Xreferat.com » Рефераты по радиоэлектронике » Узлы функциональной электроники

Узлы функциональной электроники

Введение

Устройства функциональной электроники – это устройства, которые работают на различных физических явлениях, работа связана с использованием динамических неоднородностей ( временные дефекты в однородном твердом теле ). Их функционирование описывается уравнениями математической физики.

Любая ЭВС состоит из элементной базы: ИС, устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы.

Электрорадиоэлементы используются давно и подразделяются на:

    • активные ( п/п приборы и электровакуумные );

    • пассивные:

    • общего применения ( резисторы, конденсаторы и пр.)

    • СВЧ устройства ( элементы, размеры которых соизмеримы с длинной волны обрабатываемого сигнала).


Соединители и коммутационные устройства

Соединители – это устройства, предназначенные для механического соединения /разъединения электрических цепей в обесточенном состоянии.

Коммутационные устройства – это устройства, предназначенные для периодического замыкания/размыкания цепей под током.

Соединитель образует разъемное, контактное соединение. Существуют неразъемные соединения – паяные, сварные и пр.

Коммутационные устройства могут быть с ручным или электрическим управлением. Коммутационные устройства делятся на:

    • контактные – используют механическое соприкосновение двух контактных деталей;

    • бесконтактные – осуществляют коммутацию без механического соединения/разъединения.


Теория электрического контакта

В контактном устройстве протекает ряд сопутствующих явлений, кроме электрической проводимости.

После разреза сопротивление проводника увеличивается на некоторое переходное сопротивление (Rпер ) – одна из основных характеристик контакта ( чем меньше, тем лучше ).

Появление переходного сопротивления объясняется ( Rпер ):

  1. Как бы чисто мы не обрабатывали разрез, на нем всегда существуют микро шероховатость, из-за этого проводник соединяется не по всей поверхности поперечного сечения:

Sреал.>Sперв.

Площадь контакта меньше реальной площади поперечного сечения.

  1. На поверхностях контактирующих деталей появляются пленки. Причины их возникновения:

    • атомарный кислород оседает, образуя пленку;

    • за счет соединения O2 и металла – окисные пленки;

      Существуют пассивирующие и рыхлые пленки. Рыхлые пленки могут существенно влиять на Rпер.. Чем больше температура, тем больше скорость роста пленки, но при достижении некоторой температуры пленка разрушается.

      серебро …………… t пл.=150 C

      алюминий…………tпл.=3000 С

    • осаждение пленки воды – оказывает малое влияние на Rпер., но при замерзании воды могут возникнуть пленки льда, а это уже диэлектрик.

    • сульфидные пленки – у них большая толщина и плотность.

Наличие пленок затрудняет прохождение электрического тока. В зоне контакта ток протекает благодаря эклектической проводимости металлов и ещё благодаря фрикинг-эффекту.

Фрикинг-эффект

Между несоприкасающимися пленками возникает большая напряженность электрического поля, из-за такой электрической напряженности возникает пробой, металл расплавляется и возникает электрический контакт.

Ток может протекать через пленку и благодаря туннельному эффекту.

  1. Эффект стягивания

Удлиняется путь электронов из-за изменения траектории движения, вызванного разрезом проводника.


Эквивалентная схема контактного устройства

N – количество шероховатостей ( величина случайная, при каждом соприкосновении N изменяется ).

RV1 – сопротивление шероховатостей;

Rст1 – сопротивление стягивания;

Rпл1 – сопротивление пленки.

В среднем можно считать переходное сопротивление по упрошенной формуле:

, где

 - удельное сопротивление материала контакта;

  • - коэффициент Пуассона ( механическая характеристика );

E – модуль упругости материала;

Q – усилие контактного нажатия;

hв – средняя высота выступа.

Статическая нестабильность переходного сопротивления – среднеквадратическое отклонение. Характеристикой контактного устройства является динамическая нестабильность – показывает степень изменения Rпер при воздействий на контактное устройство внешнего механического воздействия ( вибрация, удар ).

