляють під конкретну апаратуру для отримання високих показників її мікромініатюризації, зменшення втрат корисних об’ємів апаратури. Хоча роздільна здатність товстостінної технології нижче тонко плівкової, в ній порівняно легко вдається реалізувати багатошарові конструкції, підвищити щільність компонування.

Висока насиченість монтажу досягається використанням нових матеріалів і збільшенням шарів комутації. матеріалом підкладок мікрозбірок можуть бути деякі види стекол і кераміки. Легкість отримання гладких поверхонь і дешивизна є основними перевагами стекол. Однак низька теплопровідність, що перешкоджає розсіюванню великих потужностей, крихкість, складність отримання складних форм підкладок обмежує їх застосування. Кераміку відрізняє велика механічна міцність, найкраща теплопровідність, хороша хімічна стійкість, але і підвищена вартість і відносно груба поверхню.

Як матеріали підкладок використовується ситалл (матеріал на основі скла), полікор (кераміка на основі окису алюмінію), гнучкі поліімідні плівки. Розміри сіталловимих підкладок зазвичай не перевищують 48x60 мм, полікорові – 24x30 мм.

Для збільшення механічної жорсткості і теплової стійкості гнучкі плівки найчастіше фіксують на пластині з алюмінієвого сплаву.

Максимальні розміри таких підкладок складають 100x100 мм, щільність розводки 5 ліній / мм (мінімальні ширина і зазори між провідниками по 0,1 мм), крок внутрішніх контактних майданчиків 0,3 .. .0,5 мм, зовнішніх – 0,625 мм.

 

 

5 Модулі першого рівня

При конструюванні модулів першого рівня виконуються наступні роботи:

– вивчення функціональних схем з метою виявлення однакових по призначенням підсхем і уніфікації їх структури в межах конкретного виробу, що призводить до зменшення різноманіття різних підсхем і, отже, номенклатури різних типів ТЕЗ;

– вибір серії мікросхем, корпусів мікросхем, дискретних ЕРЕ;

– вибір єдиного максимально допустимого числа висновків з’єднувача для всіх типів модулів (за основу беруть число зовнішніх зв’язків найбільш повторюваного вузла в наборі вузлів вироби з урахуванням кіл живлення і нульового потенціалу і 5 ... 10% -ного запасу контактів на можливу модифікацію);

– визначення довжини і ширини друкованої плати. Ширина плати, як правило, кратна або дорівнює довжині з’єднувача з урахуванням полів установки і закріплення плати в модулі другого рівня. Вимоги по швидкодії і кількість встановлюваних на плату компонентів впливають на її довжину;

– власне конструювання друкованої плати;

– вибір способів захисту модуля від перегріву і зовнішніх впливів.

Широке поширення отримала плоска компонування модуля, коли компоненти схеми встановлюють в площині плати з однієї або двох сторін (рис. 2, 3 і 4 кольорові вклейки). Для плоскої компонування характерна мала висота установки компонентів в порівнянні з довжиною і шириною плати.

Простота виконання монтажних робіт, легкість доступу до компонентів і монтажу, покращений тепловий режим є основними перевагами плоскою компонування. Якщо для зовнішньої комутації модуля вводиться з’єднувач, то подібну конструкцію називають ТЕЗ (рис. 6). на друковану плату встановлюють мікросхеми 4 і для виключення впливу на роботу мікросхем перешкод по електромережі - розв’язують конденсатори 5.

Лицьова панель виконує одночасно декілька функцій. На ній розташовують елементи індикації і управління, контрольні гнізда, іноді електричні з’єднувачі, які комутуються з платою проводовим монтажем. На панелі в отвір для гвинта поміщають не випадні гвинт 2, яким ТЕЗ жорстко фіксується на несучої конструкції модуля другого рівня, наноситься адреса, що дозволяє відрізнити ТЕЗ серед подібних в наборі, що реалізує конструкцію ЕА, а також запобігти неправильну установку ТЕЗ. Невідповідність адреси установочного місця в блоці з адресою лицьовій панелі ТЕЗ вказує про неправильну його установку.

Рисунок 4 – Типовий елемент заміни: 1 - лицьова панель; 2 - невипадні гвинт; 3 - друкована плата; 4 - мікросхема; 5 - розв’язує конденсатор; 6 - електричний з’єднувач

 

Лицьові панелі спільно з монтажними панелями модулів вищих рівнів направляють охолоджуючий апаратуру повітря до тепло навантаженому компонентам. Щоб запобігти витоку повітря з настановних місць, де з яких-небудь причин ТЕЗ відсутні, замість них встановлюють заглушки (тільки лицьові панелі ТЕЗ). Панель і електричний з’єднувач кріплять до друкованої плати гвинтовим або клепаних з’єднань. В умовах жорстких механічних впливів плату ТЕЗ встановлюють на рамку, що збільшує жорсткість конструкції.

 

6 Модулі другого рівня

До модулів другого рівня відносяться блоки різних видів.

Конструкція одноплатного бескаркасного настільного приладу із вбудованим блоком живлення наведена на рисунках 5 і 6. Несучою конструкцією приладу є підстава 2. Хоча розміри підстави можуть бути великими (300x450 мм і більше), його зазвичай виготовляють з тонкого листового матеріалу, а для додання жорсткості в кутах конструкції задається певна форма.

Для закріплення модулів в підставі приладу виконані видавки з отворами, в які вставляють різьбові втулки під гвинти.

 

Рисунок 5 – Прилад настільний бескаркасний: 1 – лицьова панель; 2 – підстава; 3 – вентилятор; 4 – провід; 5 – задня панель; 6 – кришка; 7 – гвинт

 

Рисунок 6 – Електромонтажна схема при ладу настільного бескаркасного: 1 – лицьова панель; 2 – підставка; 3 – вентилятор; 4 – кронштейн; 5 – задня панель; 6 – блок живлення; 7 – джгут; 8 – плата електроніки

 

Кришка 6 зсувається, переміщаючись по вертикальних бічних стінок деталі 2. Це дозволяє на кришці 6 розташовувати технічний опис приладу, електричні схеми, вимірювальні прилади. для закріплення кришки на підставі передбачені кронштейни 4, фіксуються заклепками.

На підставу приладу встановлюють блок живлення, плату операційного пристрою (електроніки) і вентилятори, що забезпечують нормальний тепловий режим приладу.

Згідно електромонтажної схеми задня і передня панелі розгорнуті щодо настановної площини підставки на 90°. В конструкцію введені: джгут напруги, що підводить 220 В частотою 50 Гц до блоку живлення і вентиляторів, джгут підведення постійної напруги від блоку живлення до плати електроніки і сигнальних провідників.

У тому випадку, якщо максимальні розміри плати якимось чином обмежені, наприклад виробничими можливостями або розмірами підстави приладу, то на плату електроніки можна встановити разом з компонентами схеми електричні з’єднувачі, в які, в свою чергу, встановити ТЕЗ з відсутніми компонентами схеми приладу. Таким чином, об’єднавча плата, представлена на рисунку 7, є модифікацією плати електроніки. У зарубіжній літературі такі плати називають motherboard – материнською платою.

Рисунок 7 – Об’єднавча (материнська) плата: 1 – мікросхема; 2 – об’єднавча плата; 3 – у відповідь електричний з’єднувач ТЕЗ; 4 – ТЕЗ

 

Може трапитися, що схема, реалізована на платі, зажадає розмірів, які не можуть бути забезпечені сучасним виробництвом. тоді ця гіпотетична плата розбивається на кілька плат менших розмірів, об’єднуються конструктивно в блоці монтажної панеллю.

 

7 Модулі третього рівня

Модуль третього рівня конструктивної ієрархії – шафова стійка, стійка, шкаф – призначений для установки і комутації блоків або рам і забезпечення їх працездатності в складі ЕА.

Конструктивною основою будь-якої стійки є каркас, зазвичай виготовляється із сталевого кутового профілю або труб прямокутного або квадратного перетинів, використання яких в порівнянні з кутовим профілем дозволяє знизити матеріаломісткість конструкцій. На рисунку 8 представлений каркас шафової стійки, який збирається з двох боковин J,нижнього 8 і верхнього 2 підстав каркаса. Боковини і підстави зварені з труб прямокутного і квадратного перерізів і в єдину конструкцію об’єднуються болтовим з’єднанням. Для цього в труби боковин і підстав в місцях болтових з’єднань поміщаються вкладиші, що мають форму і розміри поперечного перерізу, рівні формою і розмірами поперечного перерізу отворів труб. Вкладиші забезпечують необхідну жорсткість з’єднання та оберігають від зминання труби при закручуванні болтів деталей каркаса.

Рисунок 8 – Каркас шафової стійки:1 – кришка; 2 – верхнє підставу каркаса; 3 – боковина; 4 – щит; 5 – елемент жорсткості щита; 6 – кронштейн; 7 – підвіска дверцята; 8 – нижня підставка каркаса; 9   ручка; 10 – дверцята

 

Найчастіше каркас стійки виконується суцільнозварним. На каркасі закріплюється кришка 1 з вентиляційними отворами, два бічних щита 4 і підвішуються дверцята 10 (на рис. 9 показані один щит і одна дверцята). Для додання жорсткості з внутрішньої сторони поверхні щита і дверцята приварюється елемент жорсткості 5, проходить по всій висоті дверцята і щита. Щит 4 до боковини каркасу 3 закріплюється з внутрішньої сторони стійки гвинтовим з’єднанням. Для цього по периметру боковин 3 каркаса приварюють кронштейни 6, і навпаки, в відповідних місцях щита - скоби з отворами під різьбу. Щит підтягується до каркасу і фіксується по всій площині боковини 3. Дверцята 10 підвішуються на петлях до підвісок 7 і мають кнопку-ручку 9, при натисканні на яку засувка виходить з фіксованої положення і під дією віжимної пружини вільний край дверцята відходить від каркаса.

До використання магнітних засувок потрібно підходити обережно, так як при цьому неминуче поява магнітних полів і можливо їх вплив на працюючу апаратуру.

Дверцята і щити повинні щільно прилягати до каркасу без щілин, через які відбувається витік охолоджуючого повітря, а всередину стійки проникає пил, зовнішні електричні, магнітні та електромагнітні поля.

