Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Методические указания к выполнению лабораторных работ

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ (РЭС) Методические указания к выполнению лабораторных работ

Факультет радиоэлектроники Направления подготовки и специальности дипломированного специалиста: 654200 - радиотехника 200700 – радиотехника 654300 - проектирование и технология электронных средств 200800 - проектирование и технология радиоэлектронных средств Направление подготовки бакалавра 552500 - радиотехника Санкт Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК.621.396:658.512.2(07) Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПб.: СЗТУ, 2004. - 23 с. Перечень и содержание лабораторных работ соответствуют рабочей программе дисциплины «Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС)», отвечающей требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654300 технология (специальность 200800 – «Проектирование и радиоэлектронных средств»), направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 (специальность 200700 – « Радиотехника ») и направлению подготовки бакалавра 552500. Данные методические указания содержат основные теоретические положения и методику выполнения лабораторных работ, охватывающих основные разделы курса: «Тепло- и массообмен в конструкциях РЭС и расчет теплового режима»; «Электромагнитная совместимость и экранирование», «Механические воздействия и защита РЭС». Рассмотрено на заседании кафедры технологии и дизайна радиоэлектронной техники 29 апреля 2004 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 6 мая 2004 г. Рецензенты:

кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники СЗТУ (зав. каф. В.Н.Воронцов, д-р техн. наук, проф.); В.И.Соколов, д-р физ.-мат. наук, проф., зав. лабораторией физико-технического института РАН

Составитель В.В.Винников, канд. техн. наук, доц. © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Данные методические указания содержат основные теоретические положения и методику выполнения лабораторных работ по курсу «Основы проектирования радиоэлектронных средств». Цель выполнения лабораторных работ – приобретение навыков исследования и измерения тепловых режимов РЭС и их элементов, способов защиты РЭС от тепловых, электромагнитных и механических воздействий и их эффективности. В лаборатории принят бригадный метод выполнения работ, причем в каждую бригаду должно входить не более двух-трех человек. При работе на ПЭВМ работа выполняется индивидуально. К очередной работе студенты допускаются только после положительной оценки преподавателем их готовности к выполнению работы и после представления отчета о предыдущей работе. О готовности к работе свидетельствуют знания содержания работы, основных теоретических сведений о вопросах, рассматриваемых в работе, методов проведения измерений и соответствующей аппаратуры, а также основных правил и приемов работы на ПЭВМ и необходимых знаний по её управлению. Для выявления готовности студентов преподаватель проводит собеседование. Перед выполнением лабораторных работ студенты получают инструктаж по технике безопасности и расписываются в журнале. Экспериментальная часть лабораторных работ должна выполняться согласно указаниям, приведенным в описании, при строгом соблюдении правил техники безопасности. Первое подключение установок производится только после разрешения преподавателя. В процессе выполнения работы каждый студент должен вести записи, черновик которых подписывается преподавателем, и затем они должны быть оформлены в виде отчета. Последний оформляется индивидуально каждым студентом. Отчеты должны быть составлены технически грамотно, аккуратно, с соблюдением соответствующих ГОСТов на обозначение величин и элементов схем. Каждый отчет необходимо заканчивать самостоятельными выводами, подходя творчески к полученным экспериментальным данным и используя свои теоретические знания. Все отчеты по проделанным работам должны быть выполнены в

