Литература: 1 Алексеев В. Ф. «Принципы конструирования и автоматизации проектирования рэу» уч пос. Мн, бгуир, 2003 2 «Действие проникающей радиации на изделия электронной техники» В. М. Кулаков, Ладыгин, Шаховцов и др
| Вид материала | Литература |
- Курсовой проект по дисциплине «Основы проектирования и конструирования», 63.79kb.
- Советом бгуир 25. 06, 309.69kb.
- Методические указания по выполнению лабораторно практической работы расчет надежности, 151.69kb.
- Положение по предоставлению скидок на изделия медицинской техники (мониторы медицинские, 14.01kb.
- Материалы и элементы электронной техники, 35.61kb.
- Программа составлена так, что в полном объеме представлен маршрут проектирования, 70.02kb.
- Программа дополнительной подготовки по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы, 88.13kb.
- И границы применения вычислительной техники для автоматизации проектирования определяются, 291.49kb.
- План лекции 1 (2ч.) Технология процесса проектирования и сапр. Предпосылки к автоматизации, 41.54kb.
- С. П. Алексеев; худож. Н. Андреев. М. Дрофа, 2003. 80 с ил. (Честь и отвага), 336.53kb.
Литература:
1) Алексеев В.Ф. «Принципы конструирования и автоматизации проектирования РЭУ» уч. пос. Мн, БГУИР, 2003
2) «Действие проникающей радиации на изделия электронной техники» В.М. Кулаков, Ладыгин, Шаховцов и др. под ред. Ладыгина – М. Сов. радио, 1980
3) Дульнев «Методы расчёта тепловых режимов прибора» Дульнев, Парфенов, Сигалов – М. Радио и связь, 1990
4)…
5)…
6)…
7) Дульнев «Тепло- и массообмен в РЭА», учебник для ВУЗов, М, ВШ, 1984
8)…
9)»Справочник конструктора РЭА: общие принципы конструирования» под ред. Р.Г. Варламова – М, Сов. радио, 1980.
План дисциплины:
- Характеристика условий эксплуатации конструкций РЭС
- Окружающая среда и её воздействие на РЭС
- Физико-математические основы конструирования РЭС
- Тепло- и массообмен в РЭС
- Защита от атмосферных воздействий
- Защита от динамических механических воздействий
- Действие проникающей радиации на элементы РЭС
- Обеспечение электромагнитной совместимости
КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
1963г. РЭА – широкий класс изделий, в которых используют преимущественно электромагнитные сигналы для передачи, приёма и преобразования информации.
- Конструкция РЭА – упорядоченная статистическая комбинация исходных свойств и их взаимодействий, обеспечивающих заданное динамическое преобразование физической природы сигналов преимущественно электромагнитной природы.
Особенности конструкции РЭА определяются областью её использования, схемотехническим назначением, используемой конструктивной базой.
Область использования РЭА
Область использования и объекты-носители РЭА определяют параметры конкретного микроклимата в месте расположения РЭА. (легче всего – отапливаемые помещения в стационарных условиях)
Стационарная и переносная РЭА, предназначенная для работы на поверхности земли, должна иметь в конструкции защитные корпуса с уплотнением и элементную базу, обеспечивающую нормальную работу при воздействии климатических факторов.
Возимая РЭА для наземных транспортных средств подвергается воздействию вибраций, ударов и ускорений. Возможно воздействие пыли, паров бензина и масел.
Корабельная РЭА – требует влагонепроницаемых корпусов и уплотнения осей органов управления.
Самолётная и вертолётная РЭА – должна работать при пониженном атмосферном давлении, воздействии росы и инея, тумана, вибраций, ударов и других воздействий, определяемых конструкцией летательного аппарата.
Ракетная и космическая РЭА – требует особой надёжности и защищённости от внешних воздействий: невесомость, радиация, ускорения, перепады температур, пыль, влага, размеры.
Назначение РЭА
Основные области применения РЭА:
-радио-оптическая и проводная связь
-радиоуправление
-радиотелеметрия - получение информации о работе и состоянии объектов и моделей с помощью специальных преобразователей и линий связи. Должна быть точной, обладать высоким быстродействием, быть малогабаритной и экономной.
-радиометеорология
-радиолокация
-радионавигация
-радиоастрономия
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И ЕЁ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЭА
Климат, климатические зоны, и характерные группы эксплуатации
Климат – характерная для данной области (региона) на поверхности Земли совокупность типичных изменений атмосферных процессов, обуславливаемых географическими координатами, уровнем солнечной радиации, строением земной поверхности, вертикальным теплообменом и др. определяющими факторами за длительное время.
