- •Министерство образования российской федерации марийский государственный технический университет
- •Предисловие
- •Введение Терминология электронных средств
- •Тенденции развития конструкций эс
- •1. Структура и классификация электронных средств
- •1.1. Конструкция эс как система
- •1.2. Свойства конструкций эс
- •1.3. Структурные уровни
- •1.4. Классификация электронных средств
- •Контрольные вопросы.
- •2. Факторы, определяющие построение электронных средств
- •2.1. Факторы окружающей среды
- •2.2. Системные факторы, определяющие построение электронных средств
- •2.2.1 Факторы, определяющие компоновку рэа
- •2.3. Факторы взаимодействия в системе «человек-машина»
- •2.3.1. Человеко-машинные системы, их классификация и свойства.
- •2.3.2. Психологические характеристики и параметры человека-оператора
- •2.4 Рабочая зона оператора
- •2.4.1. Формы рабочих зон
- •2.4.2. Размещение органов управления
- •2.4.3. Размещение средств отображения
- •2.4.4. Выбор типа индикаторных приборов
- •2.4.5. Рекомендации по оформлению лицевой панели
- •3. Конструкторское проектирование
- •Характер и вид конструкторских работ и организация творческой работы
- •Характер и вид конструкторских работ
- •3.1.2 Организация творческой работы конструктора
- •Общая методология конструирования эс
- •3.2. Стадии разработки эс
- •3.3. Выбор метода конструирования эс
- •3.4. Конструкторская документация
- •4. Современные и перспективные конструкции электронных средств
- •4.1. Компоновочные схемы фя цифровой мэа III поколения
- •4.2. Компоновочные схемы блоков цифровой мэа III поколения
- •4.3. Компоновочные схемы фя цифровой мэа IV поколения
- •4.4. Компоновочные схемы блоков цифровой мэа IV поколения
- •4.5 Компоновочные схемы приёмоусилительных фя мэа III поколения
- •4.6 Компоновочные схемы приемоусилительных фя мэа IV поколения
- •4.7 Компоновочные схемы блоков приёмоусилительной мэа
- •4.8. Компоновочные схемы модулей свч и афар
- •5. Системы базовых несущих конструкций
- •5.1. Конструкционные системы и иерархическая соподчиненность уровней эс
- •5.2. Основные виды конструкционных систем
- •Размеры полногабаритных настольно-переносных корпусов бнк “Надел-85”
- •5.4. Проблема развития бнк для современных эс
- •6. Унификация конструкций эс
- •6.1. Государственная система стандартизации (гсс)
- •6.2. Единая система конструкторской документации (ескд)
- •6.3. Разновидности стандартизации
- •6.4. Унификация эс
- •7. Тепловые и механические характеристики эс
- •7.1 Тепловой режим блоков мэа
- •7.2 Расчет тепловых режимов мэа
- •7.3. Механические воздействия на мэа
- •7.4 Защита блоков мэа от механических воздействий
- •8. Электромагнитная совместимость эс
- •8.2 Факторы, влияющие на эмс элементов и узлов эс
- •8.3. Наиболее вероятные источники и приемники наводимых напряжений (наводок)
- •8.4. Основные виды паразитных связей
- •8.4.1. Паразитная связь через общее сопротивление
- •8.4.2. Паразитная емкостная связь
- •8.4.3. Паразитная индуктивная связь
- •8.4.4. Паразитная связь через электромагнитное поле и волноводная связь
- •8.5. Экранирование
- •8.5.1. Принципы экранирования электрического поля
- •8.5.2. Принципы экранирования магнитного поля
- •8.6 Фильтрация
- •8.7. Заземление
- •8.8. Виды линий связи и их электрические параметры
- •8.8.1. Волоконно – оптические линии связи (волс)
- •8.9 Конструирование электрического монтажа
- •8.9.1 Классификация электромонтажа эс
- •8.9.2. Требования к электрическому монтажу эс
- •8.9.3. Требования к контактным узлам (разъемным и неразъемным)
- •8.9.4. Конструирование электромонтажа объемным проводом
- •8.9.5. Преимущества печатного, шлейфового и плёночного монтажа
- •8.9.6 Разъемы в эс
- •9. Влагозащита и герметизация
- •9.1. Выбор способа защиты металлических деталей и узлов с учетом требований по электропроводности корпуса изделий
- •9.1.1. Основные свойства некоторых металлических и химических покрытий
- •9.1.2. Лакокрасочные покрытия
- •9.1.3. Выбор защитного покрытия
- •9.2. Герметизация
- •9.2.1. Защита изделий изоляционными материалами
- •9.2.2. Герметизация с помощью герметичных корпусов
- •9.3. Примеры конструкций средств защиты
- •9.4. Выбор способа защиты от взрыво- и пожароопасной среды
- •10. Радиационная стойкость электронных средств
- •10.1. Основные понятия и виды облучения
- •10.2. Влияние облучения на конструкционные материалы
- •Характеристики радиационной стойкости материалов.