3

отдельной тетради, на первой странице которой указаны фамилия и инициалы студента, а также его шифр. Перед зачетом по лабораторным работам студент должен сдать оформленный отчет на проверку преподавателю и только после исправления ошибок сдавать зачет. Студенты специальности 200700 выполняют лабораторные работы №№ 3, 4 и 5. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в РЭА: Учебник. – М.: Высш.школа, 1984. 2. Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Задание на курсовую работу, методические указания к выполнению курсовой работы. – СПб.: СЗТУ, 2004 . 3. Парфенов Е.М. и др. Проектирование конструкций РЭА: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1989. 4. Борщенко Е.И. и др. Конструирование РЭА: Учеб. пособие. – Л.: СЗПИ, 1988. 5. Конструирование экранов и СВЧ-устройств: Учебник/ Под ред. А.М. Чернушенко. – М.: Радио и связь, 1990. 6. Токарев М.Ф. и др. Механические воздействия и защита РЭА: Учеб. пособие. – М.: Радио и связь, 1984. 7. Полонский Н.Б. Конструирование электромагнитных экранов для РЭА. – М.: Сов. радио, 1979. 8. Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Рабочая программа, задания на контрольные работы, методические указания к выполнению контрольных работ. – СПб.: СЗТУ, 2004.

4

РАБОТА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЭС I.

Цель работы

Исследование тепловых режимов РЭС при естественной конвекции, перемешивании воздуха или внешнем обдуве; ознакомление с методами и средствами измерения температур. II.

Основные теоретические положения

Необходимые теоретические положения по измерению температур; погрешностям, возникающим при их измерении; а также по измерению скорости и расходов газа изложены в [1]. В качестве термодатчиков используются термопары и термометры сопротивлений. В процессе выполнения работы необходимо получить информацию у преподавателя о типе используемого термодатчика, ознакомиться с его характеристиками, схемой и методом измерения. Коэффициент заполнения по объему можно рассчитать по формуле

Kз

=

Vш + V Д , V

где VД – объем деталей, Vш – объем шасси, V – объем аппарата. Высота нагретой зоны определится как

hз = h ⋅ K з , где h – высота аппарата. Порядок расчета среднеобъемного перегрева нагретой зоны регламентируется ОСТ 4ГО.012.032 и изложен в [2]. В стадии регулярного режима температурное поле во всех точках тела изменяется по экспоненциальному закону, причем показатель экспоненты т не зависит от координат [1]. По истечении достаточного времени после начала охлаждения наступает регулярный режим, отличительной особенностью которого является постоянство скорости изменения логарифма перегрева температуры со временем для всех точек тела. Показатель т называют темпом охлаждения (нагрева) тела. Как известно, в стадии регулярного режима изменение избыточной температуры со временем происходит по линейному закону. В связи с этим величину т можно определить из эксперимента по формуле

5

т=

ln ϑ1 − ln ϑ2 τ 2 − τ1 ,

где ϑ1, ϑ2 - перегревы для двух точек кривой охлаждения, соответствующие моментам времени τ1 и τ2. Исследование теплообмена радиаторов различного типа позволяет связать перегрев основания радиатора ϑр с рассеиваемой им мощностью Qр зависимостью [1].

Q p = α Эϑ P A ,

A = L1 L 2 ,

A=

πD 2 4

,

где L1, L2 и D – размеры основания прямоугольного радиатора и диаметр основания круглого радиатора; αэ – эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора; А – площадь основания радиатора; Qр – рассеиваемая мощность. III. Методика выполнения работы Работа состоит из двух частей. Исследование теплового режима РЭС при естественной конвекции 1. Ознакомиться с лабораторной установкой. 2. Получить задание у преподавателя на установку термодатчиков и на величину коэффициента перфорации. Рассчитать коэффициент заполнения прибора Кз. Определить hз. Рассчитать среднеобъемный перегрев нагретой зоны аппарата. 3. Замерить температуру окружающей среды t0. Включить установку и выставить заданную мощность. 4. Снимать показания температур со всех датчиков через 10 минут до установления стационарного режима. Результаты свести в таблицу. Определить время, необходимое для достижения стационарного перегрева ϑ, по формуле

t = t 0 + ϑ з [1 − exp(− mτ )] ,

где t0 – температура окружающей среды; ϑ=t-t0; ϑз – начальный перегрев, не равный нулю. Сравнить расчетное и экспериментальное

