3 Характеристика підручників і навчальних посібників

Єдиного підручника для вивчення дисципліни “Елементна база ЕА” немає. У зв’язку з цим розглянемо, які теми краще вивчати за тим або іншим посібником.

Серед підручників і навчальних посібників рекомендованої літератури найбільш загальними є підручники [1 та 5], в яких на високому методичному рівні викладено більшість питань робочої програми дисципліни, де докладно розглянуті в тому числі, питання вірогідно-статистичних методів аналізу старіння при тривалому функціонуванні елемента, вірогіднісний аналіз параметрів елемента та самі пасивні елементи.

У конспекті лекцій [2] докладно розглянуті практично всі теми лекцій-них занять з пасивної елементної бази ЕА.

У [6, 8] найбільш докладно розглянуті активні елементи ЕА. Взагалі додатковою літературою слід користуватись для більш поглибленого вивчення відповідних питань.

У періодичних виданнях, наприклад [17], дуже добре розглядається активна елементна база.

Запитання оптимізаційного проектування елементної бази ЕА висвітлено [1].

Під час вирішення практичних питань на лабораторних заняттях та під час виконання курсового проекту рекомендується користуватись [2 та 5].

Слід зазначити, що методичні вказівки з дисципліни існують у друкованому та електронному виглядах.

Крім того, до сайта кафедри винесено слайд-конспект та комп’ютерний посібник з дисципліни.

4 Методичні вказівки з вивчення дисципліни

4.1 Загальні рекомендації з вивчення дисципліни

Для ЕА характерні елементи, які утворять електричну принципову схему. Велика потреба в деяких елементах привела до їх нормалізації і стандартизації.

Розробка ЕА зараз і в майбутньому має бути заснована на широкому застосуванні інтегральних схем (ІС). Однак розвиток і впровадження ІС не виключають використання в апаратурі дискретних пасивних елементів, роль яких залишається значною. Це визначається такими причинами. Ряд таких важливих елементів, як з'єднувачі, геркони, трансформатори, магнітострикційні фільтри, лінії затримки тощо, не може бути замінений ІС. З переходом на ІС відбувається подальше ускладнення і збільшення кількості апаратури, що випускається, у зв'язку з чим слід очікувати, що обсяг виробництва дискретних елементів не зменшуватиметься.

Спільне використання дискретних елементів з ІС є, крім того, одним з основних стимулів для їхнього якісного розвитку.

Оскільки конструктор ЕА зазвичай застосовує в конструкції нормалізовані і стандартизовані радіоелементи, він має знати характеристики елементної бази ЕА, доцільність їхнього використання в конструкції, способи захисту від вологи, тепла, холоду, механічних впливів тощо. У зв'язку з цим стандартні, нормалізовані елементи ЕА слід вивчати з погляду застосовності їх в ЕА, виходячи з її електричного режиму та умов експлуатації. Вибір стандартних елементів виконується на підставі електричних параметрів і характеристик, які описують їхні властивості, як при нормальних умовах експлуатації, так і при різних впливах.

З іншого боку, відсутність необхідних стандартних або нормалізованих елементів вимагає від конструктора вмінь і навичок у їхньому конструкторському проектуванні. Тому вивчення матеріалу кожного розділу програми дисципліни рекомендується здійснювати у такій послідовності:

• основні типи досліджуваного елемента, область його застосування і рекомендації щодо вибору;

• теорія і принцип дії;

• функції, виконувані елементом в апаратурі;

• параметри основні і паразитні; вимоги, пропоновані до них;

• основні розрахункові співвідношення;

• основні питання конструювання (матеріали, розміри, виготовлення, конструктивне виконання та ін.);

• протиріччя між електричними і конструктивними параметрами;

• практичні питання конструювання та елементи конструкції;

• оптимізація параметрів і конструкцій; аналіз точності параметрів, вплив конструкції і технології на граничні відхилення розмірів;

• вірогіднісна теорія стабільності і старіння; вплив зовнішніх факторів і захист від них; фізика відмовлень і фактори, які визначають надійність.

Основними попередніми дисциплінами для розглянутої є: "Фізика", "Фізико-хімічні основи конструювання і технології РЕА", "Основи радіоелектроніки”, з яких використовуються відомості про фізичні процеси, що протікають в елементах; "Матеріали конструкцій і технологія деталей РЕА", з якої використовуються відомості про властивості матеріалів; "Теоретичні основи конструювання, технології і надійності РЕА", з якої використовуються теорія імовірностей і математичної статистики.

