Лекція 15

Тема: Компоновка радіоелектронної апаратури.

План

1. Одноблочні та багатоблочні конструкції.

2. Функціональний модульний метод компоновки.

3. Базові несучі конструкції.

4. Ячейки та блоки.

5. Стійки.

Література:

1. 1. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. – М.: Высшая школа, 1989 - с. 362 – 390

Після вивчення теоретичного матеріалу студенти повинні:

Знати методи компоновки, конструкцію РЕА;

Вміти розробляти конструкції РЕА.

1.Одноблочні та багатоблочні конструкції.

Компоновка радіотехнічного виробу – частина процесу конструювання. На цьому етапі визначаються форма та габаритні розміри всього апарату, а також взаємне розташування окремих вузлів, деталей, блоків. Від якості компоновки в значній мірі залежать технічні, технологічні та експлуатаційні характеристики виробу, а також його надійність.

Конструктор повинен шукати такі компоновочні рішення, які повинні задовольняти наступним вимогам:

а) між окремими вузлами, приборами та блоками повинні бути відсутніми значні паразитні електричні взаємозв’язки, які впливають на технічні характеристики виробу; теплові та механічні впливи елементів конструкції на повинні значно погіршувати їх технічні характеристики;

б) взаємне розташування елементів конструкції повинно забезпечити технологічність збірки та монтажу з урахуванням використання автоматів та напівавтоматів, легкий доступ до деталей контролю, ремонту та обслуговування;

в) розташування та конструкція органів управління та розрахункових приладів повинні забезпечити максимальну користь для оператора;

г) виріб повинен задовольнити потреби технічної естетики;

д) габарити та маса виробу повинні бути мінімальні.

Однак зазначимо, що габарити і маса виробу в значній мірі залежать від прийнятих схемних рішень та використаних радіоелементів. Різке скорочення габаритів і маси було отримано при переході від лампових схем до схем на напівпровідникових приладах. Такий перехід супроводжувався зменшенням потужності апарату та зниженням напруги, що надало можливість разом з напівпровідниковими елементами використовувати малогабаритні малопотужні резистори, конденсатори та інші малогабаритні радіоелементи. Ще більший ефект проявляється при широкому використанні в апаратурі мікросхем та мікрозбірок.

Сучасна складна радіотехнічна система може складатися з десятків тисяч елементів масою від декількох грамів до десятків кілограмів. Спроба створити систему у вигляді одного пристрою приведе до абсурдних результатів: вона буде не зручна при транспортуванні та розміщенні, складний ремонт та експлуатація, система буде мати погану технологічність та надійність. Тому сучасні складні радіотехнічні пристрої зазвичай поділяють на прилади.

2.Функціональний модульний метод компоновки.

Тривалий час радіоелектронна апаратура розробляється на основі блочного методу конструювання, який передбачав розділення апаратури на блоки. При цьому кожний блок мав шасі, на яке встановлювались радіолампи, друковані плати та інші елементи схеми та конструкції виробу.

Висока складність сучасної РЕА, яка побудована з застосування мікросхем різного типу, мікрозбірок та інших сучасних ЕРЕ викликала необхідність пошуку таких конструктивних та компоновочних рішень, які б дозволили задовольняти наступним вимогам:

1) висока степінь мікромініатюризації апаратури в цілому;

2) широка уніфікація елементів в конструкції;

3) можливість паралельної збірки та регулювання складових частин РЕА;

4) забезпечення високої експлуатаційної надійності апаратури багаторазової дії за рахунок швидкої заміни складових частин;

5) можливість проведення модернізації окремих складових частин.

Вказані вимоги в значній мірі вдається виконувати, застосовуючи функціонально-модульний метод конструювання разом з впорядкованою структурою ділення апаратури на складові частини.

Обидва принципи полягли в основу системи базових несучих конструкцій, які широко застосовуються при конструюванні РЕА.

Суть функціонально-модульного методу компоновки складається в тому, що весь пристрій поділяється на окремі конструктивно-закінчені складальні одиниці – модулі. Зазвичай стараються робити так, щоб модулі мали однакові розміри, або ж в крайньому випадку два розміри були однакові, а третій був кратний якому-небудь значенню.

Це дозволяє зручно, без втрати об’єму компонувати з модулів, як з паралелепіпедів, конструктивні споруди більш високого рівня.

В зв’язку з постійним ускладненням апаратури виконання вимог по надійності становиться все більш складною задачею. Одним з параметрів, який характеризує фактичну надійність виробу, є середній час, який затрачується на пошук та усунення недоліків.

Якщо пристрій поділений на окремі легкоз’ємні модулі та мається запасна власність, то необхідно знайти тільки модуль, в якому знаходиться елемент, який відказав.

3. Базові несучі конструкції.

Несучою конструкцією електронного модулю або пристрою називають елемент або сукупність елементів конструкції, яка призначена для розміщення складових частин апаратури та забезпечення їх стійкості к впливу в заданих умовах експлуатації.

Несучі конструкції повинні забезпечувати:

1. Можливість конструювати апаратуру з використанням модульного принципу.

2. Високий рівень мініатюризації апаратури.

3. Високу надійність апаратури.

4. Технологічність конструкції.

5. Нормальний тепловий режим апаратури.