6

значения. По градуировочной кривой определить температуры элементов. Сравнить с расчетными значениями. Замеры проводить как для герметичного, так и для перфорированного кожуха. Изменить мощность в соответствии с заданием. 5. Построить тепловые характеристики герметичного и перфорированного РЭС и его элементов. Сравнить с тепловой характеристикой, полученной расчетным путем. 6. Выключить аппарат и провести замеры температур через 10 минут. Построить кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах. Определить темп охлаждения. Сравнить его с величиной темпа охлаждения, полученной расчетным путем. 7. Рассчитать эффективный коэффициент теплоотдачи радиаторов. Используя материал, изложенный в [3], оценить эффективность примененных радиаторов. Исследование теплового режима РЭС при внутреннем перемешивании воздуха или внешнем обдуве 1. Ознакомиться с лабораторной установкой. 2. Установить термодатчики в тех же точках и на тех же расстояниях от исследуемого элемента, что и при выполнении первой части. Рассчитать среднеобъемный перегрев нагретой зоны. 3. Замерить температуру окружающей среды. Включить установку и выставить ту же начальную мощность, что и в части один. Производительность вентилятора задается преподавателем. 4. Произвести замеры температур в тех же точках, что и в первой части. Результаты свести в таблицу. По градуировочной кривой определить температуры элементов. 5. Построить тепловые характеристики аппарата и его элементов. Сравнить с расчетной тепловой характеристикой и с тепловыми характеристиками, полученными при выполнении первой части. 6. Выключить аппарат и провести замеры температур через 10 минут. При этом целесообразно оставить включенным вентилятор. Построить кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах. Определить темп охлаждения. Сравнить его с величиной, полученной расчетным путем, в первой части. 7. Рассчитать эффективный коэффициент теплоотдачи радиаторов. Используя материал, изложенный в [3], оценить эффективность

7

примененных радиаторов. Сравнить с величиной αэ, полученной в первой части. IV. Содержание отчета 1. Цель и краткое содержание работы. 2. Таблицы полученных данных и градуировочные кривые. 3. Расчеты: Кз, hз, температуры нагретой зоны, темпа охлаждения, αэ радиаторов. 4. Тепловые характеристики прибора и его элементов. 5. Кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах. 6. Сравнительный анализ эффективности примененных радиаторов. 7. Краткие выводы по работе. Литература: [1], с.116…121, 126…133, 166…172, 199…206, 230…235; [2];[3], с.154…158. РАБОТА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ I. Цель работы Исследование тепловых режимов полупроводниковых приборов, изучение методов и средств отвода тепла. II. Основные теоретические положения Тепловой пробой в полупроводниковых приборах Одной из причин, ограничивающих возможность использования полупроводниковых приборов (ППП) в тяжелых условиях эксплуатации, является их неустойчивость против тепловых воздействий. Как известно, диапазон температур германиевых приборов ограничивается величиной +85°С, а кремниевых - + (100…150)°С. Тепловой режим ППП определяется совокупностью воздействия температуры окружающей среды и мощностью, рассеиваемой на p-nпереходе. Если величина нагрева за счет температуры окружающей среды может быть сведена к минимуму, то тепло, выделяемое за счет