- •10.3. Влияние ионизирующего облучения на резисторы
- •Изменение номинального сопротивления резисторов (%) при кратковременном воздействии нейтронного облучения.
- •Величины нейтронного потока при котором возникают необратимые изменения в резисторах и короткое замыкание, нейтр/см2
- •10.4. Влияние ионизирующего облучения на конденсаторы
- •Влияние радиации на конденсаторы.
- •10.5. Влияние радиации на полупроводниковые диоды
- •10.6. Влияние радиации на транзисторы
- •10.6.1. Влияние радиации на коэффициент усиления
- •Значения коэффициента к.
- •10.7. Влияние облучения на электровакуумные приборы иинтегральные схемы
- •10.8. Методы конструирования, направленные на уменьшение влияния облучения на характеристики рэа
- •11.Системные критерии технического уровня и качества изделий
- •11.1. Основные сведения о качестве продукции и об управлении качеством эс
- •Единичные показатели качества – показатель качества продукции, относящийся к только к одному из ее свойств.
- •11.2. Требования к конструкциям эс и показатели их качества
- •11.3. Выбор элементной базы и материалов конструкции эс
- •12.Использование информационных технологий при проектировании электронных средств
- •12.1 Содержание и уровень информационных технологий
- •12.3. Особенности автоинтерактивного конструирования средствами малых эвм и арм
- •12.4. Примеры применения стандартных и оригинальных программ в проектировании эс
- •13. Технический дизайн при проектировании эс
- •13.1. Терминология, применяемая в художественном конструировании эс
- •13.2. Стандарты и качество изделий применительно к дизайну
- •Термины общих эргономических показателей качества изделий (по гост 16035 - 70)
- •13.3. Художественные вопросы конструирования эс
- •13.3.1. Композиция
- •13.3.2. Гармоничность и пропорциональность
- •13.3.3. Масштабность
- •13.3.4. Отделка изделия
- •13.3.5. Цветовое решение изделия
- •Заключение
- •Библиографический список Основная
- •Дополнительная
- •Оглавление
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17
Тенденции развития конструкций эс
Развитие конструкций ЭС, как известно, прошло уже четыре этапа. Смена каждого поколения обуславливалась сменой элементной базы, в основном активных компонентов РЭУ и, как следствие, сменой метода и правил компоновки и монтажа.
Первое поколение ЭС базировалось на ламповой технике и блочном методе компоновки и монтажа. Появление отечественных ламп относится к 1919 г. (Нижегородская лаборатория под руководством М.А.Бонч-Бруевича), а начало радиовещания в СССР - к 1924 г.
Ламповая техника непрерывно изменялась: лампы стеклянной и металлической серии, пальчиковые лампы, лампы серии «дробь» и «жёлудь». Блочный метод компоновки и монтажа заключается в выполнении конструкций крупных частей схемы в виде моноблоков, чаще всего без кожухов, компонуемых в стойках и фермах и коммутируемых как внутри себя, так и между собой проволочно-жгутовым монтажом.
С усложнением ЭС появились требования крупносерийного производства, дробления конструкций на основе унифицированных функциональных узлов (УФУ). Такими первыми УФУ явились «Элемент-1» на печатном монтаже и лампах типа «дробь». Метод компоновки от блочного перешёл к функционально-узловому.
К 1954 г. появилось II поколения конструкций ЭС – промышленная транзисторная техника (изобретение транзистора относится к 1948 г.). Миниатюрные лампы были заменены на транзисторы в корпусах ТО-5, а УФУ «Элемент-1» - на УФУ «Элемент-2». Функционально-узловой метод стал доминировать во многих конструкциях ЭС.