6. При необхідності захист апаратури від дії вібрації та ударів, від дії повітря з підвищеною вологістю та від зміни тиску навколишнього середовища, від дії проникаючої радіації.

7. Електромагнітне екранування апаратури.

8. Безпечні умови для персоналу.

9. Високі ергономічні характеристики.

Розробка несучих конструкцій – трудоємкий процес, зв’язаний з великими витратами часу. Послідуючий запуск несучих конструкцій у серійне виробництво також потребує великих матеріальних витрат для виготовлення нестандартного обладнання та розробки технологічного процесу.

4. Чарунки та блоки.

4.1. Уніфіковані базові несучі конструкції чарунок. Конструктивною основою чарунок, призначених для використання в РЕА 3-го покоління, в якій використовуються мікросхеми на корпусовані мікрозбірки разом з дискретними ЕРЕ, є одношарова та багатошарова друкована плата, на якій встановлюються ЕРЕ.

Всі уніфіковані базові несучі конструкції чарунок є легкоз’ємними і тому мають у своєму складі електричний з’єднувач.

Розміри друкованих плат, які використовуються у чарунках типу ЯУ1, приведені в табл. 15.2.

Один із варіантів конструкції ЯУ1 показаний на рис. 15.4.

4.2. Уніфіковані базові несучі конструкції корпусів блоків. На ряду з уніфікованими базовими несучими конструкціями чарунок розроблені уніфіковані базові конструкції блоків. Приклад такої конструкції показаний на рис. 15.9. Це шасі, призначене для установки в нього чарунок типу ЯУ3.

На рис. 15.10. показана конструкція блоку типу Б6. Характерною особливістю цього блоку є те, що чарунки видвигаються з блоку в горизонтальному напрямку.

4.3. Книжна конструкція кріплення чарунок. Приклад виконання книжної конструкції показаний на рис. 15.11.

Блок складається з декількох чарунок, кожна з яких, обертається навколо своєї вісі, може відкидатися, як сторінка книги. Відповідна чарунка показана на рис. 15.12.

4.4. Перспективні конструкції чарунок для апаратури 4-го покоління.

Не складно уявити, що в кожній мікросхемі, кожній мікрозбірці кристал або ізоляційна основа зі схемою займають невеликий процент від об’єму мікрозбірки та мікросхеми або від площини, займаної ними на друкованій платі. Основний об’єм та площа «витрачається» на конструювання корпусу, його контактів та з’єднань між контактними площадками кристалу та виводами корпусу.

Тому застосування безкорпусних мікрозбірок може дати суттєве скорочення об’єму апаратури.

При цьому необхідно враховувати, що герметизація дуже сильно ускладнює ремонт чарунок та блоків. Це значить, що час, який витрачається на ремонт, підвищується, вартість ремонту теж підвищується, а кількість ремонтів, яка може витримати чарунка або блок, зменшується; для виконання ремонту необхідно складне технологічне обладнання.

5. Стійки.

Блоки можуть встановлюватись безпосередньо на об’єкті або з них можуть формуватися більш складні пристрої – стійки (рис. 15.16).

Зазвичай стійка має каркас, виконаний з фасонних профілей та стінки з листового металу. Вони створюють кожух стійки.

Кожного блока, який встановлюється в стійку, на задній стінці повинен бути встановлений електричний з’єднувач.

Друга половина з’єднувача має бути закріплена на задній стінці стійки. За допомогою прокладеного по задній стінці жгута всі з’єднувачі стійки з’єднуються один за одним відповідності до схеми виробу. Передню панель блоку кріплять до стійці гвинтами. Щоб виключити зміщення задній частини блоку, на задні частині каркасу стійки встановлюють направляючі втулки. В них входять направляючі штирі , встановлені на блоці.

Розглянемо, які вимоги пред’являються до корпусу та кожуху окремого пристрою або стійки.

1. Корпус та кожух повинні забезпечувати нормальний тепловий режим апаратури.

2. Корпус та кожух повинні забезпечувати захист усіх розташованих в ньому елементів від механічних подразнень в процесі експлуатації та транспортування виробу.

3. В конструкції корпусу повинні бути спеціальні місця для укладки жгутів, які з’єднують окремі блоки.

Часто в стійках приходиться укладати велику кількість жгутів. Такі способи кріплення показані на рис. 15.18.

4. Корпус та кожух повинні забезпечувати легкий доступ до розташованих в них блоках для ремонту та заміни.

5. Кожух повинен забезпечувати безпеку людини, яка обслуговує виріб. Кожух повинен мати земляну клему, яка забезпечує надійне його заземлення. Виконання цієї вимоги необхідно для захисту персоналу від ураження електричним струмом.

6. Кожуха переносної апаратури повинні мати ручки або інші пристрої.

7. Кожухи усі пристроїв повинні мати місце для зручного захвату пристрою руками при перенесенні у процесі упаковки, монтажу на об’єкті, демонтажу.

8. Габарити кожуху повинні дозволяти легко проносити його через дверні проєми та люки, які є на об’єкті, де буде установлений пристрій.

9. Конфігурація корпусу повинна дозволяти економічно розташовувати виріб у приміщенні, де буде експлуатуватися апарат.

10. Стаціонарно встановлюємі корпуси повинні мати пристрої для закріплення виробу на об’єкті.

Д/з: Вивчити теоретичний матеріал