Вивчаючи дисципліну, необхідно користуватися не тільки рекомендованою основною літературою, але й додатковою. Причому під час вивчення теоретичного матеріалу рекомендується звертати увагу на реальні конструкції, аналізувати конструктивні рішення, ескізувати їх, що сприяє набуттю навичок у викладі своїх думок графічно.

Таким чином, під час самостійної роботи необхідно врахувати, що процес навчання складається з деяких основних етапів. Це – ознайомлення з робочою програмою дисципліни, первинне засвоєння матеріалу та накопичення знань з практичним їх використанням, аналітичне осмислення та систематизація цих знань під час виконання курсового проекту.

Найбільш відповідальним етапом є останній, який виходить за часову межу, що відводиться для даної дисципліни. На цей етап необхідно звернути увагу студентам, які бажають займатися творчою роботою спеціаліста ЕА.

Організація самостійної роботи над дисципліною носить індивідуальний характер.

Орієнтовний розподіл часу під час вивчення дисципліни „Елементна база електронної апаратури” за видами навчання наведений у табл. 2.1.

Слід зазначити, що самостійна робота студентів має бути постійною, свідомо направленою на набуття знань і навичок у галузі розробки сучасних конструкцій елементної бази з використанням обчислювальної техніки та пакетів прикладних програм.

4.2 Рекомендації з вивчення окремих тем дисципліни

4.2.1 Тема „Комутаційні пристрої”

Застосовувані в РЕА контактні пари за родом роботи слід розділяти на нероз'ємні, роз'ємні, які ковзають та розривні. Усвідомте особливості функціонування кожної з перерахованих контактних пар. Перш ніж перейти до розгляду електричних процесів у контакті, вивчіть природу механічного контакту між двома металевими поверхнями. Вона в основному визначається мікрогеометрією цих поверхонь. Внаслідок вивчення процесу зближення двох твердих поверхонь установіть, що зусилля на контакт є основним чинником, що впливає на перехідний опір. Необхідне для нормальної роботи контакту зусилля є функцією механічних властивостей металів, що контактують, стану їхньої поверхні, а також їхньої схильності до утворення поверхневих плівок.

Під час розгляду електричних процесів у контакті зверніть увагу на опір стягування. Воно визначається опором матеріалу самих контактних елементів і розмірами поверхні їхнього торкання.

Далі можна перейти до вивчення конструкцій і матеріалів контактних пар і найбільш розповсюджених контактних пристроїв перемикачів, з'єднувачів і реле.

Під час розгляду конструкції контактних пружин зверніть увагу, що контактне зусилля має бути постійним. Отже, пружини, які забезпечують контактне зусилля, мають бути нежорсткими.

Література, що рекомендується: [1 - 3, 5, 10].

Контрольні запитання та завдання

1. Перелічіть відомі Вам типи контактів.

2. У чому фізична природа електричного контакту?

3. Наведіть схему заміщення контактуючих пар.

4. Перелічіть основні та паразитні параметри електричного контакту.

5. Який вплив конструктивного виконання пар, які контактують, і застосовуваних матеріалів на параметри електричного контакту?

6. Який вплив механічного зносу, корозії контактних поверхонь на параметри електричного контакту?

7. У чому ймовірнісно-статистичний аналіз контактного зусилля, що виникає між контактуючими парами?

8. Переваги та недоліки різних типів контактних пристроїв, елементи їхніх конструкцій.

9. Викладіть алгоритм розрахунку комутаційних пристроїв.

10. Викладіть алгоритм розрахунку з'єднувачів.

11. У чому полягає зміна властивостей і параметрів контактних пристроїв при тривалому функціонуванні та які причини їхніх відмовлень?

12. Дайте обґрунтування перспектив розвитку контактних пристроїв.

4.2.2 Тема „Резистори”

Рекомендується вивчити типи резисторів постійного опору: С1; С2; С3; С4; С5, та змінного опору:СП1; СП2; СП3; СП4; СП5. З’ясуйте, які з них широкого застосування, які підвищеної стабільності, високочастотні, мікромодульні, дротові і недротяні резистори.

Необхідно усвідомити переваги кожного з типів резисторів і можливість використання у конкретних ділянках електричних схем.

Під час вивчення методики розрахунку дротових резисторів перемінного опору особливу увагу звертають на проектування функціональних резисторів, потенціометричних датчиків, конструкцію рухливого контакту, вибір і обґрунтування використовуваного матеріалу, способи зачищення контактної доріжки.

Питання температурної стабільності і старіння резисторів необхідно розглядати на основі ймовірнісно-статистичних методів аналізу випадкових величин.

Література, що рекомендується: [1 - 3, 5].

