Фактори що визначають побудову електронних засобів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Фактори, що визначають побудову електронних засобів

До основних факторів зовнішнього середовища, яке впливає на РЕА, можна віднести:

  1. температуру,

  2. вологість,

  3. тиск,

  4. пил, пісок,

  5. фонові випромінювання, включаючи сонячну радіацію,

  6. біологічне середовище.

Вплив цих чинників може бути значним, особливо, якщо вони виявляються спільно. За ступенем впливу цих факторів на РЕА розрізняють наступні групи умов експлуатації:

Л - легкі (t o »+20 o C, вологість £ 80%, р» 760 мм рт. Ст., Немає впливу пилу, піску, випромінювань і біологічного середовища); вони характерні для закритих, опалювальних і вентильованих приміщень.

З-середнє (t o =- 50 ¸ +70 o C, вологість періодами досягає 98%, дія пилу, піску, біологічного середовища); вони характерні для наземної, польовий і пересувної апаратури.

Ж - жорсткі (t o =- 80 ¸ +100 o C, вологість £ 98%, тиск до 5 мм рт. Ст., Дія пилу, піску, фонового випромінювання середовища середнього рівня); вони характерні для авіаційної РЕА. -

ОЖ - особливо жорсткі (t o =- 100 ¸ +250 o C, вологість до 100%, тиск до 5 * 10 -6 мм рт. Ст., Вплив сильних фонових випромінювань, пилу, піску); вони характерні для ракетної РЕА.

Крім галузевих стандартів кліматичні впливи визначаються відповідно до ГОСТ 15150-69 - «Машини, прилади та інші технічні вироби. Виконання для різних кліматичних районів ». Згідно цього ГОСТ вся поверхня Землі розбивається на 6 кліматичних регіонів:

У - помірний клімат;

ХЛ - холодний клімат;

ТБ - вологий тропічний клімат;

ТЗ - сухий тропічний клімат;

М - помірний холодний морський клімат;

ТМ - тропічний морський клімат.

Крім цього, даний ГОСТ встановлює також категорії РЕА в залежності від розміщення:

1 категорія - РЕА, що експлуатується на відкритому повітрі.

2 категорія - РЕА, експлуатована під навісом;

3 категорія - РЕА, що експлуатується в закритому приміщенні з природною вентиляцією (без штучно регульованих кліматичних умов), але при суттєвому зменшенні впливу сонячної радіації, вітру, роси, коливань температури і вологості.

4 категорія - РЕА, що розміщується в закритих наземних і підземних приміщеннях зі штучно регульованими кліматичними умовами навколишнього середовища;

5 категорія - РЕА, що експлуатується в неопалюваних і не вентильованих приміщеннях, в яких може бути волога при її часткового конденсування.

Оскільки діапазон робочих температур може для різних груп становитиме:

-55 ¸ +55 ° С; -65 ¸ +85 ° С; -65 ¸ +125 ° С;

-65 ¸ +200 ° С; -65 ¸ +350 ° С; -65 ¸ +500 ° С;

то місцеві перегріви можуть у багато перевершувати ці зазначені температури, а отже, без додаткових заходів, що зменшують ці температури, і без аналізу впливу цих факторів на роботу елементів, немислимо створити працездатну і надійну апаратуру. Вплив температури на параметри елементів і властивості матеріалів РЕУ проявляється наступним чином:

1) при низьких температурах:

- Електролітичні конденсатори замерзають і перестають працювати,

- Акумуляторні батареї розряджаються,

- Віск і захисні компаунди твердіють і розтріскуються,

- Гумові амортизатори втрачають свою еластичність і перестають працювати,

- В механічних підвішених вузлах спостерігається замерзання мастила,

- В реле спостерігається злипання контактів,

- У штепсельних роз'ємах через різні ТКЛР пластмаси та металу відбувається порушення контактів,

- Зменшуються підсилювальні властивості транзисторів.

2) при підвищених температурах:

- Відбувається зміна люфтів і натягов, для ряду елементів можуть виникнути небажані деформації і викривлення (наприклад, на бобінах високої частоти і конденсаторах змінної ємності),

- Деякі опору і ємності конденсаторів постійної ємності можуть змінювати свої значення на величини, які набагато перевищують робочий розкид,

- Провідність напівпровідників різко зростає, а саме діоди і транзистори змінюють розрахункові дані для своїх параметрів, особливо b, h 11 і J ко - для транзисторів і R обр - для діодів, що може призвести до втрати працездатності схем на цих елементах,

- Ряд матеріалів (наприклад, термопластичних пластиків і компаундів) піддається неприпустимим розм'якшення, і починають текти і т.д. і т.п.