Выделяют:
А) Макроклимат (горы, моря, и т.д.)
Б) Мезоклимат (местные факторы)
В) Микроклимат
Основополагающие – микроклимат и мезоклимат
Основные климатические факторы:
-солнечная радиация
-температура
-влажность, движение воздушных масс, наличие примесей
-образование снега, тумана, инея
-плесневые грибки
- Солнечная радиация
(интегральная плотность светового потока)
Колебания солнечной радиации приводит к изменению температуры. Если повышение температуры происходит менее чем на 3 градуса, то считается, что воздействие солнечной радиации отсутствует.
- Температура
Различают:
-эффективную температуру внешней среды
-температуру для расчётов изделий
-среднюю температуру за многолетний период
-температуру внешней среды при эксплуатации
ГОСТ 15150-69
Для изделий с естественным воздушным охлаждением температура внешней среды – это температура среды на уровне расположения РЭА.
- Относительная влажность воздуха
Отношение кол-ва водяного пара при данной температуре в данном объёме к их максимальному количеству.
- Абсолютная влажность
Кол-во водяного пара в 1м3
- Точка росы
Температура, при которой наступает пересыщение (влажность = 100%)
- Осадки
Бывают жидкие (дождь, роса, туман) и твёрдые (снег, град, иней)
Возникают вследствие охлаждения ниже точки росы.
Капельки малых размеров – туман – висят в воздухе при охлаждении поверхности земли охлаждаются и образуют росу. Если Т<<Т росы, то образуется снег, град или иней.
7. Ветер
Горизонтальное движение воздуха, которое характеризуется направлением и силой. Наличие твёрдых или газообразных примесей существенно влияет на характер воздействия воздушной среды на РЭА.
8. Пыль
- до 20 мкм – тонкая пыль
- более 20 мкм – грубая пыль
9. Плесневые грибки
Способны разлагать высокомолекулярные естественные (древесина) и искусственные (пластмасса) соединения и нарушать работу РЭА.
Макроклиматические районы
| 1 | Для районов с умеренным климатом | У |
| 2 | Умеренный и холодный климат | УХЛ |
| 3 | Влажный тропический климат | ТВ |
| 4 | Сухой тропический климат | ТС |
| 5 | Влажный тропический и сухой тропический | Т |
| 6 | Для районов на суше, кроме районов с очень холодным климатом | О |
| 7 | Умеренно холодный морской климат | М |
| 8 | Тропический морской климат | ТМ |
| 9 | Умеренно-холодный и тропический морской климат | ОВ |
| 10 | Во всех районах | В |
| Укрупнённые категории | Дополнительные категории | ||
| Характеристика | Обозначение | Характеристика | Обозначение |
| Для эксплуатации на открытом воздухе | 1 | Для хранения в процессе эксплуатации в помещениях категории 4 и работы как в условиях категории 4, так и (кратковременно) в других условиях, в т.ч. на открытом воздухе | 1.1 |
| Для эксплуатации под навесом или в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется сравнительно свободный доступ к наружному воздуху (палатка, кузов), а также изделия категории 1 в оболочке, при отсутствии прямого воздействия солнечного излучения и осадков. | 2 | Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплексных изделий категории 1, 1.1, 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах. | 2.1 |
| Для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли меньше, чем на открытом воздухе. | 3 | Для эксплуатации в нерегулярно отапливаемых помещениях. | 3.1 |
| Для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (закрытые отапливаемые и вентилируемые производственные помещения). | 4 | Для эксплуатации в помещениях с кондиционируемым или частично кондиционируемым воздухом. | 4.1 |
| Для эксплуатации в лабораторных, капитальных, жилых и др. помещениях подобного типа. | 4.2 | ||
| Для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (невентилируемые подземные помещения, в т.ч. шахты, подвалы, почва, судовые, корабельные и др. помещения), в которых возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги. | 5 | Для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри компактных изделий категории 5, конструкция которых исключает конденсацию влаги на встроенных элементах | 5.1 |
Воздействие ветра и гололёда
(Для РЭА вне помещений и укрытий)
При оледенении увеличиваются поперечные размеры и масса элементов, что приводит к росту аэродинамических и механических нагрузок.
При расчёте прочности элементов РЭА широко используется метод эквивалентных нагрузок, основанный на обработке графиков загрузки этих элементов во времени.
Гололёдно-ветровая нагрузка определяется как геометрическая сумма ветровой горизонтальной и гололёдной вертикальной нагрузок.