 

8 Рами

Рама в стійці служить для установки і комутації нероз’ємних і рознімних вставних блоків. Конструктивною основою рами є каркас з направляючими. Каркас найчастіше виконується з нормалізованого профілю звареним способом, що надає йому високу жорсткість. На рисунку 9 приведена схема компоновки рами на шість блоків. П’ять нероз’ємних блоків жорстко фіксуються боковинами на каркасі рами 5, вставною роз’ємний блок 5 (блок вентиляції) по напрямних вставляється в каркас рами і фіксується невипадаючими гвинтами.

Пунктирні лінії дозволяють простежити напрямок установки блоків. В лівому верхньому кутку малюнка показана форма профілю, з якого виконаний каркас і спосіб кутового з’єднання вертикального і горизонтального елементів каркасу. Для фіксації рами в стійці приварюють елементи підвіски 2.

Якщо рама нерухома, то вона кріпиться до каркасу стійки кронштейнами. Нормальний тепловий режим рами забезпечується виконанням в горизонтальних елементах каркаса отворів для охолоджуючого повітря (вхідних в нижній частині і вихідних у верхній).

На конструкцію каркаса рами надає вплив обраний профіль, конструкція встановлюваних блоків для додання додаткової жорсткості в каркас можуть бути введені перемички.

Комутація сигнальних кіл сусідніх блоків рами виконується з’єднанням одновставних роз’ємних блоків іменних виводів комутаційних колодок, розміщених на звернених один до одного горизонтальних краях монтажних панелей блоків, блоків, розташованих не по сусідству, комутаційними колодками, розташованими у вертикальних країв, і джгутом, орієнтованим вертикально і закріпленим на каркасі рами.

Для блоків, розташованих по сусідству, можливий інший спосіб комутації, коли палять з з’єднувачами встановлюється на монтажній стороні рами, а всередині блоків, як правило, на периферії, спільно з типовими елементами заміни. Для цього в місцях проходу джгутів видаляються напрямні ТЕЗ, вилочні з’єднувачі кабелю встановлюються в відповідні з’єднувачі ТЕЗ. Такий спосіб комутації призводить до зменшення числа розміщуються в блоці типових елементів заміни.

Кронштейни з з’єднувачами з боку підвіски рами здійснюють зовнішню комутацію рами. Вхідні і вихідні кола блоків об’ємним монтажем з’єднуються з хвостовиками контактів з’єднувачів зовнішньої комутації.

 

Рисунок 9 – Рама 1 — профіль; 2 — елемент підвіски; 3 - каркас рами; 4 — нероз’ємний блок; 5 – роз’ємний блок

 

Підведення напруги живлення і нульового потенціалу зручно виконувати вузлом, що представляє собою стягнуту в єдину конструкцію систему провідникових і ізолюючих пластин (шин) шириною 20 ... 30 мм, встановлених з боку підвіски рами. У місцях відводу напруги живлення і нульового потенціалу на провідникових пластинах повинні мати місце контактні пелюстки або штирі, до яких комутуються об’ємні провідники, передають напругу живлення і нульовий потенціал до відповідної шини живленняння і землі, але вже блоків.

 

Тема 4 ХУДОЖНЬО-КОНСТРУКТОРСЬКЕ ПРОЕКТУВАННЯ РЕА

1    Вплив вимог ергономіки та технічної естетики на ефективність та якість РЕА

Широке впровадження ЕА в усі сфери діяльності і комп’ютеризація суспільства вимагають від розробників ЕА обліку при проектуванні людського фактора – особливостей органів чуття, опорно-рухового апарату і нервової системи людини. Вивченням впливу особливостей людини на конструктивні параметри різних виробів, в тому числі на ЕА, займається ергономіка.

Виникнення ергономіки та її розвиток тісно пов’язані з дизайном. Саме дизайн з його гуманітарною спрямованістю з’явився головним споживачем і замовником знань про функціональні можливості людини з тим, щоб в проектованих об’єктах були забезпечені ефективність і безпеку праці, збереження здоров’я і висока працездатність.

Розглядаючи питання створення найкращих функціональних умов діяльності людини, необхідно об’єднувати вимоги, які визначаються ергономікою і дизайном, в єдине поняття – ергодизайн. В основі ергодизайн як наукового напрямку лежить відомий закон відповідності, а його методи базуються на методології функціонального комфорту.

Сучасне трактування основних понять і визначень в області ергономіки і дизайну приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 – Основні терміни та визначення ергодизайну

 

Мета ергодизайна ЕА – створення високоефективних людино машинних систем. У таких систем повинен бути комплекс ергодізайнерскіх показників конструкції, які можна розділити на три класи: гігієнічні, антропометричні та фізіолого-психологічні, які в свою чергу діляться на групи (таблиця 2).

Таблиця 2 – Ергодизайнерскі показники

Знання та облік зазначених показників і вимог вкрай необхідні вже на ранніх стадіях проектування ЕА, будь то персональний комп’ютер або розподілена обчислювальна система. Перш ніж перейти до розгляду методів і засобів забезпечення високих ергодизайнерських характеристик проектованих систем, проаналізуємо основні характеристики людини-оператора як ланки в єдиній системі людина-машина.

 

2 Проектування ергономічних вузлів і пристроїв РЕА

Проектування пристроїв відображення інформації. Пристрої відображення інформації є невід’ємною частиною практично будь-якої інформаційної та керуючої системи, причому саме вони багато в чому визначають ергономічні параметри системи в цілому, так як знаходяться безпосередньо на робочому місці людини-оператора.

До моніторів часто застосовують правило «чим більше, тим краще». Вибір розміру і дозволу екрану залежать в основному від прикладної задачі. Для систем загального призначення найбільш зручним є монітор з розміром трубки 15 ... 19". Під розміром монітора найчастіше мають на увазі розмір скла електронно-променевої трубки (ЕПТ), хоча справжній розмір зображення на таких моніторах, виміряний від кута до кута по діагоналі, зазвичай на 1 дюйм менше розміру монітора. Комбінації розміру монітора і встановленого дозволу повинні відповідати вимогам ISO 9241/3 – міжнародного стандарту по ергономіці моніторів. Символи малих розмірів можуть також виявитися в суперечності з вимогами чинного законодавства щодо безпечного використання екранів.

Вимоги технічної естетики (художнього конструювання і компонування) пред’являються до електронної апаратури, з якої в процесі роботи безпосередньо контактує людина. У меншій мірі цим вимогам повинна відповідати транспортується ЕА, особливо бортова. Це пояснюється особливою жорсткістю експлуатаційних вимог, що пред’являються до такого класу виробів, відсутністю людини-оператора (наприклад, в непілотованих космічних об’єктах).

Форма – взаємопов’язана сукупність об’ємно-просторових фактурно-колірних, конструктивно-технологічних показників, що характеризують якість виробу. До основних властивостей форми відносяться: геометрія будівлі, об’ємно-просторова структура, міцність, вагомість, щільність, динамічність, колірні і світлові колорит. Однією з найважливіших характеристик форми є її цілісність, яка визначає можливість миттєвої оцінки структури і якості виробу. Форма виробу – фактор, що визначає багато в чому функціональність апаратури, і, отже, формоутворення є першим завданням ергодизайнерського проектування.

Основні засоби створення форми конструкції вироби – організація простору, масштаб і пропорції обсягів вироби, його силует і композиція, ритм його мас, площин і опор, тектонічна структура, колір і фактура використаного матеріалу, співвідношення вироби з навколишнім середовищем. Основними принципами формоутворення є: гранична суспільна доцільність, гуманність, демократизм, загальний мажоритарний тон, частота, ясність, витонченість.

Досконала форма завжди об’єднує в собі як конструктивно-виробничі, так і споживчі якості виробу, вона завжди осмислена і виправдана. Форма виробу не повинна бути безликою (сірою, холодною), абстрактною (не виправданої певним змістом), суперечливою в рішенні частин і цілого. Форма промислового вироби завжди повинна викликати у глядача позитивну емоційну налаштованість, а це можливо, якщо вона сучасна (типова для даної епохи), індивідуальна в навколишньому предметної середовищі, природна і правдива. Досконала форма створює образ вироби, візуально виявляє її функцію і конструкцію, підкреслює позитивні якості матеріалу і доводить ідею задуму до фінального вираження, доставляє естетичну насолоду своєю красою.

Статична форма характеризується стійкою врівноваженістю обсягів, горизонтальних і вертикальних лінійним побудовою, нейтральним ритмом елементів.

Класичними геометричними фігурами статичної форми є: квадрат (статичний щодо осей симетрії), коло (статична щодо свого центру), куб, сфера. Статична у своїй основі форма таких машин, як верстати, турбіни, електродвигуни, насоси, хоча ці машини і володіють внутрішньою динамікою.

Динамічна форма характеризується діагональної спрямованістю домінуючих ліній, що змінюються ритмом розташування елементів, асиметрією. Наприклад, в геометрії конус і трикутник динамічні по висоті.

Предмет одного і того ж призначення можна вирішити як в статичній, так і в динамічній формі. На рисунку 1 наведені два рішення форми корпусу ЕОМ: статична і динамічна. Контур першого корпусу характеризується горизонтальними і вертикальними лініями побудов, другого - діагональним напрямком домінуючих ліній і іншою схемою організації лінійних побудов.

 

Рисунок 1 – Форма корпусу ЕОМ статична (а) і динамічна (б)

 

Одним з основних понять художнього конструювання виробів є композиція – побудова цілісного твору, елементи якого знаходяться у взаємозв’язку і гармонійній єдності. Основу композиції складає об’ємно-просторова структура вироби, що відповідає його призначенню та виражається в характері взаємозв’язку елементів форми виробу, взаємне розташування його частин, пропорціях, ритмічному ладі елементів форми тощо. Композиційною організації форми вироби досягають шляхом встановлення взаємозв’язку і підпорядкування утворюючих її елементів . При цьому головні і підлеглі елементи, взаємно посилюючи один одного, утворюють в цілому єдність

Якщо форма вироби неоднорідна або розміри його елементів не рівні, то композиційне єдність форми виникає, якщо засобами композиції забезпечується супідрядність одних елементів іншим. Наприклад, при комплектації робочого місця з ПЕОМ дисплей займає домінуюче становище, всі інші елементи (обрамлення, клавіатура) доповнюють його загальну форму, відображаючи єдине композиційне ціле. Якщо виріб складається з трьох частин, то середня частина через свого центрального положення підпорядковує собі обидві бічні частини. Посилити це супідрядність можна шляхом збільшення середньої частини. Головний елемент виділяють з супідрядних елементів розмірами, особливим розташуванням приладів і органів управління, кольором, способом розбивки на складові частини. До засобів композиції відносять надають виробу відповідність і гармонію – масштабність, пропорційність, ритм, контраст і нюанс, статику / динаміку.

