21167

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ СВТ

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

В зависимости от конструктивных особенностей обратного провода ЛП подразделяют на симметричные состоящие из двух одинаковых изолированных проводов несимметричные с одним общим проводом для многих ЛП и коаксиальные с обратным проводом по оплетке коаксиального кабеля. В поперечном сечении провода бывают круглыми или прямоугольными пленочные и печатные проводники прямоугольными. Провода защищаются изолирующими диэлектрическими оболочками а при необходимости экранами. Линии электропитания представляют собой объемные провода пленочные и...

Русский

2013-08-02

609 KB

19 чел.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ В КОНСТРУКЦИЯХ СВТ

Под электрическими соединениями понимают линии передачи (ЛП) и электрические контакты, служащие для передачи сигналов и электрической энергии между МС, радиодеталями и модулями, образующими РЭА. Электрические соединения бывают внутри- и межмодульными, внутри- и межблочными и т. п., что обусловливает их конструктивное исполнение.

По выполняемым функциям различают сигнальные ЛП, объединяющие входы и выходы элементов и модулей и предназначенные для передачи сигналов, и ЛП электропитания, осуществляющие подвод электрической энергии к элементам. Все ЛП имеют прямой и обратный провод. Обратный провод называют землей, линией нулевого потенциала, общим проводом. Выделяют неэкранированные и экранированные ЛП. Экраны обеспечивают защиту линий от воздействия электрических, магнитных и электромагнитных полей. В зависимости от конструктивных особенностей обратного провода ЛП подразделяют на симметричные, состоящие из двух одинаковых изолированных проводов, несимметричные с одним общим проводом для многих ЛП, и коаксиальные, с обратным проводом по оплетке коаксиального кабеля.

В общем случае, линии передачи должны обладать:

- минимальным активным и индуктивным сопротивлениями;

- однородным по длине линии волновым сопротивлением;

- минимальным полем вокруг линии при протекании по ней тока;

- способностью передачи сигналов в широком диапазоне частот, токов и напряжений;

- минимальной толщиной изоляции с диэлектрической проницаемостью, близкой к 1;

- способностью к объединению в узлы;

- способностью к автоматизации при проведении монтажных работ.

Универсальных ЛП, удовлетворяющих всем требованиям одновременно, не существует. В   реальных конструкциях применяют разнообразные типы ЛП в зависимости от назначения и функциональных особенностей аппаратуры. На выбор типа ЛП влияют форма передаваемых сигналов, их напряжение и частота, ослабление сигнала на единицу длины линии, механическая гибкость, технологические требования и другие факторы.

Радиоэлектронные устройства содержат разнообразные по выполняемым функциям элементы и модули, отличающиеся характером обрабатываемых сигналов, их мощностью, частотой и пр. При передаче электрических сигналов по ЛП происходит искажение формы и спектра сигналов, их затухание. Искажение сигнала определяется степенью рассогласования параметров электронных схем с параметрами ЛП, взаимным влиянием расположенных по соседству ЛП, задержкой сигналов в ЛП. Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения электрических соединений – важная и сложная задача, влияющая на качество проектируемой РЭА.

Электрический сигнал передается по проводнику тока, которым является металлическая проволока (провод), пленочные и печатные проводники. В поперечном сечении провода бывают круглыми или прямоугольными, пленочные и печатные проводники - прямоугольными. Провода защищаются изолирующими диэлектрическими оболочками, а при необходимости - экранами. По волноводам и волоконно-оптическим ЛП передается электромагнитная энергия радиочастотного (волновод) и светового (световод) диапазонов.

Для повышения производительности труда при сборке РЭА и упрощения электромонтажных работ ЛП объединяют конструктивно-технологически в узлы (рис. 1.13.1), состоящие, например, в жгутах из нескольких десятков линий.

Линии электропитания представляют собой объемные провода, пленочные и печатные проводники, либо проводящие пластины. Конструктивное исполнение сигнальных ЛП более разнообразно и во многом определяется частотным диапазоном передаваемых сигналов.

Разводка ЛП осуществляется последовательно и параллельно (рисунок 1.13.1). Сравнение типов разводок проводится по суммарной длине соединений, быстродействию, надежности соединений, развязки.

Рисунок 1.13.1 – Виды разводки линий связи

Последовательная разводка обеспечивает минимальные длины связей, легкость в проектировании и монтаже. Недостатком является наличие цепей, по которым текут суммарные токи приемников, вызывающие значительные падения напряжения на проводниках и, как следствие, гальванические помехи. Отказ одного контакта или проводника приводит в худшем случае к отказу всех схем, нагруженных на источник сигнала (И).

При параллельной разводке имеет место наилучшая развязка цепей. Отказ одного проводника или контакта скажется на работоспособности только одного приемника (П). Однако суммарная длина проводников монтажа увеличится. Наличие параллельных цепей связи ведет к перекрестным помехам. Но, с другой стороны, параллельная разводка позволяет увеличить быстродействие систем.