Контрольні запитання та завдання

1. Виконайте класифікацію резисторів за функціональним призначенням і конструктивним виконанням.

2. Зобразіть схему заміщення резистора.

3. Перелічіть основні параметри резисторів.

4. Які Ви знаєте резистори постійного опору? Сформулюйте їх переваги та недоліки.

5.Виконайте обґрунтування впливу конструктивних параметрів резистора на електричні параметри.

6.У чому розходження температурного коефіцієнта стабільності опору резистора температурного коефіцієнта нестабільності опору резистора? Шляхи їхнього зменшення.

7. Які Ви знаєте резистори змінного опору? Області їхнього застосування.

8. Типи терморезисторів, варисторів, фоторезисторів, їхні переваги та недоліки. Області їхнього застосування.

9. Поясніть вплив конструктивного виконання резистора на його електричну здатність.

10. Які використовуються матеріали для деталей, що входять у конструкцію резистора?

11. Викладіть алгоритм розрахунку дротового резистора змінного опору.

12. У чому полягає прогнозування параметрів резистора?

13. Виконайте обґрунтування перспективних напрямків розвитку та удосконалювання резисторів.

4.2.3 Тема „Конденсатори”

Необхідно вивчити такі типи конденсаторів постійної ємності: керамічні – К10, К15, К20; слюдяні – К30; паперові – К40 та металопаперові К42; плівкові – К70; електролітичні – К50, K52, K53; прохідні та ін.

Порівняння перерахованих конденсаторів необхідно робити за такими параметрами: питома величина ємності; електрична міцність; опір ізоляції; величина втрат (добротність); частотна характеристика; температурна стабільність, еквівалентний послідовний опір.

Для конденсаторів змінної ємності важливою характеристикою є закон зміни ємності, що визначає характер зміни частоти коливального контуру. За цією ознакою конденсатори змінної ємності слід розділити на прямочастотні, прямохвильові, прямоємнісні та спеціальні. Приділіть особливу увагу вивченню залежності вихідних електричних параметрів конденсаторів від їхнього конструктивного виконання.

Температурний коефіцієнт ємності конденсатора змінної ємності на відміну від аналогічного параметра конденсаторів постійної ємності слід підрозділяти на дві складові: температурні коефіцієнти мінімальної ємності конденсатора змінної ємності та температурний коефіцієнт змінної ємності цього ж конденсатора.

Під час проектування стабільних конденсаторів змінної ємності необхідно звернути увагу на:

• матеріали і конструкції деталей і вузлів не повинні мати залишкових деформацій;

• ізоляційні матеріали повинні мати у робочому діапазоні температур лінійну залежність діелектричної проникності, низький рівень втрат і відповідати вимогам циклічності, усі деталі ротора і статора бажано виготовляти з одного матеріалу;

• вісь ротора та стовпчик статора мають жорстко кріпитися в корпусі тільки з одного боку, причому точки кріплення осі і стовпчики повинні лежати в одній площині, рівнобіжній площині пластин;

• збільшення зазорів між пластинами і поліпшення якості складання секцій ротора і статора збільшують стабільність конденсатора;

• бажано застосовувати ізоляційні матеріали і метали (сплави) з однако-вим температурним коефіцієнтом лінійного розширення.

Розгляньте переваги і недоліки конденсаторів з електричним керуванням ємністю (варикапи та варіконди), а також перспективи заміни ними конденсаторів з механічним управлінням ємністю.

Література, що рекомендується: [1 – 3, 5].

Контрольні запитання та завдання

1. У чому фізичний зміст ємності?

2. Виконайте класифікацію конденсаторів за функціональним призна-ченням та конструктивним виконанням.

3. Наведіть схему заміщення конденсаторів.

4. Перелічіть основні параметри конденсаторів.

5. Які ви знаєте типи конденсаторів постійної ємності? Області їхнього застосування, переваги і недоліки.

6. Обґрунтуйте вплив конструктивних параметрів конденсатора на його електричні параметри.

7. Які використовуються матеріали для деталей, що входять у конструк-цію конденсаторів?

8. Викладіть алгоритм розрахунку конденсатора змінної ємності.

9. У чому особливості проектування високостабільних кондесаторів змінної ємності?

10. Сформулюйте вимоги, пропоновані до конструкції високостабільних конденсаторів змінної ємності.

11. У чому полягає метод Монте-Карло? Його використання під час аналізу властивостей конденсаторів.

12. Викладіть методику прогнозування параметрів конденсаторів.

13. У чому полягає перспективний напрямок розвитку конденсаторів?