8

рассеиваемой мощности, в сильной степени сказывается на параметрах и характеристиках ППП. При высоких температурах возможно ухудшение качества внутренних спаев и могут происходить процессы вплавления или диффузии. В области низких температур действуют термические напряжения на спаи и на p-n-переход прибора. Поэтому надежность работы схемы будет сильно зависеть от таких факторов, как температура p-n-перехода, мощность рассеяния, напряжение на переходе. Так, при работе ППП в режиме больших рассеиваемых мощностей наблюдаются частые отказы, основной причиной которых является тепловой пробой. При некоторых величинах обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу, обратный ток через переход начинает резко возрастать. Область резкого роста обратного тока называют областью пробоя p-nперехода. Если условия работы перехода таковы, что в нем выделяется в единицу времени больше тепла, чем отводится, то происходит накопление тепла, вызывающее рост температуры перехода и тепловой пробой. Характерной чертой теплового пробоя является наличие участка отрицательного сопротивления на обратной ветви вольт-амперной характеристики p-n-перехода. Тепловые и термочувствительные параметры ППП Для расчета или определения тепловых режимов ППП необходимо знать их тепловые параметры, которые характеризуют работу прибора. Этими параметрами устанавливается связь между рассеиваемой мощностью и температурой различных областей ППП. Последние характеризуются следующими параметрами: температурой Тп p-n-перехода; мощностью Р, рассеиваемой p-n-переходом; тепловым сопротивлением переход – корпус RПК ; тепловым сопротивлением корпус – среда Rкс. Определяющим тепловым параметром с точки зрения тепловой устойчивости является температура p-n-перехода. Для ППП в качестве допустимой температуры задается максимальная температура перехода, при которой прибор сохраняет работоспособность, или максимальная допустимая температура корпуса Ткmax при воздействии оговоренных токов и обратных напряжений. Связь рассеиваемой мощности в ППП и температуры p-n-перехода в статическом тепловом режиме имеет вид

9

Т П = Т К + РRПК . Температуру p-n-перехода непосредственным образом измерить нельзя, поэтому в настоящее время используют различные термочувствительные параметры, т.е. параметры, обладающие определенными функциональными зависимостями от температуры. К термочувствительным параметрам предъявляются следующие требования: высокая чувствительность к температурным изменениям, стабильность параметра на протяжении определенного периода времени, постоянство температурного закона для различных образцов приборов одного и того же типа, если не производится отдельная градуировка каждого ППП. Параметр не должен быть чувствительным к изменению напряжения и тока. В качестве термочувствительных параметров используются обратные токи переходов Iко, Iдо, прямые падения напряжений на переходах UПР; коэффициент передачи по току. Обратный ток коллекторного перехода Iко обусловлен генерацией пар электрон-дырка в областях коллектора и базы на расстоянии диффузной длины L носителей тока от коллекторного p-n-перехода. Следовательно, при изменении температуры ток Iко дает усредненный результат по объему базы и коллектора на расстоянии L. При увеличении температуры среды, а также при увеличении температуры перехода в результате превышения допустимой мощности рассеивания на коллекторе ток Iко растет по закону

′ = I ко ⋅ 2 I ко

t ′−t 10

, т.е. возрастает вдвое при повышении температуры на каждые 10°С. В этой формуле I ко′ - ток при температуре t ′. Измеряя температуру по параметру Iко, контроль температуры коллекторного перехода можно проводить с точностью не менее +2°С при условии предварительной температурной градуировки индивидуального образца. Метод измерения температуры в диодах по величине Iдо используется редко ввиду сложности процесса измерения и неудовлетворительной точности результатов. Зависимость прямого падения напряжения на p-n-переходе от температуры можно получить из выражения для вольт-амперной характеристики перехода в следующем виде:

10

U ПР =

к ⋅ Т ⎛ I ПР ⎞ ln⎜⎜ + 1⎟⎟ , g ⎝ I до ⎠

где к – постоянная Больцмана; g – заряд электрона; IПР – прямой ток через p-n-переход. Прямое падение напряжения UПР как термочувствительный параметр получило наиболее широкое распространение для измерения температуры в диодах вследствие своих очевидных преимуществ перед обратным током перехода. Во-первых, параметр UПР при постоянном токе через термочувствительный элемент зависит от температуры линейно для всех существующих типов ППП, во-вторых, температурное приращение параметра UПР легко измеряется. Методы отвода тепла Выделяемое ППП тепло может быть отведено от поверхности кристалла и передано за пределы аппаратуры несколькими способами. Из них наиболее распространены следующие: естественный воздушный, принудительный воздушный, принудительный жидкостный, термоэлектрический и кондуктивный. Вопросы, связанные с улучшением отвода тепла, изложены в [1]. Максимальная мощность, которую может рассеять транзистор с односторонним оребрением, определяется как

Р max

=

T p−n − Т c R кс

,

где Тр-n – максимально допустимая температура коллекторного перехода; Тс – температура среды. Тепловое сопротивление теплоотвода определяется по формуле Tp−n − Tc − P(RПК + Rкс ) RTC = q ⋅ , P где Р – мощность, рассеиваемая транзистором; q – коэффициент, учитывающий неравномерный характер распределения температуры по теплоотводу (q≈0,9). Расчет поверхности S радиатора можно провести по формуле

(

S≥

)

Pк кТ (tк − tc − RT РT ) ,

11

где S – поверхность теплоотвода; КТ – коэффициент теплопередачи (для матовой черной поверхности в спокойном воздухе при нормальном давлении КТ=(1,2…1,4)⋅10-3); RТ – тепловое сопротивление ППП. Расчет мощности, рассеиваемой на ППП, производится по формулам:

Pк =UкэIн;

РД =UД I Д ,

где РК , РД – мощность, рассеиваемая на ППП; UКЭ , UД – падение напряжения, измеренное вольтметром; IН , IД – ток нагрузки ППП (транзистора или диода), измеренный миллиамперметром. Определение температуры р-n-перехода исследуемых ППП производится по предварительно снятым номограммам, которые представляют собой графики зависимости термочувствительного параметра (в данном случае Iко или Iдо) от температуры корпуса Тк конкретных ППП, т.е. Iобр=f(Тк). Определив по номограмме Тк по известному Iобр , находят температуру р-n-перехода:

ТП =Тк+Р⋅ RПК .

III.

Методика выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой и с типами исследуемых ППП. Получить у преподавателя необходимые градуировочные кривые и графики зависимости обратного тока от температуры корпуса. 2. Включить установку и произвести замеры падения напряжения Uко и UД , токи нагрузки, обратные токи и температуру окружающей среды Тсо. 3. Используя градуировочные кривые, определить температуры корпусов Тк для ППП. 4. Рассчитать рассеиваемые на ППП мощности Р и температуры переходов ТП. 5. Результаты измерений и расчетов свести в таблицу по форме. 6. Рассчитать коэффициент тепловой нагрузки ППП ℵ, под которым понимается отношение ℵ = Т П Т ПДОП , для всех испытанных ППП и построить диаграмму изменения ℵ для всех ППП при Тсо , где ТПДОП – максимально допустимая температура перехода). 7. Поместить установку в термостат и выдержать её там при Тс=60°С в течение 30 мин. 8. Повторить пп. 2…6 для Тс=60°С.

12

9. Проанализировать полученные результаты. Форма Измеряемые величины

Значения величин для ППП (номер и тип)

Uкэ, Uд, В Iн, мА Тсо= Р, Вт Iобр, мкА Тсо= ТП, Тсо= Iобр, мкА Тс=60°С ТП, Тс=60°С Iн, мА Тсо=60°С Тк при Тсо= Тк при Тс=60°С IV. Содержание отчета 1. Цель и краткое содержание работы. 2. Таблицы полученных данных, градуировочные кривые и графики зависимости обратного тока от температуры корпуса ППП. 3. Расчеты и сравнительный анализ полученных результатов. 4. Краткие выводы по работе. Литература: [1], с.116…122, 129…134, 166…171; [3], с. 154…158. РАБОТА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАДИАТОРОВ I. Цель работы Исследование эффективности радиаторов различной конструкции, ознакомление с методами и средствами измерения температур. II. Основные теоретические положения Как известно, перегрев ППП можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности, т.е. установки ППП на радиатор. Для систем

13

воздушного охлаждения широко используют следующие типы радиаторов: пластинчатые, ребристые, игольчато-штыревые, типа “краб”, жалюзийные, петельно-проволочные (на занятиях следует ознакомиться со стендом, на котором представлены различные типы радиаторов и способы их установки на ППП). Наибольшей эффективностью обладают игольчато-штыревые радиаторы. Исходными данными для проектирования или выбора радиаторов являются: предельная температура рабочей области прибора tр; рассеиваемая прибором мощность Р ; температура окружающей среды элемент среды t0; внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей областью и корпусом Rвн; тепловое сопротивление контакта между прибором и радиатором Rк. Тепловая модель ППП с радиатором приведена на рис. 4.20 [3], с.156. Вопросы проектирования и расчета радиаторов приведены в [3,4,1]. В качестве термодатчиков используются термометры сопротивлений. Вопросы, связанные с применением указанных термодатчиков, рассмотрены в [1]. Проверочные расчеты радиаторов различного конструктивного исполнения и методика их применения изложены в [1,3]. Для выбора типа радиатора используется график рис.4.21[3], с.156, а для определения коэффициента эффективной теплоотдачи в условиях свободной и вынужденной конвекции используются графики, рис.4.22,…4.25 [3], с.156,157 для игольчато-штыревых и ребристых радиаторов и рис.Б.10 и Б.11 [1], с.236 для радиаторов жалюзийного типа и петельнопроволочных. III. Методика выполнения работы 1. Ознакомиться с лабораторной установкой, с типами исследуемых радиаторов и их параметрами. 2. Измерить геометрические параметры исследуемых радиаторов. 3. Измерить температуру среды t0. 4. Включить макеты и провести измерения температуры радиаторов при заданных преподавателем значениях мощности. 5. Построить тепловые характеристики радиаторов. 6. Рассчитать значения коэффициента активной теплоотдачи αэ исследуемых радиаторов и построить зависимость αэ=f(ϑр), где ϑр – перегрев радиатора. 7. Провести поверочный расчет радиаторов по методике, изложенной в [3].

14

IV. Содержание отчета 1. Цель и краткое содержание работы. 2. Таблицы полученных данных, тепловая модель ППП с радиатором, градуировочные кривые. 3. Расчеты и тепловые характеристики радиаторов, зависимости αэ от ϑр. 4. Поверочные расчеты радиаторов. 5. Сравнительный анализ полученных результатов. 6. Краткие выводы по работе. Литература: [1], с.129…133, 199…204, 234…236; [3], с.154…158; [4], с.47…58. РАБОТА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ РЭС I. Цель работы Исследование зависимости эффективности экранирования (ЭЭ) от длины волны λ, конструкции экрана, геометрических размеров и материала экрана, технологии изготовления. II. Основные теоретические положения Наиболее удобным как для построения расчетной формы, так и для её использования является выражение ЭЭ произведением ряда сомножителей, каждый из которых определяет влияние одного из факторов или одной группы близких факторов [7, 3]. Для обычного технологического процесса и высокого качества монтажа выражение для средней ЭЭ ЭоЕ(Н) имеет вид

ЭоЕ ( Н ) = А ⋅ В ⋅ С ⋅ 3

λ

, Rэ где А – сомножитель, определяющий отражение электромагнитной волны от поверхности экрана из-за различия его поверхностного сопротивления и волнового сопротивления поля; В – сомножитель, характеризующий роль толщины материала экрана и размер щели; С – сомножитель, оценивающий герметичность экрана; Rэ – эквивалентный радиус экрана

15

3 blh , 4π где b – длина; l – ширина; h- высота экрана. В свою очередь сомножители А, В, С можно найти по формулам: Rэ =

3

δ А= Z E(H ) ; ρ

⎛ 2πd ⎞ B = exp⎜ ⎟; ⎝ m ⎠

6

⎛ mπ ⎞ C = ⎜1 − ⎟ λ ⎠ , ⎝

где δ - глубина проникновения; ZE(H) – волновое сопротивление электрического (магнитного) поля; d – толщина, а ρ - удельное сопротивление материала экрана; m – наибольший размер отверстия или щели в экране, возникших из-за несовершенства его конструкции и технологии изготовления. Волновое сопротивление электрического вычисляют по формулам:

