WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ (РЭС) Методические указания к выполнению лабораторных работ Факультет радиоэлектроники Направления подготовки и специальности дипломированного специалиста:

654200 - радиотехника 200700 – радиотехника 654300 - проектирование и технология электронных средств 200800 - проектирование и технология радиоэлектронных средств Направление подготовки бакалавра 552500 - радиотехника Санкт Петербург 2004 Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК.621.396:658.512.2(07) Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Методические указания к выполнению лабораторных работ. – СПб.: СЗТУ, 2004. - 23 с.

Перечень и содержание лабораторных работ соответствуют рабочей программе дисциплины «Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС)», отвечающей требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654300 (специальность 200800 – «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»), направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 (специальность 200700 – « Радиотехника ») и направлению подготовки бакалавра 552500.

Данные методические указания содержат основные теоретические положения и методику выполнения лабораторных работ, охватывающих основные разделы курса: «Тепло- и массообмен в конструкциях РЭС и расчет теплового режима»; «Электромагнитная совместимость и экранирование», «Механические воздействия и защита РЭС».

Рассмотрено на заседании кафедры технологии и дизайна радиоэлектронной техники 29 апреля 2004 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 6 мая 2004 г.

Рецензенты: кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники СЗТУ (зав. каф. В.Н.Воронцов, д-р техн. наук, проф.);

В.И.Соколов, д-р физ.-мат. наук, проф., зав. лабораторией физико-технического института РАН Составитель В.В.Винников, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Данные методические указания содержат основные теоретические положения и методику выполнения лабораторных работ по курсу «Основы проектирования радиоэлектронных средств». Цель выполнения лабораторных работ – приобретение навыков исследования и измерения тепловых режимов РЭС и их элементов, способов защиты РЭС от тепловых, электромагнитных и механических воздействий и их эффективности.

В лаборатории принят бригадный метод выполнения работ, причем в каждую бригаду должно входить не более двух-трех человек. При работе на ПЭВМ работа выполняется индивидуально.

К очередной работе студенты допускаются только после положительной оценки преподавателем их готовности к выполнению работы и после представления отчета о предыдущей работе. О готовности к работе свидетельствуют знания содержания работы, основных теоретических сведений о вопросах, рассматриваемых в работе, методов проведения измерений и соответствующей аппаратуры, а также основных правил и приемов работы на ПЭВМ и необходимых знаний по её управлению. Для выявления готовности студентов преподаватель проводит собеседование.

Перед выполнением лабораторных работ студенты получают инструктаж по технике безопасности и расписываются в журнале.

Экспериментальная часть лабораторных работ должна выполняться согласно указаниям, приведенным в описании, при строгом соблюдении правил техники безопасности. Первое подключение установок производится только после разрешения преподавателя.

В процессе выполнения работы каждый студент должен вести записи, черновик которых подписывается преподавателем, и затем они должны быть оформлены в виде отчета. Последний оформляется индивидуально каждым студентом. Отчеты должны быть составлены технически грамотно, аккуратно, с соблюдением соответствующих ГОСТов на обозначение величин и элементов схем. Каждый отчет необходимо заканчивать самостоятельными выводами, подходя творчески к полученным экспериментальным данным и используя свои теоретические знания. Все отчеты по проделанным работам должны быть выполнены в отдельной тетради, на первой странице которой указаны фамилия и инициалы студента, а также его шифр.

Перед зачетом по лабораторным работам студент должен сдать оформленный отчет на проверку преподавателю и только после исправления ошибок сдавать зачет.

Студенты специальности 200700 выполняют лабораторные работы №№ 3, 4 и 5.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Дульнев Г.И. Тепло- и массообмен в РЭА: Учебник. – М.: Высш.школа, 1984.

2. Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Задание на курсовую работу, методические указания к выполнению курсовой работы. – СПб.: СЗТУ, 2004.

3. Парфенов Е.М. и др. Проектирование конструкций РЭА: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1989.

4. Борщенко Е.И. и др. Конструирование РЭА: Учеб. пособие. – Л.:

СЗПИ, 1988.

5. Конструирование экранов и СВЧ-устройств: Учебник/ Под ред.

А.М. Чернушенко. – М.: Радио и связь, 1990.

6. Токарев М.Ф. и др. Механические воздействия и защита РЭА: Учеб.

пособие. – М.: Радио и связь, 1984.

7. Полонский Н.Б. Конструирование электромагнитных экранов для РЭА.

– М.: Сов. радио, 1979.

8. Основы проектирования радиоэлектронных средств (РЭС): Рабочая программа, задания на контрольные работы, методические указания к выполнению контрольных работ. – СПб.: СЗТУ, 2004.



РАБОТА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЭС I. Цель работы Исследование тепловых режимов РЭС при естественной конвекции, перемешивании воздуха или внешнем обдуве; ознакомление с методами и средствами измерения температур.