Воздействие влаги, пыли, солнечной радиации и биологических факторов
Воздействие влаги на металлы и изоляционный материал имеют разную природу, но один и тот же результат – разрушение исходной структуры материала (в металле за счёт коррозии, а в изоляционных материалах за счёт влагопоглощения). Влага является причиной и различных побочных явлений, увеличивающих дестабилизирующее влияние пыли и биологических факторов.
Влияние влаги на изоляционные материалы определяется отсутствием изоляционных пластмасс, которые могут противостоять воздействию влаги. Низкокачественные изоляционные материалы с макроскопическими порами или трещинами поглощают влагу за счёт капиллярных эффектов. В высококачественных изоляционных материалах определяющим фактором является диффузия.
Диффузия – процесс поглощения вещества (воды) изоляционным материалом до полного уравновешивания давления в окружающей среде и изоляционном материале, после чего процесс поглощения влаги прекращается.
Проникновение водяных паров включает в себя 3 стадии:
- Проникновение влаги через поверхность со стороны повышенной концентрации влаги.
- Диффузия от наружной поверхности плёнки к внутренней.
- выход влаги через внутренние поверхности плёнки.
Процесс диффузии определяется в основном свойствами, формой и размерами изолируемой детали. Процесс проникновения зависит от концентрации частиц вне корпуса и внутри корпуса.
Песок и пыль
Максимальная опасность исходит не от крупных частиц пыли и песка (у них меньше острых граней), а от мелких, взвешенных в атмосфере с величиной зерна 1-40мкм.
Попадание мелких частиц песка и пыли в подшипник выводит его из строя. В контактах это препятствие нормальной работе реле и переключателей.
На поверхности изоляционных материалов – паразитная проводимость.
На поверхности металлических деталей – приводит к стиранию защитной поверхности и последующей коррозии.
В тропических условиях пыль может быть питательной средой для плесневых микроорганизмов.
Пыль в пустыне более твёрдая и абразивная.
При значительной запыленности, повышенной температуре пыли, наличии кислорода и источника энергии – пыль взрывоопасна.
Оптисальные условия работы РЭА – это обеспыленная среда с постоянной температурой.
Солнечная радиация
Различают 2 группы воздействия:
-фотолитическая. Фотолитическое воздействие характеризуется избирательным поглощением солнечных лучей. Воздействие фотонов приводит к отрыву фотоэлектронов и разрыву молекулярных связей, следствием чего является изменение цвета ряда полимерных материалов, хрупкости, нарушению лакокрасочных покрытий нарушение прочности.
-фотоокислительная. Фотоокислительное воздействие – это разрыв химических связей при определённом воздействии излучения, кислорода, воздуха и влаги. Как результат – ускорение процессов коррозии.
Перегрев РЭА до 25-30град. От поглощения энергии происходит за счёт воздействия излучения солнца, излучения, рассеянного и отражённого атмосферой, тёплых слоёв воздуха, излучения от грунта.
Биологические факторы
К биологическим факторам относят:
-плесневые грибки. Основное условие образования – высокая влажность (80-100%), наличие питательной среды и малая освещённость. Изоляционные материалы на основе целлюлозы при воздействии плесневых грибков ухудшают свои механические и электрические параметры и могут разрушаться.
-насекомые. Редко повреждают РЭА, самыми опасными являются термиты (в тропических условиях). Наиболее эффективная защита от термитов это бетонный фундамент, пропитка деревянных материалов и специальная пластмасса, специальные пропитки ядом от термитов.
Опасность летающих насекомых в том, что они летят на источники тепла и света. В связи с этим вентиляционные и другие отверстия следует закрывать мелкой сеткой.
-грызуны. Повреждают кабели и пластмассовую и неармированную резиновую изоляцию. Для защиты применяют стальную оплётку, но обычно повреждение не превышает 2%.
Воздействие полей СВЧ
В электромагнитном поле СВЧ ряд определённых свойств материалов существенно изменяется за счёт поверхностного (скин) эффекта. Уменьшается проводимость металлов и сплавов.
За счёт поляризации изменяется диэлектрическая проницаемость, увеличиваются диэлектрические потери, следовательно, свойства материала ухудшаются.
За счёт гиромагнитного эффекта изменяется магнитная проницаемость ферритов.
Металлические материалы в СВЧ используются в качестве проводниковых поверхностей.
Поверхностный эффект – уменьшение плотности тока СВЧ в направлении от поверхности внутрь проводника по экспоненциальному закону. Глубина проникновения зависит от длины волны СВЧ поля.
Потери энергии СВЧ определяются величиной удельного активного сопротивления:
Где
- электропроводность материала.Проводимость материала зависит от вида обработки токонесущих поверхностей.