4.2.4 Тема „Котушки індуктивності та дроселі”

Необхідно вивчити і навчитися проектувати котушки коливальних контурів, котушки зв'язку та різноманітні дроселі. Аналогічно попередній темі спочатку усвідомлюється фізичний зміст індуктивності і параметри котушок. Розгляньте еквівалентну схему і варіанти конструктивного виконання котушок. Далі приділіть увагу вивченню впливу матеріалів і конструктивного виконання на параметри котушок. Поясніть наявність оптимального діаметра проводу в котушках індуктивності.

Розглядаючи котушки з підстроювальними елементами, врахуйте, що вплив магнітних і немагнітних сердечників на параметри котушки різний.

Усвідомте фізичну природу екранування котушок від магнітних і елект-ричних полів, а також вплив екрана на їх параметри.

Далі вивчайте дроселі, котрі теж є котушками. Уясніть класифікацію дроселів і вимоги, які до них висуваються. Наприклад, сердечники дроселів низької частоти збирають з оптимальним немагнітним зазором. Розгляньте оптимальний немагнітний зазор, від чого залежить його величина, що необхідно знати для визначення цієї величини і т.п.

Література, що рекомендується: [1 – 3, 5, 17].

Контрольні запитання та завдання

1. Виконайте класифікацію котушок індуктивності за функціональним призначенням та конструктивним виконанням.

2. Наведіть схему заміщення котушки індуктивності.

3. Перелічіть основні параметри котушок індуктивності.

4.У чому вплив конструктивного виконання котушок, різних типів каркасів, сердечників, екранів на їх електричні та конструктивні параметри?

5. Які використовуються матеріали для елементів конструкції котушок індуктивності?

6. Дайте визначення оптимального діаметра проводу котушки.

7. Сформулюйте рекомендації з проектування високостабільних котушок індуктивності.

8. Наведіть алгоритм розрахунку котушки індуктивності.

9. У чому відмінність контурної котушки індуктивності від дроселя високої частоти?

10. Які котушки називають дроселями?

11. Класифікація дроселів і специфічні вимоги до них.

12. Дайте визначення оптимальному немагнітному зазору в сердечнику дроселя.

13. Які перспективи розвитку котушок індуктивності?

4.2.5 Тема „Трансформатори”

Перед вивченням даної теми повторіть принцип роботи трансформатора в режимі холостого ходу та під навантаженням. Усвідомте, що для трансформаторів з кількома обмотками характерний взаємний вплив усіх обмоток. Крім того, постійна складова струму вторинних обмоток створює в магнітопроводі потік незмінного напрямку, що приводить до збільшення струму первинної обмотки та втрат у ній.

Незважаючи на розходження функцій трансформаторів живлення та узгодження, основні фізичні процеси, що протікають у них, аналогічні, мають однотипну конструкцію, а для виготовлення різних за призначенням трансформаторів використовуються часто однакові матеріали.

Тому після розгляду фізичних основ функціонування трансформаторів слід перейти до вивчення основних елементів їхньої конструкції. Розгляньте відмінність у проектуванні трансформаторів мінімальної ваги і мінімальної вартості.

Під час вивчення трансформаторів узгодження ґрунтуйтеся на їх еквівалентній схемі, що ілюструє зв'язок електричних параметрів трансформатора з конструктивним виконанням.

Так, наприклад, власна ємність трансформатора зменшується при використанні проводу з більш товстою ізоляцією, при збільшенні кількості ізолюючих прокладок, при секціюванні обмоток, при збільшенні товщини каркаса тощо.

Розглядаючи перекручування імпульсу, що трансформується, необхідно враховувати його спектральну характеристику. Це дозволить виділити перекручування частотної характеристики в області нижніх і верхніх частот.

Література, що рекомендується: [1 – 5].

Контрольні запитання та завдання

1. Виконайте класифікацію трансформаторів за функціональним призначенням.

2.Сформулюйте вимоги, пропоновані до трансформаторів.

3.У чому особливості роботи трансформаторів живлення ЕА?

4. На підставі основного рівняння трансформатора викладіть суть опти-мізації його параметрів.

5. Які матеріали застосовуються в конструкції трансформатора?

6. Викладіть алгоритм розрахунку трансформатора живлення.

7. Викладіть схему заміщення трансформатора низької частоти.

8. Виконайте аналіз впливу конструктивного виконання трансформаторів низької частоти та імпульсних трансформаторів на їхні електричні параметри.

9. Дайте визначення імпульсної магнітної проникності.

10. Як впливає режим роботи трансформатора на його конструктивне виконання?

11. Перелічіть особливості конструктивного виконання імпульсних трансформаторів.

12. Викладіть перспективи розвитку трансформаторів ЕА.

