Рис. 10.12. Реле постоянного тока с качающимся якорем: / - неподвижная часть магнитопровода; 2 - катушка; 3 - контактная группа; 4 - толкатель (выполнен из изоляционного материала); J - подвижная часть магнитопровода (якорь)

ниями, имеющимися в ТУ. В них же приводятся рекомендации по креплению переключателя.

§ 10.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

Принцип действия и конструкция. В зависимости от тока, питающего обмотку, электромагнитные реле подразделяют на реле постоянного и переменного тока.

Из многих разновидностей конструктивного оформления наиболее широко распространены реле с качающимся якорем (рис. 10.12).

При прохождении тока через катушку 2 возбуждается магнитный поток, под действием которого шарнирно закрепленный якорь 5 поворачивается на острой грани магнитопровода 1 и притягивается к нему. При этом толкатель 4 давит на контакты 3 и замыкает их.

Если отключить ток от катушки, то под действием контактной пружины якорь и контакты вернутся в исходное положение {отпускание реле). Иногда для возврата якоря в исходное положение устанавливают специальную возвратную пружину.

Контакты реле могут иметь различные схемы включения. На рис. 10.13,0 показана контактная группа, работающая на замыкание (при обесточенной катушке реле контакты разомкнуты); на рис 10.13, б - контактная группа, работающая на размыкание (при обесточенной катушке реле контакты замкнуты); на рис. 10.13,в-контактная группа, работающая на переключение.

Вьшускаемые промышленностью реле в зависимости от конструкции имеют различное количество групп ранее указан-

-Г

л

ных типов.

Магнитоуправляемые герметизированные контакты (герконы).

Желание повысить надежность реле привело к созданшо герметичных магнитоуправляемых контактов (герконов). Схематично устройство реле на герконе показано на рис. 10.14. Основой такого реле являются два контакта из магнитных материалов, запаянных в стеклянный баллон, который помещен в катушку так, что контакты расположены параллельно ее оси. При пропускании

Конструктивная схема контактов

изобратениереле на принципиальной схеме

Рис. 10.13. Типы контактных групп: 1 - неподвижная пружина с контактом; 2 - подвижная пружина с контактом; 3 - изолятор; 4 - толкатель (стрелкой показано направление движения толкателя)

через катушку постоянного тока магнитные силовые линии, переходя с одного контакта на другой через зазор между ними, стремятся сблизить контакты и замьпсают их. Размещенные в герметичном баллоне контакты надежно защищены от окисления

Рис. 10.14. Реле с герметизированными магнитоуправляе-

мыми контактами: 1, 2 - контакты; 3 - стеклянный баллон; 4 - каркас; 5 - обмотка реле

И воздействия других продуктов, содержащихся в воздухе, благодаря чему имеют повышенную надежность. Недостаток герконов - малый зазор между контактами, малое рабочее напряжение, малый допустимый ток через контакты.

Во многих случаях реле можно заменить чисто электронными схемами без контактов. Это относится в первую очередь к устройствам, где нужно коммутировать малые токи и напряжения, а также цепи переменного тока. В этих случаях можно применять ключевые приборы на полевых транзисторах, а также тиристорные схемы, которые обеспечат значительно большую надежность, чем реле.

Основные технические характеристики. Свойства и области применения реле определяются рядом характеристик.

1. Схема контактных групп и их число. Параметры контактных групп. Параметры, характеризующие свойства контактных групп реле, аналогичны параметрам контактов переключателей и разобраны в § 10.2, п. 1-4.

Схемы контактных групп и их число должны соответствовать схеме и числу коммутируемых цепей аппарата.

2. Токи срабатывания и отпускания реле. Минимальное значение тока, при котором происходит срабатывание реле, называют током срабатывания.

Чтобы произошло отпускание реле, необходимо уменьшить ток обмотки до такого значения, при котором тяговое усилие станет меньше противодействующих сил. Это значение тока называют током отпускания. Ток отпускания реле всегда меньше тока срабатывания.

Выпускаемые промышленностью реле в зависимости от конструкции имеют ток срабатывания от единиц миллиампф и более.

Напряжением срабатывания называют минимальное напряжение, которое нужно подвести к обмотке реле, чтобы реле сработало: Ucp =

Аналогично может быть найдено и напряжение отпускания.

3. Время срабатывания реле. При подключении обмотки реле к источнику питания ток в обмотке достигает максимального значения через некоторый отрезок времени, определяемый индуктивностью и сопротивлением обмотки реле и той цепи, от которой оно питается. Следовательно, движение якоря начинается не мгновенно после подключения реле, а спустя некоторое время. Чтобы якорь совершил дви-

жение, необходимое для срабатывания контактов, также нужно определенное время.

Отрезок времени, который проходит с момента подачи напряжения на обмотку реле до момента фабатывания контактов, называют временем срабатывания реле (ср)-

По времени срабатывания реле деляг на три группы: быстродействующие (top < 0,005 с), нормальные (0,015 о tp > 0,005 с), замедленные (t,p > 0,015 с).

Для коммутации обычно используют реле с нормальным временем фабатывания. Быстродействующие и замедленные реле часто используют в схемах автоматики и специальных схемах.

4. Мощность, расходуемая обмоткой реле при срабатывании. Желательно использовать реле с малой мощностью, необходимой для срабатывания, так как при этом уменьшается потребление энергии от источника питания. Кроме того, при большой потребляемой мощности интенсивно нагревается реле, что неблагоприятно сказывается на работе контактов и ухудшает тепловой режим всего аппарата в целом.

5. Габариты и масса реле.

6. Допустимые при эксплуатации значения климатических факторов и механических перегрузок.

Работоспособность реле в сложных климатических условиях. К современным реле предъявляют требование высокой надежности при работе в условиях различных температур, пониженного атмосферного давления, воздействия механических перегрузок и т. д. Наиболее эффективное федство обеспечить надежную работу контактов в указанных условиях - герметизация реле помещением его в запаянный металлический кожух. Это исключает влияние повышенной влажности воздуха, пониженного атмосферного давления и создает возможность для заполнения герметизированного пространства газами, облегчающими работу контактов и улучшающими теплоотвод.

Выбор типа реле. Промышленность вьшускает реле разнообразных типов с различным количеством контактных групп, допустимым числом включений, значениями коммутируемого тока и напряжения, тока и напряжения фабатывания, габаритами, массой, допустимыми значениями условий эксплуатации и другими техническими характеристиками.

Наиболее широко в радиоаппаратуре используют реле, допускающие коммутацию средних значений токов и напряжений (например, тока до 2 А при напряжении до 30 В или тока до 0,2 А при напряжении до 200 В). К этой категории относят реле РЭС-10 (одна контактная группа на переключение), РЭС-9 (две контактные группы), РЭС-22 (четыр)е контактные группы) и др. Для коммутации тока высокой частоты во входных устройствах приемников обычно применяют реле РПВ.

Реле каждого типа может иметь различные значения напряжения или тока фабатывания в зависимости от числа витков катушки, различные максимальные значения коммутируемого тока и напряжения в зависимости от материала контактов, значения контактного давления и числа включений. Все эти параметры подробно указаны в ТУ и паспортах на каждый тип реле. Там же указаны и рекомендуемые способы крепления реле в аппаратуре. С целью повышения надежности контактов

целесообразно ограничивать ток через контакты и напряжение значением, не превышающим 0,5-0,7 от максимально допустимого.

Следует иметь в виду, что для каждого коммутирующего устройства и для реле в частности существует ограничение по минимальным значениям тока и напряжения, которые могут коммутировать контакты. Поэтому реле нужно подбирать так, чтобы фактический ток и напряжение были больше, чем минимально допустимые.

§ 10.4. ЭЛЕМЕНТЫ МОНТАЖА

Для монтажа радиоаппаратуры применяют следующие типы проводов: одножильные неизолированные, одножильные изолированные, многожильные изолированные (МГШВ, МГТФ, БПВЛ и др.), многожильные изолированные экранированные (МГШВЭ, МГТФЭ, БПВЛЭ и др.). Для сокращения технол л:ического цикла сборки и получения идентичного монтажа на разных экземплярах аппаратуры рекомендуется изолированные провода соединять в жгуты.

Пример вьшолнения жгута показан на рис. 10.15. Жгуты изготавливают как вручную на специальных шаблонах, так и с помощью автоматических и полуавтоматических установок, обматывающих провода нитками или пленкой. Провода, по которым идут токи высокой частоты, обычно не объединяют в жгуты из-за опасности появления паразитных связей. Такие провода оставляют вне жгута.

Чтобы при монтаже и ремонте аппаратуры можно было различить провода, относящиеся к разным цепям схемы, для них применяют цветную изоляцию. Значительно реже на концах проводов закрепляют бирки с номером цепи, так как этот способ требует больших затрат времени.

