Лекция - Электрические соединения в радиоэлектронной аппаратуре
Подождите немного. Документ загружается.
провод, расположенный над землей, большей - провода круглого и прямоугольного сечений.
Наибольшее волновое сопротивление имеет провод круглого, наименьшее —
прямоугольного сечения. Для согласования с внутренним сопротивлением ИВЭП волновое
сопротивление ЛЭП должно быть минимально возможным.
9.4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ [2]
В схеме, как правило, выделяют базу с нулевым потенциалом, которую называют
землей и относительно которой проводят отсчет всех электрических потенциалов схемы.
Конструктивно эта база выполняется проводом, проводником (шиной), металлической
полосой или листом. Поскольку аппаратуру заземляют (обеспечивают электрическое
соединение металлического корпуса с реальной землей), то для отличия реальной земли
точку отсчета потенциалов схемы будем называть схемной землей.
Термин «земля» был установлен применительно к электротехническому
оборудованию, для которого в качестве обратного провода использовали почву. В РЭА в
качестве обратного провода используют не металлический корпус аппаратуры, а общий
провод, который из соображений техники безопасности подсоединяют к земле. По общему
проводу протекают возвратные токи электронных схем, которые вызывают появление
разницы в электрических потенциалах на общих выводах (земле) компонентов схемы и
гальванических помех при изменениях токов электронных схем. В сложной аппаратуре с
одним общим проводом гальванические помехи могут представлять существенную
проблему.
В небольших электронных системах получить низкоомный общий проводник
относительно несложно, в сложных системах - крайне трудно. Для снижения уровня
гальванических помех при проектировании выделяют общие провода первичной и
вторичной системы электропитания, высокочувствительных низкоуровневых схем,
относительно нечувствительных мощных высокоуровневых схем, импульсных схем. Для
уменьшения помех по земляным соединениям для различных подсхем системы
используются несколько ИВЭП каждый со своим общим проводом.
Поскольку размеры систем увеличиваются, то возрастает также влияние взаимных
индуктивностей и распределенных емкостей между общими проводами, которые становятся
заметными уже на сравнительно низких частотах.
Общие провода электронных приборов объединяются по схемам одно- и
многоточечного заземления. В первом случае общие провода модулей системы
подсоединяются к общей нулевой точке. Связь модулей через общее сопротивление нуле-
вого потенциала отсутствует, но будет иметь место через взаимные индуктивности и
емкости, подсоединяемых к нулевой точке земляных проводов модулей. На высокой частоте
паразитная емкость образует низкое, а индуктивность проводов - высокое сопротивление,
что ухудшает свойства системы заземления. Для уменьшения взаимной индуктивности
общие проводники должны быть ориентированы взаимно перпендикулярно, что для
большого числа элементов сделать практически невозможно.
Земля высокочастотной аппаратуры чаще всего представляет собой проводящую
плоскость (тонкий медный лист монтажной панели, фольга многослойной печатной платы), к
которой модули по месту установки подсоединяются отводами минимальной длины
(многоточечное заземление). Для предотвращения излучения проводником в окружающее
пространство электромагнитной энергии длина проводника, м, должна быть l ≤ /50 < 6/f, где
длина волны, м; f - частота, МГц.
Заземление корпуса РЭА служит для предохранения обслуживающего персонала от
поражения электрическим током при прикосновении к металлическим деталям конструкции,
а также для защиты РЭА от воздействия помех, создаваемых размещенным по соседству
оборудованием. Заземлению не подлежит аппаратура, работающая при безопасном
напряжении, имеющая двойную или усиленную изоляцию, а также надежный контакт с
корпусом объекта установки.
Заземление корпуса осуществляется системой проводов или одним общим проводом
и обеспечивает электрическое объединение всех металлических элементов конструкции
11
модулей с заземлителем. Заземлителем называют проводник или систему проводников,
выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном
соприкосновении с почвой, нейтралью первичной питающей сети, располагаемой обычно
около фундамента здания, и т. п. Заземление корпуса должно гарантировать сохранение
потенциала нейтрали на элементах конструкции при нарушении изоляции провода
распределительной системы электропитания и касания этим проводом металлических
конструкций. Система блокировки при подобной ситуации отключает аппаратуру от
питающего напряжения и защищает персонал от поражения электрическим током.
9.5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНТАКТЫ [2]
Виды соединений. В РЭА используются временные, постоянные и полупостоянные
электрические контакты. К временным следует отнести разъемное и винтовое соединение, к
постоянным - сварку, полупостоянным - паяное соединение, соединение накруткой и
опрессовкой.
