книги из ГПНТБ / Стабильность свойств ферритов. (Анализ физических свойств при внешних воздействиях, прогнозирование. Элементы проектирования)

висимости в некотором интервале нагрузок линеины и обладают некоторым порогом чувствительности. Для сердечников с большей чувствительностью предел пря­ молинейности и порог чувствительности сдви­ гаются в сторону мень­ ших нагрузок. Измене­

воздействия удара влияет распределение внутренних на­ пряжений. Отмечается [34], что эффект удара совпадает

резкого изменения механической нагрузки) наблюдается рост магнитной проницаемости. Последействие удара не отличается от последействия статических механических нагрузок. В настоящее время установлено, что для объ­ яснения «эффекта встряски» может быть предложена еще одна физическая модель, несколько расходящаяся с изложенными выше представлениями. При снятии за­ висимостей начальной магнитной проницаемости от ме­ ханических напряжений было замечено влияние скоро­ сти изменения нагрузки. Особенно сильно этот эффект проявляется у ферритов марок 1500НМЗ и 1000НМЗ, имеющих максимум на кривой ц = ф(а).

На рис. 3.63 видно, что при увеличении скорости из­ менения нагрузки т в образце феррита марки 1500НМЗ

(т= 1,6 кПа/с; 18 кПа/с, 42 кПа/с, 125 кПа/e) величина этого максимума растет и положение его смещается в сторону больших напряжений. На рисунке также по­ казаны кривые снятия нагрузки (пунктирные линии). Начиная с максимума, эти кривые расходятся с кривой нагрузки. Величина расхождения (гистерезиса) также растет с увеличением скорости, а после полной разгруз­ ки релаксирует к нулю, что говорит о «вязкостной» при-

149

Для случая равномерного закона распределения вре­ мен релаксации в промежутке xmin<>&t<xmax,

(At = Ao/m)

отметить, что формула (3.17) описывает наблюдаемый гистерезис при снятии нагрузки. Зависимость (3.17) по­ казывает, что увеличение скорости нагружения изменя­ ет зависимость ц = ф(а) в диапазоне скоростей

(AoJXmin) (АсГ/Хтах) •

При т-тіп^'Аа/Хтах имеем статическую зависимость. При гптах>Ао/хтіп наступает «насыщение» динамиче­ ского эффекта.

Предложенная модель хорошо согласуется с экспе­ риментальными данными; она позволяет объяснить все эффекты, связанные с воздействием на ферриты ударов, вибраций или резких изменений давлений, а также осо­ бенности поведения в этих условиях ферритов различ­ ных марок. В связи с большой магнитной вязкостью Mn-Zn ферритов (большие величины коэффициента дезаккомодации и тр) интервал [«Win, лежит у них в диапазоне сравнительно небольших скоростей и вели­ чина с=Ацо/Ао невелика. Максимальная динамическая

У существенно менее вязких Ni-Zn ферритов эффект повышения чувствительности ощущался только начиная с больших скоростей, соответствующих ударным наірузкам с длительностями менее 0,5 мс. Этим и объясняется сильная чувствительность Ni-Zn ферритов к непосред­ ственным ударам и падению, приводящим к большим

151

перегрузкам, которые действуют очень короткими им­ пульсами, соответствующими частотам собственных ме­ ханических колебаний сердечников.

Рассмотренная модель позволила предсказать эф­ фект накапливающегося увеличения р при воздействии вибрации или последовательных многократных ударов. Так при воздействии на кольцевой ферритовый сердеч­ ник марки 1500НМЗ, нагруженного инерционной массой 1 кг, вибрации до 200 Гц с перегрузкой до 10 g, наблю­ далось плавное изменение проницаемости до +20%-

Представляет интерес тот факт, что как для Mn-Zn, так и для Ni-Zn ферритов действие импульсного изме­ нения механических нагрузок аналогично действию од­ нополярных импульсных магнитных полей, что позволяет разработать объективные методы оценки наблюдаемых динимаческих эффектов.

Следует однако отметить, что даже незначительное изменение величины р при большой скорости изменения, которая может иметь место при ударах или вибрации, приводит к изменению по времени соответствующего магнитного потока, это вызывает в обмотке сердечника значительную наведенную ЭДС, которая создает удар­ ные или вибрационные шумы.

Изменение среднего значения напряжения на обмот­ ке при этом может составить

изменения р величина АU/U может достигать значитель­ ных величин [61].

Определение допустимых механических нагрузок

В § 3.1 дается подробный анализ механических на­ грузок, действующих на ферриты при их применении в элементах и узлах радиоэлектронной аппаратуры. Там же приводятся примеры расчета вызываемых динами­ ческими и статическими нагрузками механических на­ пряжений. Задача определения допустимых механических нагрузок сводится к тому, чтобы величины вызываемых ими, так называемых, расчетных напряжений арасч не

152

превышали величин допустимых напряжений од, т. е. чтобы выполнялось условие: Орасч^Од. Допустимые ме­ ханические напряжения, в свою очередь, определяются исходя из величин предельных механических напряже­ ний аПр с учетом коэффициентов запаса п\

Как уже говорилось, при определении величин допу­ стимых механических напряжений в ферритовых деталях приходится учитывать величины трех предельных на­ пряжений: предела прочности — оПч; предела устойчи­ вости параметров— ауш предела обратимости парамет­ ров— СоцДанные, необходимые для определения этих величин, приведены в предыдущих параграфах. Следует заметить, что при определении 0 уп и а 0п по зависимо­ стям параметров ферритов от механических нагрузок и напряжений для разомкнутых магнитопроводов, надо учитывать стабилизирующее действие размагничиваю­ щего фактора, описанное формулой (3.13).

