Министерство образования и науки РФ

Санкт-Петербургский Государственный Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики

Реферат

по дисциплине «Введение в специальность»

на тему:

«Методы обеспечения теплового режима радиоэлектронных устройств»

Выполнил:

Головачева В.Г.

Проверил:

Минкин Д.А.

г. Санкт-Петербург, 2012

Введение

В наше время радиоэлектронная аппаратура играет очень большую роль, как и в быту, так и области науки и техники. Надежность ее работы и правильность функционирования во многом зависят от теплового режима. Очевидно, что перегрев радиоэлектронного устройства может привести к печальным последствиям, и, как правило, они необратимы. Для того чтобы предотвратить перегрев таких устройств, существуют разнообразные методы охлаждения.

Конструктивные составляющие радиоэлектронной аппаратуры. Основные понятия и определения

Современная радиотехническая и радиоэлектронная аппаратура отличается значительной сложностью, но состоит из отдельных частей, каждая из которых в конструктивном и функциональном отношении значительно проще всего устройства в целом. Рассмотрим отдельные части конструкции сложной аппаратуры.

Радиодеталью или элементом называют неделимую часть конструкции аппаратуры. Элементами, например, являются конденсаторы, резисторы, электронные лампы, предохранители, твердые схемы, полупроводниковые приборы и т.п.

Модуль – простейшая законченная конструкция, состоящая из элементов. Он имеет стандартные размеры, принятые за эталон для данной модульной системы. Тип модуля определяется выполняемой им функцией, например, усиления, логической схемы и т.п. Модуль, собранный из комплекса специальных микроэлементов, называют микромодулем. Микросхемы (пленочные, твердые, гибридные) – это модули малых размеров, изготовляемые методами пленочной и полупроводниковой технологии.

Внешнее оформление некоторых модулей, микромодулей и пленочных микросхем показано на рис.1-1. Законченная конструкция, состоящая из модулей, элементов, монтажной платы и электрического монтажа, представляет собой узел.

Блок есть законченная конструкция, состоящая из узлов, модулей, элементов и электрического монтажа, смонтированная на общем шасси, каркасе, раме, плате и т.п. (рис. 1-2).

Конструкцию, состоящую из двух или более блоков, установленных один над другим, называют стойкой. Различают стойки щитового и шкафного типа: в стойках шкафного типа отдельные блоки заключены в общий корпус; в стойках щитового типа каждый блок имеет свой защитный кожух (рис. 1-3).

Пульт управления – устройство с блоками, узлами и элементами, имеющими органы управления, шкалы, контрольные, сигнальные и измерительные приборы. Пульт управления имеет форму, удобную для работы оператора (рис. 1-4).

Система (станция) представляет собой комплекс приборов, стоек и пультов, имеющих общую кабельную связь и предназначенных для решения одной или нескольких самостоятельных технических задач.

При изучении тепловых режимов аппаратуры целесообразно использовать некоторое родовое понятие, которое в одинаковой мере может быть применено ко всем составляющим аппаратуры. В качестве такого введем термин «радиоэлектронное устройство», понимая под эти элемент, узел, блок, прибор, аппарат или совокупность аппаратов. Наряду с этим, будем применять термин «радиоэлектронный аппарат», объединяя этим термином приборы, пульты, стойки независимо от их конструктивных и функциональных особенностей.

Характеристика условий эксплуатации аппаратуры. Источники тепла в радиоэлектронных аппаратах

Радиоэлектронная аппаратура может использоваться в наземных условиях в помещениях и на открытом воздухе, в кузовах и кабинах передвижных средств; на кораблях и других плавательных средствах; на самолетах, ракетах и космических аппаратах. Классификация ее по месту установки определяет и конструктивные особенности аппаратуры разного назначения. Ниже будут рассмотрены, в основном, только те условия эксплуатации, которые прямо или косвенно влияют на ее тепловой режим.

Наземная аппаратура должна сохранять работоспособность при давлениях окружающей среды от 500 до 700 мм рт. ст., в диапазоне температур от -50 до +60^оС при относительной влажности до 100%.

Самолетная аппаратура работает в широком диапазоне температур окружающей среды (от -70 до +100^оС, а иногда до +200^оС) и может подвергаться резким изменениям температуры (термоудар). Одним из основных требований, предъявляемых к аппаратуре, устанавливаемой на легких скоростных самолетах или ракетах, является защита от нагревания со стороны обшивки летательного аппарата. Особенностью такой аппаратуры является кратковременность действия, так как полет продолжается не более получаса. В этих условиях она работает в нестационарном режиме нагревания. Самолетная аппаратура должна нормально работать в условиях повышенной (до 100%) относительной влажности воздуха в диапазоне давлений среды от 5 до 780 мм рт. ст.

Источниками тепла в радиоэлектронном аппарате являются различные электрические устройства и отдельные радиодетали. Электроэнергия, потребляемая радиодеталями, преобразуется в них в различные формы энергии: электромагнитную, механическую, а также непосредственно в тепловую. Часть преобразованной в радиодеталях энергии выходит за пределы аппарата в виде энергии полезных сигналов. Вся остальная энергия превращается внутри аппарата в тепло. Анализируя соотношение между подводимой к радиоэлектронному аппарату мощностью и мощностью полезных сигналов, можно заметить, что в большинстве блоков, собранных на сравнительно крупных радиодеталях (электронные лампы, трансформаторы, микродвигатели и т.п.) только 5-10% потребляемой мощности превращается в мощность полезных сигналов. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. Применение полупроводниковых приборов и микроминиатюрных радиодеталей несколько улучшает энергетические соотношения в радиоэлектронных аппаратах.

Нормальны тепловой режим аппаратуры

Совокупность температур всех элементов, из которых собран радиоэлектронный аппарат, т.е. его температурное поле, характеризует тепловой режим аппарата. Все элементы, из которых состоит аппарат, должны работать в нормальном тепловом режиме. Тепловой режим отдельного элемента считается нормальным, если выполняются два условия: 1) температура элемента в условиях эксплуатации заключена в пределах, ограничивающих диапазон температур, допустимых для данного элемента;

2) Температура элемента такова, что будет обеспечена его работа с заданной надежностью.

Выполнение второго условия для конкретного элемента может быть связано с необходимостью обеспечения заданных количественных характеристик его надежности, постоянства температуры во времени, устойчивости работы схемы и т.п. Тепловой режим аппарата считается нормальным, если для всех элементов, смонтированных в аппарате, выполняются сформулированные выше условия.

Обеспечение нормального теплового режима является одной из главных задач, решаемых при проектировании аппаратуры. Для решения этой задачи принимается ряд мер: выбирают определенные типы элементов в зависимости от условий эксплуатации аппаратуры; уменьшают мощности рассеяния элементов; вводят в аппаратуру специальные нагреватели, разогревающие ее при отрицательных температурах среды; применяют рациональное размещение элементов, узлов и блоков; выбирают форму и размеры отдельных конструктивных составляющих, термостатируют узлы и блоки, наконец, применяют специальные средства охлаждения отдельных элементов и аппаратуры в целом.