Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В настоящее время РЭС, какправило, являются комбинированными, т.е. включающими в себякак аналоговые СВЧ-блоки, так и блоки цифровой обработкиинформации.В заключение отметим, что РЭС могут иметь различныеконструктивные формы в зависимости от их функциональнойсложности и степени интеграции используемых ИС. Например, привысокой степени интеграции и соответствующей функциональнойсложности (свыше1000 элементов) устройство может бытьзаключено в один объем, имеющий форму моноблока, ячейки,микросборки и даже одного кристалла.
При недостаточной степениинтеграции формообразование радиоустройств идет по путисоздания многоблочной конструкции. Это положение отражаеттабл. В.1, в которой показана зависимость формообразования конструкций РЭС от степени интеграции микросхемы.7Таблица B.IРангфункциональнойсложностиРЭСУстройствоБлокФорма конструктивного исполнения приколичестве элементоввИС1000...не более 100 100...1000> 1000010000МоноблоМногоблочнаякМСБСБИС**конструкцияили ФЯМоноблокФункциональнаяячейкаСубблокФункциональныйузелИС, гибриднаяИС,функциональныйкомпонентМСББИС—БИС*——~~~* БИС — большая интегральная схема,** СБИС — сверхбольшая интегральная схема.В приведенной таблице можно указать конкретные виды конструктивов: многоблочная конструкция — ЭВМ ЕС 1045, моноблок —микрокалькулятор на печатной плате «Электроника МК36», МСБ — микрокалькулятор на стеклянной подложке с кристалл о держателями серииК145 «Электроника БЗ-04», СБИС — однокристальная ЭВМ.В.2.
Тенденции развития конструкций РЭСРазвитие конструкций РЭС, как известно, прошло уже четыреэтапа.Смена каждого поколения обуславливалась сменой элементнойбазы, в основном активных элементов РЭУ, и, как следствие, сменойметода и правил компоновки и монтажа.Первое поколение РЭС базировалось на ламповой технике и блочном методе компоновки и монтажа.
Появление отечественных лампотносится к 1919 г. (Нижегородская радиолаборатория подруководством М.А. Бонч-Бруевича), а начало радиовещания в СССР— к 1924 г.Первые радиолокационные станции (РЛС) появились в 1933 г.Таким образом, можно говорить, что промышленное серийноепроизводство РЭС началось примерно с 1930 г., а весь периодразвития конструкций РЭС занимает около 60 лет. Сложность РЭСувеличивается сейчас примерно в 10 раз за каждые пять лет.Ламповая техника также непрерывно видоизменялась: лампы стеклянной и металлической серий, пальчиковые лампы, лампы серий«дробь» и «желудь». Блочный метод компоновки заключался ввыполнении конструкций крупных частей схемы в виде моноблоков,чаще8всего без кожухов, компонуемых в стойках и фермах икоммутируемых как внутри себя, так и между собой проволочножгутовым монтажом (рис.
В.1). Основными недостаткамиконструкций этого поколения были малая унификация, неразвитаяэксплуатационная взаимозаменяемость и, как следствие, низкаянадежность. Однако при невысоком уровне сложности РЭС этинедостатки были не очень заметны. С усложнением РЭС появилисьтребованиякрупносерийногопроизводства,аименно:необходимость расчленения всей конструкции на более мелкиечасти и введения унификации этих частей.
Это позволило упростить сборочно-монтажные и регулировочные работы, уменьшитьтрудоемкость и стоимость, ввести поточный метод производства иповысить надежность. Такими первыми унифицированнымиконструкциями были унифицированные функциональные узлы(УФУ) «Элемент-1» на печатном монтаже и лампах типа «дробь»(рис. В.2). Как видим, произошли изменения в методах компоновки(от блочного к функционально-узловому) и монтажа (отпроволочно-жгутового к печатному).
Сами же лампы подверглисьсильной миниатюризации. Все говорило о начале перехода к новомувиду поколения.Так и произошло: в 1954 г. появилось II поколение конструкцийРЭС— промышленная транзисторная техника (изобретение транзистораотносится к 1948 г.). Миниатюрные лампы были заменены натранзисторы в корпусах ТО-5, а УФУ «Элемент-1» — на УФУ«Элемент-2» (рис.В.З). Функционально-узловой метод сталдоминировать во многих конструкциях РЭС, в особенности споявлением и развитием средств вычислительной техники.Ламповая техника применялась в мощных радиопередающихустройствах на магнетронах, лампах бегущей и обратной волны(ЛБВ и ЛОВ), а также еще многие годы обеспечивала промышленное производство телевизоров, где смена поколений вмассовых тиражах не могла произойти в короткие сроки потехническимиорганизационным причинам.В период транзисторной техники возникло новое направление вконструировании РЭС — миниатюризация аппаратуры.
Уменьшилисьразмеры и массы пассивных ЭРЭ, транзисторов и трансформаторов,катушек индуктивностей и даже электронно-лучевых трубок.Появились новые конструкции функциональных узлов: плоские иобъемные модули (рис. В.4),плоские и этажерочные микромодули(рис. В. 5), отличающиеся оригинальностью конструкций и монтажа иувеличением плотности упаковки элементов в объеме с 0,1 эл/см3 до1,5...2 эл/см3 . Однако сохранение за дискретными ЭРЭ главной ролиосновного конструктивного элемента с частотой отказов λ = 10-6 ч-1не смогло существенно повлиять на надежность РЭС, и при всеболее увеличивающейся их сложности ве-Рис.
B.I. Многоблочная конструкция РЭС Iпоколения:а — моноблок; б — стойкаРис. В.2. Конструкция унифицированногофункционального узла «Элемент-1»:1 — печатная плата;2 — лампа типа «дробь»;3 — резистор; 4 — конденсатор;5 — проволочный вывод;6 — печатный проводникРис. В.4. Конструкция объемногомодуля:1 — резистор; 2 —транзистор;3 — печатная плата;4 — проволочный выводРис. В.З.
Конструкция унифицированногофункционального узла «Элемент-2»:/ — печатная плата; 2 — транзистор;3 — резистор; 4 — конденсатор;5 — проволочный вывод;6 — печатный проводникРис. В.5. Конструкция этажерногомикромодуля:а — микроэлементы;б — микромодуль после пайки;в — микромодуль послезаливкироятность безотказной работы падала. Это противоречие былоразрешено с появлением интегральных микросхем (начало 60-хгодов).Третье поколение РЭС характеризуется применением новойэлементной базы — корпусированными ИС широкого применения иминиатюрными ЭРЭ на печатных платах с высокой разрешающейспособностью (до 0,3 мм).Микросхемы, по своей функциональнойсложности представляющие функциональные узлы, выпускалисьвтегодывметаллических,пластмассовыхиметаллокерамических корпусах прямоугольной и круглойформы со штырьевыми и плоскими выводами. Число выводов непревышало 15.
Микросхемы в количестве 20...30 штуккомпоновались на печатных платах со средними размерами 140x170мм, выводная коммутация с которых осуществлялась стандартнымиразъемами. Такая конструкция,наиболее характерная дляцифровых устройств, получила название вначале субблока, апозднее — функциональной ячейки (рис. В.6).Рис. В.б.
Конструкция функциональной ячейки Ш поколения:1 — металлическая накладка (коллектор тепловых стоков); 2 — печатнаяплата;3 — корпусированная ИС; 4 — отверстие для стягивания пакета ячееквинтами;5 — навесной конденсатор фильтра; 6 — толстопленочная МСБ,эквивалентнаяпо сложности рассматриваемой ячейке (приведена для сравнения занимаемыхплощадей); 7 — соединительЯчейки ЭВМ, выполненные по принципу базовых несущихконструкций, называют типовыми элементами замены. Длятаких конструкций12величина упаковки элементов в объеме достигает 30 эл/см 3. К достоинствам таких конструкций относятся: легкосъемность иремонтопригодность, сравнительно легкий тепловой режим,нерастянутые срокиразработки и производства (образно выражаясь«купи и собери сам»),несложная и хорошо отработанная (с 1950 г.)технология печатного монтажа.
Все это обеспечивает невысокуюстоимость изделий. Применение же микросхем, изготовлениекоторых основано на групповых методах получения целого набораэлементов на подложке или в объеме кристалла, позволяет резкоповысить надежность. Так, частота отказов одной ИС, содержащейпорядка 100 элементов, равна частоте отказоввсего лишь одного дискретного ЭРЭ, т.е. λ ИС ~λ ЭРЭ =10 -6 ч -1Таким образом, достижения в области микроэлектроики и еепромышленного внедрения позволили перейти к созданию новогопоколения конструкций РЭС — к интегральным радиоэлектроннымустройствам.Интегральныерадиоэлектронныеустройстваотличаются малыми массой и габаритами, высокой надежностью,пониженным потреблением энергии, меньшей стоимостью,групповойавтоматизированнойтехнологиейизготовлениякомпонентовиустройств,применениемСАПРприконструировании и подготовке производства.
Интегральные РЭУпроектируютсянановыхпринципахсхемотехники—микросхемотехники[3],восновекоторойзаложенамикроэлектроника. Это наглядно видно из сравнения аналогов РЭС I,II и III, IV поколений (табл. В.2).Дальнейшие пути миниатюризации РЭС, по которым шлоразвитие конструкций, в особенности космической и ракетнойтехники, привели к тому, что для резкого уменьшения массы игабаритов устройств и комплексов надо было отказаться отиндивидуальных корпусов ИС и вместо печатных плат для ихкомпоновки ввести более крупные подложки.
Иными словами,вместо того чтобы разваривать бескорпусные транзисторы намалых подложках и тем самым получать гибриднуюИС, стали делать то же самое, но с бескорпусными ИС на болеекрупных подложках, например 24x30 или 30x48 мм, т.е. получатьБГИС, или микросборку (рис. В.7). Если ГИС предназначалась дляширокого применения и корпусировалась, то МСБ стала ужеизделием частного применения. Она заменила собой целуюпечатную плату (см. рис. В.6, верхний правый угол), и посколькукомпоновка МСБ в ячейку и далее в блок тоже требовалакомпактности, сами МСБ стали бескорпусными, а блок —герметичным.
Так появились конструкции РЭС IV поколения.На рис. В.8 и В.9 соответственно показаны конструкцияфункциональной ячейки из двух бескорпусных МСБ и двухкорпусированных ИС с ЭРЭ и конструкция герметичного блока набескорпусных МСБ (припа13Таблица В.2РЭС на дискретных ЭРЭГенераторы радио- и СВЧ-частрт наЭВПи дискретных полупроводниковыхприборахАнтенны СВЧ зеркального типа ссосредоточенным питаниемИнтегральные РЭСГенераторные и усилительные ИСрадиои СВЧ-частот со сложением мощностинаобщей нагрузкеАнтенные фазированные решетки(АФР) с распределенным питанием исложением мощности в пространствеЭлектромеханический приводантенны(механическое сканированиедиаграммы направленности антенны)ЭВМ управления фазой АФР(электронное сканирование диаграммынаправленности антенны)Усилители радиочастот сраспределенной избирательностьюЧастотно-избирательные узлыиндуктивно-емкостного типа на дискретныхкатушках индуктивности и конденсаторахУсилители радиочастот на ИС ссосредоточенной избирательностью.Активные .RC-фильтры,интегральныепьезофильтры, фильтры ПАВ,цифровыефильтры на БИСЦифровые накопители наБИСПолупроводниковые ЗУ БИС, ЗУ наЦМД,ПЗС на приборах ДжозефсонаИнтеграторы аналогового типаЗапоминающие устройства (ЗУ) наферритовых кольцах и пластинахАналоговые устройства автоматикиЭлектронно-лучевые трубкиРеле и трансформаторыэлектромагнитныеРадиочастотные кабелиЦифровые устройства на БИС,СБИС,микропроцессорахМатричныеэкраны на ПЗС,светодиодах иэлектролюминесцентных пленкахРеле и трансформаторыбесконтактныеоптронныеСветоводы, волоконнаяоптикаиваемый корпус условно снят) первых лет внедрениямикросборочного конструирования.
К достоинствам конструкций IVпоколения следует отнести уменьшение массы (в 3-4 раза) и объема (в5-6 раз) моноблоков, более высокую надежность за счетисключения стандартных разъемов и замены их на гибкиешлейфы, а также сокращение числа паяных соединений(исключение выводов от корпусов), повышение вибро- и ударопрочности. К недостаткам и трудностям в развитии IV поколенияконструкций РЭС относятся повышенная теплонапряженность вблокахинеобходимостьвведениядополнительныхтеплоотводов(металлическихрамок),незащищенностьбескорпусных элементов и компонентов МСБ от фактороввнешней среды и необходимость полной герметизации корпусовблоков с созданием инертной газовой среды внутри них, болеевысокая стоимость за счет сложного и дефицитного технологического оборудования, более длительные срокиразработки иззанеобходимостиразработкисамихМСБ,какизделийчастногоприменения,недостаточное количество специалистов этогопрофиля (как инженеров, так итехнического персонала).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