Вплив підвищеної вологості проявляються в наступному:

  1. збільшується діелектрична проникність ізоляційних матеріалів;

  2. знижується їх питомий поверхневий опір;

  3. зменшується електрична проникність повітряних зазорів;

  4. відбуваються побічні фізико-хімічні процеси в діелектриках і металах.

Ці причини викликають небажані зміни ємності конденсаторів, зменшення опору ізоляції, іскріння, пробою, розбухання й відшаровування діелектриків, корозію металів, появі цвілі усередині апаратури.

При малій величині вологості спостерігається висихання діелектриків та їх розтріскування.

Найбільш стійкими до дії вологи з діелектриків є фторопласт, полістирол, поліетилен; менш стійки - термопластики, кераміка і сильно схильними є папір, тканини, гетинакс, текстоліт і ін З металів найменше схильні до корозії свинець, алюміній, дещо більше - мідь, нікель і дуже сильно залізо. Проникнення корозії вглиб металу характеризуються наступними цифрами (в мкм / рік): Pb - 4, Al - 8, Cu -12, Ni - 32, Fe -200. Ці дані справедливі для хімічно чистих металів. У реальних конструкціях використовуються технічні метали, швидкість корозії у яких ще вище за рахунок включення різних домішок. Швидкість корозії металів залежить від величини відносної вологості (рис.1), а також від температури і складу газу навколишнього середовища. Плівки сплавів, що утворюються на металах, є хорошими захисними засобами від корозії, особливо, плівки окислів алюмінію та титану (Al 2 O 3, Tio 2). При конструюванні РЕА слід також враховувати т.зв. «Контактну корозію» - корозію, що виникає за рахунок різниці електрохімічних потенціалів металів. У табл. 1 для деяких металів приведені значення електрохімічного потенціалу.

Таблиця 1

Метал

Mg

Al

Zn

Cr

Fe

Ni

Pb

Cu

Ag

Au

j, В

-1,55

-1,3

-0,76

-0,56

-0,44

-0,25

-0,13

+0,34

+0,8

+1,5

З таблиці видно, що найбільш неприпустимими гальванічними парами є: алюміній-мідь, хром-золото, магній-сталь, сталь-мідь і ін

Розглянемо вплив вологи на характеристики вузлів РЕА на деяких прикладах.

Приклад 1. Нехай маємо 2 - каскадний підсилювач імпульсів, зібраний на друкованій платі з стеклостеклоліта СФ-1-0, 8. Імпульси на вході мають тривалість t = 1мкс, а на виході тимчасова затримка повинна становити t ф £ 0,1 мксек. Ширина друкованих провідників «в» складає 1мм, а мінімальні відстані h між ними рівні 0,5 мм. Вважаємо також, що тимчасова затримка імпульсу в основному обумовлена ​​ємністю колекторного переходу транзисторів та паразитної ємністю друкованих провідників. При експлуатації підсилювача в середовищі з підвищеною вологістю (близько 98% для тропіків) вологопоглинання стеклотекстолита СФ-1 складає 2-5% від ваги сухого зразка, який e = 7. Навіть незначне проникнення води (e = 81) в матеріал діелектрика збільшує його діелектричну проникність у кілька разів. Приймемо, що це збільшення дорівнює 3.

Визначимо спочатку для обраного варіанта конструкції ідеальну паразитне ємність друкованих провідників за формулою:

,

де в і h - ширина і відстань між провідниками.

.

Вважаємо, що затримки в обох каскадах рівні, тоді тимчасова допустима затримка на один каскад складе t ф1 £ 0,05 мксек. Оскільки

t ф1 = 3 RкC å,

де C å = Cк + Спар, Rк - колекторна навантаження (приймаємо Rк - 2кОм), Ск - ємність коллектрного переходу транзистора (приймаємо Ск = 5пФ), то отримаємо, що

Останні обмеження накладають допуски на можливу довжину паралельних провідників

При дії вологи зміна ємності друкованих провідників прямо пропорційно зміні e при постійних розмірах конструкції. Так як нами було прийнято трикратне збільшення e, то С уд = 5 пФ / см, З пар = 10пФ, З å = 15пФ, t ф1 = 0,09 мкс і t ф = 2 t ф1 = 0,18 мксек> 0,1 мксек.

