3.Выбор и обоснование элементной базы.

Электрическая принципиальная схема узлов и блоков, проектируемых в ДП, может быть реализована на различной элементной базе. Для выбора конкретного типа радиоэлементов необходимо учесть группу конструктивных, технологических и эксплуатационных требований:

• обеспечение заданных климатических условий эксплуатации;

• обеспечение заданных габаритов и веса;

• обеспечение заданного разброса выходных параметров блоков и узлов РЭА;

• обеспечение заданных характеристик надежности;

• обеспечение взаимозаменяемости и ремонтопригодности

• обеспечение технологичности конструкции;

• обеспечение заданной стоимости изделия.

На удовлетворение заданным требованиям должны бытьпроверены не только транзисторы, микросхемы, но и пассивные элементы – резисторы, конденсаторы, диоды, катушки индуктивности и т.д. Информация, необходимая для выполнения раздела, имеется в справочниках по транзисторам, микросхемам и радиоэлементам.

4.Выбор и обоснование конструкции разрабатываемого устройства.

Основная цель раздела - дать основные конструкторские решения, которые бы определяли вид конструкции, позволяющий решать наилучшим образом функциональные, технологические и эксплуатационные задачи. Материал излагается по схеме: что нужно обеспечить в конструкции исходя из ТЗ или ТУ; как предполагается это обеспечить в конструкции. Требования, которые должны выполняться в конструкции РЭА, разбиваются на следующие группы:

в) конструкторские:

• назначение, размещение РЭА (борт ЛА, судна; возимая, стационарная, переносная);

• условия окружающей среды;

• конструктивная обособленность (прибор, блок, субблок, узел, совокупность отдельных субблоков, кассет, ячеек, узлов);

• условия сопряжения (для блоков, субблоков, узлов) с конструкцией верхнего иерархического уровня - рамой, стойкой, шкафом, блоком; обеспечение механического (фиксация, крепление блоков, узлов) и электрического ( электрические соединителя, жгутовые соединения и т.д.) соединения;

• выбор НК и БНК, принятых для данного вида РЭА;

• массогабаритные ограничения;

• структурное членение РЭА (чесло узлов, субблоков, кассет, ячеекв приборе, блоке), а если оно не задано типовой конструкцией, то необходимо провести компоновочные расчеты;

• обеспечение нормальных режимов РЭА (необходимость принудительной вентиляции, радиаторов охлаждения отдельных мощных ИМС и ЭРЭ, перфораций в корпусах и т.д.);

б) эксплуатационные:

• наличие оперативных органов регулировки, необходимых для использования блока прибора по назначению;

• наличие элементов для контроля состояния я фиксации отказов РЭА (контрольные гнезда, световые индикаторы, встроенные преобразователи и генераторы, переключение в профилактический режим и т. д.);

• условия ремонта, замены (производится ли ремонт после отказа или восстановление работоспособности осуществляется заменой ТЭЗ);

• применение структурного резервирования для повышения надежности РЭА;

в) технологические:

• обеспечение максимальной взаимозаменяемости ИМС в ЭРЭ при изготовлении РЭА;

• наличие элементов регулировки (подстрочных резисторов, конденсаторов) и подбираемых при регулировке ЭРЭ;

• наличие элементов для контроля при регулировке РЭА (контактные штыри, контрольные гнезда, контактные площадки и т.д.);

• обеспечение приспособленности конструкции к заданному виду производства (массовое, серийное, мелкосерийное, единичное); возможность применение стандартных, унифицированных деталей, ИМС и ЭРЭ;

г) экономические:

• необходимость повышенного внимания к экономическим требованиям (массовая или крупносерийная РЭА, необходимость снизить стоимость по сравнению с аналогом), что должно быть обязательно указано в задании;

• применение элементов конструкций, обеспечивающих необходимую технологичность;

• использование дешевых материалов.

Особенно важное значение имеет обоснование структурного деления приборов, блоков, субблоков. Здесь необходимо выполнить компоновку приборов (блоков) и ПУ. В последнем случае, который встречается практически во всех ДП, решаются задачи размещения оптимального числа ИИ и ЭРЭ на ПП заданных размеров или определения оптимальных размеров ПП во заданным ЭРЭ и ИМС. В качестве критериев оптимальности используются минимизация габаритов и веса, уровня паразитных связей, перегревов элементов, времени восстановления, а также получение наилучшее характеристик безотказности, долговечности в виброуетойчивости. Значительно упрощаются задачи компоновки при использовании типовых приемов компоновки, принятых для данного вида РЭА и имеющихся в соответствующей нормативно-технической литературе, 3 процессе работы необходимо использовать литературу [2 – 12].

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОГО УЗДА

В большинстве ДП основным элементом структуры РЭА является ПУ. 0 точке зрения обеспечения ремонтопригодности ПУ является ТЭЗ. В ДП должен быть разработан по крайней мере один узел. При этом должна быть разработана ПП (трассировка печатных проводников), выбраны навесные элементы, способы их крепления, формовки выводов. Кроме того, должны быть выбраны различные конструктивные элементы для электрического подключения узла (разъем), для фиксации и крепления угла в блоке (обрамляющая рама, скобы, ручки для съемки узла в блоке и т.п.), для механического крепления радиодеталей (скобы, хомутики, держатели, втулки, прокладка и т.д.).

Конструкция ПУ представляется в двух чертежах: сборочном чертеже узла и чертеже печатной платы - чертеж детали (с указанием трасс печатных проводников).

При разработке конструкции узла необходимо руководствоваться типовыми методами и приемами, применяемыми для данного класса приборов и систем, к которому относится разрабатываемая РЭА в ДП. Конструирование ПП (размещение и размеры коммутационных линий, размеры отверстий в контактных площадках и т.д.) должно быть выполнено в соответствии с ГОСТ [7, 8, II].

На этапе разработки конструкции узла тщательно должны быть изучены ЭРЭ, из которых собран узах. Необходимо уточнить предельные эксплуатационные данные, конструкцию (в частности, тип выводов, способ формовки). Эти данные понадобятся также в дальнейшем при оценке тепловых режимов и разработке технологического процесса сборки узла.

При разработке конструкции узла следует пользоваться литературой [8, 11, 12].

6. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ РЭА С ПРИМЕНЕНИЕМ ИМС И МСБ ЧАСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ.

В ДП может быть поставлена задача выполнения отдельных устройств, узлов РЭА в виде ИМС и МСБ. Широко используется интегральная технология в микрополосковых устройствах СВЧ, устройствах на ПАВ и т.д.

При проектировании РЭА, в которой необходимо использовать ИМС и МСБ собственного изготовления, возникает ряд дополнительных конструкторско-технологических задач.

Во-первых, необходимо обосновать выбор той части РЭА, которой будет выполняться в виде ИМС или МСБ. Необходимо учитывать, что РЭА в интегральном исполнения имеет более высокую надежность, значительно меньшие габариты и вес, однако требует значительных затрат на подготовку производства, часто имеет худшую стабильность показателей качества и воспроизводимость.

Второй важной задачей является выбор технологи изготовления. Как правило, применяется гибридно-пленочная технология на основе тонких или тол стык пленок с дискретными активными (и некоторыми пассивными) элементами, присоединяемыми сваркой или пайкой.

Особенностью разработки ИМС и МСБ является то, что необходимо рассчитать размеры пленочных элементов, решать вопросы корпусиро-вания, герметизации ИМС и МСБ.

Вопросы проектирования ИМС и МСБ отражены в литературе [13 - 16].

7. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

В ДП чаще всего приходится встречаться с двумя типами расчетов: размеров радиаторов и теплового режима радиоэлементов.

С расчетом радиаторов приходится встречаться при конструировании мощных усилителей различных сигналов. Исходными данными для расчета являются: мощность, выделяемая транзистором, установленным на радиаторе, и перегрев основания радиатора относительно среды. Определяются размеры радиатора.

Методика расчета радиаторов в виде пластины и иголъчато-штыревого приведены в литературе [2, 4].

Чаще в ДП приходится производить расчет тепловых режимов РЭА отдельных радиоэлементов. При этом используются две расчетные модели: РЭА с шасси и РЭА кассетной конструкции. В РАЭ с шасси элементы установлены на одной плате, помещенной в общем случае в герметичный или перфорированный металлических кожух. Тепловой режим РЭА устанавливается независимо от других узлов и блоков. Эта модель РЭА применяется для тепловых расчетов узлов на печатной плате.

РЭА кассетной конструкции - это готовые приборы или блоки РЭА. В этом случав тепловые режимы отдельных узлов и элементов зависят от общего теплового поля внутри блока, определяемого всей совокупностью узлов.

Воздушное охлаждение как РЭА с шасси, так и РЭА кассетной конструкции может производиться тремя способам: за счет естественной конвенции и естественной или принудительной вентиляции.

Исходными данными для расчета являются: рассеиваемая мощность,

габариты РЭА, максимальная температура окружающей среды, предельно допустимый перегрев воздуха в аппаратуре, коэффициент заполнения объема, а также для отдельных элементов: рассеиваемая мощность, переходное тепловое сопротивление элемент-шасси.