и магнитного полей

( β R э )6 + 1 ZE = 2 (β R э ) 2 ; 1 + (β R э ) ( βR э ) 2 2 Z н = Z 0 [1 + (βR э ) ] 6 , 1 + ( βR э ) Z0

где β = 2π λ , Z0=377 Ом. В предельном случае при βRэ<<1, наиболее характерным для ближней зоны,

ZЕ ≈

Z0 , βR э

Z H ≈ Z 0 βR э .

Глубина проникновения определяется по формуле

δ = 0,03

λρ ρ = 0,52 µ µf ,

где µ - относительная магнитная проницаемость материала экрана, ƒ частота. Для перфорированных экранов, когда размер а (расстояние между центрами отверстий и щелей) и диаметр отверстия D являются параметрами перфорации, ЭЭ определяется выражением

⎛a−D⎞ ЭЭ = ЭоЕ( Н ) ⋅ ⎜ ⎟. ⎝ a ⎠

16

Если диаметр перфорации D больше размера щели (случайной), то в сомножители В и С вместо m подставляется D. Для экранов, изготовленных из сетчатых материалов, за толщину экрана принимают эквивалентную толщину сетки d э = π r S S , где rs – радиус проволоки; S – шаг сетки. Сомножитель В принимает вид 2

B = exp [πd s (S − d s )],

d s = 2 rs .

ЭЭ экранов, изготовленных из электрически тонких материалов, в том числе с металлизированными поверхностями, определяется выражением

ЭЭ = 1 ,25 π

d

ρ

Z

E

⋅3

λ Rэ

⋅С ,

где d=PPM/γ - толщина нанесенного слоя металла; PPM - расход металла; γ плотность материала. ЭЭ токопроводящей краски определяется по формуле

ЭЭ = 1 ,25 π

ZE λ ⋅3 ⋅С , RΠ Rэ

где RП – сопротивление на квадрат площади поверхности экрана. III. Методика проведения исследований Исследования проводятся путем моделирования рассчетных зависимостей на ПЭВМ. Типовая структурная схема программы моделирования приведена в [3]. Более подробно с программой можно ознакомиться в дисплейном классе.

IV. Методика выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой и программой исследования. 2. Получить у преподавателя исходные данные и указания по характеру их изменения. 3. Смоделировать на ПЭВМ исследуемые зависимости, используя программу «EKRAN». 4. Распечатать полученные результаты.

17

5. Провести предварительный анализ полученных зависимостей и в случае необходимости повторить расчеты. V. Содержание расчета 1. Цель и краткое содержание работы. 2. Основные теоретические положения, лежащие в основе исследования. 3. Краткое описание программы моделирования. 4. Распечатки исходных данных и полученных результатов, графики полученных зависимостей. 5. Анализ полученных зависимостей. 6. Краткие вводы по работе. Литература: [3],с.125…133, 213…220; [4], с.59…73; [7], с.41…56, 61…78, 94…109, 137…147. РАБОТА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КОЛЕБАНИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И ПЛАСТИН I. Цель работы Исследование зависимости собственных частот колебаний (СЧК) печатных плат (ПП) и пластин от их размеров, нагружения, способа закрепления, упругопластических свойств материала и числа слоев, а также наличия и конструкции ребер жесткости. II. Основные теоретические положения В основу исследования положены зависимости, приведенные в [3]. Следует четко представлять, что ПП – это многослойная пластина, состоящая из неоднородных изотропных и упругих слоев. Следовательно, для использования этих зависимостей, полученных для пластин, ПП необходимо привести к однородной однослойной пластине. Для этого надо знать упругопластические характеристики материалов рассматриваемой платы. Методика этой процедуры и расчетные формулы приведены в [8]. Влияние других факторов рассмотрено в [6]. Значения коэффициентов для различных вариантов закрепления пластин (ПП) приведены в таблице. В таблице сделаны следующие обозначения: штриховка соответствует жесткому закреплению стороны пластины (нет угловых и линейных перемещений; иначе, нет прогиба и угла поворота на

18

краю пластины; например: пайка, зажим и в некоторых случаях прижатие или закрепление винтами); пунктир – шарнирной опоре (нет линейного перемещения, но возможен поворот по опертой стороне; иначе, прогиб и изгибающий момент равны нулю; например: направляющие и в некоторых случаях закрепление винтами или разъемом); без обозначения – свободная сторона, допускающая линейные и угловые перемещения (иначе, изгибающий момент и перерезывающая сила равны нулю). I II. Методика проведения исследования Исследования проводятся путем моделирования расчетных зависимостей на ПЭВМ. Типовая структурная схема программы приведе-

19

Закрепление плат Коэффициенты

Коэффициенты

k

α

β

γ

№

α

β

γ

1

9,87

1

2

1

18

22,37

1

0

0

2

9,87

1

2,33 2,44

19

22,37

0

0

1

3

15,42

1

0,95 0,41

20

3,52

1

0

0

4

9,87

1

2,57 5,14

21

3,52

0

0

1

5

22,37

1

0,48 0,19

22

15,42

1

0

0

6

15,42

1

1,11

23

15,42

0

0

1

7

22,37

1

0,57 0,47

24

3,52

1

5,56 19,2

8

15,42

1

1,19

2,1

25

15,42

1

0,29 0,05

9

22,37

1

0,61

1

26

3,52

1

1,58

0

10

3,52

0

I

0

27

3,52

0

1,58

1

11

9,87

0

0

1

28

22,37

0

0,1

1

12

9,87

1

0

0

29

22,37

1

0,1

0

13

9,87

0

0,43

1

30

15,42

0

0,34

1

14

9,87

1

0,43

0

31

15,42

1

0,34

0

15

3,52

1

5,97 40,5

32

9,87

1,26

0,6

1

16

22,37

1

0,14 0,02

33

9,87

1

0,6

1,26

17

3,52

1

2,48

№

Эскиз закрепления

1

1

Эскиз закрепления

k

а - длинная сторона; b - короткая

на в [3], а более подробно с ней можно ознакомиться в дисплейном классе.

ΙV. Методика выполнения работы 1. Ознакомиться с методикой и программой исследования. 2. Получить у преподавателя исходные данные и указания по характеру их измерения. 3. Смоделировать на ПЭВМ исследуемые зависимости, используя программу «FREQ». 4. Распечатать полученные результаты. 5. Провести предварительный анализ полученных зависимостей и в случае необходимости повторить расчеты. V. Содержание расчета 1. Цель и краткое содержание работы. 2. Основные теоретические положения, лежащие в основе исследования. 3. Краткое описание программы моделирования. 4. Распечатки исходных данных и полученных результатов, графики полученных зависимостей. 5. Анализ полученных зависимостей. 6. Краткие вводы по работе. Литература: с.14… 18.

[3], с.159…172, 210…213; [6], с.66…94, 185…204; [8],

СОДЕРЖАНИЕ ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ……………………………………………………… 3 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………….. 4 РАБОТА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЭС……… 5 РАБОТА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ…………………………………………………. 9 РАБОТА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАДИАТОРОВ…………………………………………………………….15 РАБОТА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНИРОВАНИЯ РЭС………………………………………………………….. 17 РАБОТА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КОЛЕБАНИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И ПЛАСТИН………………….. 20

Редактор И.Н.Садчикова Сводный темплан 2004. ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 ОТ 21.11.2003 г. ______________________________________________________________ _ Подписано в печать 2.03.2004. Формат 60×84 1/16 Б.кн. – журн. П.л. Бл. РТП РИО СЗТУ Тираж Заказ ______________________________________________________________ Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5