Электрический монтаж аппарата должен быть выполнен так, чтобы обеспечивался доступ ко всем элементам с целью осмотра, проверки и замены их в смонтированном приборе. Чтобы исключить возможность поломки провода из-за перемещения жгутов при эксплуатации и транспортировке аппаратуры, жгуты закрепляют скобами, показан-

Рис. 10 15 Жгут: 1 - провода; 2 - нитки

Рис. 10.17. Защита жгута от острых Рис. 10.16. Крепление жгута: кромок отверстия:

/ - жгут; .2-прокладка; i-скоба; 1 - жгут; 2 - втулка из пластиката

ными на рис. 10.16, или привязывают к кронштейнам, перекладинам и другим элементам конструкции нитками или лентами.

В месте прохода жгута через отверстия в металлических стенках устанавливают втулки из изоляционного материала (рис. 10.17), которые предохраняют изоляцию жгута от повреждения.

Для внутриприборного монтажа, когда отдельные блоки имеют плоскую конструкцию, можно использовать плоские тканые кабели. Такой кабель состоит из отдельных проводов, уложенных в одной плоскости в один ряд. Для крелления проводов друг к другу их переплетают нитками. Плоский кабель занимает мало места и обладает хорошей гибкостью, что позволяет при необходашости приподнимать блоки без отпайки при регулировке и ремонте аппаратуры.

§ 10.5, СПОСОБЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ МОНТАЖЕ

В процессе монтажа осуществляется соединение электрических цепей в изделии. При этом надо обеспечить надежный электрический контакт между выводами узлов, блоков и электрорадиокомпонентов и подходящими к ним соединительными проводами.

Применяемые при монтаже методы контактирования подразделяют на две группы: а) соединения с применением нагрева (сварка, пайка); б) соединения, выполняемые без нагрева.

При пайке происходит соединение друг с другом нагретых металлических деталей с помощью расплавленного металла - припоя. При правильном выборе материала припоя и режима пайки происходит диффузия припоя в поверхностный слой соединяемого металла. Это обеспечивает электрический контакт соединяемых деталей после остывания припоя. Однако пайка как способ электрического соединения обладает и рядом недостатков.

При пайке трудно локализовать теплоту только на поверхностях, предназначенных для соединения Неизбежно происходит нагрев проводов и выводов электрорадиокомпонентов. При этом появляется опасность повреждения изоляции проводов и самих компонентов.

Соединение с помощью пайки жгутов и кабелей в приборах практически не поддается автоматизации и выполняется вручную. Качество паяного соединения зависит от квалификации исполнителя. Так как количество паяных соединений в сложном приборе может достигать десятков тысяч, то надежность пайки оказывает существенное влияние на надежность всего изделия. Для монтажа изделий, работающих в условиях вибрации, приходится применять дорогостоящие многожильные провода, состоящие из большого числа скрученных жил.

Однопроволочные провода в этом случае обладают недостаточной надежностью, так как могут обламываться при вибрации непосредственно около места пайки.

Необходимо также отметить, что входящее во все легкоплавкие припои олово является дефицитным цветным металлом, а паяльные припои при нагреве выделяют вредные для здоровья пары. Все перечисленное заставило разрабатывать новые методы электрических соединений.

К числу таких методов относится электросварка, ультразвуковая сварка, соединение термокомпрессией и соединение способом накрутки и обжимки. Соединения с помощью сварки и термокопрессии наиболее широко применяются в микросхемах и микросборках и будут рассмотрены далее.

Электромонтаж методсш накрутки и обжимкн. Непаяное соединение, выполненное путем накрутки провода на контактный штырь, применяется для электромонтажа уже около двух десятков лет. Такой метод соединения обладает следующими преимуществами: не требует применения остродефицитного олова; создает возможность для автоматизации при выполнении соединения, что может обеспечить стабильность технологического процесса и высокую надежность соединения. В табл. 10.1 приведены .-характеристики соединений, выполненных разными способами.

Таблица 10.1. Надежность электрических соединений

Кроме того, отсутствие расплавленного припоя и флюса в процессе выполнения соединения значительно улучшает условия труда монтажников.

Сущность метода накрутки (рис. 10.18) состоит в том, что провод плотно, с необходимой силой наматывают на соединительный штырь 7, имеющий острые ребра 2. В процессе накрутки ребра штыря частично вдaвливaютcя в накрученный на него провод. За счет усилия, создаваемого при накрутке, разрушается оксидная пленка ш поверхности провода и штыря, возникает частичная текучесть металла провода в месте ето соприкосновения с ребром штыря и появляется взаимная диффузия материалов штыря и провода При этом контактирующие поверхности

Рис. 10.18. Электрическое соединение методом накрутки: а - немодифицированное соединение; б - модифицированное соединение; в - накрутка нескольких проводов на один штырь; г - процесс накрутки; 1 - штырь; 2 - острая грань штыря; 3 - провод; 4 - втулка рабочего органа устройства для накрутки; 5-,-паз; 6 - неподвижный кожух

соприкасаются плотно, что предотвращает попадание воздуха или газов на них и исключает возможность их окисления. За счет этого соединение накруткой облагает высокой надежностью. Острые ребра штыря, врезавшиеся в предварительно напряженный провод, не дают возможности проводу раскрутиться самопроизвольно.