Более сложные физические явления работы наблюдаются в динамическом режиме работы – при замыкании / размыкании.

При размыкании возможно наблюдение явления дуги и следовательно расплавление контактов. Возникает из-за высокой ионизации между контактами.

Дуга зависит от:

  • материала;

  • напряжения и тока;

  • чистоты поверхности;

  • состава окружающей атмосферы;

  • от наличия реактивных элементов в коммутируемой цепи.

Разность потенциалов между контактами это инд. и ист.. Из-за дуговой эрозий очень ухудшается контакт.

Наблюдается явление мостиковой эрозии, возникает при низких напряжениях между контактами. При размыкании уменьшается число точек соприкосновения и увеличивается плотность тока, металл оплавляется и вытягивается, и, следовательно, контакт разрушается.

Электрические соединители.


Классификация по виду соединяемых частей:

1группа: - низковольтные, НЧ- предназначены для работы на Uh< 1500 В и f<3 МГц, длительность фронта < 0,1 мс.

2группа: - соединители с напряжением более 1,5 кВ.

3группа: - ВЧ- соединители, для соединения различных частей.

4группа: - комбинированные соединители, контакты НЧ – и ВЧ - типа.

По конструкционной особенности и форме изолятора, соединители различают:

  • Цилиндрические (форма сечения близка к кругу);

  • Прямоугольные;

Цилиндрические соединители делятся по способу сочленения и фиксации сочлененного соединения:

  • резьбовые;

  • врубные;

  • самозапирающиеся;

  • байнетные;

Прямоугольные делятся по способу монтажа:

  • приборные;

  • для печатного монтажа;

  1. Приборные соединители
  • межблочные

  • блочные

  • кабельные

  • проходные

2. Соединители для печатного монтажа

  • торцевые

  • навесные

Все соединители делятся по габаритам.

1 – Соединители нормальных габаритов( шаг H между контактами больше 5 мм.).

2 – Соединители малогабаритные.(3,5 < H < 5 мм).

3 – Соединители субминиатюрные.(1,75 < H < 3,5 мм).

4 – Соединители миниатюрные.(1,25 < H < 1,75 мм).

5 – Соединители микроминиатюрные.(H=1,112).

6 – Соединители супермикроминиатюрные.(H=0,625).

Все соединители , по принципу контактирования, делятся на:

  • соединители c обычным контактом

  • униполярные соединители

  • соединители с опаевыми контактами

  • соединители с принудительным обжатием контактов

Некоторые условно графические обозначения.


  1. Штырь –


в ВЧ-Соединителе –


  1. Гнездо –


в ВЧ - Соединителе –

при соединении с коаксиальным кабелем –

  1. Неразъемное соединение –


  1. Токосъем –

или



  1. Для того чтобы показать, что гнезда принадлежат, к одному соединителю делают так:

А) Б) X1.1

X1.2

X1.3





  1. Соединение –


Все соединители обозначаются буквой X.

XS – Гнездо

XP – Штырь

XW- ВЧ- соединитель.

Система обозначений

(ГОСТ- 17468-76)

Обозначение низкочастотного соединителя состоит из последовательности букв и цифр.

Первый блок состоит из трех букв.

  1. Первая буква в обозначении означает:

О – общего применения.

Вторая буква обозначает

Н – низкочастотный, низковольтный или К – комбинированный.

Третья буква обозначает

Ц – цилиндрический либо П – прямоугольный

Если последние буквы строчные ц или п , то этот соединитель предназначен для печатного монтажа.

Следующий блок состоит из двух букв.

  1. Первая буква определяет тип соединителя:

Б – байнетного типа;

Р – резьбового;

В – врубного;

С – самозапирающийся;

П – с принудительным обжатием контактов;

Вторая буква определяет габарит соединителя:

Н - соединители нормальных габаритов;

Г – соединители малогабаритные;

С – соединители субминиатюрные;

М – соединители миниатюрные;

К – соединители микроминиатюрные;

  1. Число – порядковый номер разработки.