Отже, з урахуванням дії вологи на конструкцію для забезпечення вимог ТУ на нього необхідно:

- Або ввести конструктивне обмеження на довжину паралельний друкованих провідників, а саме,

- Або застосувати більш вологостійкий матеріал, наприклад, склотекстоліт Стефен-1 (вологопоглинання не більше 0,5 ¸ 2%, тобто приблизно в 3 рази менше), - або підвищити якість вологонепроникного лакового покриття.

Приклад Нехай маємо мікрополоскових лінію, виконану на полікоровой підкладці і працює в 3-см діапазоні. Відомо, що товщина мікрополоскових провідників становить 10 ¸ 15 мкм з урахуванням нарощування плівкових провідників електрохімічної міддю. Якщо прийняти, що термін зберігання виробу повинен становити не менше 2 ¸ 3 років, то за цей час глибина корозії міді, навіть хімічно чистої, буде дорівнює (2 ¸ 3) 12 = 24 ¸ 36мкм, тобто мікрополсковая лінія зникне. Тому її необхідно захищати покриттям з електрохімічним потенціалом, близьким до електрохімічного потенціалу міді. З таблиці. 1 видно, що можна застосувати сріблення або золочення. У силу технологічних особливостей обирають золото. Безпосередньо осаджувати золото на ніхром не можна із-за великого електрохімічного потенціалу цієї пари. Величина золотого покриття з урахуванням підшару міді повинна вибиратися з глибини проникнення високочастотного струму в метал за формулою:

, (2)

Де Хе - глибина проникнення тону, мм,

p - питомий опір металу,

f - робоча частота, МГц.

Для випадку золота (р = 0,024 ) І l = 3см, тобто f = 10 4 МГц отримаємо:

Для діапазону хвиль l = 20 см Хе = 2мкм <10мкм. Таким чином, золочені мікрополоскових лінії (покриття 2мкм) надійно можуть працювати в РМ і ДМ діапазонах хвиль при товщинах порядку 10мкм.

Відзначимо також можливі зміни інших параметрів мікрополоскових ліній в випадку зміни діелектричної проникності їх підкладок на 20 ¸ 30%. Для поликор можна прийняти e = 10. Тоді під дією вологи зміна e складає 2 ¸ 3. При цьому відомо, що довжина хвилі в микрополосковой лінії дорівнює

(3)

де l - довжина хвилі у вільному просторі,

к - коефіцієнт удлиннения хвилі, визначається з графіка (рис.2),

b і h - ширина микрополосковом провідника і товщина підкладки.

Приймемо, що b = h = 1мм, тоді k = 1,2 В нормальних умовах вологості і при 98% вологості отримаємо відповідно для l = 3: і тобто зміна довжини хвилі в микрополосковой лінії склало 10%, що може виявитися істотним у деяких випадках.

Аналогічно самостійно можна визначити зміну хвильового опору лінії, користуючись вихідної формулою для цього параметра:

[Ом]. (4)

Рис. 1.

Рис. 2

Умови роботи авіаційної, ракетної та космічної РЕА характеризуються, як правило, зниженими значеннями атмосферного тиску (рис. 3). Залежність робочих значень атмосферного тиску від висоти над рівнем моря обумовлена ​​ГОСТ 4401-64 (табл. 2)

Таблиця 2

H, км

1

2

3

4

6

8

10

12

14

16

18

20

26

31

р, мм рт. ст.

674

596

526

462

354

267

199

145

106

78

57

41

16

7,7

Вплив зниженого тиску на працездатність РЕА проявляється через такі явища:

  1. Зменшується електрична міцність повітряних проміжків,

  2. Погіршуються умови теплообміну конвекцією, що викликає додаткові перегріви виробів,

  3. У герметичних блоках виникають додаткові механічні напруги в стінках, кришках і деталях кріплення за рахунок перепаду тисків.

Залежність коефіцієнта відносної електричної міцності повітряних проміжків від висоти над рівнем моря представлені в табл. 3.

Таблиця 3.

H, км

1

2

3

4

6

8

10

12

14

16

18

20

26

31

КЕ

1

0,9

0,8

0,72

0,56

0,45

0,35

0,3

0,25

0,19

0,14

0,1

0,05

0,03

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Помітивши що з подальшим зменшенням тиску (нижче 6-7 мм рт. Ст.), Тобто з підвищенням висоти більше, ніж 30-40 км, електрична міцність зростає і підкоряється закону Пашена (рис. 4).