При выборе способа обработки токонесущей поверхности следует учитывать, что после чистовой механической обработки образуется поверхностный слой толщиной до десятков мкм с размельчёнными до 0,01мкм зёрнами металла. Такой слой будет …
Диэлектрические материалы широко используются в качестве заполнителей, герметиков, покрытий, поглотителей мощности.
Для миниатюризации устройств СВЧ их заполняют титановыми соединениями, имеющими более высокие значения диэлектрической проницаемости.
Ферриты используются для создания различного рода устройств СВЧ (модуляторы, переключатели и др.).
Ферриты – это твердые хрупкие материалы с механическими свойствами близкими к керамике.
По химическим свойствам ферриты можно разделить на :
-никелевые
-бариевые
-магниевые и др.
К основным параметрам ферритов относятся :
-ширина линии ферромагнитного резонанса – 2дН
-намагниченность при насыщении – I
- относительная диэлектрическая проницаемость – эпсилон
-угол диэлектрических потерь – тангенс тетта
-точка кюри – O’
-магнитная индукция – В
-остаточная магнитная индукция – В1
-коэрцитивная сила – Н
-относительная магнитная проницаемость – мю
-удельное электрическое сопротивление
Никелевые ферриты используются в диапазоне миллиметровых и сантиметровых волн, обладают высокой термостабильностью.
Основной недостаток – большие потери.
Магниевые ферриты применяются в сантиметровом диапазоне. Т.к. длина волны больше, то нагреваются они сильнее, следовательно, термостабильность у них ниже. Обладают малыми магнитными и диэлектрическими потерями, высоким коэффициентом прямоугольности.
Магниевые ферриалюминаты используются в длинноволновой части диапазона, характеризующимся малыми значениями индукции при насыщении.
Основной недостаток – низкая термостабиоьность.
Никелевые феррохромиты – применяются в резонаторах, устойчивых к высокому уровню мощности.
Иттриевые феррогранаты используются в низкочастотной области СВЧ.
Ионизирующее излучение
Ионизирующее излучение – любое излучение, при воздействии с которым происходит процесс ионизации среды.
Излучение делится на:
- первичное – приходит от источника излучения
- вторичное – излучается облучённым материалом
Ионизирующие излучения могут быть электромагнитными в виде гамма- и рентгеновского излучения, корпускулярными в виде потока частиц с массой покоя от нуля (альфа и бета излучение)
Ионизирующее излучение характеризуется:
-полем
-потоком ионизирующих частиц (Фн)
-плотностью потока (фи-н)
-поток энергии (Фии)
-плотность потока энергии (фи-ии)
-перенос ионизирующих частиц (Fн)
-перенос энергии (Fии)
Поток ионизирующих частиц
dN – число ………………………………………………..
всякие формулы
……………………………………………………………..
Взаимодействие ионизирующего излучения со средой оценивается поглощённой дозой D и мощностью поглощённой дозы P
…………………..опять формула………………………..
Наиболее опасным для работы устройств является гамма и рентгеновское излучение. Опасность состоит в том, что они приводят к необратимым последствиям – устройства выходят из строя.
При рассмотрении ионизирующего излучения вводятся следующие понятия:
Радиационный эффект – это изменение значений параметров изделий и материалов в результате воздействия ионизирующего излучения.
Ионизационный эффект – радиационный эффект, обусловленный ионизацией и облучением атома вещества.
Радиационный дефект – дефекты, вызванные воздействием радиации, которые могут иметь обратимый и необратимый характер.
Радиационный разогрев – появление дефектов под воздействием излучения, связанное с разогревом материала.
При воздействии гамма излучения наблюдается увеличение носителей заряда, что влечёт к увеличению проводимости как проводников, так и диэлектриков и полупроводников.
Влияние ионизационного излучения на материалы
Наиболее устойчивыми к ИИ являются металлы. Им свойственна высокая концентрация свободных носителей заряда, а характеристики слабо зависят от дефектов. При высоких дозах ИИ у металлов возрастает пластичность (текучесть)
Наиболее радиационно-стойкими являются электротехнические стали и магнитные материалы.
Некоторые металлы, такие как цинк, кобальт, марганец, при облучении могут быть источниками вторичного излучения. Это связано с физико-химической структурой материалов.
Наиболее уязвимы к ИИ – органика и полупроводники.
У полупроводниковых материалов изменяется время жизни носителей зарядов и их подвижность.
У органических материалов изменяются механические свойства – изменяется текучесть, изменяется тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость.