Электрический монтаж и элементы монтажных соединений.

Конструкции электрического монтажа (КЭМ)

КЭМ определяются:

1. элементной базой

2. диапазоном частот

3. структурным уровнем сборки

4. условиями эксплуатации

В РЭА используются два способа электромонтажа:

1. объемный (жгуты, кабели, провода)

2. печатный (плоский)

Основные конструктивные элементы электромонтажа:

1. элементы экранирования и заземления

2. провода, кабели и монтажные материалы

3. элементы крепления проводов, жгутов, кабелей

4. соединительные элементы электрического монтажа

5. ОПП, ДПП, МПП

6. монтажные соединения приборов, узлов и блоков РЭП

На КЭМ наибольшее влияние оказывает частотный диапазон работы устройства.

На блоках, работающих на низкой частоте(до 20кГц), вредные связи возникают при появлении отдельных механических колебаний, особенно на резонансных частотах. Такие колебания могут быть вызваны нарушением жесткости крепления элементов магнитных цепей, некоторых деталей несущих конструкций.

Вредные связи резко снижаются, когда наиболее чувствительные к механическим колебаниям первые каскады усилителей, кристаллические резонаторы или электромеханические фильтры устанавливают на эластичные основания (амортизаторы).

Во избежании возникновения неуправляемой обратной связи вход сигнала необходимо располагать как можно дальше от выхода или тщательно экранировать их друг от друга.

Низкочастотное устройство необходимо надежно предохранять от влияния магнитных полей переменного тока. Для этого при монтаже блоков широко применяют провода связанные в жгуты.

Закрепление монтажного провода производится так, чтобы между проводниками и металлическими стенками несущих конструкций не возникали индуктивные связи.

В блоках, работающих на средних частотах (от 20 кГц до 1 МГц), особенно ощутима связь между входными и выходными электродами транзисторов. В этом случае управляющие цепи каждого каскада выполняют короткими, а сами каскады располагают последовательно. Элементы схемы каждого каскада размещены вблизи «своего» транзистора.

Элементы, создающие магнитные поля, экранируют.

Компоновка и электромонтаж блоков высокой частоты (от 1 МГц до 100МГц) является более сложной задачей и особенно в усилительной аппаратуре с большим коэффициентом усиления.

В этом диапазоне весьма ощутимо влияние емкости электромонтажа и электромагнитного поля.

Для достижения минимальных излучений внутри блоков каскады схемы выполняют в виде отдельных узлов, тщательно экранируя их друг от друга и от внешних возбудителей.

Колебательные контуры выполняют на тореэдальном сердечнике. Общую экранировку выполняют двухслойными экранами из пермалоя и меди.

Во избежании взаимных связей между проводниками, их разделяют достаточно широкими промежутками и экранируют от магнитных полей.

Если снизить потери короткими проводниками не удается, то связи выполняют коаксиальным кабелем.

Чем выше частота, тем сильнее сказывается влияние линий связи, и тем качественнее должно производиться экранирование и заземление.

Блоки СВЧ (от 100 до 3000МГц) по КЭМ резко отличаются от РЭА более низких частот.

Уже при частоте 400-600 МГц потери на столько возрастают, что вместо проводников используют коаксиальные кабели, а при частоте более 1500 МГц - волноводы.

2. Основные виды помех и способы их устранения.

Существует 3 вида помех.

1. магнитные

2. электрические

3. кондуктивные

Причины возникновения магнитных помех является протекание переменного тока в проводниках и катушках индуктивности.

Электрические помехи возникают при прохождении тока частотой выше 10 МГц.

Кондуктивные помехи возникают в результате общих цепей питания или нагрузки основного (полезного) и наводимого (вредного) сигнала.

Основными способами, применяемыми для борьбы с помехами, являются: экранирование и заземление.

4.2.1 Экранирование

Экраны применяются для того, чтобы локализовать действие источника помех или приемника помех.

Экран представляет собой металлическую перегородку, разделяющую две области пространства и предназначенную для регулирования распространения электрических и магнитных полей от одной из этих областей к другой.

Главное назначение экрана – ослабление напряженности электрического и (или) магнитного поля.

В зависимости от назначения различают экраны с внутренними источниками помех и экраны внешнего электромагнитного поля, во внутренней полости которых помещают чувствительные к помехаи узлы.

Классификация экранов

- По типу поля помехи

Магнитно-статические ()

Электростатические ()

Электромагнитные ()

- По конструктивной форме

прямоугольные

цилиндрические

сферические

- По материалу и конструкции стенок экрана

магнитный материал ()

немагнитный материал ()

фольгированный материал (d=0,01…0,05 мм)

многослойные

сеточные

радиопоглощающий материал

Определение типов поля помехи.

Область пространства вокруг условного излучателя делится на ближнюю и дальнюю зону.

Если расстояние до излучателя (- длина волны), то будет ближняя зона и помеха может быть магнитная или электрическая.

Если излучатель представлен в виде электрического диполя – помеха электрическая.

Если излучатель – рамка с током – помеха магнитостатическая.

Если - волна электромагнитная, где магнитная и электрическая составляющие равны.

Эффективность экранирования – это уменьшение напряженности магнитного и электрического поля.

К_э=20lg(Е₀/Е₁) – коэффициент эффективности экранирования электрической волны.

К_э=20lg(Н₀/Н₁) – коэффициент эффективности экранирования магнитной волны.

Н₀ – напряженность падающей магнитной волны.

Е₀ - напряженность падающей электрической волны.

Н₁ – напряженность магнитного поля прошедшей волны.

Е₁ - напряженность электрического поля прошедшей волны.

Для электромагнитной волны эффективность экранирования складывается из двух видов потерь К_отр и К_погл.

К_э=К_отр+К_погл.

К_погл определяется одинаково для всех видов полей.

К_отр зависит от вида поля и вычисляется по разному (формулы в справочнике).

4.2.2 Электромагнитное экранирование

Переменное высокочастотное электромагнитное поле при прохождении ч/з металлический лист, либо перпендикулярно, либо под некоторым углом его пл-ти наводит в этом листе вихревые токи, после которых ослабляется внешнее поле, в этом случае лист – электромагнитный экран.

Примером таких экранов могут служить корпуса РЭУ (стенки, крышки). Расчет электромагнитных экранов различен для различного диапазона частот внешних полей.

Расчет электромагнитных экранов:

Исходными данными для расчета электромагнитной помехоустойчивости является:

1.Конструкционные параметры изделия, спектр частот f_i, соответственная напряженность электр. поля E(f_i) или магнитная индукция B(f_i).

2.Или их допустимые значения.

Следует отметить, что наибольшее влияние на работоспособность аппаратуры оказывает магнитная составляющая электромагнитного поля.

Если магнитное поле с f_i, будет пересекать пл-дь S, то получим: .

В случае анализа помехоустойчивости печатных узлов, наиболее чувствительными эл-ми явл. микросхемы, тогда S-наибольшая пл-дь замкнутого контура: - коэффициент экрана.

Последовательность расчета экрана:

1.Определяем тип поля помехи.

2.Выбираем конструктивную форму экрана, которая может быть выполнена в виде прямоугольной, цилиндрической и сферической. Форма экрана оказывает влияние на хар-ое сопротивление среды экрана.

Формы экранов:

R_Э=r_э

- резонансная частота.

3. Выбор материала и конструкций стенок экрана.

Наибольшее влияние на эффективность экранирования влияет материал. Количественно, величину характеризующую экранированное действие материала рассчитывают следующим образом:

- глубина проникновения (показывает, на какой глубине магнитное поле ослабнет в е-раз;

f-частота поля;

 - магнитная проницаемость;

 - удельная проводимость материала экрана.

Если экран работает в магнитном поле ближней зоны, то эффективность магнитных материалов значительно выше немагнитных, так как >>1.

В электромагнитном поле дальней зоны немагнитные материалы, обладающие большей проводимостью, по сравнению с магнитными обеспечивают более высокую эффективность экранирования.

Достоинство сеточных экранов:

Просты в изготовлении, удобны в сборке и эксплуатации, не препятствуют свободным конвективным потокам воздействия, светопрониц., позволяют получить высокую эффективность экранирования во всем диап. частот.

Недостаток: невысокая механическая прочность.

Экранирующие свойства сеток проявляются в рез-те отражения электромагнитной волны от ее пов-ти.

Основные параметры сетки: Шаг сетки S_с, радиус проволоки r_с, удельная проводимость материала .

4. Рассчитываем эффективность экранирования выбранного экрана, а при необходимости его величину.

Шунтирование – отвод лишней энергии.

_ф – длина фронта;

Электромагнитное экранирование заключается в шунтировании большей части или всей нарезной емкости на корпус. На Рис.1,2,3 изображены возможные случаи расположения источника помех А и приемника помех В.

Рис.1 – корпус удален от приемника помех на значительное расстояние и емкостью C_AB можно пренебречь.

Рис.2 – Экран, расположен вблизи проводников, паразитная емкость С_АВ уменьшается шунтирующей емкость С_В0.

Рис.3 – Экран располагают м/у приемником и источником, тем самым уменьшают паразитную емкость до значения С’_АВ.

С целью улучшения экранирования, на обеих сторонах ПП, сигн. и заземл. экранные проводники чередуют таким образом, чтобы против сигнальной линией, проходящей с одной стороны платы, всегда располагалась заземляющая линия с др. стороны платы, при этом каждая сигнальная линия оказывается окруженной 3-мя заземленными линиями. В рез-те чего достигается эффективная экранировка от внешних помех.

Рис. Уплотнение разборных (прижимных соединений) с помощью прокладок.