Масштабність – зорово-просторова характеристика розмірів конструкції вироби. В основі масштабності лежить ставлення частини до цілого, вироби в цілому і його частин до навколишніх предметів і їх частин, а також до розмірів людини. Характер масштабності обумовлений ступенем розчленованості форми. В електронній апаратурі, як і в багатьох промислових виробах, масштабні характеристики пов’язані з деталями, розміри яких суворо обумовлені технічними і ергономічними вимогами. Наприклад, рукоятки управління, клавіші, кнопки тощо. Мають відносно постійні розміри незалежно від того, якої величини виробу вони належать. Такі елементи і деталі звуться покажчиків масштабу. Виразна масштабність виробу досягається лише при дотриманні масштабних закономірностей: маленька форма повинна мати великі деталі, а велика – відносно дрібні. Як приклад можна вказати на динаміку масштабності розмірів тіла людини при його зростанні. Так, співвідношення висоти голови і висоти тіла у новонародженої дитини 1: 4, в 2 роки – 1: 5, в 5 років – 1: 6, в 12 років – 1: 7, у дорослого чоловіка – 1: 8.

На масштабне сприйняття форми виробів впливають зорові ілюзії. Наприклад, вертикальні форми здаються довшими рівних їм горизонтальних форм, квадрат візуально справляє враження прямокутника. Помилка в оцінці висоти в зв’язку з цим може досягати 35%. Світлі предмети, особливо білі, здаються більшими рівних їм темний предмет (явище іррадіації). Розміщений на більшій панелі прилад здається дрібніше ідентичного приладу, розташованого на дрібній панелі.

Пропорційність – відповідність частин форми між собою і з цілим. Від вдало знайденого співвідношення конструктивних частин виробу залежить значною мірою його композиційна цілісність. При визначенні пропорційних співвідношень в промисловості знайшли широке застосування основні переважні числа R5; RIO; R20; R40 і ряди нормальних розмірів Ra5; RalO; Ra20; Ra40. Великого поширення в природі і техніці отримали також пропорції, пов’язані із застосуванням ірраціональних величин. Прямокутники з такими співвідношеннями розмірів сторін утворюють фігури з співвідношеннями площ 1: 2; 2: 3 і тощо.

Ритм – засіб композиції, що забезпечує виділення і зв’язок елементів форми шляхом їх повторення, чергування, наростання, зменшення. Ритм як засіб гармонізації тісно пов’язаний з масштабним і пропорційним ладом вироби. Він сприяє більш чіткому зоровому сприйняттю конструкції. Характер ритму обумовлений функцією і конструкцією вироби. Розташування блоків чіткими рядами підкреслює ритмічність конструкції. При установці шаф (стійок) в лінію ритм утворюється стулками (дверцятами) шаф.

Контраст – засіб композиції, що дозволяє активніше висловити функціональні і конструктивні особливості елементів. Засоби контрастування - колірні і розмірні рішення. Ті елементи, які необхідно виділити із загальної сукупності, мають зазвичай окрему повторюваною форму і фарбуються в контрастують кольору.

Нюанс – незначне розходження елементів конструкції за формою, розмірами і кольором (засіб композиції, протилежне контрасту).

Симетрія – організація елементів конструкції, заснована на правильному їх розміщенні навколо центру або осі. Конструкції, що не володіють симетрією, мають асиметрією. Симетрична композиція підкреслює статичність вироби, асиметрична композиція - його динамічність.

Важливий засіб композиції – колірне рішення вироби (забарвлення). Уміло застосовуючи ті чи інші кольори, можна створювати враження легкості та тяжкості, холоду і тепла, простору і тісноти, виступу і відступу елементів і вузлів виробу. Колір також необхідний для виявлення потрібних деталей, елементів або частин вироби і перш за все небезпечних щодо травматизму.

Безпосереднім фізіологічним дією на весь організм людини пояснюються явища, що викликає червоним і синім кольорами, особливо при їх максимальної насиченості. Червоний колір збуджує нервову систему, викликає почастішання дихання і пульсу, активізує роботу м’язової системи. Синій колір надає гальмівну дію на нервову систему. Червоний, жовтий, оранжеві кольори є кольорами екстраверсії,  тобто Імпульсу, зверненого назовні. Група синього, фіолетового, зеленого, навпаки, для пасивної інтроверсії і імпульсів, звернених всередину.

Помаранчевий і червоний кольори попутно із зоровим збуджують і слуховий центр мозку, що викликає удаване збільшення гучності шумів. Не позбавлене підстави, що ці активні кольори часто називають «кричущими». Зелений і синій - заспокійливі кольори, вони послаблюють збудження слухового центру,  тобто Як би послаблюють або компенсують гучність шумів.

Жовто-коричневий колір здається сухим, зеленувато-синій – вологим, рожевий – солоденьким, червоний – теплим, помаранчевий – кричущим, фіолетовий – важким, жовтий – легким. Ця дія кольору не можна пояснити асоціаціями. Воно викликано синестезією,  тобто Порушенням одного органу чуття при подразненні іншого.

Гармонійність – властивість форми конструкції бути органічно узгодженої з елементами форми, що досягається певним співвідношенням розмірів, форм, яскравості, кольору, розташування окремих елементів. Вимога гармонійності включає вимогу узгодженості з приміщенням, де розташовується конструкція.

Виразність – здатність конструкції своїм зовнішнім виглядом наочно відображати якість, забезпечуючи відповідне естетичне сприйняття. Виразності домагаються за допомогою таких засобів композиції, як цілісність форми, композиційне рівновагу, взаємодії конструкції і простору.

Оригінальність – сукупність своєрідних елементів форми і їх відносин, що дозволяє відрізнити конструкцію від однотипних. Це поняття передбачає наявність національних, галузевих фірмових ознак.

Стиль – це стійка спільність формально-художніх засобів, що відображає загальні принципи і художньо-конструкторські методи і засоби їх втілення. Прикладами стилів є: античний, готичний, відродження, рококо і т. П. Базовими принципами є: орієнтація на людину, доцільність, ясність, витонченість, чистота і мажоритарний фон. Однією з важливих характеристик стилю є його сучасність,  тобто Узгодженість між стилем конструкції і усталеними на даний момент зразками. Мода на відміну від стилю являє собою менш стійку спільність названих методів і засобів.

Тектоніка – зриме відображення роботи конструкції і матеріалу в формі,  тобто Є зв’язок форми і змісту. Розрізняють тектоніку штамповану, пресовану, литу, дерев’яну тощо.

Фактура і пластика служать для створення нюансних способів обробки, для створення тонких контрастів, наприклад протиставлення матової і полірованої поверхні одного і того ж матеріалу.

Співвідношення обсягу та простору – властивість, що дозволяє виділити найбільш важливі композиційні елементи. При необхідності зосередити на чому-небудь увагу взаємодії обсягу і простору в цьому місці слід зробити більш напруженим. Однак надмірне збільшення проникнення простору в обсяг може створити враження незавершеності, яке відсутнє при обмеженні простору.

Підпорядкованість – властивість, що враховує при забезпеченні виразності композиції і цілісності форми. Швидкість сприйняття композиції багато в чому залежить від логічності і ясності зв’язків просторових елементів систем.

Зорове рівновагу композиції – це зорова врівноваженість частин і цілого відносно просторових осей. Використання підпорядкування і композиційної врівноваженості тісно пов’язане з використанням пропорцій, ритму, масштабу, симетрії, колірного колориту, контрасту і нюансу.

При аналізі форми ЕА слід оцінювати перш за все її доцільність і раціональність, правильність вибору матеріалів та їх обробки, оригінальність композиції і пластики, задоволення форми ЕА фізіологічним і гігієнічним вимогам.

У приблизною класифікаційної карті оцінки художньо-конструкторських якостей ЕА критерії оцінки можна згрупувати в три групи: композиційна досконалість, показники товарного вигляду і ергодизайнерскі показники, що полегшує і систематизує процес аналізу, а також відображає рекомендовану послідовність розбору. Існують наступні критерії оцінки художньо-конструкторських якостей ЕА.

1. Відповідність ЕА суспільним потребам. Композиційне і тектонічна досконалість ЕА

2. Відповідність форми ЕА його призначенням.

3. Відповідність форми ЕА матеріалу і технології.

4. Композиційна єдність, цілісність форми, пропорційність, масштабність і виразність частин.

5. Відповідність загального стилю форми і обробки навколишньому середовищу і сучасним смакам.

6. Відповідність декоративних елементів формі і функціональному призначенню ЕА.

Показники товарного вигляду

7. Якість поверхні (покриття і обробка).

8. Виразність фірмових і вказівних знаків.

9. Супровідна документація, її рекламні та інформаційні якості.

10. Якість упаковки.

Ергодизайнерскі показники

11. Зручність користування органами управління.

12. Доцільність рішення органів візуальної інформації.

13. Зручність в обслуговуванні і експлуатації.

14. Ступінь врахування фізіологічних і психологічних вимог при виборі форми і кольору виробу.

На кожному етапі проектування та виробництва ЕА проводиться оцінка художньо-конструкторських показників. При цьому використовують чотири основні види оцінки:

– правовий захист оригінальності конструкції ЕА;

– кількісна оцінка естетичних і ергономічних показників;

– якісна оцінка;

– приймання дослідних зразків і установчих партій на етапі авторського нагляду.

Оригінальність художньо-конструкторського рішення ЕА дає право на авторську захист його в якості промислового зразка, що враховується при атестації та сертифікації вироби. Патентуванню підлягає апаратура, яка володіє новим конструкторсько-художнім рішенням, що визначає його вид, що відповідає вимогам технічної естетики, придатним до виготовлення промисловим способом і дає позитивний ефект.

