Узлы функциональной электроники (стр. 1 из 9)
Введение
Устройства функциональной электроники – это устройства, которые работают на различных физических явлениях, работа связана с использованием динамических неоднородностей ( временные дефекты в однородном твердом теле ). Их функционирование описывается уравнениями математической физики.
Любая ЭВС состоит из элементной базы: ИС, устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы.
Электрорадиоэлементы используются давно и подразделяются на:
- активные ( п/п приборы и электровакуумные );
- пассивные:
- общего применения ( резисторы, конденсаторы и пр.)
- СВЧ устройства ( элементы, размеры которых соизмеримы с длинной волны обрабатываемого сигнала).
Соединители и коммутационные устройства
Соединители – это устройства, предназначенные для механического соединения /разъединения электрических цепей в обесточенном состоянии.
Коммутационные устройства – это устройства, предназначенные для периодического замыкания/размыкания цепей под током.
Соединитель образует разъемное, контактное соединение. Существуют неразъемные соединения – паяные, сварные и пр.
Коммутационные устройства могут быть с ручным или электрическим управлением. Коммутационные устройства делятся на:
- контактные – используют механическое соприкосновение двух контактных деталей;
- бесконтактные – осуществляют коммутацию без механического соединения/разъединения.
Теория электрического контакта
В контактном устройстве протекает ряд сопутствующих явлений, кроме электрической проводимости.
После разреза сопротивление проводника увеличивается на некоторое переходное сопротивление (Rпер ) – одна из основных характеристик контакта ( чем меньше, тем лучше ).Появление переходного сопротивления объясняется ( Rпер ):
1. Как бы чисто мы не обрабатывали разрез, на нем всегда существуют микро шероховатость, из-за этого проводник соединяется не по всей поверхности поперечного сечения:
Sреал.>Sперв.
Площадь контакта меньше реальной площади поперечного сечения.
2. На поверхностях контактирующих деталей появляются пленки. Причины их возникновения:
- атомарный кислород оседает, образуя пленку;
- за счет соединения O2 и металла – окисные пленки;
Существуют пассивирующие и рыхлые пленки. Рыхлые пленки могут существенно влиять на Rпер.. Чем больше температура, тем больше скорость роста пленки, но при достижении некоторой температуры пленка разрушается.
серебро …………… t пл.=150 °C
алюминий…………tпл.=3000 °С
- осаждение пленки воды – оказывает малое влияние на Rпер., но при замерзании воды могут возникнуть пленки льда, а это уже диэлектрик.
- сульфидные пленки – у них большая толщина и плотность.
Наличие пленок затрудняет прохождение электрического тока. В зоне контакта ток протекает благодаря эклектической проводимости металлов и ещё благодаря фрикинг-эффекту.
Фрикинг-эффект
Между несоприкасающимися пленками возникает большая напряженность электрического поля, из-за такой электрической напряженности возникает пробой, металл расплавляется и возникает электрический контакт.
Ток может протекать через пленку и благодаря туннельному эффекту.
3. Эффект стягивания
Удлиняется путь электронов из-за изменения траектории движения, вызванного разрезом проводника.Эквивалентная схема контактного устройства
N – количество шероховатостей ( величина случайная, при каждом соприкосновении N изменяется ).RV1 – сопротивление шероховатостей;
Rст1 – сопротивление стягивания;
Rпл1 – сопротивление пленки.
В среднем можно считать переходное сопротивление по упрошенной формуле:
, где
r - удельное сопротивление материала контакта;
m - коэффициент Пуассона ( механическая характеристика );
E – модуль упругости материала;
Q – усилие контактного нажатия;
hв – средняя высота выступа.
Статическая нестабильность переходного сопротивления – среднеквадратическое отклонение. Характеристикой контактного устройства является динамическая нестабильность – показывает степень изменения Rпер при воздействий на контактное устройство внешнего механического воздействия ( вибрация, удар ).
Более сложные физические явления работы наблюдаются в динамическом режиме работы – при замыкании / размыкании.
При размыкании возможно наблюдение явления дуги и следовательно расплавление контактов. Возникает из-за высокой ионизации между контактами.
Дуга зависит от:
· материала;
· напряжения и тока;
· чистоты поверхности;
· состава окружающей атмосферы;
· от наличия реактивных элементов в коммутируемой цепи.
Разность потенциалов между контактами это eинд. и eист.. Из-за дуговой эрозий очень ухудшается контакт.Наблюдается явление мостиковой эрозии, возникает при низких напряжениях между контактами. При размыкании уменьшается число точек соприкосновения и увеличивается плотность тока, металл оплавляется и вытягивается, и, следовательно, контакт разрушается.
Электрические соединители.
Классификация по виду соединяемых частей:
1группа: - низковольтные, НЧ- предназначены для работы на Uh< 1500 В и f<3 МГц, длительность фронта < 0,1 мс.
2группа: - соединители с напряжением более 1,5 кВ.
3группа: - ВЧ- соединители, для соединения различных частей.
4группа: - комбинированные соединители, контакты НЧ – и ВЧ - типа.
По конструкционной особенности и форме изолятора, соединители различают:
- Цилиндрические (форма сечения близка к кругу);
- Прямоугольные;
Цилиндрические соединители делятся по способу сочленения и фиксации сочлененного соединения:
- резьбовые;
- врубные;
- самозапирающиеся;
- байнетные;
Прямоугольные делятся по способу монтажа:
- приборные;
- для печатного монтажа;
1. Приборные соединители
- межблочные
- блочные
- кабельные
- проходные
2. Соединители для печатного монтажа
- торцевые
- навесные
Все соединители делятся по габаритам.
1 – Соединители нормальных габаритов( шаг H между контактами больше 5 мм.).
2 – Соединители малогабаритные.(3,5 < H < 5 мм).
3 – Соединители субминиатюрные.(1,75 < H < 3,5 мм).
4 – Соединители миниатюрные.(1,25 < H < 1,75 мм).
5 – Соединители микроминиатюрные.(H=1,112).
6 – Соединители супермикроминиатюрные.(H=0,625).
Все соединители , по принципу контактирования, делятся на:
- соединители c обычным контактом
- униполярные соединители
- соединители с опаевыми контактами
- соединители с принудительным обжатием контактов
Некоторые условно графические обозначения.
1.
Штырь – 
в ВЧ-Соединителе –  |
2.
Гнездо –  |
 |
в ВЧ - Соединителе – 
при соединении с коаксиальным кабелем – 
3.
Неразъемное соединение –