книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

СГВ — система графического взаимодействия СМП/ПП — сквозной маршрут проектирования

производства СПЗ — система представления знаний

СПУ — система послеускорения СФИ — стеклоформующий инструмент

ТЗ — техническое задание ТК — тематический класс

ТПП — технологическая подготовка производства ФЧ — функциональная часть ФЭ — функциональный элемент ЦВ — центральный вычислитель

ЧМС — человеко-машинная система ЧПУ — числовое программное управление ЧТЗ — частное техническое задание ЭЛП — электронно-лучевой прибор ЭОС — электронно-оптическая система

ЭП — электронная пушка

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

тронно-оптических систем

Е— напряженность электростатического поля

е— заряд электрона

/— распределение плотности тока в пучке

К(ЛО — контраст

А, / — продольные размеры и расстояния М — линейное увеличение

т—'масса электрона

р— расстояние от источника до центра линзы

/?, г — радиальные размеры и координаты 5 — чувствительность к отклонению

5 — размеры, указывающие на величину зазора

т— температура

Ф— угол раствора пучка (на выходе пушки или на входе линзы)

’фг — функция влияния *-го электрода

X— безразмерный параметр, описывающий уровень моду­ ляции электронной пушки

о — круговая пространственная частота

Глава 1.

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПРИБОР КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.КЛАССИФИКАЦИЯ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ПРИБОРОВ

Всоответствии с ГОСТ 22487—77 проектирование есть про­ цесс составления описания, необходимого для создания в задан­ ных условиях еще не существующего объекта (на основе пер­ вичного описания этого объекта и алгоритма его функциониро­ вания) преобразованием первичного описания, оптимизацией за­ данных характеристик объекта и т. ’П. с последовательным пред­ ставлением описаний на различных языках.

Приведенное определение имеет общий характер и должно дополняться при исследовании проектирования в конкретных отраслях промышленности. При этом представляет интерес рас­ смотреть проектирование как деятельность и выделить в при­ менении к нему ее традиционные составляющие [1]: цель, си­ туацию (или условия), субъект, объект, средство (орудие), про­ дукт (результат) и собственно процесс.

Электронно-лучевые приборы относятся к конструкциям средней сложности, состоящим из нескольких десятков деталей. Тем не менее они являются ком­ плектующими изделиями и самостоятельно функционировать не могут, поэтому для них актуальна задача внутреннего проектирования, когда цель и ситуация (т. е. внешние условия) полностью определены техническим заданием (ТЗ) на разработку прибора и в процессе проектирования в основном не изменяются. Поэтому в дальнейшем цели проектирования и ограничения, связанные с нали­ чием внешних условий всех видов, будут считаться заданными. Это не значит, что проектирование ЭЛП тем самым изолируется от проектирования радиоэлек­ тронной аппаратуры (РЭА), для которой предназначены приборы. Напротив, исследование и упорядочение номенклатуры и системы параметров ЭЛП позво­ ляет, с одной стороны, повышать эффективность проектирования РЭА, а с дру­ гой— лучше обосновывать требования к разрабатываемым ЭЛП. Перспективным здесь является подход [2], основанный на представлении ЭЛП в виде эквива­ лентной схемы, состоящей из двухполюсников стандартного набора, значения па­ раметров которых определяются по результатам моделирования электронно­ оптической системы прибора. Таким образом, модели, описывающие функциони­ рование ЭЛП, включаются как составляющие в модели, описывающие функцио­ нирование РЭА, и требования ТЗ на разработку ЭЛП становятся более обосно­ ванными, поскольку являются частью решения, полученного при построении принципиальной схемы РЭА.

Следует отметить, что существующая практика формирования ТЗ на разра­ ботку ЭЛП не исключает волюнтаризма со стороны заказчика — разработчика

РЭА. Это вызвано тем, что зачастую разработчики РЭА требуют достижения не­

в то время как тот «же результат может быть получен с меньшими затратами за счет схемотехнического решения. Одним из методов борьбы с такими явлениями может служить предварительный анализ требований, предъявляемых к ЭЛП, на их согласованность и выявление противоречий (см. гл. 2).

Итак, считая цель и ситуацию заданными, можно выделить три взаимосвязанные задачи анализа проектирования как дея­ тельности:

определение и систематизацию предметной области, т. е. со­ вокупности объектов и продуктов проектирования;

анализ процесса проектирования; разработку и анализ вариантов реализации САПР как сред­

ства проектирования с учетом характеристик субъекта (разра­ ботчика ЭЛП).

В первую очередь должна быть решена задача определения и анализа предметной области. При этом следует отметить, что для проектирования понятия «объект» и «продукт» труднораз­ личимы, поскольку создание нового изделия существенно обус­ ловлено имеющимся опытом проектирования и сведениями об известных конструкциях (продуктах, полученных ранее), кото­ рые являются исходным материалом для определения предмет­ ной области. Вообще классификация и систематизация являются необходимыми стадиями развития любой теории, а для теории проектирования — важнейшими. Ограничивая предметную область проектирования ЭЛП, следует опираться на ГОСТ 13820—77 и ГОСТ 17791—82, обобщающие многолетний практический опыт, накопленный в электронной промышленности.