II. Основные теоретические положения Необходимые теоретические положения по измерению температур;

погрешностям, возникающим при их измерении; а также по измерению скорости и расходов газа изложены в [1]. В качестве термодатчиков используются термопары и термометры сопротивлений. В процессе выполнения работы необходимо получить информацию у преподавателя о типе используемого термодатчика, ознакомиться с его характеристиками, схемой и методом измерения.

Коэффициент заполнения по объему можно рассчитать по формуле Vш +VД K = з, V где VД – объем деталей, Vш – объем шасси, V – объем аппарата. Высота нагретой зоны определится как hз = h Kз, где h – высота аппарата.

Порядок расчета среднеобъемного перегрева нагретой зоны регламентируется ОСТ 4ГО.012.032 и изложен в [2].

В стадии регулярного режима температурное поле во всех точках тела изменяется по экспоненциальному закону, причем показатель экспоненты т не зависит от координат [1]. По истечении достаточного времени после начала охлаждения наступает регулярный режим, отличительной особенностью которого является постоянство скорости изменения логарифма перегрева температуры со временем для всех точек тела. Показатель т называют темпом охлаждения (нагрева) тела. Как известно, в стадии регулярного режима изменение избыточной температуры со временем происходит по линейному закону. В связи с этим величину т можно определить из эксперимента по формуле ln1 - lnт = 2 -1, где 1, 2 - перегревы для двух точек кривой охлаждения, соответствующие моментам времени 1 и 2.

Исследование теплообмена радиаторов различного типа позволяет связать перегрев основания радиатора р с рассеиваемой им мощностью Qр зависимостью [1].

D Q = P A, A = L1L2, A = p Э, где L1, L2 и D – размеры основания прямоугольного радиатора и диаметр основания круглого радиатора; э – эффективный коэффициент теплоотдачи радиатора; А – площадь основания радиатора; Qр – рассеиваемая мощность.

III. Методика выполнения работы Работа состоит из двух частей.

Исследование теплового режима РЭС при естественной конвекции 1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Получить задание у преподавателя на установку термодатчиков и на величину коэффициента перфорации. Рассчитать коэффициент заполнения прибора Кз. Определить hз. Рассчитать среднеобъемный перегрев нагретой зоны аппарата.

3. Замерить температуру окружающей среды t0. Включить установку и выставить заданную мощность.

4. Снимать показания температур со всех датчиков через 10 минут до установления стационарного режима. Результаты свести в таблицу.

Определить время, необходимое для достижения стационарного перегрева, по формуле t = t0 +з[1- exp(- m )], где t0 – температура окружающей среды; =t-t0; з – начальный перегрев, не равный нулю. Сравнить расчетное и экспериментальное значения. По градуировочной кривой определить температуры элементов.

Сравнить с расчетными значениями. Замеры проводить как для герметичного, так и для перфорированного кожуха. Изменить мощность в соответствии с заданием.

5. Построить тепловые характеристики герметичного и перфорированного РЭС и его элементов. Сравнить с тепловой характеристикой, полученной расчетным путем.

6. Выключить аппарат и провести замеры температур через 10 минут.

Построить кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах. Определить темп охлаждения. Сравнить его с величиной темпа охлаждения, полученной расчетным путем.

7. Рассчитать эффективный коэффициент теплоотдачи радиаторов.

Используя материал, изложенный в [3], оценить эффективность примененных радиаторов.

Исследование теплового режима РЭС при внутреннем перемешивании воздуха или внешнем обдуве 1. Ознакомиться с лабораторной установкой.

2. Установить термодатчики в тех же точках и на тех же расстояниях от исследуемого элемента, что и при выполнении первой части. Рассчитать среднеобъемный перегрев нагретой зоны.

3. Замерить температуру окружающей среды. Включить установку и выставить ту же начальную мощность, что и в части один.

Производительность вентилятора задается преподавателем.

4. Произвести замеры температур в тех же точках, что и в первой части.

Результаты свести в таблицу. По градуировочной кривой определить температуры элементов.

5. Построить тепловые характеристики аппарата и его элементов.

Сравнить с расчетной тепловой характеристикой и с тепловыми характеристиками, полученными при выполнении первой части.

6. Выключить аппарат и провести замеры температур через 10 минут. При этом целесообразно оставить включенным вентилятор. Построить кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах. Определить темп охлаждения. Сравнить его с величиной, полученной расчетным путем, в первой части.

7. Рассчитать эффективный коэффициент теплоотдачи радиаторов.

Используя материал, изложенный в [3], оценить эффективность примененных радиаторов. Сравнить с величиной э, полученной в первой части.

IV. Содержание отчета 1. Цель и краткое содержание работы.

2. Таблицы полученных данных и градуировочные кривые.





3. Расчеты: Кз, hз, температуры нагретой зоны, темпа охлаждения, э радиаторов.

4. Тепловые характеристики прибора и его элементов.

5. Кривые охлаждения в обычном и полулогарифмическом масштабах.

6. Сравнительный анализ эффективности примененных радиаторов.

7. Краткие выводы по работе.

Литература: [1], с.116…121, 126…133, 166…172, 199…206, 230…235;

[2];[3], с.154…158.

РАБОТА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ I. Цель работы Исследование тепловых режимов полупроводниковых приборов, изучение методов и средств отвода тепла.

II. Основные теоретические положения Тепловой пробой в полупроводниковых приборах Одной из причин, ограничивающих возможность использования полупроводниковых приборов (ППП) в тяжелых условиях эксплуатации, является их неустойчивость против тепловых воздействий. Как известно, диапазон температур германиевых приборов ограничивается величиной +85°С, а кремниевых - + (100…150)°С.

Тепловой режим ППП определяется совокупностью воздействия температуры окружающей среды и мощностью, рассеиваемой на p-nпереходе. Если величина нагрева за счет температуры окружающей среды может быть сведена к минимуму, то тепло, выделяемое за счет рассеиваемой мощности, в сильной степени сказывается на параметрах и характеристиках ППП.

При высоких температурах возможно ухудшение качества внутренних спаев и могут происходить процессы вплавления или диффузии. В области низких температур действуют термические напряжения на спаи и на p-n-переход прибора. Поэтому надежность работы схемы будет сильно зависеть от таких факторов, как температура p-n-перехода, мощность рассеяния, напряжение на переходе. Так, при работе ППП в режиме больших рассеиваемых мощностей наблюдаются частые отказы, основной причиной которых является тепловой пробой.

При некоторых величинах обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу, обратный ток через переход начинает резко возрастать.

Область резкого роста обратного тока называют областью пробоя p-nперехода. Если условия работы перехода таковы, что в нем выделяется в единицу времени больше тепла, чем отводится, то происходит накопление тепла, вызывающее рост температуры перехода и тепловой пробой.

Характерной чертой теплового пробоя является наличие участка отрицательного сопротивления на обратной ветви вольт-амперной характеристики p-n-перехода.

Тепловые и термочувствительные параметры ППП Для расчета или определения тепловых режимов ППП необходимо знать их тепловые параметры, которые характеризуют работу прибора.

Этими параметрами устанавливается связь между рассеиваемой мощностью и температурой различных областей ППП. Последние характеризуются следующими параметрами:

- температурой Тп p-n-перехода;

- мощностью Р, рассеиваемой p-n-переходом;

- тепловым сопротивлением переход – корпус RПК ;

- тепловым сопротивлением корпус – среда Rкс.

Определяющим тепловым параметром с точки зрения тепловой устойчивости является температура p-n-перехода.

Для ППП в качестве допустимой температуры задается максимальная температура перехода, при которой прибор сохраняет работоспособность, или максимальная допустимая температура корпуса Ткmax при воздействии оговоренных токов и обратных напряжений.

Связь рассеиваемой мощности в ППП и температуры p-n-перехода в статическом тепловом режиме имеет вид Т = Т + РR.

П К ПК Температуру p-n-перехода непосредственным образом измерить нельзя, поэтому в настоящее время используют различные термочувствительные параметры, т.е. параметры, обладающие определенными функциональными зависимостями от температуры.

К термочувствительным параметрам предъявляются следующие требования: высокая чувствительность к температурным изменениям, стабильность параметра на протяжении определенного периода времени, постоянство температурного закона для различных образцов приборов одного и того же типа, если не производится отдельная градуировка каждого ППП. Параметр не должен быть чувствительным к изменению напряжения и тока.

В качестве термочувствительных параметров используются обратные токи переходов Iко, Iдо, прямые падения напряжений на переходах UПР; коэффициент передачи по току. Обратный ток коллекторного перехода Iко обусловлен генерацией пар электрон-дырка в областях коллектора и базы на расстоянии диффузной длины L носителей тока от коллекторного p-n-перехода. Следовательно, при изменении температуры ток Iко дает усредненный результат по объему базы и коллектора на расстоянии L. При увеличении температуры среды, а также при увеличении температуры перехода в результате превышения допустимой мощности рассеивания на коллекторе ток Iко растет по закону -t t Iко = Iко, т.е. возрастает вдвое при повышении температуры на каждые 10°С. В этой I формуле - ток при температуре t.

ко Измеряя температуру по параметру Iко, контроль температуры коллекторного перехода можно проводить с точностью не менее +2°С при условии предварительной температурной градуировки индивидуального образца.

Метод измерения температуры в диодах по величине Iдо используется редко ввиду сложности процесса измерения и неудовлетворительной точности результатов.

Зависимость прямого падения напряжения на p-n-переходе от температуры можно получить из выражения для вольт-амперной характеристики перехода в следующем виде:

к Т IПР UПР = ln +1, g Iдо где к – постоянная Больцмана; g – заряд электрона; IПР – прямой ток через p-n-переход.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.