Разъемные соединения обеспечивают быструю установку и удаление элементов
конструкции и используются для повышения ремонтопригодности аппаратуры.
Винтовое соединение является основным видом соединения проводов к
электрическим машинам и приборам и позволяет коммутировать провода независимо друг от
друга. Медные проводники малых сечений изгибают в кольцо под винт, а чтобы не
расходились жилы многожильных проводов, пропаиваются или спрессовываются
кольцевыми наконечниками. Предотвращение возможного ослабления контактного давления
при циклических температурных воздействиях и вибрациях возможно введением под винт
пружинной шайбы или шайбы-звездочки.
Соединение пайкой осуществляется расплавленным припоем с температурой
плавления ниже температуры плавления соединяемых проводников.
Сварочное соединение обладает высокой механической прочностью, способностью
выдерживать циклические температурные воздействия, обеспечивает высокую плотность
монтажа и рекомендуется для применения при разработке микроминиатюрной аппаратуры.
При выполнении соединений сварочными токами можно повредить МС, диоды,
транзисторы.
Соединение накруткой получают без разогрева материалов путем накручивания под
натягом вокруг жесткого вывода нескольких витков одножильного провода. В сечении
вывод представляет квадратную или прямоугольную форму с острыми углами. Материал
вывода должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять скручивающим усилиям,
обладать хорошим сопротивлением на сминание накручиваемым проводом и низким
омическим сопротивлением. Подобными свойствами обладают фосфористая и бериллиевая
бронзы. В качестве материала проводника используется относительно мягкий и пластичный
материал, сохраняющий форму накрутки. Соединение обеспечивает высокую надежность
при жестких механических и климатических воздействиях. Основными причинами отказа
соединения является ухудшение переходного сопротивления из-за коррозии соединения.
Использование пайки и накрутки позволяет автоматизировать производство
электромонтажных работ. Пайка и сварка обеспечивает высокую плотность монтажа.
При опрессовке два провода вводят в соединительную металлическую трубчатую
гильзу, которая механически обжимается, в результате чего между проводами через гильзу
будет иметь место электрический контакт. Надежность соединения во многом зависит от
соотношения размеров гильзы и диаметра провода, усилия обжатия и герметизации места
соединения. Размеры и материал гильзы для каждого случая соединения подбираются
экспериментально.
В РЭА используют соединения многих разнородных материалов: серебро, палладий,
золото - в контактах соединителей, медь и ее сплавы - для проводов, клемм, гнезд и штырей
соединителей; оловянно-свинцовые припои в соединениях; цинк, никель, кадмий - для
защитных покрытий крепежа и т. д. В местах соединений разнородных материалов
возникают термоэлектрические потенциалы, зависящие как от материалов, так и тем-
пературы в соединении. Разница температур в различных частях конструкции может
12
привести к погрешностям из-за наличия термоэлектрических потенциалов электрических
соединений в высокочувствительных низкоуровневых схемах с высокими коэффициентами
усиления. Основными принципами уменьшения погрешностей термоэлектрических
потенциалов являются минимизация числа соединений, использование материалов с низкой
термоэлектрической способностью. Наличие окислов на проводах, соединяемых накруткой,
в значительной степени увеличивает термоэлектрическую способность соединений (до 0,9
мкВ/°С). Поэтому с проводов перед накруткой должны тщательно удаляться окислы.
Выбор электрических соединителей. Электрический соединитель должен
выдерживать более жесткие внешние климатические и механические воздействия, чем
аппаратура, в которую соединитель устанавливается. Запас по внешним воздействиям
обеспечит его надежную работу в процессе эксплуатации. Чем больше контактов
соединителя, тем меньше параметры надежности, приходящиеся на один контакт. Поэтому
при отсутствии жестких ограничений на габариты и массу ЭА можно рекомендовать вместо
одного устанавливать несколько соединителей с суммарным числом контактов, равным
числу контактов внешних цепей изделия.
Цилиндрические соединители обеспечивают более надежную заделку жгута, имеют
большую надежность и стабильность параметров. Однако монтаж прямоугольных
соединителей за счет линейного расположения выводов более удобен.
Для конструктивных модулей всех уровней РЭА конструктор разрабатывает
определенный способ коммутации. При этом, как правило, модули снабжаются
соединителями, которые по назначению можно классифицировать как соединители разных
уровней коммутации.