Зменшення конвективної теплопередачі визначається з графіка (рис. 5), де величина коефіцієнта k являє собою відношення коефіцієнтів тепловіддачі при заданому і нормальному тиску:

, (5)

Це зменшення тепловіддачі, у свою чергу, призводить до зменшення електричної міцності через підвищення температури вузлів і температури навколишнього їх обсягу (середовища). Коефіцієнт зниження напруги поверхневого перекриття в інтервалі температур +20 ¸ +150 ° С при всіх значеннях атмосферного тиску від 760 мм рт.ст. до 3мм рт.ст. близький до температурного коефіцієнту зміни щільності повітря і може бути оцінений наступною формулою:

(6)

де Т - температура плати, поверхні вузла і т.п.,

t n, t ном - температура навколишнього повітря в нормальних і номінальних заданих умовах.

Значення коефіцієнта K t від температури навколишнього середовища представлені в таблиці 4

Таблиця 4

t, ° C

50

70

100

120

150

175

200

Kt

0,9

0,85

0,78

0,75

0,7

0,65

0,6

Таким чином, обидва зазначені чинники при зниженому атмосферному тиску можуть значно зменшити діапазон робочих напруг в радіоелектронних пристроях.

Приклад: потрібно визначити робоче напруга живлення радіоелектронного блоку на друкованій платі, що працює при Р = 7,7 мм рт.ст. (31км висоти) і температурі навколишнього повітря t ном = +70 ° C. При цьому відомо що робоча частота блоку дорівнює 5МГц, а зазори між друкованими провідниками становлять близько 1 мм. З довідкових даних визначаємо електричну міцність повітря при проміжку 1мм для нормальних умов Е 0 = 4кВ/мм. Згідно з даними таблиці 3 визначаємо електричну міцність при зниженому тиску Е = 4 * 0,03 = 120В/мм. Пробивна напруга при цьому в зазорі в 1мм дорівнює 120 вольт. Як сліду з графіка рис.6 величина цієї напруги при частоті 5МГц повинна бути зменшена на 25%, тобто u f = 0.75 * u 0 = 0.75 * 120 = 90 вольт. Далі врахуємо зниження напруги поверхневого пробою від навколишньої температури згідно з даними табл.4, тобто u пр = u f * K t = 90 * 0.85 = 76 вольт. Оскільки величина робочої напруги зазвичай вибирається в 1,5-2 рази менше, то в нашому випадку в результаті отримуємо

.

Звідки видно, що застосування ламп, навіть надмініатюрних, для друкованих вузлів в цих умовах недоцільно.

Вплив пилу і піску помітно позначається на роботі наземної РЕА, особливо, транспортної. Частинки пилу мають розміри від 5 до 200 мкм, можуть бути абразивними й гігроскопічні. При високій вологості (понад 75%) пил вбираючи вологу, стає провідником, а при малій величині вологості (5-10%) частки пилу електрично заряджають. Частинки піску складаються, в основному, з округлених зерен кварцу з середнім діаметром 500мкм.

Вплив пилу і піску на роботу РЕА проявляються в наступному:

1. суха пил і пісок потрапляючи в підшипники та інші кінематичні пари, засмічують мастила, викликають заїдання і знос; в реле вони можуть призвести до відмови в спрацьовуванні контактів, електростатично заряджена суха пил збільшує небезпеку ураження від електричного розряду високовольтних джерел напруги електроннопроменевих трубок і т.п .,

3. волога пил знижує на кілька порядків поверхневий опір ізоляції діелектриків, сприяє розвитку пробою і корозії металів, особливо, з домішкою сажі, адсорбуючою ангідрид 50г.

Фонові випромінювання мають різну природу їх утворення: сонячну і електронного походження. Спектр сонячних променів займає, в основному, діапазон рентгенівського та інфрачервоного випромінювання. Енергія сонячних променів, падаючих на земну поверхню становить 2кал/см 2 хв (сонячна постійна) і залежить від поглинання атмосфери в часі.

Космічне випромінювання утворює кілька поясів радіації навколо Землі, перший з яких розташований на висоті від 2 тисяч до 5.4 тис. км і має максимальну інтенсивність при нейтронному випромінюванні 10 рад / год (якщо радіація складається з важких протонів, то це значення зростає до 100рад/час ). Другий пояс радіації починається на висоті близько 13 тис. км і простягається до 19,3 тис. км і має інтенсивність радіації порядку десятих часток рад / год.

Найбільш сильним для РЕА є фонові випромінювання, що виникають при ядерних вибухах і роботі ядерних реакторів.

Розрізняють 4 типи ядерного випромінювання: миттєве (гамма - промені), ініційоване (нейтрони та гамма - кванти), стаціонарне (альфа і бета - частинки) і залишкове (продукти розщеплення атомів).

