ЕЛЕМЕНТНА БАЗА

Вступ

Під схемотехнічною елементною базою розуміють комплекс електрорадіовироби , які входять в перелік схеми електричної принципової приладу. ЕРВ включають наступні класи:

Електрорадіоелементи (ЕРЕ) – дискретні резистори, конденсатори, намоточні вироби

(котушки індуктивності, трансформатори та ін.), вироби функціональної електроніки

(п’єзоелектричні, п’єзокерамічні фільтри варикапні матриці та ін.);

електровакуумні прилади (ЕВП) – електронно-променеві трубки, радіолампи, електричні сигнальні лампи і т.д.; напівпровідникові прилади (НПП) – транзистори , діоди , тиристори і т.д.

інтегральні мікросхеми (ІС) – конструктивно завершені вироби мікроелектронної техніки

загального вжитку, виконуючі визначення функції обробки інформації і содержащіе

совокупність електрично-зв’язаних між собою елементів, маючі високу щільність

упаковки і виготовлені в єдиному технологічному процесі. По способу виготовлення различают плівкові, напівпровідникові та гібридні ІС. У плівкових ІС всі елементи і з’єднання

між ними виконані у виді плівок (тонкоплівкові, з товщиною плівки до 1 мкм, виготовляються

преимущественно методами вакуумного запилення і осажденія; товсто плівкові , з товщиною плівки 10 – 50 мкм, виготовляються преимущественно методами трафаретної печаті). У напів-

провідникових всі елементи та з’єднання між ними виконані в об’ємі та на поверхні напівпровідника. Гібридні ІС представляють собою комбінацію плівкових пасивних ЕРЕ з мініатюрними без корпусними дискретними активними приладами (напівпровідниковими ІС,

транзисторами, діодами), які розташовані на загальній діелектричній підложки;

мікро зборки (МЗБ) – конструктивно завершені вироби мікроелектронної техніки оределенного функціонального призначення частного вжитку, содержащіє совокупність

електрично зв’язаних між собою ІС та їх елементів, розробляємі і виготовляємі виробниками конкретної РЕА з ціллю поліпшення показників Ії мікромініатюризації;

мікропроцесорні комплекси; контрольно-вимірювальні прилади; вироби електропривода

і автоматики; комутаційні вироби(з’єднувачі, перемикачі і т.і.); волоконно-оптичні кабелі і

з’єднувачі.

Вплив елементної бази на якість виробів радіоапаратури

Усі р/елементи мають свої параметри. Наприклад, резистори-номінальний опір, потужність,

точність і т.д., конденсатори-номінальну ємність, точність, робочу напругу і т.д.

В залежності від точності параметрів елементів їх стабільності в часі, в залежності від зміни

кліматичних умов та інших факторів залежить роботоздібність, стабільність в роботі ,

надійність в експлуатації РЕА. Особово це торкається генераторів,які мають високочастотні ЕРЕ, мінімальні відхилення від номіналів тисячні та десятитисячні долі Сучасна РЕА яка , в основному побудована наІС також потребує постійного контролю за якістю елементної бази.

Основні етапи розвитку елементної бази.

По елементній базі і структурі конструкції различают п’ять поколінь РЕА.

РЕА першого покоління (РЕА-I)- апаратура, виконана на радіолампах з навісними ЕРЕ та печатним або об’ємним монтажем. Головними недоліками РЕА-I –значні габарити і маса, велике тепловиділення, низька надійність. Представляє інтерес , тому що до теперішнього часу в експлуатації знаходиться парк такої апаратури. П-1-10 од в100см³

РЕА другого покоління ( РЕА-II) – апаратура, виконана на транзисторах з навісними малогабаритними ЕРЕ і печатним монтажем. Заміна радіоламп транзисторами дозволила поліпшити малогабаритні характеристики і повисить надійність (інтенсивність відмов

НПП на два порядки нижче ЕВП); зменшити споживаєму потужність :зпростит схему електро

Живлення за рахунок виключення накальних кіл та використання малих напруг: розширити область вживання РЕА, так як НПП дозволяє працювати при більш жорстких механічних та кліматичних впливах; осуществіть автоматизацію виробництва печатних плат. PEA-II

Конструктивно виповняється на базі функціональних вузлів (ФВ) печатних плат,що дозволило повисіти надійність ,поліпшити експлуатаційні характеристики апаратури, засвоїти серійний випуск уніфікованих ФВ. Процес уніфікації і стандартизації рядів ФВ в частині габаритів, форми, типів з’єднань призвело до созданія конструкцій у вигляді модулей різного типу.

П –10од в 10см³

РЕА третього покоління (РЕА-III) – апаратура, викона на основі корпусированих ІС

Першої та другої ступені інтеграції (ІС-1, ІС-2 мають показник ступені інтеграції kи =1,2, де

Nэ=10,100 –число РЕР в еквівалентній схемі ІС), многошарового печатного монтажу, мініатюрних ЕРЕ, виробів акустоелектроніки та інших НПП вузлів,використовуючи різні

фізичні закони. Введення ІС забезпечує ряд преимуществ, зв’язаних з подальшим зменшенням споживаємої потужності, маси, габаритних розмірів, підвищенням надійності, зпрощенням проектування, виготовленням, обслуговуванням РЕА. Основою конструкції ФВ зостається печатна плата (ПП) ,але більш складна . П= 1 50 од в 1 см³

РЕА четвертого покоління (РЕА-IV) характеризується значним поліпшенням надійності і малогабаритних характеристик за рахунок використання ІС третьої та четвертої ступені інтеграції ( ІЧ-3, ІС-4, kи =3,4, Nэ= 1000, 10000), повишення їх номенклатури, введеням мікро зборок. Мікросхеми ІС-4 мають назву великих ІС (ВІС). МЗБ по суті являють собою спеціалізованні гибридні ІС П = 100-200 од в 1 см³