Коммутационные изделия

В РЭА используются временные, постоянные и полупостоянные электрические контакты. К временным следует отнести разъемное и винтовое соединение, к постоянным – сварку, полупостоянным – паяное соединение, соединение накруткой и опрессовкой.

Разъемные соединения обеспечивают быструю установку и удаление элементов конструкции и используются для повышения ремонтопригодности аппаратуры.

Винтовое соединение является основным видом соединения проводов к электрическим машинам и приборам и позволяет коммутировать провода независимо друг от друга. Медные проводники малых сечений изгибают в кольцо под винт, а чтобы не расходились жилы многожильных проводов, пропаиваются или спрессовываются кольцевыми наконечниками. Предотвращение возможного ослабления контактного давления при циклических температурных воздействиях и вибрациях возможно введением под винт пружинной шайбы или шайбы-звездочки.

Соединение пайкой осуществляется расплавленным припоем с температурой плавления ниже температуры плавления соединяемых проводников.

Сварочное соединение обладает высокой механической прочностью, способностью выдерживать циклические температурные воздействия, обеспечивает высокую плотность монтажа и рекомендуется для применения при разработке микроминиатюрной аппаратуры. При выполнении соединений сварочными токами можно повредить ИМС, диоды, транзисторы.

Соединение накруткой получают без разогрева материалов путем накручивания под натягом вокруг жесткого вывода нескольких витков одножильного провода. В сечении вывод представляет квадратную или прямоугольную форму с острыми углами. Материал вывода должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять скручивающим усилиям, обладать хорошим сопротивлением на сминание накручиваемым проводом и низким омическим сопротивлением. Подобными свойствами обладают фосфористая и бериллиевая бронзы. В качестве материала проводника используется относительно мягкий и пластичный материал, сохраняющий форму накрутки. Соединение обеспечивает высокую надежность при жестких механических и климатических воздействиях. Основными причинами отказа соединения является ухудшение переходного сопротивления из-за коррозии соединения.

Использование пайки и накрутки позволяет автоматизировать производство электромонтажных работ. Пайка и сварка обеспечивает высокую плотность монтажа.

При опрессовке два провода вводят в соединительную металлическую трубчатую гильзу, которая механически обжимается, в результате чего между проводами через гильзу будет иметь место электрический контакт. Надежность соединения во многом зависит от соотношения размеров гильзы и диаметра провода, усилия обжатия и герметизации места соединения. Размеры и материал гильзы для каждого случая соединения подбираются экспериментально.

В РЭА используют соединения многих разнородных материалов: серебро, палладий, золото – в контактах соединителей, медь и ее сплавы – для проводов, клемм, гнезд и штырей соединителей; оловянно-свинцовые припои в соединениях; цинк, никель, кадмий – для защитных покрытий крепежа и т.д. В местах соединений разнородных материалов возникают термоэлектрические потенциалы, зависящие как от материалов, так и температуры в соединении. Разница температур в различных частях конструкции может привести к погрешностям из-за наличия термоэлектрических потенциалов электрических соединений в высокочувствительных низкоуровневых схемах с высокими коэффициентами усиления. Основными принципами уменьшения погрешностей термоэлектрических потенциалов являются минимизация числа соединений, использование материалов с низкой термоэлектрической способностью. Наличие окислов на проводах, соединяемых накруткой, в значительной степени увеличивает термоэлектрическую способность соединений (до 0,9 мкВ/°С). Поэтому с проводов перед накруткой должны тщательно удаляться окислы. Категорически запрещается соединение алюминиевых проводов с медными. Эти металлы образуют гальваническую пару, и происходит разрушение алюминиевого провода. Такой процесс происходит ускоренно при наличии влаги.

Электрический соединитель. Электрический соединитель (разъём) — электромеханическое устройство для осуществления коммутации электрических проводников. Электрическое соединение совершается путём механического контакта проводников. Число контактов определяется назначением разъёма и может составлять от одного до нескольких тысяч (рисунок 1.13.2).

Разъёмы делятся на гнёзда и вилки. Конструктивно разъём состоит из корпуса, контактной группы и кабельного ввода. Корпуса разъёмов бывают разборными и не разборными. Изготавливают их из пластика, резины, керамики и металла. В последнем случае корпус обязательно содержит изолятор из пластика или керамики.

Рисунок 1.13.2 – Разъемы и клеммники на печатную плату

Контактная группа изготавливается из металла с хорошей проводимостью (алюминия или меди) и часто покрывается драгоценными металлами (серебро, золото, платина) для предотвращения окисления. Контактная группа состоит из контактного штыря (стержня круглого или прямоугольного сечения) и упругих контактных пластин. На профессиональном сленге штырь называется «папа», а система пластин — «мама». При подключении разъема штырь касается пластин, которые, изгибаясь, обеспечивают постоянное электрическое соединение.

Кабельный ввод нужен для того, чтобы кабель попал внутрь разъема. В простейшем случае роль кабельного ввода выполняет круглое отверстие в корпусе разъема. Но такая конструкция приводит к тому, что кабель будет сильно изгибаться и, в конце концов, жила кабеля переломится. Чтобы этого не произошло, разъём оснащают специальным амортизатором кабеля, который позволяет кабелю гнуться только с безопасным радиусом изгиба. Чтобы предотвратить вырывание кабеля из разъема, кабель удерживается специальным зажимом. Все эти устройства объединяются названием кабельный ввод. Если разъём будет работать в пыльной и влажной среде, то в кабельном вводе предусмотрена прокладка, которая обеспечивает герметизацию отверстия.

Для исключения возможности ошибочного соединения, подавляющее большинство разъёмов имеет так называемые «ключи». Как правило «ключ» — это разного рода выступы и выемки, которые позволяют воткнуть вилку в гнездо только одним способом. Делается это для того, чтобы каждый контакт вилки соединился именно с предназначенным ему контактом гнезда. Но часто встречаются и разъёмы без ключей. Например, обычная домашняя розетка не имеет ключей и ее можно вставлять без соблюдения полярности. А вот, например, розетку со штырём заземления уже не удастся вставить иначе.

В зависимости от назначения разъемы классифицируются по:

- применению (сигнальные, питающие, аудио, видео, компьютерные и пр.),

- по напряжению (низковольтные, высоковольтные),

- по силе тока (слаботочные, сильноточные),

- по диапазону частот проходящего через них тока (для постоянного тока (DC), низкочастотные, высокочастотные),

- методу монтажа (на панель, на провод, на шасси),

- способу подключения провода к контакту (винтовой клеммой, обжим, пайка),

- защищенности от внешней среды (чаще всего используется система IP. Самая высокая степень защиты IP68).

Выбор электрических соединителей. Электрический соединитель должен выдерживать более жесткие внешние климатические и механические воздействия, чем аппаратура, в которую соединитель устанавливается. Запас по внешним воздействиям обеспечит его надежную работу в процессе эксплуатации. Чем больше контактов соединителя, тем меньше параметры надежности, приходящиеся на один контакт. Поэтому при отсутствии жестких ограничений на габариты и массу ЭА можно рекомендовать вместо одного устанавливать несколько соединителей с суммарным числом контактов, равным числу контактов внешних цепей изделия.

Цилиндрические соединители обеспечивают более надежную заделку жгута, имеют большую надежность и стабильность параметров. Однако монтаж прямоугольных соединителей за счет линейного расположения выводов более удобен.

Для конструктивных модулей всех уровней РЭА конструктор разрабатывает определенный способ коммутации. При этом, как правило, модули снабжаются соединителями, которые по назначению можно классифицировать как соединители разных уровней коммутации.

Взаимодействие на плате ИМС и радиоэлементов выполняется, как правило, паяными соединениями. Недостаток этого способа состоит в том, что для многовыводных компонентов затрудняется демонтаж, возникает необходимость в использовании специальной оснастки, паяльников для групповой пайки. Улучшение ремонтопригодности и снижение эксплуатационных затрат возможно применением в конструкции соединителей первого уровня коммутации. Соединители ИМС распаиваются на печатной плате, затем в них устанавливают ИМС. Электрический контакт выводов соединителя с выводами ИМС обеспечивается за счет холодного контактирования металлов.

Соединители второго уровня коммутации обеспечивают электрическое соединение ТЭЗ между собой на шасси или объединительной печатной панели. Соединители третьего уровня осуществляют коммутацию приборов, блоков, рам и стоек.

В зависимости от назначения различают соединители кабельные, приборно-кабельные и приборные. Кабельный соединитель служит для коммутации кабелей приборов. Вилочная и розеточная части соединителя не закрепляются на приборах, а фиксируются на кабелях. В приборно-кабельных соединителях один из элементов (обычно вилка) закрепляется на приборе, вторым элементом соединителя (розеткой) заканчивается кабель, и фактически происходит коммутация кабеля с прибором. В приборных соединителях осуществляется коммутация частей приборов между собой. При этом вилка (или розетка) закрепляется на модуле, а ответная часть соединителя - на корпусе прибора. Соединители снабжаются фланцами или специальными элементами закрепления.

Соединение вилки с розеткой бывает врубным, резьбовым и байонетным. Врубное соединение обеспечивается простым вставлением вилки в розетку, иногда с фиксацией сочлененного состояния замком. Резьбовое соединение кабельных и приборно-кабельных соединителей выполняется, резьбовой накидной гайкой, после завинчивания которой происходит коммутация и фиксация пар штырь-гнездо. Байонетное соединение (рисунок 1.13.3) обеспечивается пазом и выступом, вводимым в конструкцию вилки и розетки. При попадании выступа в паз и легком нажатии осуществляется скольжение выступа в пазе и фиксация в углубление.