В период транзисторной техники возникло новое направление в конструировании ЭС – миниатюризация аппаратуры. Уменьшились размеры и масса пассивных ЭРЭ, транзисторов и трансформаторов, катушек индуктивности и даже электронно-лучевых трубок. Функциональные узлы стали выпускаться в виде плоских и объёмных модулей, плоских и этажерочных микромодулей. Однако при сохранении за дискретными ЭРЭ основного конструктивного элемента с частотой отказов λ= 10-6 ч-1 не смогло существенно повлиять на надёжность ЭС, и при всё более увеличающейся их сложности вероятность безотказной работы падала. Это противоречие было разрешено с появлением интегральных микросхем (начало 60-х годов).
Третье поколение ЭС характеризуется применением новой элементной базы – корпусированных ИС широкого применения и миниатюрными ЭРЭ на печатных платах с высокой разрешающей способностью (до 0,3 мм). Микросхемы, по своей функциональной сложности представляющие функциональные узлы, выпускались в те годы в металлических, пластмассовых и металлокерамических корпусах прямоугольной и круглой формы со штыревыми и плоскими выводами. Число выводов не превышало 15. Микросхемы в количестве 20…30 штук компоновались на печатных платах со средними размерами 140×170мм, выводная коммутация которых осуществлялась стандартными разъёмами. Такая конструкция, наиболее характерная для цифровых устройств, получила название вначале субблока, а позднее – функциональной ячейки.
Ячейки ЭВМ, выполненные по принципу базовых несущих конструкций, называют типовыми элементами замены.
Применение микросхем, изготовление которых основано на групповых методах получения целого набора элементов на подложке или в объёме кристалла, позволяет резко повысить надёжность. Так, частота отказов одной ИС, содержащей порядка 100 элементов, равна частоте отказов всего лишь одного дискретного ЭРЭ, т.е. λис= λэрэ=10-6 ч-1.
Таким образом, достижения в области микроэлектроники и её промышленного внедрения позволили перейти к созданию нового поколения конструкций ЭС – к интегральным электронным устройствам. Интегральные электронные устройства отличаются малыми массой и габаритами, высокой надёжностью, пониженным потреблением энергии, меньшей стоимостью, групповой автоматизированной технологией изготовления компонентов и устройств, применением САПР при конструировании и подготовке производства. Интегральные ЭУ проектируются на новых принципах схемотехники – микросхемотехники, в основе которой заложена микроэлектроника.
Далее миниатюризация шла по пути отказов от индивидуальных корпусов ИС и внедрения более крупных подложек вместо печатных плат. Так появилась конструкция ЭС IV поколения, которая использовалась в основном в космической и ракетной технике.
К достоинствам конструкций IV поколения следует отнести уменьшение массы (в 3-4 раза) и объёма (в 5-6 раз) моноблоков, более высокую надёжность за счёт исключения стандартных разъёмов и замены их на гибкие шлейфы, а также сокращения числа паяных соединений (исключение выводов из корпусов), повышение вибро- и ударопрочности. К недостаткам и трудностям в развитии IV поколения конструкций ЭС относятся повышенная теплонапряжённость в блоках и необходимость введения дополнительных теплоотводов (металлических рамок), незащищённость бескорпусных элементов и компонентов МСБ от факторов внешней среды и необходимость полной герметизации корпусов блоков с созданием инертной газовой среды внутри них, более высокая стоимость за счёт сложного и дефицитного технологического оборудования, более длительные сроки разработки из-за необходимости разработки самих МСБ, как изделий частного применения, недостаточное количество специалистов этого профиля (как инженеров, так и технического персонала). Однако разработчикам удаётся значительно улучшить не только качественные энергоинформационные параметры ЭС, но и в ряде случаев тактико-технические характеристики объекта. Появление новой элементной базы (функциональных компонентов, микрокорпусов ИС), новых несущих оснований (печатных плат из новых материалов с высокой разрешающей способностью до 0,1мм и без металлизированных отверстий), новых способов сборки и монтажа (групповой автоматизированной сборки и пайки), новых принципов компоновки устройств из суперкомпонентов (интеграции на целой пластине) привело к созданию ЭС ещё более компактных, надёжных и с меньшей стоимостью, чем известные прототипы. Конструкции таких устройств, выполненные по принципам монтажа на поверхность и интеграции на целой пластине, можно отнести к пятому поколению.