Художньо-конструкторське рішення визнається новим, якщо за сукупністю своїх визначальних ознак воно відрізняється від відомих рішень. Художньо-конструкторське рішення визнається відповідним вимогам технічної естетики, якщо воно володіє художньої та інформаційної виразністю, цілісністю композиції, раціональністю форми.

Якість композиції ЕА характеризується співвідношенням краси та користі (форми і змісту), тобто Гармонійністю. Естетичні показники якості оцінюються рівнем стильового рішення форми, її фундаментальністю і композиційної завершеністю, якістю обробки поверхні.

Ергономічні показники якості ЕА оцінюються за зручністю обслуговування, його оперативності та безпеки. При якісній оцінці художньо-конструкторського рівня ЕА при сертифікації беруть до уваги карти технічного рівня, в яких крім естетичних і ергономічних показників враховуються і техніко-економічні (функціональні) показники. Вважається, що вагомість естетичних і ергономічних показників в комплексному показнику якості становить близько 10%.

 

ТЕМА 5 ОСНОВИ ЗАХИСТУ РЕА ВІД ЗОВНІШНІХ ВПЛИВІВ

1 Основні фактори і закони охолодження

Електронні засоби мають невисокий ККД, а значить, велика частина споживаної енергії перетворюється в енергію теплових втрат.

Теплові втрати викликають перегрів елементів конструкції відносно температури навколишнього середовища. температура нагріву елементів або приладу в цілому може перевищити допустиму температуру для РЕА. Тому виникають завдання розрахунку температури елементів і конструкції в цілому та проектування локальних і загальних систем охолодження.

Будь-яке нагріте тіло віддає тепло і охолоджується за рахунок трьох основних чинників:

- конвекції;

- випромінювання;

- теплопровідності (кондукції).

Конвекція. Конвективно охолоджуються нагріті тіла за рахунок руху газу або рідини, які, нагріваючись, відбирають теплову енергію.

Інтенсивність теплового потоку охолодження при конвекції можна оцінити за законом Ньютона:

 

                                                   (1)

 

де Q_К – інтенсивність теплового потоку, ккал / год;

     α_К – коефіцієнт конвекції рідини або газу для охолодження нагрітого тіла, ккал / (год⋅м²⋅К);

     t – температура нагрітого тіла, ^oC;

     t_с – температура навколишнього середовища, ^oC;

     S – площа поверхні нагрітого тіла, м².

Поліпшити умови конвективного охолодження можна за рахунок декількох рішень:

1. Збільшують площу поверхні нагрітого тіла (збільшення площі відбувається перш за все за рахунок ребріння поверхні).

2. Збільшують коефіцієнт конвекції рідини або газу. Так, для спокійного повітря α_К знаходиться в межах від 2 до 8 ккал / (год⋅м2 ⋅К).

Коефіцієнт αК (табл. 1) неоднозначний, так як залежить від геометричних розмірів нагрітого тіла, його температури і розташування площин. Тому в інженерних розрахунках цей коефіцієнт уточнюють до конкретних значень виходячи з особливостей пристрою.

 

Таблиця 1 – Значення коефіцієнта конвекції рідини або газу

 

Збільшувати коефіцієнт конвективного охолодження можна за рахунок природної вентиляції через застосування перфорації, примусової вентиляції, рідинного охолодження з нерухомою або з рухомою рідиною або застосовуючи випаровування рідини з нагрітого тіла.

Випромінювання. Будь-яке нагріте тіло випромінює енергію. Інтенсивність теплового потоку можна оцінити за законом Стефана-Больцмана:

 

                                 (2)

 

де ε – ступінь чорноти нагрітого тіла;

    С_о – коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, ккал / (час⋅м² ⋅К);

    Т – температура нагрітого тіла, К;

    Т_с – температура навколишнього середовища, К;

    S – площа поверхні нагрітого тіла, м².

 

Поліпшити умови охолодження випромінюванням можна за рахунок таких рішень:

– збільшуючи площу поверхні нагрітого тіла, наприклад, вводячи ребра;

– підвищуючи ступінь чорноти поверхні нагрітого тіла за рахунок збільшення шорсткості поверхні і фарбування її в темні кольори, найкраще в чорний колір. Наприклад, для полірованій поверхні або поверхні металу після прокату ε = 0,02 ... 0,08.

Для дерева, гуми і більшості пофарбованих поверхонь ε збільшується до 0,9 - 0,95. При цьому максимальне значення ε має для поверхні, пофарбованої в чорний матовий колір.

Кондукція (теплопровідність). Нагріте тіло може віддавати тепло через теплопровід за рахунок теплопровідності матеріалу. Інтенсивність теплового потоку кондукцією можна оцінить по закону Фур’є:

 

                                                  (3)

 

де λ – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, ккал / (год⋅м ⋅^oC);

Δt – різниця температур нагрітого і охолодженого решт теплопровода, К;

S – площа поперечного перерізу теплопроводу, м²;

δ – довжина теплопроводу, м.

Значення λ для деяких матеріалів приведені в таблиці 2.

Таблиця 2 – Значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу

 

Звідси видно, що якщо РАЕ великої потужності теплових втрат розміщені на діелектричній підставці (наприклад на друкованій платі), то кондуктивно охолодження практично відсутнє. Для поліпшення охолодження таких елементів і пристроїв рекомендується:

– використовувати для них теплопроводи з матеріалів високої теплопровідності (алюміній, мідь і інші метали);

– збільшувати площу S теплопроводу до можливих значень;

– зменшувати довжину δ теплопроводу, розміщуючи елемент з теплопроводом на несучих конструкціях S, або використовувати несучі конструкції в якості теплопроводу;

– збільшити перепад температур Δt, охолоджуючи кінець теплопроводу.

 

2 Основи розрахунку температури перегріву

Рівняння теплового балансу. Метою розрахунку теплових режимів є визначення температури нагріву на елементах і середньої температури нагріву приладу в цілому при заданих параметрах конструкції і умов експлуатації. Завдання вирішується через рівняння теплового балансу потужностей P теплових втрат з потужностями охолодження Qл, Qк, Qт. Складемо рівняння теплового балансу для розрахунку середньої температури tk нагрівання корпусу приладу (рис. 1). Так, на корпусі приладу:

 

P = Qл + Qк + Qт.                                            (4)

 

 

 

Рисунок 1 – Схема корпусу приладу для складання рівняння теплового балансу

 

У разі, якщо прилад коштує на діелектричному підставі і оточений повітрям, теплопровідність нехтує мала і Qт можна знехтувати. Тоді:

 

                           (5)

 

Так як α_К залежить від геометричних розмірів приладу і температури його нагрівання, то уточнимо його значення за формулою:

 

                                                   (6)

 

де N – коефіцієнт, що враховує розташування площини корпусу і відповідно інтенсивність конвекції.

 

Коефіцієнт 0,86 враховує співвідношення одиниць вимірювання потужності:

 

1Вт = 0,86 ккал / год.

 

Для бічних поверхонь N_б = 1, нижній площині N_н = 0,7, верхньої площині N в = 1,3.

L_i – визначальний розмір охолоджувальної площині. для бічних площин Li = L_З (висота), для верхньої і нижньої Li - вузька сторона.

А – коефіцієнт конвективного охолодження, що залежить від температури і геометричних розмірів корпусу приладу, вибирається з таблиць.

Таким чином

      (7)

 

У записаному рівнянні теплового балансу коефіцієнт А залежить від шуканої температури t. Тому такі рівняння вирішуються методом послідовних наближень через побудову теплової характеристики приладу.

Для побудови теплової характеристики задаються передбачуваної температурою перегріву приладу Δt1 = tk1 - tc, вибирають з таблиць коефіцієнт А, підставляють в рівняння теплового балансу прийняті значення і розраховують потужність P1 (рис.2).

 

Рисунок 2 – Побудова теплової характеристики приладу

 

Так як теплова характеристика нелінійна, то необхідно знайти ще одну точку характеристики, задавшись новим значенням перегріву Δt₂ і розрахувавши нові значення потужності P².

По тепловій характеристиці для реального заданого значення потужності розраховуються реальні температури перегріву приладу.

 

3            Методи інтенсифікації охолодження

Елементи локального охолодження. Для інтенсифікації локального охолодження елементів конструкції покращують умови охолодження за рахунок теплопровідності, конвекції і випромінювання.

Під потужні транзистори або мікросхеми пропонують теплопровідності (рис.3). Теплопроводи виконують з металу високої теплопровідності, наприклад алюміній, але краще з міді, однак слід враховувати, що мідь дорожче і важче алюмінію.

Щоб поліпшити умови охолодження теплопроводом, збільшують площа його перерізу S, а також площі поверхні його охолодження S.

Збільшити площу теплопроводу у транзистора можна його ребреніем (ребристий радіатор). Додатково збільшити площу радіатора можна, пропонуючи замість ребер гольчасту форму (голчастий радіатор).

 

Рисунок 3– Використання радіаторів і тепловідвідних шин

 

Для мікросхеми з планарними виходами (тип корпусу 4) і під мікросхеми зі шнуровими виводами (тип корпусу 2) пропонують шини тепловідвідні, показані на рисунках 3 і 4.

Рисунок 4 – Використання тепловідводної шини

 

Товщина шин може бути 0,5 ... 0,7 мм, що визначається максимально допустимим зазором між мікросхемою і платою. Під шину на друковану плату повинна встановлюватися діелектрична прокладка з склотканини прокладки СП1 товщиною 0,1 мм. Прокладка на плату приклеюється клеєм ВК-9.

Мікросхеми також приклеюються до тепловідводної шини, що покращує теплопровідність і підвищує міцність конструкції. Rк – термічний опір клею, яка розраховується за формулою:

 

                                                            (8)

 

де δ_к, λ_к, S_к – параметри шару клейового з’єднання як ділянки теплопроводу.

     R_т – тепловий опір тепловідводної шини, яка розраховується за формулою:

 

                                                            (9)

 

де δ_T, λ_T, S_T – параметри тепловідводної шини.

 

Так як теплопровідність клею λк дуже низька, то тепловий опір клеєного з’єднання мікросхеми виходить порівнянним з тепловим з’єднанням шини. Звідси випливає:

1. Необхідно виконати клеєні з’єднання малою товщиною клею δ_К (не більше 0,1 мм).

2. Збільшують теплопровідність клею, застосовуючи пасти з підвищеною теплопровідністю або додаючи компоненти високої теплопровідності.