Рисунок 1.13.3 – Байонетное соединение

Резьбовые соединители обеспечивают высокую надежность электрических соединений в условиях жестких механических воздействий. Врубное соединение позволяет быстро сочленять-расчленять соединитель, но такие соединители имеют низкую надежность в условиях воздействия ударов и вибраций. Байонетное соединение занимает промежуточное положение между врубным и резьбовым.

Соединитель выбирают исходя из назначения, предполагаемого способа монтажа, необходимого числа коммутируемых цепей, электрических и электромеханических параметров, внешних климатических и механических воздействий, надежности. К электрическим параметрам соединителей относятся максимальная рабочая частота, контактное сопротивление, рабочие токи и напряжения, сопротивление и электрическая прочность изоляции. К электромеханическим – усилие сочленения соединителя. Для удобства при эксплуатации усилие сочленения должно быть минимальным. Однако при воздействии ударов и вибраций возникает опасность изменения контактного сопротивления, появление виброшумов и шорохов на контактах, нарушение контакта.

Для аппаратуры низкого и среднего быстродействия из электрических параметров наиболее важными являются максимальные коммутируемые токи и напряжения. Однако при работе на высоких частотах возникает проблема согласования волновых сопротивлений коммутируемых цепей и контактных пар соединителей. Несогласованность приводит к искажению передаваемых сигналов, увеличению времени переходных процессов в цепях передачи сигналов.

В заключение следует отметить, что электрические соединители являются электромеханическими устройствами и чаще всего самым слабым звеном в РЭА. Причинами ненадежности в работе соединителей является их неправильная установка, некачественный монтаж, плохое обслуживание, пыль и грязь. Важнейшее требование к соединителю – прочность и адекватность конструкции изделия, на которое соединитель устанавливается. При установке соединителя на панель или корпус изделия последние должны обладать достаточной жесткостью, чтобы предотвратить передачу механических воздействий на соединитель и жгут.

Провода и кабели

Монтажные провода. Материалом токопроводящих жил проводов являются медь и ее сплавы. С уменьшением габаритов аппаратуры, уменьшением длин и диаметров монтажных проводов, а также ужесточением требований механических воздействий, все большее применение стали находить медные сплавы, обладающие более высокой прочностью на разрыв и гибкостью при небольшом ухудшении проводимости.

Монтажные провода бывают одно- и многожильными. Высокая гибкость, долговечность и надежность провода в условиях воздействий ударов и вибраций обеспечивается свиванием нескольких одиночных проводов в многожильный. Промышленность выпускает многожильный провод на 3, 7, 12, 17, 19, 27 и 37 круглых жил. Многожильный провод с суммарной площадью поперечного сечения токопроводящих жил, равной площади поперечного сечения одиночного провода, имеет несколько больший диаметр и стоимость, которые возрастают с увеличением числа жил. Повышение механической прочности многожильных проводов достигается введением в конструкцию провода центральной упрочняющей стальной жилки.

Защиту от электрического замыкания провода на корпус изделия или на соседний провод осуществляют нанесением на токопроводящую жилу изоляционного покрытия. Материал и конструкция изоляции должны обеспечивать высокие значения электрических параметров (диэлектрическую прочность, сопротивление изоляции, диэлектрическую постоянную) в процессе и после приложения внешних воздействий, а также после длительного хранения. В настоящее время существует большое разнообразие различных типов изоляционных покрытий.

Провод выбирают исходя из требуемых условий эксплуатации, нагрузки по току, допустимого падения напряжения, утечки тока, диэлектрической прочности. Одножильные провода рекомендуется использовать в стационарной аппаратуре, не подверженной воздействиям ударов и вибраций. Увеличение числа жил провода повышает его стойкость к многократным перегибам в условиях воздействий вибраций. Многожильные провода применяют в бортовой аппаратуре.

Можно рекомендовать следующий размерный ряд сечений токопроводящих жил монтажных проводов: 0,03; 0,05; 0,08; 0,12; 0,20; 0,35; 0,50; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5 мм2. Выбор диаметра провода зависит от протекающего тока и допустимого перегрева провода. Плотности тока для различных диаметров проводов при длительных допустимых токовых нагрузках, приводящих к перегреву провода на 20 °С относительно окружающей среды, приведены в таблице 1.13.1.

Таблица 1.13.1 - Допустимые токи нагрузки медных проводов

Электрический параметр

Диаметр, мм

0,25

0,35

0,5

0,7

0,9

1,1

1,4

1,6

1,8

2,5

Плотность тока, А/мм2

14

13

12

10

10

10

9

9

8

8

Ток, А

0,7

1,3

2,5

4

7

10

14

17

20

30

Из данных этой таблицы следует, что для проводов малых диаметров имеют место большие плотности токов за счет более активного теплообмена с окружающей средой.

Ниже в таблице 1.13.2 приведены марки широко используемых монтажных проводов.