РЕА п’ятого покоління (РЕА-V)- апаратура,виконана на основі зверхвільших зверхбисродійних ІС ( CВІС, ІС-5, kи =5, Nэ =100000), гібридно-інтегральних модулей ГІМ) і

Волоконно-оптичних кабелів і з’єднутелів(ВОКЗ). ГІМ – по суті великоформатні МЗБ, виконані на металевій платі з добрим тепло відводом, вкритой шаром скло емалі, на поверхні якого по товсто плівковій технології нанесен рисунок, содержащий првідники, резистори, конденсатори, ва вНВЧ діапазоні- колебательні кола. П = 1000 і більш в 1 см³

Апаратуру ,виконану на ІС, ВІС, ЗВІС (РЕА-III, IV, V), називають мікроелектронною апаратурою (МЕА).

Вибір елементної бази

Вибір резисторів

Тип резистора (постійного і змінного) для конкректної схеми потрібно вибирати з урахуванням умов праці (розсіюваної потужності, температури оточуючого середовища, вологості і т.д.) а також вимог, які ставляться характеристикам резистора.

Потрібно враховувати, що надійність резистора в значній мірі залежить від розсіюваної потужності, температури оточуючого середовища.

При підвищені температури інтенсивність різко зростає.

λ=λ0*кн кн=Рфакт/Рт.у

Номінальна розсіювальна потужність на резисторах по т.у. мусить бути в 1,5-2 рази більша за фактичну.

.Вибір конденсатора

залежить від типу:

-керамічні використовуються при температурі –60+(85-155С ). Мінімальні втрати, високий опір(М+ТАС, П-+ТАС, П100, П33, П60, М33, М47, М75 і т.д.)

-скляні, скляно-металеві, скляно-емалеві відносяться до групи – П100, П33, М47, М75, М150. Використовуються, якщо потрібна висока стабільність, малі втрати, висока температуростійкість, великий опір.

-паперові – потрібно використовувати в якості шунтуючих, фільтрів, розподільчих.

-плівкові – плівка фторопласту, пашистірола (К72П-3, К72П-6, К73 і т.д.). Мають велику питому електроємність (22мкФ), менший об’єм рекомендується використовувати там же, де паперові, але потрібні менші габарити.

Щоб вибрати конденсатор для конкректної схеми, потрібно проаналізувати умови праці (Uробоче, t, вологість і т.д.) а також вимоги до його параметрів.

Далі, користуючись довідником, потрібно визначити номенклатуру конденсатора, дозволених у використанні в даних категоріях РЕА. Аналізуючи параметри цих конденсаторів, (по т.у.) потрібно підібрати такий, характеристики якого задовольняють пред’явлені вимоги. Потрібно враховувати, що надійність конденсаторів дуже залежить від умов праці. Так середниі срок праці залежить від величини прикладеної напруги. Tсер=А/(U*m)

А і m –коеф., які залежать від марки діалектрика і конструкції конденсатора, від температури зовнішнього середовища. Тсер=С*10В(t+273).

С і В, при В=5000.

Зниження температури на 10 С з 70 до 60 С підвищють срок використання в 3 рази, тобто конденсатори потрібно вибирати, щоб фактична напруга і температура оточуючого середовища були менші граничних значень, встановлених Т.У.Вибір типу напівпровідникового пристрою.

Вибір типу транзистора

для проектування схеми визначається її характером, вимогами до вихідних параметрів і умовами її використання. При аналізі умов експлуатації транзистора найбільшу увагу треба приділяти діапазону робочих температур. При t=80-70 С використовуються германієві транзистори, до t=100-120 С – кремнієві. Кремнієві порівняно з германієвим краще працюють при високих температурах,в германієвих більш високі пробивні напруги і на один-два порядки менше, І к.о., але їх β різкіше падає при низьких температурах (20-60 С) і малих тонах. Кремнієві транзистори мають меншу частотну межу, більший опір.

Гранична частота транзисторів визачається їх типом, схемою включення (з.е., з.б., з.к.), режимом підключеного тону і мусить відповідати вимогам схеми

Не потрібно використовувати транзистори там, де можуть використовуватися н/г. Винятками можуть бути випадки, коли портібно отримати менші

При виборі транзистора по напрузі потрібно враховувати, що використання потужних транзисторів на малих токах призводить до зниження стійкості їх роботи в діапазоні температур, різкому зниженні коеф. передачі при низьких температурах і до нестабільності в часі.

Використання малопотужних транзисторів на великих потужностях, близьких до гранично можливих, знижує надійність роботи через перегрів, зниження температурної стійкості і зменшення напруги пробою.

Краще використовувати транзистор малої потужності з невеликим тепловіводом, ніж великої потужності але без тепловідводу. При виборі типу транзистора для використання в конекректній схемі потрібно користуватися табличним довідником, в якому вказані характерні особливості використання транзисторів (наприклад Варламов Т.9.5, 9.6 ст. 210) – даються типи структур p-n-p, n-p-n, германій чи кремній: н/ч, ср/ч, в/ч, великої потужності, середньої потужності, схеми неперервного сигналу чи перемикаючи схеми, імпульсні схеми.

При виборі типу діода

потрібно знати, де буде застосовуватися діод і для яких потреб. (згідно класифікації йдуть випрямляючі, універсальні, імпульсні, стабілітрони, стабістори, варікапи і т.д.). В тих випадках, коли виникає потреба використовувати діод для виконання функцій, відмінних від його основного призначення, потрібно завчасно узгодити його параметри і провести випробування по встановленню очікуваних показників стабільності. Вивчення параметрів повинно проводитись за допомогою приладів і по методиці, рекомендованими відповідними технічними умовами.