3. Тепловий опір теплопроводу немає сенсу наближати до нуля, збільшуючи перетин S, тому товщину теплопровідних шин обмежують значенням 0,5 - 0,6 мм. Для мікрозбірок або корпусовані ІС в корпусі товщина теплопроводу може бути збільшена до 1,8 мм.

Теплопровідних підставу представляє собою конструкцію теплопроводу по всій площині друкованої плати, в якому виконуються вікна під висновки мікросхем.

Поліпшити умови охолодження теплопроводом можна, зменшуючи довжину теплопроводу від транзистора або мікросхеми на корпус приладу, для цього пропонують транзистор з радіатором встановити не на друковану плату, а на несучі металеві конструкції приладу.

Краще коли радіатор з транзисторами використовується в якості несучої конструкції пристрою.

Значно збільшити теплопровідність можна за допомогою теплових труб – стрижнів, тепловий опір яких близько до нуля.

 

4 Удари і вібрації в ЕС. Конструктивні методи забезпечення вібро-, удароміцності і стійкості

Апаратура рухомих об’єктів відчуває удари і вібрації. Вібрації характеризуються і задаються частотою і амплітудою. Автомобільна апаратура піддається впливу вібрацій на частотах f від 10 до 70 Гц, літакова – на частотах від 3 до 2000 Гц. Більш зручною для оцінки впливу вібрації є величина прискорення або перевантаження I, яка вимірюється в одиницях g. При вібраціях перевантаження можна розрахувати через переміщення по формулі:

 

I = ω²A / 9800,                                                  (10)

 

де I – перевантаження в одиницях прискорення вільного падіння;

    ω = 2πf – кругова частота, рад / с;

    А – амплітуда вібропереміщення, м.

 

Вібрації, удари небезпечні для елементів конструкції тим, що виникають перевантаження на елементи конструкції. При цьому сили, що діють на елементи, розраховуються за формулою:

 

F = M * I,                                                   (11)

 

де M – маса елементів.

 

Залежно від умов експлуатації та особливостей конструкції захисту від механічних впливів можуть піддаватися як радіоелектронні комплекси, так і окремі їх блоки, осередки і елементи.

Для того щоб проектована апаратура була вібро-і удароміцною, необхідні наступні передумови:

1. При проектуванні необхідно забезпечити мінімальну масу елементів конструкції.

2. Деякі елементи конструкції можуть відчувати деформацію розтягування-стиснення, величина якої може виявитися неприпустимо великою.

3. Деякі елементи конструкції зазнають деформації вигину (рис. 5).

 

Рисунок 5 – Деформація вигину

 

Для жорсткості і міцності подібних елементів рекомендується зменшувати відстань між точками кріплення елементів або пропонувати додаткові точки кріплення. Наприклад, кріплення плати не тільки по периметру, але і в центрі. Для подібних елементів збільшують момент інерції перерізу.

Для квадратів I = a⁴ / 12 (а - сторона квадрата). Для прямокутників I = a * h³ / 12 (a - сторона основи, h - висота). Можна бачити, що для жорсткості подібних елементів слід збільшувати насамперед товщину h.

Товщина плати вибирається зі стандартного значення товщини фольгованого склотекстоліту: 0,8; 1; 1,5; 2; 2,5; 3.

Рекомендується при одній і тій же площі перетину збільшувати момент інерції перерізу не за рахунок розміру h, а за допомогою відбортовки, видавлення на площині листових несучих елементів.

Рулони несучі конструкції виконують жорсткими за рахунок кутового профілю перетину.

Вібрації особливо небезпечні тоді, коли частота вібрацій збігається з власною частотою механічних коливань елемента. Власна частота будь-якого елементу конструкції залежить від жорсткості і маси конструкції.

При проектуванні ЕС насамперед слід з’ясувати, чи потрібні взагалі захисні заходи. З цією метою порівнюють обумовлені в технічних умовах величини допустимих механічних впливів для призначених для використання елементів (мікросхем, транзисторів, резисторів тощо) З величинами механічних впливів на об’єкті установки ЕС. При цьому величини впливають механічних чинників слід скорегувати з урахуванням можливого резонансного посилення коливань по шляху їх поширення від місця установки блоку до конкретного елемента, що розглядається. У разі, якщо рівні впливових механічних факторів перевищують допустимі, передбачають захисні заходи з оцінкою їх ефективності.

Захисні системи від найбільш поширених видів MB, до яких відносять вібрації і удари, можуть бути пасивними і активними. Пасивні віброзахисні системи в порівнянні з активними системами більш прості у виконанні і не вимагають для виконання своїх функцій витрат додаткової енергії.

Пасивні способи віброзахисту в діапазоні частот можна умовно поділити на чотири основні різновиди (рис. 6). Така класифікація способів віброзахисту дозволяє чіткіше усвідомити фізичну сутність кожного різновиду і оцінити їх ефективність за допомогою амплітудно-частотної характеристики.

 

Рисунок 6 – Основні способи віброзахисту ЕС

 

Розглянемо механічну пружноінерційну систему з одним ступенем свободи (рис. 7).

Рисунок 7 – Система з одним ступенем свободи при кінематичному збудженні

Коефіцієнт передачі:

 

(12)

 

де ν = ω / ω₀ – відносна частота;

     η = (β * ω₀) / k – коефіцієнт механічних втрат.

Коефіцієнт передачі коливань об’єкта, що захищається в діапазоні частот впливають вібрацій часто використовується в якості критерію оцінки ефективності віброзахисту.

Він висловлює співвідношення між амплітудами S_В системи і S₀ основи при кінематичному збудженні коливань.

Графік залежності μ від коефіцієнта v наведено на рисунок 8.

Рисунок 8 – Залежність коефіцієнта передачі від коефіцієнта настройки для деформації зв’язку

 

Ці графіки дозволяють пояснити основні способи віброзахисту ЕС – віброізоляцію, частотну відбудову, вібродемпфіруваня. Як бачимо, на рисунок 8, можна виділити три області. Перша, коли ν <0,4 і μ≈1, називається областю дорезонансних коливань. Так як ν = f / f₀, для цієї області справедлива нерівність f₀> 2,5f. Тобто для виключення можливості резонансних коливань необхідно, щоб власна частота коливань f₀ в 2,5 рази перевищувала частоту збудження. На практиці частіше використовують співвідношення f₀> 2f.

Це пояснюється тим, що в державних стандартах зазначено: резонанс відсутній, якщо μ ≤ 2. Ця умова зазвичай виконується при співвідношенні ν <0,5. Цей спосіб усунення резонансних коливань називається частотної відбудовою.

 

5 Особливості віброізоляторів

Електронні засоби рухомих об’єктів піддаються дії вібрацій від роботи двигунів і від збурюючих факторів руху в широкому діапазоні частот, а також ударних навантажень з великими значеннями прискорень.

Забезпечити частотну відбудову для всіх елементів конструкції виявляється складним, тому вирішують завдання захисту апарату в цілому установкою його на віброізолятори (амортизатори).

Віброізолятори повинні забезпечити зменшення амплітуди вібрації і їх прискорень в більшій частині діапазону частот вібрацій на об’єкті.

Крім того, вони повинні витримувати ударні навантаження на об’єкті і забезпечити демпфірування,  тобто Поглинання енергії удару.

Випускаються промисловістю віброізолятори характеризуються жорсткістю і демпфуванням. Жорсткість виброизолятора визначає пружні властивості і оцінюється коефіцієнтом жорсткості, який при статичному навантаженні розраховується за формулою:

 

K = F / X,                                                          (13)

 

де F – сила навантаження; X – величина деформації.

 

Крім пружного елемента віброізолятор має демпфер і володіє демпфуванням,  тобто поглинанням енергії механічних коливань.

Демпфірування оцінюється коефіцієнтом демпфірування:

 

 

Залежно від методу демпфірування віброізолятори бувають:

1. Рідинного демпфірування

У віброізоляторах рідинного демпфірування енергія поглинається на перекачку рідини через отвори малого діаметра в поршні. В якості рідини застосовують суміші різних компонентів великий в’язкості і високої морозостійкості, наприклад спіртогліцеріновая суміш. Такі віброізолятори розраховані на великі навантаження F і застосовуються в основному для віброізоляції конструкцій великих мас.

2. Повітряного демпфірування застосовуватися на менші навантаження

У віброізоляторах повітряного демпфірування енергія механічних впливів витрачається на перекачування повітря з гумового блоку через отвори малого діаметра в верхньому металевому фланці балона. Промисловість випускає такі віброізолятори марки АД. Вони відносяться до розряду м’яких, допускають в основному навантаження по вертикалі і невеликі навантаження в горизонтальній площині.

3. Фрикційного демпфірування. У віброізоляторах фрикційного демпфірування енергія механічних впливів перетворюється в теплову енергію тертя поршня об стінки циліндра. Промисловість випускає такі віброізолятори марки АФД (амортизатор фрикційного демпфірування), АПН (амортизатор просторового навантаження). Віброізолятори фрикційного демпфірування володіють більшою жорсткістю, ніж віброізолятор повітряного демпфірування, так як мають дві жорсткі пружини. Можуть застосовуватися в умовах сильного розрядження повітря, а також високих і низьких температур експлуатації.

4. Гістерезисного демпфірування. У системах віброізоляції може використовуватися принцип гістерезисного демпфірування. Гістерезисні демпфірування має місце в гумово віброізоляторах, коли використовуються гістерезисна властивості гуми (рис. 9).

 

Риунок 9 – Гістерезисне демпфірування

 

Якщо прикласти до гумового джгута силу F, то маємо деформацію - подовження по кривій ОАB. Якщо зняти навантаження, то джгут стискається по кривій BC і має місце залишкова деформація Δx. Енергія, витрачена на деформацію джгута SОABD, більше ніж енергія, повернення SBDC, отже, площа петлі, а саме ОABC, визначає втрату механічної енергії в гумовому елементі.

Промисловість випускає металорезинові віброізолятори (рис. 10) марки АП (плоский), а також АЧ (чашкоподібні).

 

Рисунок 10 – Металорезинові віброізолятори

 

Віброізолятор типу АЧ прості за конструкцією, досить жорсткі, але не належать до морозостійких, так як гумовий демпферний елемент на низьких температурах стає жорстким, що погіршує якість демпфірування.

Особливості вибору віброізоляторів. Апаратура рухомих об’єктів відчуває вібрації, удари різних частот і прискорень. Вибір виброизоляторов проти вібрації і проти ударів має протиріччя з пропонованим вимогам до віброізоляторами.

 Якщо віброізолятор м’який, то умова віброзахисту виконується для широкого діапазону частот ω_в. М’який віброізолятор, наприклад АТ, має власну резонансну частоту 8 ... 10 Гц, отже, забезпечує виброизоляцию на частотах 14 Гц і вище.

Якщо віброізолятор жорсткий, наприклад фрикційного демпфірування, то у нього власна резонансна частота 20 ... 25 Гц. А значить, віброізоляція матиме місце на частотах 30 ... 35 і вище Гц. Можна бачити (рис. 11), що жорсткий віброізолятор не послабляє, а підсилює нижні і навіть середні частоти вібрації до 30 Гц.

 

Рисунок 11 – Використання віброізоляторів різної жорсткості

 

У тому ж випадку, коли мають місце ударні впливи, доводиться вибирати жорсткі віброізолятори, так як м’які не витримують ударних перевантажень. Однак в цьому випадку погіршуються умови віброізоляції для впливів, що обурюють вібрації в діапазоні нижчих і середніх частот. Тому, щоб у жорстких віброізоляторів зменшити резонансну амплітуду при вібраціях, необхідно вибирати жорсткі віброізолятори з демпфуванням.

Отже, віброізолятори вибирають, виходячи з умов вібрацій і ударів компромісно, з урахуванням кліматичних умов експлуатації. Наприклад, для літакової апаратури слід вибирати віброізолятори жорсткі, так як при посадці літака мають місце удари з прискоренням 10g. Переважно, щоб віброізолятори володіли демпфуванням. Металорезинові віброізолятори не рекомендуються, так як температурах експлуатації -50° С гума стає жорсткою, слабодемпфіруючою. Віброізолятори повітряного демпфірування не рекомендуються, так як при польотах на висоті тиск може бути 5 мм рт. ст.,  тобто повітря відсутнє. Отже, для літакових ЕС найкращими є віброізолятори фрикційного демпфірування (АФД або АПН).

Найпростішими за конструкцією і експлуатації є резинометаллические віброізолятори або навіть волосяні резинове килимки під апарат.

Однак система віброізоляції в цьому випадку має недоліки:

– система досить жорстка, а тому не забезпечує виброизоляцию на нижніх частотах впливів, що обурюють;

– при негативних температурах експлуатації у гуми збільшується жорсткість, а значить, збільшується і власна частота і погіршується виброизоляция на середніх і нижчих частотах (до 50 Гц);

– зі збільшенням жорсткості гуми погіршується її демпфірування, а значить, збільшується амплітуда віброперемещенія на нижчих і середніх частотах.

Подібна система не застосовується при дуже низьких температурах експлуатації. Для гумово віброізолятори типів АП, АЧ гранична температура морозостійкості -40 ° C. Резинометалличні віброізолятори застосовують для ЕС рухомих об’єктів, коли морозостійкість повинна бути не нижче -45 ° C.

Вибір типорозміру виброизолятора (статичний розрахунок) Конкретний типорозмір виброизолятора вибирається виходячи з навантаження від сили тяжіння апарату на кожен віброізолятор (рис. 12).

Рисунок 12 – Тривимірна модель блока на віброізоляторах

Навантаження, що припадає на кожен віброізолятор, при розміщенні центру ваги апарату на перетині осей симетрії підстави визначається за формулою:

 

	(15)

де n – кількість віброізоляторів, Р – сила тяжіння апарату.

 

За розрахованими статичних навантажень вибирається типорозмір кожного віброізолятора так, щоб реальна його навантаження була приблизно дорівнює номінальному навантаженні обраного віброізолятора.

 

P_min <P_i <P_max,                                             (16)

 

де P_min, P_max – максимальна і мінімальна допустимі навантаження обраного віброізолятора.

 

Віброізолятор повинен бути завантажений більше мінімально допустимого навантаження, так як в противному випадку він буде недовантажений, а значить, система буде жорсткою, тому буде посилювати низькі і навіть середні частоти вібрації.

У той же час навантаження на віброізолятор не повинна перевищувати гранично максимальну, так як віброізолятор може бути зруйнований від перевантаження.

Динамічний гаситель як засіб захисту відомий давно і використовується в разі необхідності захисту об’єктів від вібрацій, що характеризуються постійною частотою. Динамічні гасителі застосовуються також для поліпшення динамічних характеристик об’єктів і при ударних впливах. Динамічний віброгасники в найпростішому випадку являє собою масу т, закріплену за допомогою пружного елемента (пружини) жорсткістю к2 до об’єкта захисту (рис. 13). Підбором величини маси т2 і величини жорсткості пружини к2 забезпечується такий режим коливань, при якому амплітуда коливань об’єкта А мінімальна на частоті обурюють коливань з амплітудою А0. Однак з огляду на свою сильну частотної вибірковості цей спосіб віброзахисту не знайшов широкого поширення при організації захисту блоків, встановлених на рухомих об’єктах, так як подібні умови експлуатації не є типовими для ЕС.

Разом з широким використанням пасивних способів віброзахисту в ряді випадків застосовують активні системи віброзахисту, які можуть будуватися на основі динамічного гасителя коливань з регулюванням величини його пружного зв’язку.

Для побудови систем активної віброзахисту (рис.13) потрібні пристрої автоматичного регулювання, датчики, коригувальні ланки, джерела енергії та виконавчі пристрої.

 

Рисунок 13 – Динамічний віброгасник

 

Роль коригувальних ланок, які формують управляючий сигнал (УС) в системах активної віброзахисту, можуть виконувати мікропроцесори, а виконавчі пристрої можуть бути електричними, пневматичними і гідравлічними. Два варіанти електричних виконавчих пристроїв систем активної віброзахисту представлені на рисунку 14.

Так, віброзахист за рахунок збільшення жорсткості конструктивних елементів блоків, яку можна забезпечити застосуванням ребер жорсткості, отбортовок, оптимізацією геометричних розмірів і іншими способами, пояснюється за допомогою амплітудно-частотної характеристики. З неї випливає, що якщо відомий діапазон частот впливають вібрацій, наприклад від f_н до f_в, то елементи конструкції будуть перебувати у відносно сприятливих умовах експлуатації, якщо вивести їх значення власних частот f_о з діапазону частот впливів, забезпечивши виконання співвідношення f_о> 2f_в.

Рисунок 14 – Варіанти електричних виконавчих пристроїв активного віброзахисту: а – з поступальною ходою динамічного гасителя коливань; б – з поворотним якорем

 

6 Вплив вологи на РЕА і загальні методи вологозахисту

Електронні засоби різних класів відчувають вплив вологи в різних видах і значеннях:

1. Підвищена відносна вологість при експлуатації. Наприклад, для літакової апаратури 98% при температурі +40° C.

2. Бризко- і водовоздействіе при експлуатації апаратури, наприклад переносна апаратура – інтенсивність бризок 5 мм/хв, шар води 50 см.

Волога негативно діє на ЕРЕ і елементи конструкції, що містять гігроскопічні діелектрики. Гігроскопічні діелектрики (гетинакс) вбирають вологу і змінюють електричну міцність, збільшують діелектричні втрати. Волога запиленість, забруднена кислотами, лугами є струмопровідною. Тому при проектуванні апаратури, що працює в умовах підвищеної вологості, водо- і бризговоздействія, рекомендується не застосовувати гігроскопічні діелектрики. Застосовують склотекстоліт і кераміку для несучих елементів конструкцій.

Якщо ж ЕРЕ і вузли конструкцій містять гігроскопічні діелектрики, то застосовують такі методи їх захисту:

1. Покривають поверхню таких елементів влологозахисним лаком, емалями, компаундами. Наприклад, плату з елементами покривають лаками (СБ-1С, УР-231). Для вологозахисту і віброударозахисту друкованих плат конструкції осередків можуть заливати еластичним демпферуючим компаундом (наприклад пінополіуретаном).

2. Просочення ЕРЕ і вузлів, що містять гігроскопічні матеріали, лаками. Просочують котушки дроселів, трансформаторів, індуктивності ВЧ і НЧ, так як в цьому випадку збільшується електрична міцність між витками.

3. Заливка конструкції рідкими або твердіє компаундами.

Зазначені методи вологозахисту погіршують умови охолодження ЕС, а тому повинні пропонуватися методи інтенсифікації охолодження за рахунок теплопровідності конструкції або теплопровідності вологозахисного матеріалу.

Зазначені параметри вологості і її впливу негативно впливають також на металеві конструкції, викликаючи їх корозію.

Тому при конструюванні пропонують:

1. Застосовувати металеві несучі конструкції, які слабо окислюються. Наприклад, застосовують нержавіючі стали 10Х14Г14Н4Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т тощо. Метали, створюють окисну плівку, яка є захисною від подальшого руйнування (алюміній, сплави алюмінію).

2. Захищають металеві конструкції, які піддаються корозії, захисними металевими і неметалевими покриттями. Наприклад, сталеві несучі конструкції автомобільних ЕС часто піддають цинкуванню. Цинкове покриття нестійкий до впливу морської вологи, тому для корабельної апаратури використовують кадмієві або олов’яно-вісмутовий покриття. З неметалічних покриттів широко застосовують окисні покриття на алюміній і алюмінієві сплави і лакофарбові покриття.

3. Висока вологість особливо небезпечна при підвищених температурах експлуатації, так як в цьому випадку значно зростає швидкість корозії. Виникає контактна корозія в місці контактування двох металевих елементів з великою різницею електрохімічних потенціалів металів. Не допускається контактування двох металів з великою різницею електрохімічних потенціалів (наприклад мідь з алюмінієм). Якщо ж необхідно мати контактування елементів з таких матеріалів, то доводиться розділяти їх елементом з матеріалу-посередника. Наприклад, для заземлення алюмінієвого екрану або корпусу ЕС мідними проводами або шинами застосовують біметалеві пелюстки.