Таблица 1.13.2 - Марки монтажных проводов

Провод монтажный

Марка

Темп.,°С

Область применения

С волокнистой и полихлорвиниловой изоляцией

МШВ, МГШВ, МГШВЭ

-60/+70

Фиксированный внутри- и межприборный монтаж устройств для полевых условий

С полихлорвиниловой изоляцией

МГВ, МГВЭ, МГВЛ, ПМВ, ПМОВ, ПМВГ

-60/+70

Фиксированный монтаж слаботоковой аппаратуры

С лавсановой изоляцией, теплостойкий

МГТЛ, МГТЛЭ

-60/+150

Фиксированный и гибкий внутриприборный монтаж

Малых сечений

МГТФ, МГСТФ, МГТФЭ

-60/+70

Монтаж слаботоковой аппаратуры

С полиэтиленовой изоляцией повышенной теплостойкости

ПМП, ПМПЭ, ПМПЛ

-60/+220

Внутри- и межприборный монтаж

Витая пара. Витую пару получают переплетением между собой с определенным шагом двух изолированных проводов. При свивании проводов снижаются электромагнитные связи между цепями и повышается их защищенность от взаимных и внешних помех. Благодаря свиванию проводов вместо одного контура связи получается как бы несколько одинаковых по площади малых контуров, при этом наводимые внешним электромагнитным полем токи помех имеют в витой паре противоположное направление и взаимно компенсируются. Иногда внутри кабеля встречается так называемая «разрывная нить» (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки — при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Также разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

Для ЛП с диаметром жил 0,9-1,2 мм шаг свивания должен быть 100-300 мм, для диаметров 0,3-0,8 мм шаг выбирают в пределах 40-90 мм. Для различных шагов свивания коэффициенты ослабления помех составляют следующие значения:

Шаг свивания, мм .............................  100      75       50      25.

Коэффициент ослабления, дБ ..........    23      37       41      43.

Индуктивность витой пары ниже, чем индуктивность несимметричной двухпроводной ЛП. Волновое сопротивление витой пары вычисляется по формуле:

,

где , - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и изоляции проводов, dИ и d - диаметр провода с изоляцией и без изоляции.

Витая пара обеспечивает хорошую защиту передаваемых сигналов от влияния электромагнитных помех до частоты 100 кГц и удовлетворительную до частоты 10 МГц, гарантируя при этом постоянство волнового сопротивления.

Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в международном стандарте ISO 11801.

CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) — телефонный кабель, всего одна пара (в России применяется кабель вообще без скруток, у него характеристики не хуже, но больше влияние помех). В США использовался ранее, только в «скрученном» виде. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

CAT2 (полоса частот 1 МГц) — старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet. Сейчас иногда встречается в телефонных сетях.

CAT3 (полоса частот 16 МГц) — 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и Token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.

CAT4 (полоса частот 20 МГц) — кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

CAT5 (полоса частот 100 МГц) — 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

CAT5e (полоса частот 125 МГц) — 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей (рисунок 1.13.4).

Рисунок 1.13.4 – Витая пара категории САТ5е

CAT6 (полоса частот 250 МГц) — применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

CAT6a (полоса частот 500 МГц) — применяется в сетях Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с и планируется использовать его для приложений, работающих на скорости до 40 Гбит/с. Добавлен в стандарт в феврале 2008 года.

CAT7 — спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары.

Каждая отдельно взятая витая пара, входящая в состав кабеля, предназначенного для передачи данных, должна иметь волновое сопротивление 100±25 Ом, в противном случае форма электрического сигнала будет искажена и передача данных станет невозможной. Причиной проблем с передачей данных может быть не только некачественный кабель, но также наличие «скруток» в кабеле и использование розеток более низкой категории, чем кабель.

Коаксиальный кабель. Улучшение помехозащищенности ЛП в высокочастотной аппаратуре обеспечивается применением коаксиальных кабелей. Коаксиальный кабель является двухпроводной ЛП, состоящей из внешнего трубчатого проводника (оплетки), внутри которого соосно размещается провод, разделенный диэлектрической средой от оплетки.

Промышленность выпускает коаксиальные кабели с волновым сопротивлением от 50 до 3200 Ом и номинальным диаметром от 0,6 до 120 мм. Марка кабеля указывает на его тип, волновое сопротивление, диаметр, группу изоляции и нагревостойкости, порядковый номер разработки. Например, марка кабеля РК-50-4-11 означает, что это радиочастотный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, диаметром 4 мм, обычной нагревостойкости 1 с порядковым номером разработки 1 .

Коаксиальный кабель используют для передачи разнообразных сигналов в широком частотном диапазоне. Постоянство электрических параметров, высокая защищенность от электрических и электромагнитных полей обусловливает широкое использование коаксиальных кабелей.

При межприборной коммутации низкочастотной аппаратуры оплетка коаксиального кабеля для предотвращения появления контуров заземления заземляется на одном конце через выводы электрического соединителя. Оплетка кабеля высокочастотной аппаратуры соединяется с линией нулевого потенциала в нескольких точках через интервал 0,25λ , где λ -  длина волны передаваемого сигнала на самой высокой частоте. При протекании значительных токов по линии нулевого потенциала многоточечное заземление кабеля теряет свою эффективность. В таблице 1.13.3 приведены основные марки коаксиальных кабелей.