Расчет делится на два этапа; предварительный - расчет перегрева эквивалентной нагретой зоны в окончательный - расчет перегрева отдельных элементов. В результате предварительного расчета может быть получена информация о тепловом режиме РЭА, достаточная только для эскизного проектирования. При окончательном расчете определяются тепловые режимы элементов и соответствие их допустимым нормам.

Вое разновидности тепловых расчетов наиболее полно даны в литературе [2], а отдельные вопросы изложены в [2 - 4].

8. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ

В зависимости от назначения проектируемого прибора преподавателем-консультантом по конструкторско-технологической части может быть задан расчет различных характеристик безотказности, ремонтопригодности или сохраняемости. Для конкретизации задания по этому разделу ДП необходимо знать режим эксплуатации проектируемой РЭА.

Для РЭА однократного действия основной расчетной характеристикой является характеристика безотказности - вероятность безотказной работа. Дополнительными характеристиками являются: характеристика безотказности - среднее время безотказной работы, характеристика сотраняемости - среднее время между отказами и вероятность безотказной работа при хранении, а также характеристика ремонтопригодности - среднее время восстановления при хранении.

Для РЭА многократного действия основными расчетами являются характеристика безотказности - вероятность безотказной работы и среднее время между отказали. Дополнительными характеристиками являются: характеристика восстановления – среднее время восстановления и комплексная характеристика - коэффициент готовности.

Для РЭА непрерывного действия основной характеристикой является характеристика безотказности – среднее время между отказами. Дополнительными характеристиками являются: вероятность безотказной работы, среднее время восстановления и коэффициент готовности.

Исходными данными для расчета характеристик безотказности являются:

• интенсивности отказов радиоэлементов и конструктивных элементов блока;

• условия эксплуатации РЭА (бортовая, наземная, корабельная, стационарная РЭА, влажность, давление, механические воздействия);

• тепловые режимы радиоэлементов (по результатам теплового растчета);

- коэффициенты электрической нагрузки радиоэлементов. Исходными данными для расчета характеристик сохраняемости являются:

• интенсивности отказов радиоэлементов и конструктивных элементов;

• тепловые режимы элементов.

При расчете характеристик сохраняемости следует положитъ коэффициенты нагрузки элементов равными О.

Исходными данными для расчета характеристик ремонтопригодности - среднего времени восстановления - являются величины среднего времени замены различных радиоэлементов.

Следует внимательно отнестись к выбору времени, за которое

рассчитывается вероятность безотказной работы (время наработки). Для аппаратуры разового и циклического действия - это время выполнения задачи технической системой, в которой находится РЭА.

Для аппаратуры непрерывного действия целесообразно в качестве времени наработки выбирать время между регламентными работами.

Для сравнения с аналогом допустимо рассчитать вероятность безотказной работы за любое фиксированное время.

Материал раздела должен быть изложен в такой последовательности:

• определяется назначение РЭА в условия эксплуатации;

• ставится задача расчета (уточняется руководителем конструкторско-технологической части), даются характеристики, подлежащие расчету;

• излагается методика расчета и условия ее применяемости;

• проводится расчет требуемых характеристик;

- делается вывод о соответствии расчетных характеристик допустимым значениям.

Данные, необходимые для расчета, имеются в литературе:

• интенсивности отказов – [17, 19];

• методика расчетов – [18, 19];

• нормы коэффициентов нагрузки - [13].

9. ТОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ

Раздел имеет целью оценку характеристик погрешности по одному из определяющих параметров. Расчет может быть выполнен только для аналоговых узлов. Исходными данными для расчета являются:

- функциональная зависимость определяющего параметра от параметров схемных элементов;

- среднеквадратические значения погрешностей радиоэлементов;

- характеристики изменения параметров элементов вследствие старения и действия тепла;

- температурные режимы элементов.

Результирующая погрешность как результат действия производственных погрешностей, а также погрешностей старения и воздействия тепла сравнивается с допустимой и при необходимости делается вывод о целесообразности введения регулировочных элементов.

Методика расчета приведена в литературе [17], необходимые справочные данные в справочниках по радиоэлементам (например, [21]).

10. РАСЧЕТ ВИЕРОУСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИИ.|

При действии вибронагрузок (бортовая РЭА) необходимо произвести опенку ее виброустойчивости. В ДП приходится иметь дело с тремя видами расчетов для ПУ и блоков.

Первый вид производятся для ПУ и заключается в нахождении собственно резонансной частоты. Если резонансная частота лежит вне пределов частот вибрационных воздействия, то расчет эаканчивается. Если это условие не выполняется, то расчет продолжается (второй вид), при этом определяется напряжение в ПП, возникающее в результате механических колебаний, и сравнивается с допустимыми. Третий вид расчета заключается в оценке эффективности конкретной совокупности амортизаторов. Все виды расчетов изложены в литературе [2, 8].