Диссертация (Метод повышения устойчивости печатных узлов БРЭА космических аппаратов к возникновению ЭСР), страница 10

Поэтому необходимовносить поправку в сторону уменьшения теоретического значения,ориентируясь на полуколичественные оценки [73]. Для внутреннихпроводников многослойных печатных плат такие поправки естественно ненужны.2.2 Экспериментальное получение исходных данных для расчетнотеоретической моделиЭкспериментальное получение исходных данных для расчетнотеоретическоймоделиоптимизациивеличиныудельнойобъемнойэлектропроводности радиодиэлектрика печатной платы типового цифровогоустройства (мультивибратора) проводилось двумя независимыми методами:- проводился компьютерный расчет выходного сигнала симметричногомультивибратора по принципиальной схеме рис. 2.2 с помощью программырасчета электронных схем LTspice IV;- выполнялось макетирование симметричного мультивибратора, изатемвыходнойсигналрегистрировалсяспомощьюцифровогоосциллографа Tektronix 3012В;LTspice IVявляетсямощнойпрограммойсхемотехническогопроектирования для моделирования электрических схем.

Эта разработкафирмы Linear Technology (США, Калифорния) является бесплатной исвободно распространяется разработчиком. Этот пакет использует хорошоизвестный язык описания электрических схем пакета SPICE, ставший дефакто стандартом для мировых автоматизированных систем проектированиясхем. Вместе с тем, пакет LTspice IV также имеет интуитивно понятныйграфический интерфейс представления схемы и ее элементов, и освоение егоне составляет больших трудностей, а также хорошую скорость построениямодели. Подробный обзор на русском языке возможностей и принциповработы с этим программным обеспечением дан в [74]57На рисунке 2.3 представлен выходной сигнал мультивибраторапредставленного на рис.

2.2. Расчет проведен с помощью программы анализаэлектронных схем LTspice IV.Нарис2.4.представленвыходнойсигналмультивибраторапредставленного на рис. 2.2. Расчет проведен с помощью программы анализаэлектронных схем LTspice IV. Изменен масштаб по оси х. Период колебанийТ= 1,63 мс. Амплитуда выходного напряжения 9,8 В.На рис. 2.5 представленвыходной сигнал макетного образцамультивибратора выполненного по принципиальной схеме, представленнойна рис. 2.2. Резисторы макетного образца имеют разброс сопротивления ±1%, конденсаторы имеет разброс емкости ± 10%. Период колебаний Т= 1,44мс.

Амплитуда выходного напряжения 9,8 В. Измеренный потребляемый ток5,4 мА.Незначительное различие (11,6%) расчетного периода колебаний (Т=1,63 мс) и измеренного периода колебаний на макетном образце (Т= 1,44 мс)обусловленоразбросомемкостейисопротивленийиспользованныхрадиоэлементов.Рисунок 2.2 Принципиальная схема типового цифрового устройства –мультивибратора58Рисунок 2.3 Выходной сигнал мультивибратора. Расчет с помощью программыанализа электронных схем LTspice IVРисунок 2.4 Выходной сигнал мультивибратора.

Расчет с помощью программыанализа электронных схем LTspice IV. Изменен масштаб по оси х. Период колебаний Т=1,63 мс. Амплитуда выходного напряжения 9,8 ВРисунок 2.5 Выходной сигнал макетного образца мультивибратора выполненногопо принципиальной схеме, представленной на рис. 2.2. Резисторы макетного образцаимеют разброс сопротивления ± 1%, конденсаторы имеет разброс емкости ± 10%. Периодколебаний Т= 1,44 мс. Амплитуда выходного напряжения 9,8 В. Потребляемый ток 5,4 мА59Далее экспериментальное получение исходных данных для расчетнотеоретическоймоделиоптимизациивеличиныудельнойобъемнойэлектропроводности диэлектрика печатной платы типового цифровогоустройства(мультивибратора)проводилосьследующимобразом.Принципиальная схема, представленная на рис.

2.2 была дополненаодиннадцатьюдополнительныерезисторамиутечкивR5…R15,схемезапризваннымисчетпримененияимитироватьдиэлектрика,обладающего нанопроводимостью в качестве материала печатной платымультивибратора. Преобразованная таким образом принципиальная схемамультивибратора представлена на рис. 2.6. Для этой схемы были проведенырасчеты выходного сигнала мультивибратора с помощью программы расчетаэлектронных схем LTspice IV. При расчетах все дополнительные резисторыR5…R15 имели одинаковое сопротивление. При сопротивлениях резисторов5 МОм, 2 МОм и 1 МОм искажений выходного сигнала мультивибратора ненаблюдалось.

Искажения выходного сигнала мультивибратора появились,когда номиналы резисторов были снижены до величины 500 кОм, иискажения усилились при снижении номиналов резисторов R5…R15 до 200кОм. Соответствующие расчетные данные приведены на рис. 2.7, рис. 2.8,рис. 2.9.Макетный образец мультивибратора был дополнен в соответствии сосхемой рис. 2.6 резисторами R5…R15 номиналом 1 МОм. Полученная дляэтого случая осциллограмма ничем не отличается от осциллограммывыходного сигнала исходного мультивибратора приведенной на рис. 2.5.60Рисунок 2.6 Преобразованная принципиальная схема мультивибратора дополненаодиннадцатью резисторами R5…R15, призванными имитировать дополнительные утечкив схеме за счет применения диэлектрика, обладающего нанопроводимостью, в качествематериала печатной платы мультивибратораРисунок 2.7 Совмещенные выходные сигналы мультивибратора:- синяя линия (сплошная) исходный мультивибратор;- красная линия (прерывистая) преобразованный мультивибратор(смещена),сопротивления резисторов R5…R15 составляют 5 МОм, 2 МОм, 1 МОм61Рисунок 2.8 Совмещенные выходные сигналы мультивибратора:- синяя линия (сплошная) исходный мультивибратор;- красная линия (прерывистая) преобразованный мультивибратор, сопротивлениярезисторов R5…R15 составляют 500 кОм.Период колебаний преобразованного мультивибратора Т = 1,1 мс, амплитудавыходного напряжения 9,65 В.

Потребляемый ток 5,5 мАРисунок 2.9 Выходной сигнал преобразованного мультивибратора, сопротивлениярезисторов R5…R15 составляют 200 кОм. Период колебаний Т = 0,8 мс, амплитудавыходного напряжения 9,45 В. Потребляемый ток 5,7 мАТакимобразом,проведенопредварительноекомпьютерноемоделирование работы типового цифрового устройства - мультивибратора62дляобоснованиявозможностизаменытрадиционныхдиэлектриковпечатного узла на нанопроводящие диэлектрики, исключающие возможностьвозникновения электростатическихразрядов приоблучениипотокомэлектронов. Мультивибратор был рассчитан в программе симуляцииэлектрических схем LTspice IV, выходной сигнал с него сравнивался среальнымвыходнымсигналомтипа«меандр»смакетнойсхемымультивибратора на транзисторе 2N3904, подключенной к запоминающемуосциллографу Tektronix 3012В.

Незначительное различие (11,6%) расчетногопериода колебаний (Т= 1,63 мс) и измеренного периода колебаний намакетном образце (Т= 1,44 мс) обусловлено разбросом емкостей исопротивлений использованных радиоэлементов. Затем, для имитацииприменения нанопроводящего диэлектрика (с необходимым удельнымэлектрическим сопротивлением 109 Ом·м) в узлы расчетной схемы (нарисунке 2.2) были последовательно добавлены высокоомные резисторыноминалом в 1, 5 и 10 МОм как имитация утечек в диэлектрике, обладающемнанопроводимостью. Искажений после расчета и симуляции выходногосигнала мультивибратора не наблюдалось, однако при дальнейшей заменерезисторов номиналом в 500 кОм и 200 кОм появились существенныеискажения формы и периода сигнала. Аналогичное сравнение былопроведено с макетным образцом, дополненным резисторами 1 МОм –никаких отличий выявлено не было.Выводы:Проведено предварительное компьютерное моделирование работытиповогоцифровогоустройства:мультивибратора,дляобоснованиявозможности замены традиционных диэлектриков печатного узла нананопроводящие диэлектрики, исключающие возможность возникновенияэлектростатическихразрядоввозможность такой замены.приэлектронномоблучении.Показана63Глава3Технологияизготовлениямодельногодиэлектрика(нанопроводящего материала) и исследование его электрофизическихсвойствВ предыдущей главе была показана возможность использованиянанопроводящего диэлектрика в бортовой электронике, путем расчетамодели типового устройства в программе схемотехнического моделирования.В данной главе пойдет речь об отработке технологии получения такогоматериала, обладающего нанопроводимостью, в лабораторных условиях,исследованиях его электрофизических свойств в зависимости от количествадобавленного проводящего составляющего.3.1 Электропроводящие полимерыНаполненные полупроводниковые и электропроводящие полимеры этообширныйкласспроводимостью,материалов,обусловленнойхарактеризующихсявведениемвэлектрическойструктуруполимерапроводящих компонентов.

Это гетерогенные системы, состоящие изпроводящих, связующих компонентов и наполнителей. По своей связующейоснове наполненные полимеры могут быть разделены на карбоцепные игетероцепные. Таким образом, исходный полимер играет роль связующегоматериала,определяяфизико-химическиесвойстварезультирующегокомпозитного материала.3.2 Проводящие компоненты.В наполненных полимерах в качестве проводящих компонентовшироко используются порошкообразные материалы такие, как технический64углерод, графит, мелкодисперсные частицы серебра и других металлов.Задача получения таких полимеров хорошо изучена, однако свойстваполимеров при этом могут претерпеть значительные изменения из-забольшого количества вводимых добавок, сведенных в таблице 3.1 изобзорной статьи [75]Таблица 3.1НаполнительВиднаполнителяСтепеньУдельноеЛитературныйнаполнения, объемноеисточник (из%электрическое [75])сопротивление,Ом·смМеталлические наполнителиСереброПорошок75Частицы60чешуйчатойформыМедьПорошок80Волокно8Волокно88АлюминийОбработанный 30порошокХлопья30Углеродсодержащие наполнителиТехнический Порошок30углеродПМ-100Грален-2Волокно20Использованиеуглеродаи10-310-4[1][5]10-31010-310+4[4][12][12][3]10-1[3]10-2[2]10-0[13]графитаобусловлено,помимоихэлектрических свойств, химической инертностью и устойчивостью кнагреванию.