Залишковий випромінювання має порівняно малою інтенсивністю і, як правило, не представляє небезпеки для апаратури. Приблизно такий же ефект справляє на ЕС стаціонарне випромінювання.

Найбільш небезпечними видами є гамма - випромінювання, що володіє високою проникаючою здатністю, і нейтронне випромінювання, що викликає дефекти решітки і сильну іонізацію. При висотному ядерному вибуху з еквівалентом в 1Мт протягом 1 мксек і відстані в 160 км гамма - випромінювання може дати дозу опромінення потужністю в 10 7 рад / сек. У цих умовах ЕС може поглинути радіацію близько 10 6 - 10 10 радий. Потік нейтронів є причиною більшості незворотних ушкоджень матеріалів і деталей ЕС. Рівні ядерної радіації, що викликають зміни властивостей матеріалів, можуть бути оцінені або дозою поглинання в радах або щільністю потоку еквівалентних нейтронів, що припадають на 1 см

Найбільш стійкими до радіації є метали і сплави, що витримують значні дози опромінення (близько 10 10 - 10 12 рад), при цьому дещо збільшується їх міцність і втрачається гнучкість (в'язкість), електричні характеристики практично не змінюються.

Далі слідують іонні матеріали (кераміка, кварц, скло, сталли), що витримують дози в 10 7 ¸ 10 серпня радий. Зміни електричних і механічних властивостей при цьому незначні, однак, збільшується стійкість до пробою, а кварц і скло починають тьмяніти, втрачати прозорість.

Клас матеріалів пластмас і еластомерів більш схильні до радіації та зміни їх властивостей починають спостерігатися вже із значень доз радіації порядку 10 травня - 10 6 радий. У табл. 5 зазначені рівні радіації, що викликають зміни властивостей цих матеріалів.

Таблиця 5

Матеріал

Застосування

Доза радіації,

радий

Щільність потоку швидких

нейтронів, нейтр/см2



Порогові зміни

Зміна

св-в на25%

Порогові зміни

Зміна

св-в на25%

Еластоміри

Каучук (неопрен)

Бутиловий каучук

Силіконовий каучук

Пластмаси

Полістирол

Поліетилен

Поліамід

Фторопласт-4


Амортизатори

Герметик, ізоляція


Покриття

Ізоляція

Ізоляція

Ізоляція


5,5 * 106

2 * 106

1,3 * 106


8 * 108

2 * 107

8,6 * 105

1,7 * 104


2,5 * 107

4 * 106

4,2 * 106


4 * 109

108

4,7 * 106

3,7 * 104


2,8 * 1015

4,3 * 1014

4,9 * 1014


2,8 * 1017

4 * 1015

2,6 * 1014

4,8 * 1013


6,3 * 1015

8,4 * 1014

1,6 * 1015


1,4 * 1018

2 * 1016

1,4 * 1015

1014

З таблиці видно, що доза радіації і щільність потоку швидких нейтронів знаходяться приблизно у співвідношенні 1:10 8. Термопластичні матеріали при опроміненні стають крихкими і деформуються. Вони темніють або знебарвлюються. Крім того, у деяких спостерігається побічний ефект - розкладання матеріалу з виходом газу і утворенням кислот. Так, наприклад, прекрасний у багатьох якостях фторопласт-4 (хімічно інертний, температуростійкі - +250 ° С, високочастотний і т.п.) практично непридатний для використання при порівняно малих дозах опромінення (10 4 радий) за рахунок утворення при опроміненні фтористоводородной кислоти . Найбільш стійким є полістирол, застосовуваний часто у вигляді покривного лаку і несучих конструкцій. Більшість еластомерів при опроміненні стають твердими і тендітними (неопрен, кремнеорганічною гума), а бутиловий каучук - клейким. Органічні просочення і ізоляційні масла збільшують свою в'язкість, утворюють відстій і виділяють газ.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
85кб. | скачати


Схожі роботи:
Фактори що визначають еволюцію людини
Робоча сила та фактори що визначають її вартість
Фактори які визначають рівень розвитку витривалості
Поняття економічного зростання та фактори його визначають
Принципи ресурсоведенія Фактори що визначають необхідність оцінки природних ресурсів
Положення США у світовій економіці Динаміка економічного розвитку і фактори е визначають
Умови діяльності та визначають їх фактори Способи і засоби захисту від вібрації Вибухові речовини
Структура і класифікація електронних засобів
Уніфікація конструкцій електронних засобів
© Усі права захищені
написати до нас