Таблица 1.13.3 - Основные марки коаксиальных кабелей

Кабель

Марка

Темп., °С

Область применения

Радиочастотные со сплошной изоляцией

РК-50-2, РК-75-4,РК- 100-7,

РК-50-9, РК-75-9

-60/+70

Стационарная и передвижная аппаратура

Спиральные

РС-400-7, PC-1600-7

-60/+85

Элементы задержки импульсных сигналов

Радиочастотные теплостойкие малогабаритные

РКТ-72, РКТ-73

-60/+125

Внутриблочный монтаж

Наличие оплетки коаксиального кабеля приводит к резкому возрастанию емкости прямого проводника на экран, что обязательно должно учитываться на этапе проектирования схем. Коаксиальные кабели имеют значительные габариты, сложны в монтаже и рекомендуются к использованию для внутри и межмодульной коммутации.

Волоконно-оптические ЛП. Использование многожильных волоконно-оптических кабелей позволяет значительно уменьшить объем и массу электрических соединений и исключить влияние перекрестных помех. Основу волоконно-оптической ЛП составляет оптический кабель – световод, состоящий из проводящей среды (сердцевины) и оболочки, с разными показателями коэффициентов преломления. Передача светового сигнала происходит из-за преломления и многократного полного отражения энергии сигнала на границе сердцевины и оболочки при переходе из среды с одним коэффициентом преломления в среду с другим коэффициентом преломления.

В волоконно-оптической ЛП (рисунок 1.13.5) оптическая энергия от светодиода 1 за счет полного внутреннего отражения передается по сердцевине 2, воспринимается  фотодиодом 4, кабель покрыт оболочкой 3. Ослабление сигнала определяется величиной В:

,

где РВХ и РВЫХ – мощность оптического сигнала на входе и выходе световода,

l – длина световода.

Рисунок 1.13.5 – Схема волоконно-оптической линии передачи

Пропускная способность ЛП характеризуется ослаблением сигнала, которое обычно не превышает 5 дБ/км. Ослабление увеличивается при наличии неоднородностей и искривлений световода и достигает максимума, если радиус изгиба становится равным 1/2 длины волны передаваемого сигнала. Однако для большинства материалов световодов ограничением на минимальный радиус изгиба (обычно около 50 мм) является не чрезмерное ослабление сигнала, а растрескивание материала световода. Ослабление для кварцевых световодов составляет не более 2 дБ/км при диаметре световода 200 мкм и радиусах изгиба 50 мм.

В качестве материала световодов используют полимеры, стекло, кварц. Световоды поставляются отрезками длиной до 100 м. Отрезки можно сращивать после шлифования торцов склеиванием, нагревом концевых частей и сращиванием под давлением соединительными металлическими или пластмассовыми втулками, надеваемыми на концевые части сращиваемых отрезков.

Оптический кабель состоит из скрученных световодов в общей защитной оболочке. По конструктивному исполнению многожильные волоконно-оптические кабели разнообразны и отличаются числом и формой укладки световодов, способом объединения в единую конструкцию, защитой от внешних воздействий. Каждый световод покрывается одно- или двухслойной защитной оболочкой. Внешняя защитная оболочка объединяет световоды в единую жесткую конструкцию, обеспечивая защиту от внешних воздействий. Центральная металлическая жила придает оптическому кабелю дополнительную жесткость.

Линии электропитания и земли

 Электроэнергия от источника к потребителям подводится двумя проводами – потенциальным и нулевым. Сложная аппаратура требует нескольких источников вторичного электропитания (ИВЭП). Потенциальные провода всех ИВЭП называются линиями электропитания и выполняются в виде индивидуальных проводов, нулевые провода в большинстве случаев объединяют и выполняют в виде одного мощного провода или металлического листа.

Выделяют параллельные, последовательные, а также точечные и параллельно-последовательные линии электропитания. Сравнение и выбор схем проводится по падению напряжения, нагрузочной способности по току, легкости проведения электромонтажных работ и некоторым другим факторам. В сложной РЭА из-за ограничений на конструкцию одновременно можно использовать несколько вариантов разводки электропитания, если подобный подход позволит улучшить электрические параметры, упростить монтаж, повысить ремонтопригодность.

Электропитание по схемам параллельной и последовательной разводки подводится гибкими одно- и многожильными проводами, подсоединяемыми к выводам питания потребителей электроэнергии (ПЭ). Преимуществом этих схем разводки является простота конструкции, легкость в проектировании и монтаже, необходимость в двух коммутационных выводах ПЭ для каждого питающего компонента (подводящего и отводящего).