  2. Число - количество контактов у соединителя.

  3. Размер соединителя

  • для прямоугольного соединителя размер обозначается так: A*B (например 45*20).

  • для цилиндрического: А – это диаметр ( например 25).

Шестым блоком в обозначении идет буква.

  1. В – вилка;

Р – розетка;

Г – гибрид;

У – униполярный;

  1. Далее идет номер типа конструкции.

Рассмотрим пример обозначения соединителя.

ОНп – ВГ – 7 – 48/94*15 – В – 53

или

ОНц – БГ – 2 – 45/39 – Р – 11


Для ВЧ – Соединителя существуют свои обозначения.

  1. Буквы СР или СРГ- соединитель радиочастотный.

  2. Далее идет цифра , которая обозначает волновое сопротивление соединителя.

Например 50 или 75.

  1. Третьим стоит номер разработки.

От 1 до 100 – байнетного типа;

от 101 до 500 – резьбового;

от 501 до 700 – врубного;

Вид изоляционного материала:

П – полиэтилен;

С – полистирол;

К – керамика;

Ф – фторопласт;

Пример обозначения ВЧ- соединителя: СР – 75 – 110Ф.


Основные параметры соединителей.


  1. Контактное сопротивление – R к (5-15 мОм).

R к = Rпер + Rмк:

где Rпер – переходное сопротивление.

Rмк – сопротивление металлических контактов.

  1. Статическая нестабильность Rст.

  2. Динамическая нестабильность Rдин.

  3. Максимальный рабочий ток (величина тока определяется температурным режимом).

  4. Максимальное рабочее напряжение (которое может действовать между любыми контактами и корпусом).

  5. Минимальное рабочее напряжение.

  6. Сопротивление изоляции (определяется электропроводностью изолятора).

  7. Усилие расчленения Fp.

Fp = n*Fpi + Fp k;

Fpi = Fтр = Kтр*Q;

  1. Износостойкость (максимальное число сочленений/расчленения).


Конструктивные характеристики соединителей.


Любой соединитель включает в себя следующие конструктивные элементы.


а) Контактный узел.

б) Изолятор.

в) Корпусные детали.


  • Контактный узел – это основной функциональный элемент соединителя(состоит из штыря и гнезда).В свою очередь гнездо и штырь состоят из:

- Рабочий элемент (выполняет функцию электрического соединения и создания механического давления)

Различают рабочий элемент – с совмещенными электрическими и упругими парами (за счет использования цилиндрического разрезного штыря и гнезда).

Рабочий элемент – с разделенными электрическими и упругими элементами.

Рабочий элемент – с контактной парой с гиперболоидным гнездом.


  • Элемент крепления (выполняет функцию электрической изоляции и крепления контактного узла). Различают:

  • жесткое крепление (крепление армированием);

  • плавающее крепление;

  • Хвостовик – предназначен для крепления проводника.

Материалы контактного узла:

  1. Упругие части – бронза;

  2. Неупругие части – латунь (ковар);


  • Изолятор – предназначен для крепления контактного узла, электрической изоляции, передачи механического усилия при сочленении/расчленении.

Материал изолятора – пластмассы, керамика, стекло.

  • Корпусные детали – предназначены для крепления изолятора, защита соединителя от механических повреждений и воздействия окружающей среды.

Обеспечивает взаимную ориентацию ответных частей при сочленении. Фиксация при сочлененном положении. Крепление жгута или кабеля, крепление соединителя к стенке блока, экранирование.

Корпусные детали изготавливают из следующих материалов:

  • сталь;

  • цветные металлы и сплавы;

  • пластмассы;

Коммутационные устройства.

Коммутационным устройством можно считать устройство, которое может скачкообразно изменять свои выходные характеристики при пороговом значении входного параметра, независимо от закона его предшествующего изменения.

Y – выходная характеристика;

X – входной параметр.