Различают два вида соединений накруткой - немодифицированное и модифицированное (рис. 10.18, а, б).

В первом случае на штырь накручивают только неизолированный участок провода. Такое соединение применяют для монтажа стационарной аппаратуры. Во втором случае первые 1-1,5 витка накручивают проводом в изоляции, после чего накрутку продолжают неизолированной частью провода. Первый виток в изоляции не имеет плотного контакта со штырем За счет этого обеспечивается разгрузка места первого контактирования провода с ребром штыря при воздействии вибрации. Опасность облома накрученного провода, выполненного модифицированным методом, не выше, чем у многожильного провода, присоединенного методом пайки.

Штыри, на которые накручивают провод, имеют прямоугольное или квадратное сечение. Наиболее часто применяют штыри квадратного сечения. Плошадь поперечного сечения штыря должна быть такой, чтобы усилия, возникающие при накрутке провода, не приводили к деформации штыря: чем больше диаметр провода, тем больше должно быть сечения штыря. Количество витков неизолированной части провода зависит от его диаметра Провод малого сечения нужно наматывать с малым усилием во избежание его растяжения. Поэтому прочность его сцепления со штырем меньше, чем при использовании провода большого сечения. Для обеспечения надежного электрического контакта провод малого сечения должен иметь больше витков накрутки, чем провод большого сечения.

Рекомендуемые значения числа витков в зависимости от диаметра провода следующие:

Диаметр провода d, мм

Число витков

0,2-0,3 ..............7

0,31-0,4..............6

0,41-0,6.............. 5

0,61-1,2..............4

Более 1,2 . . ......... 3

Диаметр провода, применяемого для накрутки, связан с размерами поперечного сечения штыря:

S>d>0,33S. (10.1)

Здесь с?-диаметр провода, мм; 5 -сторона квадрата при квадратном поперечном сечении штыря или наибольшая сторона прямоугольника при прямоугольном сечении штыря.

Соотношение сторон прямоугольного сечения штыря должно быть не более чем 3:1. Радиус закругления ребер штыря должен быть не более 0,07-0,1 мм. Грани штыря должны быть параллельны, в противном случае появляется опасность сползания витйов вдоль штыря. Штыри должны быть выполнены из материала, обладающего большей механической прочностью, чем материал провода: при этом в процессе накрутки деформируется в основном провод. Это позволит при необходимости на одном и том же месте выполнить повторно накрутку несколько раз (до 5 раз). Штыри изготавливают из латуни, бронзы и других сплавов, имеющих твердость по Виккерсу 140-210. Для предотвращения окисления поверхности штыря в процессе хранения его покрывают сплавом олова и свинца, никелем или серебром. Накрутку рекомендуется выполнять проводами марок ПМВ и МДПО. Допускается применение проводов с эмалевой и лаковой изоляцией. При этом зачистка изоляции на накручиваемом участке не требуется.

Используя накрутку прОводов, можно присоединять к штырям проволочные выводы электрорадиокомпонентов. Такие выводы непосредственно не накручивают на штыри, а присоединяют к штырям бандажом из проволоки, как показано на рис. 10.19.

Рекомендуются следующие значения диаметра бандажного провода: при диаметре вывода компонента 0,4-0,6 мм применяют бандажный провод диаметром 0,5 мм; при диаметре вывода 9,61-1,0 мм -бандажный провод диаметром 0,6 мм. Число витков бандажного провода и = 8.

Для вьшолнения накрутки применяют устройства с электрическим или пневматическим проводом. Рабочий орган такого устройства показан на рис. 10.18, г. Он имеет втулку 4, которая может вращаться вокруг оси штыря 1. Во втулке имеется паз j, в который вставляют конец накручиваемого провода. Втулка вращается внутри неподвижного кожуха 6. Загнутый конец провода вставляют в паз 5, после чего надевают приспособление на штырь и включают вращение втулки. Втулка навивает при

этом провод на штырь, как показано Р - 10.19. Присоединение выводов uq , 1г, in гт элементов бандажом из проволоки:

на рис. 10.18. Для МОДИфИЦИрОВаННО- / штырь; 2-вывод ЭРЭ; J - бан-

го соединения паз 5 в начале втулки даж из проволки

6-168

Рис. 10.20. Присоединение провода обжимкой: } - штырь разъема; 2 - провод

на необходимой длине имеет большую ширину. Благодаря этому участок провода в изоляции входит во втулку на длину, обеспечивающую вьшол-нение первых 1-1,5 витков проводом в изоляции.

Для ремонта аппаратуры в условиях эксплуатации применяют аналогичные приспособления, но только с ручным приводом. При необходимости на одном штыре можно расположить несколько соединений накруткой, как, например, показано на рис. 10.18, в. Между отдельными накрутками оставляют расстояние порядка 0,2-03 мм. Применяемые в настоящее время инструменты для накрутки позволяют располагать штыри с шагом не менее 2,5 мм.

На рис 10.& показан штырек разъема к которому провод присоединен методом обжимки. Такое соединение обеспечивает надежный контакт, но не позволяет производить ремонт без замены штырька.

Глава 11

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ § 11.1. НАЗНАЧЕНИЕ, КЛАССИФИКАЦИЯ

Широкое использование радиоэлектроцной аппаратуры в 60-е годы открыло большие возможности для научно-технической революции, но, с другой стороны, привело к усложнению самой радиоэлектронной аппаратуры. Если профессиональный связной приемник 20-х годов состоял из нескольких десятков радиокомпонентов, то современный приемник, позволяющий осуществлять прием сигналов в широком диапазоне частот без ручной подстройки гетеродина, должен содержать несколько тысяч дискретных компонентов.

Такое резкое усложнение аппаратуры увеличило ее габариты, потребляемую мощность и, что особенно важно, снизило надежность.

Возникшее противоречие привело к поиску новых методов конструирования радиоэлектронной аппаратуры, в результате чего бьш разработан очень перспективный, бурно развивающийся и широко применяемый метод с использованием микросхем.

Каждая микросхема представляет конструктивно законченное устройство, которое выполняет в аппаратуре определенную функцию. Как и обычная схема, построенная на отдельных дискретных компонентах, она должна включать транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы. Однако различие состоит в том, что в микросхеме все или часть

элементов нераздельно связаны между собой и соединены электрически так, что устройство рассматривается как единое целое. Для получения всех перечисленных элементов в микросхеме широко используют технологические процессы, впервые разработанные для изготовления полупроводниковых приборов, а также пленочную'технологию, что позволило создать конструктивный элемент с новыми свойствами.

Аппаратура, построенная на микросхемах, по сравнению с аналогичной аппаратурой на дискретных компонентах обладает следующими основными преимуществами: а) меньшие размеры аппаратуры; б) более низкая стоимость процесса производства; в) повышенная надежность, что уменьшает стоимость эксплуатации за счет сокращения простоев аппаратуры.

Причины, которые привели к указанным преимуществам, станут ясны после рассмотрения конструкции микросхем.

По принципу устройства микросхемы можно разделить на следующие основные типы:

1. Полупроводниковые {монолитные) интегральные микросхемы. Такие схемы содержат один кристалл полупроводникового материала, в котором специальными технологическими методами выполнены резисторы и конденсаторы наряду с транзисторами и диодами и соединения между ними.

Для изготовления микросхем можно принять кремний, германий, арсенид галлия и другие материалы. Однако наибольшее распространение получили микросхемы на основе кремния.

2. Гибридные интегральные схемы. В таких схемах пассивные компо- , ненты {R,L, С) изготовляют на изоляционных подложках путем нанесения на них пленок, а активные элементы (транзисторы и диоды) вьшолняют в кристалле, который монтируют на подложке с пассивными компонентами. К 4HCJty гибридных относят также многокристальные схемы, т. е. микросхемы, состоящие из нескольких кристаллов, соединенных между собой и смонтированнь1х в одном корпусе.

В случае если пассивные компоненты с требуемыми характеристиками (например, конденсаторы большой емкости) нельзя получить методами тонкопленочной технологии, в гибридной м^фосхеме можно установить малогабаритные дискретные компоненты.

Отдельные компоненты гибридной схемы могут соединяться между собой токопроводящими пленочными проводниками, нанесенными на подложку, или проволочными перемычками.

3. Совмещенные интегральные микросхемы, имеющие кристалл, в котором выполнены активные компоненты. Поверхность кристалла покрывают изоляционной пленкой, непосредственно на которую наносят пленочные пассивные компоненты.

Любая интегральная микросхема имеет герметичный корпус, который защищает кристалл и другие элементы от внешних воздействий.

§ Й.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ (МОНОЛИТНЫЕ) ИМС

Схемы с биполярными транзисторами. В кристалле кремния методом Диффузии или методом эпитаксиального выращивания могут быть получены зоны с электропроводностью р- или и-типов. Располагая эти