Внутренняя компоновка изделия.

При внутренней компоновке необходимо удовлетворить основные требования:

– между отдельными элементами, узлами, блоками, приборами должны отсутствовать паразитные взаимосвязи, которые могут существенно изменить характер полезных взаимосвязей и нарушить нормальное функционирование изделия;

– тепловые поля, возникающие в РЭА вследствие перегрева отдельных элементов, не должны ухудшать технические характеристики аппаратуры;

– необходимо обеспечить легкий доступ к деталям, узлам, блокам в конструкции для контроля, ремонта и обслуживания. Расположение элементов конструкции должно также обеспечивать технологичность монтажа и сборки с учетом использования автоматизации этих процессов;

– габариты и масса изделия должны быть минимально возможными.

Паразитные обратные связи определяются взаимным расположением отдельных частей конструкции и соединяющих их проводников и могут возникать не только между отдельными элементами, но и между узлами, блоками, приборами, что нарушает устойчивость работы любой радиотехнической системы.

Все виды паразитных связей принято делить на электромагнитные, электростатические и кондуктивные.

Электромагнитные связи возникают при протекании тока по катушкам индуктивности и проводникам.

Электростатические создаются за счет разности потенциалов между различными точками корпуса или за счет паразитных емкостей.

Кондуктивные возникают в том случае, когда есть общая нагрузка для полезного и паразитного сигналов, т.е. когда нагрузка является общей для нескольких электрических цепей. Чаще всего такими общими участками являются проводники питания, «земляные» проводники, внутренние сопротивления источника питания, общие участки корпуса.

Для устранения паразитных обратных связей прежде всего необходимо рациональное размещение элементов в конструкции. Однако этого недостаточно и приходится применять различные конструктивные меры, наиболее распространенными из которых могут быть следующие:

– связанные по схеме каскады следует располагать в непосредственной близости друг от друга Для уменьшения длины соединительных проводников;

– каждый элемент схемы или узел, подверженный опасности возникновения паразитных взаимосвязей, должен иметь только одно соединение с шиной заземления;

– если узлы конструкции находятся в отдельных корпусах и соединяются между собой проводниками, то провода должны быть экранированные и объединяться в один жгут (кроме цепей питания);

– при компоновке усилительных устройств желательно располагать каскады по одной линии, максимально удаляя входные каскады от выходных. Особенно важно выполнять это требование на частотах выше 10МГц;

– количество соединительных проводников и их длина должны быть минимальными. Особое внимание следует обращать на длину проводников при компоновке высокочастотных устройств.

Для защиты объемных проводников от паразитных взаимосвязей используют экранированные провода, однако на высоких частотах они обладают достаточно большой емкостью (до 200пф/м). Необходимо учитывать, что при использовании экранированных проводов масса конструкции возрастает, а жгут из экранированных проводов занимает большой объем, поэтому применение этих проводов должно быть технически обоснованным.

На создание варианта компоновки с минимально возможными паразитными связями следует обращать серьезное внимание, т.к. если такие взаимосвязи обнаруживаются в уже изготовленном изделии, то устранить их очень сложно. Иногда требуется значительная перекомпоновка конструкции, что приводит к срыву сроков разработки и дополнительным материальным затратам.

Необходимость ограничивать в РЭА тепловые поля ставит перед конструктором сложные задачи. Радиоэлектронная аппаратура при работе постоянно излучает тепловую энергию. Для большинства категорий РЭА только несколько процентов подводимой мощности расходуется на полезное преобразование сигнала, а остальная энергия превращается в тепловую. При компоновке необходимо учесть возможность взаимного влияния тепловых полей отдельных элементов аппаратуры, выяснить возможность обеспечения нормального теплового режима устройства и только после этого решать вопрос о необходимости использования систем охлаждения.

Перед тем как приступить к компоновке узла или блока, определяется степень тепловой нагрузки всех входящих элементов. В РЭА одни элементы являются источником тепловых излучений (например, резисторы, лампы), а другие весьма чувствительны к повышению температуры (например, германиевые полупроводниковые приборы). Характеристики теплочувствительных элементов значительно ухудшаются при повышении температуры и при этом падает их надежность. Естественно, что такие элементы надо располагать дальше друг от друга. Оптимальным вариантом компоновки был бы такой вариант, при котором теплочувствительные элементы и источники теплового излучения расположить в разных узлах или блоках, а если это возможно надежно изолировать друг от друга.

По тепловому режиму узлы и блоки РЭА делят на теплонагруженные и нетеплонагруженные. Теплонагруженность радиоэлектронного устройства характеризуется плотностью теплового потока в данном устройстве. Под плотностью теплового потока понимается тепловой поток, проходящий через единицу поверхности.

Аппаратура считается нетеплонагруженной, если плотность теплового потока в ней не превышает 0,5мВт/см². При этом перегрев поверхности устройства относительно окружающей среды не превышает 0,5˚С.

При значениях плотности теплового потока Больше 0,5мВт/см² аппаратура считается теплонагруженной и требует специальных средств охлаждения.

Современная РЭА, выполняемая на микроэлектронной элементной базе, имеет напряженный тепловой режим, напряженность которого имеет тенденцию увеличиваться с увеличением степени интеграции элементной базы.

При уменьшенных габаритах современной РЭА объем специальных систем охлаждения может быть соизмерим с объемом РЭА. Даже применение схем термокомпенсации усложняет конструкцию, ухудшает надежность и увеличивает массу и объем аппаратуры, поэтому важность обеспечения нормального теплового режима на этапе компоновки очевидна.

Проводя компоновку радиотехнического устройства, необходимо обеспечить все возможные меры для удобства изготовления и эксплуатации аппаратуры. Эти требования учитываются в основном выбором типа конструкции узла или блока, обеспечивающего высокую ремонтопригодность и взаимозаменяемость в конструкции.

Требование уменьшения массы и габаритов современной РЭА, особенно специальной, является исключительно важным в связи с большой функциональной сложностью аппаратуры. Однако возможности уменьшения габаритов конструкции тесно связаны с рассмотренными требованиями компоновки. Совершенно очевидно, что с уменьшением габаритов узла, блока и прибора увеличивается плотность заполнения объема конструкции, что увеличивает вероятность возникновения в конструкции паразитных взаимосвязей, ухудшает тепловой режим и технологичность монтажа и сборки, усложняет доступ к отдельным элементам, узлам для контроля и обслуживания.

Основная задача конструктора при компоновке – найти такое компромиссное решение, при котором в наибольшей мере можно удовлетворить всем рассмотренным выше основным требованиям.