69009

Відомості про електронні прилади апаратури телекомунікацій. Класифікація електронних приладів

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

До елементів РЕА які найчастіше зустрічаються відносять радіодеталі. Розглянемо основні показники якості електронних елементів. Параметри це величини які характеризують електричні властивості елементів та їх здатність протистояти дії середовища.

Украинкский

2014-09-28

113 KB

5 чел.

Вступ

1. Відомості про електронні прилади апаратури телекомунікацій

1.1. Класифікація електронних приладів

Всю множину електронних приладів телекомунікацій можна розбити на такі класи (рис.1.1):

  •  електровакуумні прилади (ЕВП);
  •  газорозрядні прилади (ГРП);
  •  дискретні напівпровідникові прилади (НПП);
  •  інтегральні мікросхеми (ІМС);
  •  радіодеталі (РД);
  •  світлові індикатори (ЗСІ).

Електровакуумні прилади – це пристрої, які функціонують на основі явищ, що виникають при русі електронів у вакуумі. Їх робота полягає у взаємодії електронного потоку з електричним полем електродів.

До електровакуумних приладів відносяться:

  •  електронні лампи, які застосовуються для модуляції, генерації та підсилення коливань;
  •  прилади надвисоких частот (НВЧ): магнітрони, клістрони, лампи хвилі, що біжить;
  •  електронно-променеві трубки (ЕПТ), які застосовуються для отримання світлових зображень сигналів;
  •  фотоелектронні прилади (електронно-оптичні перетворювачі, фотоелектронні підсилювачі).

Якщо рух електронів у приладі супроводжується зіткненнями їх із молекулами газу, то такі прилади називаються газорозрядними.

До них входять:

  •  газотрони;
  •  тиратрони;
  •  газові стабілітрони;
  •  декатрони.

Велике поширення в РЕА отримали напівпровідникові прилади. Це прилади, в яких використовуються електронні явища в обємі напівпровідників та на межі напівпровідників та металів.

До них відносять:

  •  діоди;
  •  транзистори (біполярні та уніполярні);
  •  тиристори;
  •  фотоелектронні прилади (фоторезистори, фотодіоди, фототиристори).

До найбільш сучасної елементної бази відносять інтегральні мікросхеми, які завдяки малим розмірам та високій надійності дають можливість значно покращити функціональні можливості та конструктивно-технологічний рівень виконання радіоелектронної апаратури та обчислювальної техніки.  

До елементів РЕА, які найчастіше зустрічаються, відносять радіодеталі. Робота їх заснована на діелектричних, резистивних та провідникових властивостях твердого тіла.

До них належать:

  •  електричні конденсатори;
  •  котушки індуктивності;
  •  резистори.

У сучасній апаратурі кількість радіодеталей доходить до десятків та сотень тисяч, а в деяких складних комплексах – до мільйона штук. У звязку з цим вони суттєво впливають на масо-габаритні характеристики апаратури та її надійність.

До радіокомпонентів відносять:

  •  котушки індуктивності;
  •  дроселі та трансформатори;
  •  комутаційні та зєднувальні пристрої;
  •  вироби пьєзотехніки (кварцеві резонатори, кварцеві фільтри і т. д.).

Знакосинтезуючі індикатори (ЗСІ) – це електронні прилади, які перетворюють електричні сигнали у світлові. Вони використовуються для відображення інформації та мають широкий розвиток у звязку з інтенсивним застосуванням вимірювальних, обчислювальних та інформаційних систем. ЗСІ поділяють на:

  •  напівпровідникові;
    •  рідинно-кристалічні;
    •  електровакуумні;
    •  газорозрядні.

Електронні прилади використовуються у всіх областях техніки і впливають на її розвиток, багато в чому визначаючи її рівень. Вони складають елементну базу систем телекомунікацій та управління і є засобом подальшого підвищення тактико-технічних можливостей систем телекомунікацій.

 

1.2. Вимоги до електронних приладів

Будь-який електронний прилад має сукупність властивостей, які визначають його якість. Кількісні показники основних властивостей елемента називають його показниками якості.


                                                                                                                                                                        

                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                                                


До них відносять:

- параметри та характеристики;

- надійність;

- стійкість;

- технологічність тощо.

Ці показники зазначають в нормативній документації та регламентують стандартом.

Розглянемо основні показники якості електронних елементів.

Параметри – це величини, які характеризують електричні властивості елементів та їх здатність протистояти дії середовища. Параметри можуть бути електричними, конструктивними, експлуатаційними і т. п.

Електричні параметри складають основний зміст наступних лекцій. У цій лекції розглянемо параметри електричних приладів, які характеризують їх здатність протистояти дії середовища:

  •  кліматичну стійкість (температуро- та вологостійкість);
    •  радіаційну стійкість;
    •  механічну стійкість.

Температуростійкість

При проходженні струму крізь елемент чи під дією температури середовища він розігрівається. Це призводить до погіршення його параметрів, яке може бути зворотнім чи незворотнім.

Тепло(холодо-)стійкість елемента кількісно визначається межами робочого діапазону температур Tmax та Tmin. Зворотні зміни параметрів елементів при зміні температури оцінюються температурним коефіцієнтом головного функціонального параметру П (опору резистора, коефіцієнту передачі тощо).

ТКП ,

де П1 та П2 – значення параметра П, який вимірюється при температурах Т1 та Т2 відповідно.

ТКП характеризує відносну зміну значення параметру при зміні температури на 1оC.

Температурний коефіцієнт характеризує здатність елемента працювати в умовах зміни його температури. Чим нижче ТКП, тим при більших змінах температури може працювати елемент.

Вологостійкість

Під дією вологи на поверхні елементів утворюється плівка вологи, яка призводить до корозії металевих частин елемента, а значить, до різкого зменшення опору ізоляції, збільшення втрат, погіршення надійності, скорочення часу роботи.

Вологостійкість кількісно оцінюється коефіцієнтом вологостійкості параметра П.

КВП ,

де П1 та П2 – значення параметра до і після дії вологи.

Найбільш інтенсивно проявляється дія вологи при підвищенні температури.

З метою підвищення вологостійкості елементів застосовують їх опресовку, герметизацію, нанесення захисних шарів, просочування та заливку.

Механічні впливи

До механічних впливів відносяться удари та вібрації, які можуть призвести до зміни параметрів елементів, порушення конструкцій, обривів проводу, короткого замкнення, зміни фіксованої настройки та ін.

З метою забезпечення вібростійкості елементів зменшують їх розміри, роблять коротшими виводи, закріпляють.

В апаратурі з цією метою застосовують амортизатори.

Вплив радіації

Під дією радіації збуджуються атоми речовини, які активізують хімічні реакції. У зв’язку з цим порушується структура речовини, знижується електрична ізоляція, зростають струми витоку, виникають пробої і т. ін. Найбільш чутливі до радіоактивного випромінювання є напівпровідникові прилади.

Розрізняють вплив γ-променів, при якому зміна параметрів приладу обумовлюється збудженням та іонізацією атомів, активізацією хімічних реакцій та носить, в основному, оборотний характер; і вплив потоку нейтронів, який і призводить до порушення структури речовини та необоротних властивостей електронних приладів.

1.3. Режими електронних елементів

Режим – це умови роботи елемента. Розрізняють електричний режим та режим дії на елемент середовища оточення. Електричному режиму відповідають параметри електричного режиму, режиму дії середовища – параметри середовища. Для кожного електричного елемента є граничні значення параметрів, перевищення яких в процесі експлуатації забороняється.

1.4. Надійність та довговічність електронних приладів

Із розвитком елементної бази радіоелектронної апаратури (РЕА) стає можливим створення пристроїв, які мають більш високі функціональні можливості, однак ускладнення функцій, які виконують РЕА, супроводжується значним ростом кількості елементів, які входять до неї.

Якщо на першому етапі розвитку електроніки (до 1950 року) максимальна кількість елементів у РЕА не перевищувала 1000, то з появою транзисторів вона зросла до 100 тис., а з появою мікросхем ця кількість збільшилась на 1-2 порядки.

Єдина автоматизована система телекомунікацій, галузеві автоматизовані системи управління та інші мають у своєму складі мільярди електронних елементів. Росте і відповідальність функцій, які виконує РЕА. Це все зумовлює високі вимоги до здатності РЕА найбільш повно зберігати свої функції під час заданого проміжку часу.

Ця важлива властивість пристрою має назву надійність. Надійність РЕА залежить від надійності елементів, які входять до неї. Для забезпечення необхідної надійності РЕА при збільшенні кількості елементів  необхідно збільшити надійність кожного з них.

Надійність елемента – це властивість його виконувати задані функції, зберігаючи параметри в межах встановлених норм при визначених умовах використання в межах заданого часу.

Надійність елемента характеризується показниками надійності:

  •  безвідмовністю (найчастіше вона чисельно оцінюється за допомогою двох критеріїв: імовірності безвідмовної роботи та інтенсивності відмов);
    •  довговічністю;
    •  збереженістю.

Імовірність безвідмовної роботи елемента за час  означає, що за даний час  відмов не відбудеться,

або, інакше, час безвідмовної роботи Т буде більше заданого часу .

На практиці користуються приблизним значенням імовірності безвідмовної роботи, яка  визначається відношенням кількості елементів , які залишились справними за час , до загальної кількості елементів ,

,

де  - кількість справних елементів, які залишились за час .

Імовірність безвідмовної роботи наближається до точного свого значення при необмеженій кількості випробувань .

Іншим показником  безвідмовної роботи елементів є інтенсивність відмов .

Вона наближено визначається відношенням кількості відмов  за проміжок часу  до цього часу та кількості елементів, які залишились справними до кінця проміжку часу  

.

Інтенсивність відмов є питомою швидкістю виходу елементів з ладу. Типову залежність інтенсивності відмов елементів РЕА від часу наведена на рис.1.2.

На цьому графіку можливо визначити три ділянки.

На ділянці I спостерігається підвищена інтенсивність відмов, яка пов’язана з появою прихованих дефектів виробництва (період приробки).

На ділянці II інтенсивність відмов має нижчий рівень і приблизно постійна (період нормальної роботи). При розрахунках надійності апаратури враховують саме цю ділянку. Вважаючи інтенсивність відмов на цій ділянці постійною (λсер), вираз для імовірності безвідмовної роботи можна представити у вигляді експоненціальної залежності

,

де λсер – середня інтенсивність відмов,яку наводять у довідниках.

На ділянці III починає проявлятися старіння матеріалів, з яких зроблено пристрій і інтенсивність відмов зростає (період старіння).

Деколи безвідмовність може визначатися мінімальним часом безвідмовної роботи (мінімальним напрацюванням, Tmin ).

Мінімальне (гарантійне) напрацювання – це напрацювання, до закінчення якого виробник гарантує працездатність елемента.

Для більшості елементів мінімальне напрацювання складає десятки тисяч годин.

Мінімальне напрацювання подається в нормативних документах та гарантується постачальником. Воно є більш комерційним критерієм, ніж експлуатаційним.

Довговічність визначає термін збереження робочого стану елементу в процесі його використання. Вона характеризується гама-процентним ресурсом Tγα, який є мінімальним часом безвідмовної роботи визначеного відсотка (γ) елементів у контрольній виборці.

Наприклад, 90% γ-процентний ресурс при T90 =10000 годин означає, що в контрольній виборці 90% елементів буде працювати не менше 10000 годин.

Деколи довговічність оцінюється ресурсом. Це час напрацювання елементу до межового стану, який наводиться в нормативній документації.

Найбільш потужним фактором впливу на елементи є час. Із плином часу під впливом зовнішніх та внутрішніх факторів виникають зміни структури матеріалів, з яких виготовлений елемент, це призводить до зміни його параметрів.

Старіння елементів оцінюється збереженістю. Збереженість елементів – це властивість їх залишатися працездатними в процесі зберігання та транспортування. Кількісно збереженість характеризується гарантійним часом зберігання, який для більшості електронних елементів може бути 12, 15 чи 20 років.

Критерієм збереженості є імовірність безвідмовного зберігання Pзб на протязі зазначеного терміну. Вона на 1-2 порядки вища, ніж імовірність безвідмовної роботи. При цьому суттєве значення мають умови зберігання. Так, при зберіганні в неопалюваних приміщеннях  параметр Pзб зменшується у 2-5 разів.

PAGE  

PAGE  8

 


Електронні прилади

Інтегральні мікросхеми

Напівпровідникові прилади

Газорозрядні прилади

Електронно-вакуумні прилади

Радіодеталі

Аналогові

Напів-провідникові

діоди

Газотрони

Електронні лампи

Електричні конденсатори

Тиратрони

Електронно-променеві трубки

Резистори

Цифрові

Біполярні транзистори

Стабілітрони

Аналого-цифрові

Декатрони

Котушки індуктивності

Польові транзистори

Прилади НВЧ

Індикаторні лампи

Тиристори

Фотоелектронні прилади

Фототранзистори

Фотодіоди

Рис. 1.1. Класифікація електронних приладів

Рис. 1.2 Залежність індуктивності відмов від часу

 I

   II

  III


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81698. Проблеми істини. Концепції істини філософія 27.52 KB
  Концепції істини філософія Метою пізнання є істина. Методи нанкового пізнання. Розглядаючи специфіку наукового пізнання слід охарактеризувати і основні методи які тут застосовуються. Метод наукового пізнання це спосіб побудови та обгрунтування системи наукових питань або сутність послідовність прийомів і операцій за допомогою яких здобувається нове знання.
81699. Проблема субстанції в історії філософії 22.51 KB
  Надалі починають розглядати субстанцію як особливе визначення Бога схоластика що веде до дуалізму філософське вчення яке вважало що матеріальні і духовні субстанції рівноправні душі і тіла. Проблема субстанції була поставлена в працях Декарта. Субстанцію як Єдине він роз\'єднав на дві самостійні субстанції: природу і мислення.
81700. Матеріальне буття та його форми: субституційний та реляційний підходи 19.31 KB
  Виходячи з цього сутність матеріального буття розкривається через поняття матерії та форм її існування. Матеріалісти античності ототожнювали її з першоосновою буття всіх речей останнім неподільним елементом дном за межами якого нічого не існує.
81701. Основні категорії онтології сутність-явище простір-час причина-наслідок 25.81 KB
  Явище і сутність – діалектично повязані між собою протилежності. Так міраж – це явище що виникає внаслідок викривлення променів світла атмосферою. Разом із тим явище і сутність передбачають одне одного.
81703. Свідомість як філософська категорія культурний і суспільний феномен 27.73 KB
  Для розрізнення свідомості та психіки мислення й розуму їх варто розрізняти. Але окрім цього варто не забувати що центром свідомості є людське Я. Предметним середовищем реалізації свідомості є світ.
81704. Свідомість як форма психічної діяльності:ідеальне і психічне 25.83 KB
  Свідомість -це найвища, притаманна людям якість, яка полягає в узагальненому і цілеспрямованому відображенні дійсності, уявній побудові дій і передбаченні їх результатів, регулюванні і самоконтролі поведінки, яка має зовнішні форми відображення творчого перетворювального характеру та повязана з мовою.
81705. Структура свідомості: її компонентний та рівневий вияви 25.51 KB
  Можна виділити такі рівні свідомості та їх елементи. Базовим і найбільш давнім рівнем свідомості є чуттєвоафективний пласт до якого належать: – відчуття – відображення в мозкові окремих властивостей предметів та явищ обєктивного світу що безпосередньо діють на наші органи чуттів; – сприйняття – образ предмета в цілому який не зводиться до суми властивостей та сторін; уявлення – конкретні образи таких предметів чи явищ які в певний момент не викликають у нас відчуттів але які раніше діяли на органи чуттів – різного роду афекти тобто...
81706. Проблема людини в філософії: екзистенційна та субстанійна концепції 28.3 KB
  Вона є теоретичним усвідомленням драматизму першої половини XX століття трагізму людини котра потрапила на межу життя і смерті буття і небуття в результаті реальної загрози її існуванню як людини як виду. Моделлю людини як такого для екзистенціалістів стала страждаюча зневірена людина яка знаходиться в прикордонній ситуації – ситуації на межі життя та смерті. Ірраціональність буття абсурдність самого існування людини сумніви у можливості раціонального пізнання світу – це все складові філософії екзистенціалізму.