Точечную разводку осуществляют жестким проводом и системой гибких проводов, с одного конца подпаиваемых к жесткому проводу, а с другого — к ПЭ. Параллельно-последовательную разводку рекомендуется применять при регулярном расположении ПЭ. Как и при точечной разводке, суммарные токи протекают по мощной линии электропитания с большой площадью поперечного сечения. Линии электропитания и нулевого потенциала выполняют в виде единой конструкции, состоящей из двух медных проводников или проводов круглого сечения, защищенных от короткого замыкания изолирующими пластинами или воздушным промежутком.

Падение напряжения на линиях. Для расчета падения напряжения на линии электропитания введем следующие допущения. Полагая токи ПЭ независящими от изменения напряжения электропитания, представим ПЭ приемником тока, что правомерно для аппаратуры, разрабатываемой на микросхемах, имеющими допуск по питающему напряжению в 5-10 %. Расчет проведем для случая последовательной разводки. Для упрощения будем считать, что токи приемников электропитания IПЭ равны, а также равны и сопротивления ΔZ участков линии, между которыми подсоединяются ПЭ. Без учета падения напряжения на линии нулевого потенциала, падение напряжения на линии электропитания:

UЛЭ = IПЭ ΔZ(1+2+…+n) = IПЭ ΔZ n(n+1)/2,

где n – число ПЭ.

В приведенном выражении произведение nΔZ есть сопротивление линии электропитания (ЛЭП). Полагая, что nΔZ = ZnlЛЭ, получим

UЛЭ = IПЭ ZnlЛЭ (n+1)/2,

где Zn – сопротивление на единицу длины линии (погонное сопротивление),

lЛЭ – длина ЛЭП.

Уменьшая сопротивление и длину ЛЭП, а также число подсоединяемых к линии ПЭ, можно снизить UЛЭ в любое число раз. Сделать меньшей длину линии можно микроминиатюризацией и соответствующей компоновкой аппаратуры, снижением числа ПЭ – введением в конструкцию нескольких линий, подсоединяемых к одному ИВЭП. Другой путь уменьшения падения напряжения на линии электропитания – уменьшение сопротивлений ΔZ или Zn.

Падение напряжения на ЛЭП при последовательной разводке быстро увеличивается с возрастанием числа ПЭ. Поэтому эти типы разводок, если токи ПЭ велики, а сопротивления линий сравнимы с сопротивлением нагрузки, применять не рекомендуется.

Развязывающий конденсатор, подсоединяемый к выходу источника непосредственно у ПЭ, является для ПЭ как бы индивидуальным источником питания и осуществляет его электропитание накопленной энергией. Требуемая емкость развязывающего конденсатора вычисляется по формуле:

где k – кратность уменьшения падения напряжения на линиях электропитания и нулевого потенциала,

tФ – наименьшая длительность фронта импульсного сигнала,

L – суммарная индуктивность линий электропитания и нулевого потенциала.

При расчете конденсатора определяют падение напряжения на линии электропитания и для обеспечения работоспособности ПЭ принимают решение об уменьшении этого напряжения в k раз. Для улучшения режима работы аппаратуры развязывающие конденсаторы с выводами минимальной длины устанавливаются у каждого ПЭ.

Полное сопротивление ЛЭП складывается из активной и реактивной составляющих, однако, уже на частоте 100 кГц активным сопротивлением можно пренебречь и рассматривать только индуктивную составляющую. Уменьшение индуктивности ЛЭП можно достигнуть увеличением размеров ее поперечного сечения. Однако подобный подход не всегда результативен. Например, медный провод длиной 200 мм и диаметром 0,1 и 0,2 мм обладает соответственно индуктивностью 330 и 210 нГн, и при увеличении расхода меди в 4 раза индуктивность уменьшилась только в 1,5 раза.

Меньшей индуктивностью при одинаковых геометрических размерах обладает провод, расположенный над землей, большей - провода круглого и прямоугольного сечений. Наибольшее волновое сопротивление имеет провод круглого, наименьшее — прямоугольного сечения. Для согласования с внутренним сопротивлением ИВЭП волновое сопротивление ЛЭП должно быть минимально возможным.

Конструирование заземления. В схеме, как правило, выделяют базу с нулевым потенциалом, которую называют землей и относительно которой проводят отсчет всех электрических потенциалов схемы. Конструктивно эта база выполняется проводом, проводником (шиной), металлической полосой или листом. Поскольку аппаратуру заземляют (обеспечивают электрическое соединение металлического корпуса с реальной землей), то для отличия реальной земли точку отсчета потенциалов схемы будем называть схемной землей.

Термин «земля» был установлен применительно к электротехническому оборудованию, для которого в качестве обратного провода использовали почву. В РЭА в качестве обратного провода используют не металлический корпус аппаратуры, а общий провод, который из соображений техники безопасности подсоединяют к земле. По общему проводу протекают возвратные токи электронных схем, которые вызывают появление разницы в электрических потенциалах на общих выводах (земле) компонентов схемы и гальванических помех при изменениях токов электронных схем. В сложной аппаратуре с одним общим проводом гальванические помехи могут представлять существенную проблему.

В небольших электронных системах получить низкоомный общий проводник относительно несложно, в сложных системах – крайне трудно. Для снижения уровня гальванических помех при проектировании выделяют общие провода первичной и вторичной системы электропитания, высокочувствительных низкоуровневых схем, относительно нечувствительных мощных высокоуровневых схем, импульсных схем. Для уменьшения помех по земляным соединениям для различных подсхем системы используются несколько ИВЭП каждый со своим общим проводом.

Поскольку размеры систем увеличиваются, то возрастает также влияние взаимных индуктивностей и распределенных емкостей между общими проводами, которые становятся заметными уже на сравнительно низких частотах.

Общие провода электронных приборов объединяются по схемам одно- и многоточечного заземления. В первом случае общие провода модулей системы подсоединяются к общей нулевой точке. Связь модулей через общее сопротивление нулевого потенциала отсутствует, но будет иметь место через взаимные индуктивности и емкости, подсоединяемых к нулевой точке земляных проводов модулей. На высокой частоте паразитная емкость образует низкое, а индуктивность проводов – высокое сопротивление, что ухудшает свойства системы заземления. Для уменьшения взаимной индуктивности общие проводники должны быть ориентированы взаимно перпендикулярно, что для большого числа элементов сделать практически невозможно.

Земля высокочастотной аппаратуры чаще всего представляет собой проводящую плоскость (тонкий медный лист монтажной панели, фольга многослойной печатной платы), к которой модули по месту установки подсоединяются отводами минимальной длины (многоточечное заземление). Для предотвращения излучения проводником в окружающее пространство электромагнитной энергии длина проводника (в метрах) должна быть:

L ≤ λ/50 < 6/f,

где λ – длина волны, м;

f – частота, МГц.

Заземление корпуса РЭА служит для предохранения обслуживающего персонала от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим деталям конструкции, а также для защиты РЭА от воздействия помех, создаваемых размещенным по соседству оборудованием. Заземлению не подлежит аппаратура, работающая при безопасном напряжении, имеющая двойную или усиленную изоляцию, а также надежный контакт с корпусом объекта установки.

Заземление корпуса осуществляется системой проводов или одним общим проводом и обеспечивает электрическое объединение всех металлических элементов конструкции модулей с заземлителем. Заземлителем называют проводник или систему проводников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с почвой, нейтралью первичной питающей сети, располагаемой обычно около фундамента здания, и т. п. Заземление корпуса должно гарантировать сохранение потенциала нейтрали на элементах конструкции при нарушении изоляции провода распределительной системы электропитания и касания этим проводом металлических конструкций. Система блокировки при подобной ситуации отключает аппаратуру от питающего напряжения и защищает персонал от поражения электрическим током.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23361. Списки та стрічки в Python 3.02 MB
  3 Дії зі списками 1.4 Методи роботи зі списками 1.1 Дожина списка 1.
23362. Функції в мові Пітон 300.73 KB
  Київ 2013 Завдання: Вивчення засобів роботи і принципів організації функції в мові Пітон.1 Функції параметри аргументи 1.2 Поверненне значення функції 1.
23363. Кортежі і словники 277.75 KB
  1 Загальні відомості 1.1 Загальні відомості 2.
23364. Робота с файлами 133.75 KB
  2 Порядок роботи с файлами 3. Методи роботи с файлом 4. Повний цикл роботи читаннязапису файла Індивідуальне завдання 1. Висновок: В даній лабораторній роботі я навчився працювати зі списками з методами роботи з файлами з режимами роботи с файлами.
23365. Юнікод 163.23 KB
  Робота с кодуванням в мові Пітон.2 Робота с Юнікодом в ручному режимі 2.3 Спрощена робота в Юнікод Індивідуальне завдання 1.
23366. Вивчення основ програмування на мові Python 562.41 KB
  Тексти програм на мові Python. Мета роботи Ознайомлення з основними типами даних в Python. Вивчення основ програмування на мові Python.
23367. Исследование термоэлектрического термометра 436.5 KB
  Произвести измерения термоЭДС на клеммах подключения термопары 1819 для значений указанных преподавателем. Рассчитать основную абсолютную погрешность прибора по формуле: где Eиtt0 – измеренное значение термоЭДС; Eдtt0 – действительное значение термоЭДС определяемое по градуировочной таблице с учетом введения поправки на температуру свободных концов. Рассчитать основную приведенную погрешность термопары по формуле: где Eвt0C и Eнt0C – значения термоЭДС соответствующие верхнему и нижнему пределам измерения температуры...
23368. Исследование уровнемера У1500 180 KB
  Порядок выполнения работы Ознакомиться с описанием уровнемера У1500. Подключить вилку разъема датчика уровнемера к соответствующему гнезду на задней панели измерителя. Установить поплавок уровнемера поочередно в пяти точках по мерной линейке по заданию преподавателя сначала по возрастанию – прямой ход а затем в тех же точках по убыванию – обратный ход и занести соответствующие показания прибора в таблицу см.