В соответствии с этими стандартами электронно-лучевой при­ бор определяется как электровакуумный прибор, действие кото­

ками). Там же весь класс ЭЛП, действие которых основано на едином физическом принципе, разбит на множество видов, отли­ чающихся по функциональному назначению и некоторым кон­ структивным признакам. На основе этого членения можно по­ строить структуру предметной области, выделяя на верхнем уров­ не следующие основные группы:

приемные ЭЛП, преобразующие электрический сигнал в изо­ бражение;

передающие ЭЛП, преобразующие оптическое изображение в последовательность электрических сигналов;

запоминающие ЭЛП, предназначенные для записи, хранения, преобразования и считывания или воспроизведения информации;

кодирующие и функциональные ЭЛП, преобразующие элек­

трические сигналы в электрические сигналы другого вида или воспроизводящие зависимости между этими сигналами.

Как видно из этих определений, основные группы различа­ ются по назначению. Более подробное членение класса ЭЛП на следующем уровне иерархии позволяет выделить в составе основных групп подгруппы, например для приемных ЭЛП:

кинескопы, предназначенные для воспроизведения телевизи­ онных изображений (с дальнейшим разделением на кинескопы черно-белого и цветного изображения);

проекционные ЭЛП, предназначенные для получения изобра­ жения на внешнем экране методом оптической проекции;

индикаторные ЭЛП, предназначенные для воспроизведения информации от электрических сигналов, управляющих интенсив­ ностью электронных лучей, отклоняемых по определенному за­ кону;

осциллографические ЭЛП, предназначенные для графического воспроизведения сигнала;

знакопечатающие ЭЛП, в которых отображаемая на экране информация формируется с помощью матрицы знаков.

Сюда же могут быть отнесены просвечивающие ЭЛП, пред­ назначенные для получения перемещающегося по экрану интен­ сивного точечного источника света, и фоторегистрирующие ЭЛП, предназначенные для воспроизведения изображения на свето­ чувствительном материале модулированным по яркости точеч­ ным источником света.

Аналогичное разбиение может быть произведено и в других группах, однако их границы определены с некоторой долей услов­ ности и в зависимости от цели анализа предметной области мо­ гут изменяться. Так, некоторые типы запоминающих ЭЛП могут быть отнесены к приемным, поскольку формируют изображение, в то время как другие типы примыкают к кодирующим ЭЛП, так как осуществляют преобразование «сигнал — сигнал». В то же время общие особенности проектирования и применения этих приборов делают целесообразным выделение их в отдельную группу.

Более четкие критерии классификации ЭЛП как объектов проектирования (ОП) можно получить на основе системного анализа отдельных изделий, отличающихся конкретными значе­ ниями своих конструктивных и потребительских параметров.

узел, секция переноса, узел памяти и т. п.). Критерием разли­ чия этих узлов служат физические модели и теории, применяе­ мые для описания их функционирования. Так, при моделировании электронно-оптических систем используются методы электронной оптики, баллона — механика напряженно-деформированного со-

стояния, люминофорного покрытия—.методы оптики рассеиваю­ щих сред и т. п.

В свою очередь, узел может рассматриваться как совокуп­ ность так называемых функциональных элементов (ФЭ), каждый из которых представляет собой минимальную часть конструкции прибора, способную выполнять какую-либо из его функций. Функ­ циональные элементы являются как бы «молекулами» конструк­ ции, так как по отношению к ним еще можно говорить о неко­ торых ее свойствах. Примерами ФЭ, которые можно выделить в электронно-оптической системе, могут служить, например, элек­ тронная пушка, выполняющая функцию формирования электрон­ ного пучка и управления его интенсивностью, электронная линза, осуществляющая управление поперечным сечением пучка, откло­ няющая система и т. д. Иногда узел может состоять из одного ФЭ: например, баллон нельзя разделить на элементы с само­ стоятельными функциями — лишь в целом он создает необходи­ мые условия для работы прибора.

Дальнейшее расчленение конструкции ЭЛП приводит к выде­ лению конструктивных элементов (КЭ), каждый из которых уже не может самостоятельно выполнять какие-либо функции. Кон­ структивные элементы можно считать «атомами» конструкции, поскольку в них конструкция теряет -свои свойства. Примерами КЭ могут служить диафрагмы электронно-оптических систем, ко­ нус и горловина баллона и т. п. Рассматривая КЭ, необходимо прежде всего иметь в виду особенности их изготовления и сбор­ ки. Следует отметить также, что КЭ могут иметь различную

(диафрагмы, чашки, цилиндры и т. п.).

Таким образом, можно сформулировать четкие правила клас­ сификации ЭЛП как объектов проектирования, основанные на следующих понятиях:

сти применения и по признаку общности структуры (общий на­ бор функциональных элементов);

изделие — является единичным экземпляром в подгруппе, от­ личающимся конкретными параметрами, определенными техни­ ческим заданием (для разрабатываемых изделий) или техниче­ скими условиями (для выпускаемых);

узел изделия — выделяется по критерию отличия физических моделей и методов описания его функционирования;