Взаимодействие на плате МС и радиоэлементов выполняется, как правило, паяными
соединениями. Недостаток этого способа состоит в том, что для многовыводных
компонентов затрудняется демонтаж, возникает необходимость в использовании
специальной оснастки, паяльников для групповой пайки. Улучшение ремонтопригодности и
снижение эксплуатационных затрат возможно применением в конструкции соединителей
первого уровня коммутации. Соединители МС распаиваются на печатной плате, затем в них
устанавливают МС. Электрический контакт выводов соединителя с выводами МС
обеспечивается за счет холодного контактирования металлов.
Соединители второго уровня коммутации обеспечивают электрическое соединение
ТЭЗ между собой на шасси или объединительной печатной панели. Соединители третьего
уровня осуществляют коммутацию приборов, блоков, рам и стоек.
В зависимости от назначения различают соединители кабельные, приборно-кабельные
и приборные. Кабельный соединитель служит для коммутации кабелей приборов. Вилочная
и розеточная части соединителя не закрепляются на приборах, а фиксируются на кабелях. В
приборно-кабельных соединителях один из элементов (обычно вилка) закрепляется на
приборе, вторым элементом соединителя (розеткой) заканчивается кабель, и фактически
происходит коммутация кабеля с прибором. В приборных соединителях осуществляется
коммутация частей приборов между собой. При этом вилка (или розетка) закрепляется на
модуле, а ответная часть соединителя - на корпусе прибора. Соединители снабжаются
фланцами или специальными элементами закрепления.
Соединение вилки с розеткой бывает врубным, резьбовым и байонетным. Врубное
соединение обеспечивается простым вставлением вилки в розетку, иногда с фиксацией
сочлененного состояния замком. Резьбовое соединение кабельных и приборно-кабельных
соединителей выполняется, резьбовой накидной гайкой, после завинчивания которой
происходит коммутация и фиксация пар штырь-гнездо. Байонетное соединение
обеспечивается пазом и выступом, вводимым в конструкцию вилки и розетки. При
попадании выступа в паз и легком нажатии осуществляется скольжение выступа в пазе и
фиксация в углубление.
Резьбовые соединители обеспечивают высокую надежность электрических
соединений в условиях жестких механических воздействий. Врубное соединение позволяет
быстро сочленять-расчленять соединитель, но такие соединители имеют низкую надежность
13
в условиях воздействия ударов и вибраций. Байонетное соединение занимает промежуточное
положение между врубным и резьбовым.
Соединитель выбирают исходя из назначения, предполагаемого способа монтажа,
необходимого числа коммутируемых цепей, электрических и электромеханических
параметров, внешних климатических и механических воздействий, надежности. К
электрическим параметрам соединителей относятся максимальная рабочая частота,
контактное сопротивление, рабочие токи и напряжения, сопротивление и электрическая
прочность изоляции. К электромеханическим - усилие сочленения соединителя. Для
удобства при эксплуатации усилие сочленения должно быть минимальным. Однако при
воздействии ударов и вибраций возникает опасность изменения контактного сопротивления,
появление виброшумов и шорохов на контактах, нарушение контакта.
Для аппаратуры низкого и среднего быстродействия из электрических параметров
наиболее важными являются максимальные коммутируемые токи и напряжения. Однако при
работе на высоких частотах возникает проблема согласования волновых сопротивлений
коммутируемых цепей и контактных пар соединителей. Несогласованность приводит к
искажению передаваемых сигналов, увеличению времени переходных процессов в цепях
передачи сигналов.
В заключение следует отметить, что электрические соединители являются
электромеханическими устройствами и чаще всего самым слабым звеном в РЭА. Причинами
ненадежности в работе соединителей является их неправильная установка, некачественный
монтаж, плохое обслуживание, пыль и грязь. Важнейшее требование к соединителю - проч-
ность и адекватность конструкции изделия, на которое соединитель устанавливается. При
установке соединителя на панель или корпус изделия последние должны обладать
достаточной жесткостью, чтобы предотвратить передачу механических воздействий на
соединитель и жгут.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра
конструирования электронных средств. – 2001. -
http :// www 2. fep . tsure . ru / russian / kes / books / kitevm / lekpart 1. doc
2. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов.
– М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 528 с. URL: http://slil.ru/22574041/529407141/Konstruktorsko-
tehnologicheskoe_proektirovanie_elektronnoj_apparatury.rar
Главный сайт автора ~ Лекции по конструированию аппаратуры
О замеченных опечатках, ошибках и предложениях по дополнению: davpro @ yandex . ru .
Copyright ©2006 Davydov А.V.
14