 

7 Герметизація РЕА. Основи проектування

При конструюванні герметичних корпусів ЕС виходять з умов надійності герметизації, яку можна оцінити проходженням газу або повітря. При конструюванні герметичних корпусів і з’єднань слід мати на увазі наступні негативні фактори впливу:

– герметичні корпуса відчувають деформації за рахунок можливого перепаду тиску всередині і поза корпусу;

– герметичний корпус нероз’ємному (паяний або зварений) не забезпечує зручності ремонту, регулювання і настройки апаратури.

Тому для ремонтованих, регульованих пристроїв застосовують роз’ємні герметичні корпуса, при цьому чим менше рознімних з’єднань в корпусі, тим більше його час натекания.

Щоб виключити деформацію стінок гермокорпуса при перепадах тиску всередині і поза корпусом, вибирають матеріал і товщину стінок, виходячи з допустимої деформації стінок.

Товщина стінок (в метрах) може бути розрахована за формулою:

 

(17)

 

де E – модуль пружності матеріалу конструкції, Па;

     f – допустимий прогин стінки, м;

a і b – розміри стінок корпусу, м;

Р – перепад тисків всередині і поза стінки, Па.

У конструкції ЕС корпус герметизації часто використовується як екранує, тому в залежності від частоти вибирають металевий корпус, виготовлений зі сталі, алюмінію або латуні.

Нероз’ємні корпусу герметизації виконують або звареними, або паяними в залежності від товщини стінки і обраного матеріалу. Малогабаритні тонкостінні конструкції гермокорпусів найчастіше виконують паяними. Для паяних корпусів рекомендують тонколистові матеріали: сталь 0,3 ... 0,5 мм, алюміній, латунь 0,3 ... 0,8 мм.

Такий корпус складається з основи корпусу і кришки (рис. 15).

Кришка припаюється по периметру.

 

Рисунок 15 – Герметизація пайкою

 

Більш надійні паяні з’єднання виходять при з’єднанні кришки з корпусом в фальц (рис. 15, б). У разі конструкцій з металу більшої товщини для нероз’ємних герметичних корпусів рекомендують зварні шви, конфігурація і зміст яких залежить від методу зварювання. Для пластичних металів, наприклад алюмінію, можна застосувати холодне зварювання,  тобто Зварювання тиском фланця корпусу і краю кришки. У цьому випадку товщина стінок корпусу і кришки повинна бути не менше 0,8 мм.

Конструкції зварного шва для електродугової і газового зварювання показані на рис. 16, а, а для контактної роликового електрозварювання – на рис. 16, б.

 

Рисунок 16 – Герметизація зварюванням

 

У тому випадку, коли потрібні регулювання, налагодження та ремонт, пропонують роз’ємний корпус герметизації. Роз’ємні з’єднання кришки і корпусу ущільнюють за допомогою прокладки і гвинтових або болтових з’єднань. Для того щоб забезпечити герметичність з’єднання, вугільного або круглого перетину. Прокладка повинна укладатися в канавку стінки корпусу або в канавку кришки. Виходячи з вимог надійності герметизації, необхідно розраховувати розміри прокладки, розміри канавки, кількість і діаметр гвинтів з’єднання.

 

ТЕМА 6 ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СТІЙКОСТІ РЕА ДО ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТА ІОНІЗУЮЧИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ

1 Джерела і приймачі перешкод в РЕА

В електронних засобах мають місце джерела перешкод і чутливі до перешкоди елементи і вузли (рецептори). Електромагнітна сумісність передбачає спільну роботу джерел і приймачів перешкод, коли рівень перешкоди не перевищує допустимих норм для приймача перешкод.

Джерела перешкод поділяють на джерела природного і штучного походження.

Основні джерела природного походження:

1. Різні природні явища (атмосферні шуми, грозові розряди тощо);

2. ЕР (ЕСР);

3. Потужний електромагнітний імпульс (ЕМІ), наприклад, від вибуху ядерного заряду і ін.

Джерела електромагнітних завад штучного походження:

1. Потужні передавачі: радіостанції, TV-станції, радіолокація, навігація, (наприклад, навігація аеропортів, військового і цивільного флоту) і ін.

2. Радіослужби в умовах обмеженого обсягу - корабельні радіослужби, ВМФ - на одному кораблі кілька сотень радіостанцій.

3. Мобільний зв’язок.

4. Генератори, підсилювачі і їм подібні вузли великої потужності, вихідні каскади пристроїв великої потужності.

5. Всі генератори ВЧ і проводу з ВЧ струмом. На високій частоті у генераторів і проводів ВЧ струму виникає електромагнітна хвиля, яка слабо загасає на відстані.

6. Всі генератори й проведення релаксаційних струмів. Всякий релаксаційний сигнал може бути розкладений в ряд гармонійних синусоїдальних складових, при цьому основна енергія електромагнітного випромінювання зосереджена в діапазоні частот, ширина якого обернено пропорційна тривалості імпульсу (випадок прямокутного імпульсу). Отже, чим коротше імпульс, тим ширше спектр частот перешкоди.

7. Всі пристрої, робота яких пов’язана з розривом електричних кіл під струмом (реле, контактори, тумблери, перемикачі), а також вузли, блоки і елементи, що працюють в ключовому режимі – виникають нові спектральні складові, що розширюють спектр перешкод.

8. Всі пристрої, робота яких пов’язана з іскрінням на контактах (електродвигуни з колекторами і щітками живлення, контактори, вимикачі).

9. Всі високовольтні пристрої, на гострих гранях яких може бути розряд або стікання зарядів.

10. Радіоелектронні пристрої з великою напруженістю електричного поля навіть на низьких частотах, наприклад, джерела живлення з великим напруженням (ЛЕП і електропередача в будівлях).

11. Всі електричні пристрої з великою напруженістю магнітного поля навіть на НЧ (джерела живлення з великими струмами). Вироби, що містять індуктивності, трансформатори, дроселі тощо.

Можуть бути різні відстані від джерела до рецептора перешкод, починаючи від сотень кілометрів (грозовий розряд, потужний передавач) і закінчуючи частками метра, якщо розглядати простір усередині апарату.

Рецептори (приймачі перешкод). Рецептором може виступати практично будь-який елемент конструкції, починаючи від корпусу вироби і закінчуючи висновками мікросхеми, які мають хоча б мінімальним антенних ефектом.

Найбільш чутливими до перешкоди пристроями є:

1. Всі підсилювачі ВЧ, все контури ВЧ і ВЧ дроселі.

2. Вхідні кола підсилювачів НЧ.

Рецептори можуть відрізнятися за їх чутливості до впливу різних полів. У найбільш загальної моделі електромагнітної сумісності є джерело перешкод, рецептор і певний процес - процес перенесення електромагнітних хвиль від джерела до рецептора. Назвемо цей процес емісією.

Характеристики джерел перешкод

Все різноманіття джерел може бути зведене до двох основних типів. Джерела з високим хвильовим опором. Для них еквівалентна схема або модель може бути представлена у вигляді штиря (рисунок 1, а). В околицях цього штиря формуються щодо інтенсивне електричне поле (ЕП), і слабке магнітне поле (МП). Як ми пам’ятаємо, Z = U п / Iп. Оскільки електричне поле викликає напругу, а магнітне - викликає струм, виходить, що велика ЕП і мале МП забезпечують високу хвильовий опір Z (Z = Е / Н).

Рисунок 1 – Джерела перешкод

 

В якості штиря може розглядатися будь-який ненавантажений провідник, на який подається електричний потенціал. Наприклад, провідник, що йде для виміру тиску, або провідник, що підходить до розімкненим контактам вимикача, реле, до розетки, в яку не включена навантаження тощо.

Джерела перешкод, модель яких може бути представлена у вигляді струмової петлі (рис 1, б). При цьому виникають інтенсивне магнітне поле і слабке електричне. Ці джерела мають мале хвильовий опір.

Як струмового петлі розглядаються будь-які провідники, по яких протікає електричний струм.

Отримані відносні значення Z дійсні для області, яка знаходиться в безпосередній близькості від випромінювача.

На значних відстанях основна складова поля та, яка має більше значення, убуває швидше додаткової складової. І в кінці кінців хвильовий опір Z стає рівним 377 Ом, тобто хвильовому опору вільного простору.

Для першого типу джерел основна складова – електрична – зменшується пропорційно 1 / r3. Додаткова - магнітна - пропорційно        1 / r2. Для джерел другого типу ситуація зворотна. Магнітна складова зменшується пропорційно 1 / r3, а електрична – пропорційно 1 / r2.

Можна виділити три зони дії джерел (рис. 2).

1. Ближня зона. Тут переважно діє механізм індукції з досить чітким поділом на магнітну і електричну складові.

2. Перехідна зона - зона формування плоскої електромагнітної хвилі.

3. Дальня зона - зона дії плоскої електромагнітної хвилі (Т-хвилі).

Таким чином, при забезпеченні ЕМС необхідно розділяти завдання локалізації електричного, магнітного та електромагнітного полів.

Від джерела перешкод до приймача перешкод паразитная наводка може передаватися:

- через електричне поле,

- магнітне поле,

- електромагнітне поле,

- загальні кола джерела і приймача перешкод, наприклад проводу живлення.

 

Рисунок 2 – Три зони дії джерел

 

Для електромагнітної сумісності джерел і приймачів перешкод пропонується:

1) просторове рознесення джерел і приймачів перешкод, 2) екранування джерел і приймачів перешкод, 3) фільтрація напруг перешкоди в загальних проводах джерел і приймачів.

 

2 Екранування електричного поля. Електростатичні екрани

Для захисту від сильного електричного поля при обмежених відстанях між джерелом і приймачем застосовують електростатичне екранування.

Нехай, А – джерело сильного електричного поля напруження Е, В – приймач перешкод з ємністю С_в на корпус (рис. 3). Між джерелом і приймачем існує паразитна ємність. На приймачі перешкоди В має місце напруга перешкоди.

 

                             (1)

 

Напруга перешкоди буде тим більше, чим ближче джерело і приймач перешкод, чим більше ємність Спар.

Поставимо між джерелом і приймачем металеву перегородку – екран (рис. 4).

 

Рисунок 3 – Джерело і приймач перешкод

 

Рисунок 4 – Використання екрану для захисту від перешкод

 

Так як електростатичний екран має ємності С₁ і С₂ щодо джерела і приймача, то на екрані з’являється напруга перешкоди.

 

(2)

 

де С₃ – ємність екрану щодо корпусу.

В такому випадку на приймачі перешкод маємо напругу

 

(3)

 

Якщо ємність екрану на корпусі СЗ дуже мала, то напруга на екрані Uе приблизно дорівнює Е. Отже, джерело перешкод виявився на екрані,  тобто Наближений до приймача перешкод,  тобто Стало гірше, ніж було без екрану.

Для того щоб напруга на екрані наближалося до нуля, необхідно збільшувати ємність екрану С3 до нескінченно великий,  тобто Опір екрану на корпус необхідно зробити нескінченно малим.

Отже, до електростатичного екрану ставляться такі вимоги:

1. Електростатичний екран являє собою перегородку між джерелом і приймачем перешкод. Перегородка повинна виконуватися з металу з малим питомим опором (мідь, алюміній). Перегородка може бути у вигляді металевого листа або металевої сітки. Екран не повинен містити щілин, отворів, місць стику і тому подібних неоднорідностей, орієнтування яких перешкоджає протіканню струму в колах заземлення. Якщо необхідно виконати отвори або жалюзі, наприклад, для охолодження, то вони повинні бути розташовані вздовж ліній струмів.

2. Електростатичний екран повинен мати заземлення,  тобто з’єднання на корпус приладу. Його опір має бути мінімальною величини, а тому основні способи виконання заземлення – пайка або зварювання. При необхідності забезпечення роз’ємного з’єднання заземлення краще виконувати не окремим проводом, а вусиком або відбортовкою самого екрану.

Істотну проблему представляє виконання екрану для апаратури в пластмасових корпусах (наприклад монітори комп’ютерів). Підвищення ефективності екранування в цьому випадку досягається застосуванням композиційних матеріалів (пластмаса з металевим наповнювачем) і нанесенням поверхневих шарів металу (напилення металів, нанесення спеціальною провідною фарби, обклеювання корпусу фольгою тощо).

 

3 Екранування магнітного поля. Магнітні екрани

Принципи екранування магнітного поля і конструкції магнітного екрана різні в залежності від частоти магнітного поля.

Розрізняють екрани низькочастотних магнітних полів (рис. 5) і високочастотних магнітних полів (рис. 5).

Рисунок 5 – Принцип шунтування низькочастотного магнітного поля екраном

Екранування НЧ магнітного поля застосовують принцип шунтування магнітного поля близько приймача В стінками екрану з високою магнітною проникністю (див. рис. 6). Отже, НЧ магнітний екран повинен відповідати таким вимогам:

1. Екран повинен мати замкнуту конфігурацію у екраніруемого об’єкта для силових ліній магнітного поля Н.

2. Екран повинен виконуватися з матеріалу з високою магнітною проникністю μ,  тобто З феромагнітних матеріалів (сталь, електротехнічна сталь).

Рисунок 6 – Принцип витіснення ВЧ магнітного поля

 

Магнітні екрани на ВЧ виконують на принципі витіснення паразитного магнітного поля при мiсцi В магнітним полем від наведених струмів в екрані.

Для того щоб в екрані наводились струми, що створюють протилежне магнітне поле НН:

– екран повинен мати замкнуту конфігурацію конструкції в напрямку, перпендикулярному напрямку напруженості Н;

– екран повинен виконуватися з металів, в яких може наводитися струм.

Якість екранування залежить від товщини екрану, питомого опору, магнітної проникності екрану, від частоти екраніруемого поля.

Розглянемо випадок екранування LC-контура (рис. 7). Магнітний екран котушки індуктивності може бути круглого або прямокутного перетину в напрямку, перпендикулярному осі котушки.

У стінках екрану від електромагнітного поля котушки наводяться струми, які розподілені по перетину екрана нерівномірно. Максимальне значення струм має на поверхні екрану, найближчої до джерела перешкод. Чим більше товщина екрана, тим менше значення струму на інший від джерела перешкод поверхні екрану. В теорії екранування існує поняття еквівалентної x0 глибини проникнення струму в екран.

На цій глибині в перерізі екрану величина струму зменшується на поверхні від максимального в е раз.

 

Рисунок 7 – Приклад екранування котушки індуктивності

 

Еквівалентна глибина x0 проникнення струму залежить від питомого опору матеріалу екрану ρ, магнітної проникності матеріалу екрану μ, частоти поля f:

 

(4)

 

де – μ0 = 1,256 ⋅ 10-6 Гн / м.

 

Якщо необхідно послабити поле в N раз, то слід зробити екран товщиною b, більшою, ніж x0 відповідно до формули

 

(5)

 

При проектуванні екрану необхідно виконати конструкцію малої товщини і маси за умови забезпечення заданої ступінь ослаблення N. Для цього можна вибирати екран малого питомого опору (мідь, латунь, алюміній) або великий магнітної проникності (сталь). Вибір залежить від частоти магнітного поля. При проектуванні екранів на високих частотах застосовуються екрани з матеріалів низької питомої опору, так як на високих частотах магнітна проникність стали помітно зменшується. При екранування на низьких частотах виконують екрани з матеріалів з високою магнітною проникністю (сталь, електротехнічна сталь).

Розраховане за формулою значення товщини b стінки екрану забезпечує передбачувану ефективність з запасом, так як в формулі не враховується відбита від стінок екрану частина енергії, яка залежить від співвідношення розмірів стінок з довжиною хвилі поля.

 

4 Електромагнітні екрани. Особливості конструкції

Електромагнітний екран повинен забезпечити ослаблення напруженості магнітного і електричного полів, отже, повинен відповідати таким вимогам:

1. Конструкція екрану повинна бути замкнута в напрямку, перпендикулярному напруженості магнітного поля.

2. Конструкція екрану повинна бути заземленою.

3. Екран виконується з електропровідних матеріалів малого питомого опору ρ або високої магнітної проникності μ в залежності від частоти поля.

Товщина екрана залежить від частоти екраніруемого поля. Чим більше частота, тим тонше буде екран.

Мідний екран послабить поле в 100 разів на частоті f = 105 Гц при товщину екрану b = 0,98 мм, а на частоті f = 108 Гц при b = 0,038 мм.

Можна бачити, що в усьому ВЧ діапазоні мідний екран до 1 мм забезпечує надійне екранування. У СВЧ діапазоні ефективне екранування забезпечують екрани з b = 35 мкм,  тобто Роль екрануючої поверхні може виконувати фольга плати.

У цьому діапазоні екран можна виконати навіть з пластмасовим корпусом з осадженням шару міді на стінках корпусу.

Особливості конструювання екранів котушок індуктивності і контурів Екран визначає додаткові втрати енергії, а отже, зменшує добротність котушки. Зменшення добротності призводить до розширення смуги пропускання, а значить, до погіршення вибірковості.

При екранування котушки індуктивності зменшується значення її індуктивності. Зменшити ці негативні впливи можна збільшенням розмірів екрану. Оптимальною вважається така конструкція, коли стінки екрану відстоять від обмотки котушки на половину діаметра котушки.

В такому випадку діаметр екрану дорівнює двом діаметрам котушки.

При цьому індуктивність зменшується на 17 ... 18%.

Для підстроювання контуру застосовують підлаштування (феритовий) сердечник. Значить, в конструкції екрана повинні пропонуватися отвори для доступу до феритовим сердечникам зверху, знизу або і зверху, і знизу.

Електромагнітний екран повинен запаюють на плату. Це можна зробити за допомогою вусики стінки екрану, який через отвір в платі запаюється на контактну площадку друкованого провідника кола корпусу. Для алюмінієвих екранів може пропонуватися біметалічний пелюстка, виконаний з алюмінію, плакованих міддю. Він приварюється контактним зварюванням до екрану замість вусики (алюміній на алюміній) і по шару міді запаюється на контактну площадку провідника корпусу.

Деякі особливості проектування електромагнітних екранів В електромагнітних екранах часто бувають прорізи, отвори, які можуть погіршити якість екранування.

Прорізи в конструкціях можуть виконуватися як перфорації для охолодження і як конструктивні при з’єднаннях елементів екранування (рис. 8).

Приклад конструктивної прорізи в місці стику екрану з друкованою платою представлений на рис. 9.

На рис. 9, а екран котушки індуктивності має проріз круглої форми на стику екрану з друкованою платою, яка допустима з точки зору якості екранування, так як не допускає переривання лінії наведеного струму в екрані.

 

Рисунок 8 – Приклади прямокутних прорізів в екрані

 

Рисунок 9 – Приклад конструктивного прорізу

 

На рисунку 9, б цей проріз неприпустимий, і щоб забезпечити якість екранування при такій компоновці котушки, необхідна екрануюча площину екрану з боку друкованої плати, яка може бути виконана фольгованою поверхнею плати.

Виконання отворів, що не пропускають електромагнітну хвилю, вимагає застосування певних прийомів.

Найбільш часто застосовують спеціальну форму отворів, які називають "позамежним хвилеводом". Подібні отвори виконують шляхом витягування металу на довжину l при виконанні отвори в екрані (рис. 10). При цьому утвориться деяка подібність хвилеводу з певною частотою зрізу, вище якої електромагнітні хвилі не проникають за хвилевід. У свою чергу, частота зрізу залежить від поперечних розмірів перетину і довжини хвилеводу. Перетин подібних «позамежних хвилеводів» може бути круговим, квадратним і вельми часто у вигляді правильного шестикутника («соти»).

Частота зрізу для хвилеводу круглого перетину:

 

(6)

 

Рисунок 10 – Виконання отворів в електромагнітному екрані

 

Формули для розрахунку послаблень (ефективності екранування) для хвилеводів різних перетинів представлені в таблиця 3.

 

Таблиця 3 – Формули для розрахунку послаблень хвилеводів

Вид перетину	Розрахунок співвідношення, ДБ
Кругове
Квадратне
Сота

 

В екрані електромагнітний ввід та вивід проводів виконують через отвори (рис. 11).

 

Рисунок 11 – Виконання отворів в електромагнітному екрані

 

Якщо через отвір в пластині з ідеального провідного матеріалу проходить провід з високочастотним струмом I, то в поверхневому шарі пластини близько отвори наводяться струми Iн певного напрямку, так що сума струмів Iн + I в області отвору дорівнює нулю. Ці струми викликають падінням напруження в площині екрану близько отвори, яке може бути причиною наведення на інші проводу і елементи.