Вопрос о том, какую из трех величин механических предельных напряжений следует использовать при опре­ делении величины допустимого напряжения по формуле (3.18), решается на основе следующих соображений. Допустимые рабочие нагрузки не должны вызывать не­ допустимого изменения параметров феррита и его раз­ рушения.

Очевидно, что если

где «пч и ПуП— сответственно коэффициенты запаса прочности и запаса устойчивости параметров, то вели­ чина допустимого механического напряжения должна определяться исходя из предела устойчивости парамет­ ров, если же а Пч / « п ч < 0 у п / % п , — то исходя из предела прочности. Аналогично допустимые нерабочие нагрузки определяются исходя из соотношения предела прочности и предела обратимости параметров. Допустимые меха­ нические напряжения в этом случае определяются по пределу прочности, если

(3.19)

где По в — коэффициент запаса обратимости параметров. Следует отметить, что на практике из-за больших

153

Глава 4

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ НА ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

ратуры большое внимание уделяется анализу тепловых режимов работы проектируемых конструкций, при этом особые трудности возникают в связи с тенденцией мик­ роминиатюризации. Одной из основных проблем, возни­ кающих при этом, является отвод тепла от деталей и блоков аппаратуры, так как с уменьшением размеров возрастает их разогрев в процессе функционирования вследствие уменьшения теплоотводящих поверхностей; кроме того, компактное расположение деталей обуслов­ ливает их взаимный разогрев, что еще более усложняет теплоотвод. Использование систем принудительного ох­ лаждения, в свою очередь, усложняет конструкцию устройства и делает ее менее надежной. Кроме того, мо­ жет оказаться, что система охлаждения будет больше и тяжелее самого устройства, что не позволит осущест­ вить комплексную микроминиатюризацию.

Интересные данные по исследованию условий тепло­ отвода в радиоэлектронных устройствах приведены в [168]. В этой работе обсуждаются основные проблемы теплоотвода, возникающие в связи с микроминиатюриза­ цией аппаратуры и приводятся некоторые результаты. Например, сотрудникам американской компании «Ge­ neral electric» удалось использовать тепло, образующе­ еся в приборах, непосредственно для накала радиоламп, что позволило создать принципиально новую конструк­ цию (без нитей накала). Кроме того, на основе спецкерамик и компактных блоков на базе танталовых подло­ жек были разработаны и изготовлены напылением в условиях вакуума емкости, сопротивления и даже индук­ тивности, способные работать при температурах до 500 °С. Этой же фирмой были разработаны логические

155

йхемы с двумя устойчивыми состояниями в виде коіѵЕ пактных блоков, выдерживающих высокие рабочие тем­ пературы.

Рассмотренный пример показывает, что решение кон­ кретных задач ори тесном сотрудничестве специалистов различных специальностей приводит к техническому прогрессу в области электроники. Выполненные микро­ модульные конструкции имеют высокую надежность, так как даже при высоких рабочих температурах практиче­ ски отсутствуют внешние факторы, влияющие на доб­ ротность схемы, а прямое соединение отдельных деталей исключает необходимость в соединительных проводах, — все это ведет к упрощению схем и уменьшению числа отказов при работе. Можно было бы привести еще ряд примеров, характеризующих необходимость анализа тепловых режимов работы различных радиоэлектронных приборов, однако рассмотренный пример является весь­

режимы работы широкого класса деталей, блоков и узлов радиоэлектронной аппаратуры в стационарном и регулярных режимах; предлагаемые методы расчетов обладают достаточной для практики точностью и срав­ нительной простотой.

Однако в указанных работах не рассмотрена весьма обширная группа радиоэлектронных приборов, относя­ щихся к технике СВЧ диапазона. Тепловые режимы этих приборов в настоящее время изучены слабо, хотя име­ ется ряд исследований, носящих, как правило, частный характер [15, 17, 50, 68, 128, 143]. В связи с интенсивным развитием техники СВЧ диапазона, в которой широко используются ферритовые детали различной конфигу­ рации, состава и структуры и повышенными требовани­ ями, предъявляемыми к надежному функционированию, стабильность и надежность работы ферритовых устройств СВЧ при различных внешних воздействиях приобретает особенно важную роль. Известно, что работоспособность аппаратуры ухудшается с повышением температуры, по­ этому расчет надежности проводится при условии, что перегрев элементов не выходит за заданные пределы. Если температура внутри ферритового устройства пре­ вышает эти пределы, то происходит ухудшение его основ-

156