4.2.6 Тема „Фільтри”

Рекомендується насамперед усвідомити функціональне призначення фільтрів та параметри, що їх характеризують. Необхідно звернути увагу, що одна з класифікацій фільтрів заснована на принципах їхньої роботи, вивчати які рекомендується, ґрунтуючись на магнітострікційному, п'єзоелектричному ефектах (прямий і зворотний) та ефектах акустоелектроніки.

Вивчаючи принципи побудови фільтрів, слід засвоїти, що з підвищенням робочої частоти фільтруюча система з зосередженими параметрами переходить у систему з розподіленими механічними параметрами (аналогічно довгим електричним лініям).

Для з'ясування перспектив розвитку фільтрів необхідно вивчити основні питання акустоелектроніки, перетворювачів на поверхневих акустичних хвилях і принципи побудови акустоелектронних фільтрів.

Література, що рекомендується: [1 – 3, 11, 12].

Контрольні запитання та завдання

1. Виконайте класифікацію фільтрів.

2. Наведіть схему заміщення фільтрів і перелічіть основні неелектричні параметри.

3. Які вимоги висуваються до електричних параметрів фільтрів?

4. Викладіть принцип роботи магнітострикційного перетворювача електричних коливань у механічні.

5. Викладіть принцип роботи п'єзоелектричного перетворювача елект-ричних коливань у механічні.

6.Викладіть принцип роботи перетворювача електричних коливань у механічні на поверхневих акустичних хвилях.

7. У чому основні принципи побудови фільтруючих елементів ЕА?

8. Як впливають конструкції фільтра на його електричні параметри?

9. Перелічіть основні елементи конструкції фільтра і сформулюйте вимоги до них.

10. Перелічіть рекомендації, спрямовані на підвищення температурної стабільності робочої частоти магнітострикційного, п'єзоелектричного та акустоелектронного фільтрів.

11. На чому засновані фільтруючі властивості акустоелектронних фільтрів?

12. Викладіть перспективи розвитку фільтрів.

4.2.7 Тема „Лінії затримки”

Під час вивченні ліній затримки зверніть увагу, що класифікація даних пристроїв в основному виконана на підставі фізичних процесів, які протікають у їх перетворювачах. Вивчивши п'єзоелектричний і магніто-стрикційний ефекти, принципи збурювання поверхневих коливань, необхідно усвідомити принципи побудови ліній затримки, їхні переваги і недоліки, а також вплив конструктивного виконання різних типів ліній затримки на їх електричні параметри.

Література, що рекомендується: [1 - 3, 5, 7].

Контрольні запитання та завдання

1. Класифікація ліній затримки за фізичними принципами функці-онування, їхні переваги та недоліки.

2. Наведіть схеми заміщення різних ліній затримки і перелічить їх основні електричні параметри.

3. У чому полягає вірогідністний аналіз точності та стабільності пара-метрів ліній затримки?

4. Перелічіть основні елементи конструкції лінії затримки і сформулюйте вимоги до них.

5. Які особливості магнітострикційних і кварцових ліній затримки?

6. Обґрунтуйте області застосування різних типів ліній затримки.

7. У чому полягає принцип функціонування ліній затримки, що викори-стовують поверхневі хвилі, їхні переваги та недоліки?

8. Викладіть перспективи розвитку ліній затримки.

4.2.8 Тема „Елементи пам'яті”

Насамперед необхідно з'ясувати функціональне призначення, вивчити принципи роботи різних типів елементів пам'яті і фізичних процесів, які протікають у них. Після цього треба розглянути конструкції елементів і пристроїв пам'яті, їхній вплив на електричні параметри.

Література, що рекомендується: [1 – 3, 5, 9].

Контрольні запитання та завдання

1.Сформулюйте функціональне призначення елементів пам'яті і вимоги, пропоновані до них.

2. Викладіть принципи побудови запам'ятовуючих пристроїв на різних магнітних елементах.

3. У чому полягає принцип роботи магнітних елементів?

4. Які переваги та недоліки "розгалужених" сердечників?

5. Переваги циліндричних магнітних плівок і їхні недоліки.

6. Які перспективи розвитку елементів пам'яті?

4.2.9 Тема „Висновок” – „Перспективи розвитку елементної бази ЕА”

Нові перспективні види елементів, їхній розвиток разом з ЕА. Функціональна мікроелектроніка як основа розвитку елементів ЕА.

Література, що рекомендується: періодика, наприклад, видання жур-налів: "Радиотехника, "Надежность и контроль качества"; "Электронная техника", серия 10; "Радиокомпоненты"; "Зарубежная электронная техника"; "Электроника" та інші.