Где:

Xср. – значение срабатывания – значение входного сигнала, при котором происходит скачкообразное изменение выходного параметра ( пороговое значение );

Xотп. – значение отпускания – значение входного сигнала, при котором происходит скачкообразное изменение выходного параметра ( пороговое значение ) ;

Xдоп. – допустимое значение входного параметра, превышение которого может привести к выходу из строя устройства.

Релейная характеристика.


Коммутационное устройство может находиться в двух состояниях: исходном и рабочем.

Значение выходного параметра, при происходит переход из исходного состояния в рабочее - Xср., а обратный переход происходит при - Xотп. .

Любое коммутационное устройство состоит из:

В
коммутационных устройствах происходит преобразование одного вида энергии в другой.

К
лассификация коммутационных устройств:

    • по типу управляющего сигнала:

      электрическое управыление;

      механическое ( ручное ) управление.

    • по принципу коммутации:

      контактные;

      бесконтактные.

    • по принципу действия:

      контактного типа:

      механические;

      электромагнитные;

      магнитоуправляемые;

      магнитогидродинамические;

      электростатические;

      электротепловые;

      электромагнитнострикционные

      бесконтактного типа:

      электронные;

      магнитные;

      гальваномагнитные;

      оптоэлектронные;электретные;

      пьезоэлектрические;

      криотронные;

      халькогенидные;

      оптические.

Коммутационные устройства с механическим управлением.

Коммутационные устройства с механическим управлением, или иначе переключатели. В зависимости от способа управления приводом все переключатели делятся:

    • нажимные ( кнопочные );

    • перекидные ( тумблер );

    • поворотные (галетные );

    • движковые;

    • сенсорные.

Первые 4-е типа могут быть контактные и бесконтактные, сенсорные как правило бесконтактные. Контактные переключатели в от формы контактов делятся на переключатели:

    • с накладными контактами;

    • с скользящими контактами.

Накладные контакты.

Конструкции.




Функции соединения и разрыва электрической цепи пространственно совпадают, для улучшения качества переключателей используют притирающиеся контакты.

Притирающиеся это когда точки контакта и протекания тока различны.

Скользящие контакты.

Функции соединения и разрыва пространственно разнесены. Но увеличиваются усилия для контакта, т.е. происходит интенсивное зачищение контакта.


Основные параметры:

  1. Контактное сопротивление – R к.

  2. Статическая нестабильность контактного сопротивления – R ст.

  3. Динамическая нестабильность контактного сопротивления – R дин.

  4. Максимальное рабочее напряжение – U max

  5. Сопротивление изоляции – R из.

  6. Коммутируемая мощность – P к.

  7. Коммутируемая напряжение –U к.

  8. Коммутируемая токи – I к.

  9. Износостойкость.

На высоких частотах работы переключателя появляются паразитные параметры.

Эквивалентная схема коммутационного устройства ( на высоких частотах ).

В замкнутом состоянии. В разомкнутом состоянии.


где:

L к – индуктивность контакта;

R пер – переходное сопротивление;

R мк – сопротивление металлических контактов;

C кз – емкость контакт-земля;

R из – сопротивление изоляции;

C к – емкость контакта.

С
истема обозначений.

  1. В, П – выключатель или переключатель.

  2. Кн, Т, Г, П, Д – кнопочный, тумблер, галетный, программируемые переключатели, движковые.

  3. Б – бесконтактный, если нет обозначения – контактный.

  4. N ( цифра ) – порядковый номер разработки.ъ

  5. N ( цифра ) – номер типо-номинала.

  6. N ( цифра ) – число полюсов.

Например: ПГ39-3-4


Условно-графические обозначения.


1.Замыкающий контакт


2.Размыкающий контакт





3.Если есть несколько контактов, то общую принадлежность обозначают так:

Б) Позиционные обозначения

В) Штриховая линия


А).

S1.1

S1.2


Буквенное обозначение контактов - S.

SA – выключатели переключатели.

SB – кнопка.


4.Переключатели без фиксации.




5.Контакт с опережением.



с запаздыванием.


6. Контакт повторным нажатием




Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: