реферат, рефераты скачать Информационно-образоательный портал
Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,
реферат, рефераты скачать
реферат, рефераты скачать
МЕНЮ|
реферат, рефераты скачать
поиск
Узлы функциональной электроники

Узлы функциональной электроники

Введение

Устройства функциональной электроники – это устройства, которые

работают на различных физических явлениях, работа связана с использованием

динамических неоднородностей ( временные дефекты в однородном твердом теле

). Их функционирование описывается уравнениями математической физики.

Любая ЭВС состоит из элементной базы: ИС, устройства функциональной

электроники и электрорадиоэлементы.

Электрорадиоэлементы используются давно и подразделяются на:

V активные ( п/п приборы и электровакуумные );

V пассивные:

V общего применения ( резисторы, конденсаторы и пр.)

V СВЧ устройства ( элементы, размеры которых соизмеримы с длинной

волны обрабатываемого сигнала).

Соединители и коммутационные устройства

Соединители – это устройства, предназначенные для механического

соединения /разъединения электрических цепей в обесточенном состоянии.

Коммутационные устройства – это устройства, предназначенные для

периодического замыкания/размыкания цепей под током.

Соединитель образует разъемное, контактное соединение. Существуют

неразъемные соединения – паяные, сварные и пр.

Коммутационные устройства могут быть с ручным или электрическим

управлением. Коммутационные устройства делятся на:

V контактные – используют механическое соприкосновение двух

контактных деталей;

V бесконтактные – осуществляют коммутацию без механического

соединения/разъединения.

Теория электрического контакта

В контактном устройстве протекает ряд сопутствующих явлений, кроме

электрической проводимости.

После разреза сопротивление проводника увеличивается на некоторое

переходное сопротивление (Rпер ) – одна из основных характеристик контакта

( чем меньше, тем лучше ).

Появление переходного сопротивления объясняется ( Rпер ):

1. Как бы чисто мы не обрабатывали разрез, на нем всегда существуют микро

шероховатость, из-за этого проводник соединяется не по всей поверхности

поперечного сечения:

Sреал.>Sперв.

Площадь контакта меньше реальной площади поперечного сечения.

2. На поверхностях контактирующих деталей появляются пленки. Причины их

возникновения:

V атомарный кислород оседает, образуя пленку;

V за счет соединения O2 и металла – окисные пленки;

Существуют пассивирующие и рыхлые пленки. Рыхлые пленки могут

существенно влиять на Rпер.. Чем больше температура, тем больше

скорость роста пленки, но при достижении некоторой температуры

пленка разрушается.

серебро …………… t пл.=150 (C

алюминий…………tпл.=3000 (С

V осаждение пленки воды – оказывает малое влияние на Rпер., но при

замерзании воды могут возникнуть пленки льда, а это уже

диэлектрик.

V сульфидные пленки – у них большая толщина и плотность.

Наличие пленок затрудняет прохождение электрического тока. В зоне

контакта ток протекает благодаря эклектической проводимости металлов и ещё

благодаря фрикинг-эффекту.

Фрикинг-эффект

Между несоприкасающимися пленками возникает большая напряженность

электрического поля, из-за такой электрической напряженности возникает

пробой, металл расплавляется и возникает электрический контакт.

[pic]

Ток может протекать через пленку и благодаря туннельному эффекту.

3. Эффект стягивания

Удлиняется путь электронов из-за изменения траектории движения,

вызванного разрезом проводника.

Эквивалентная схема контактного устройства

N – количество шероховатостей ( величина случайная, при каждом

соприкосновении N изменяется ).

RV1 – сопротивление шероховатостей;

Rст1 – сопротивление стягивания;

Rпл1 – сопротивление пленки.

В среднем можно считать переходное сопротивление по упрошенной

формуле:

[pic], где

( - удельное сопротивление материала контакта;

. - коэффициент Пуассона ( механическая характеристика );

E – модуль упругости материала;

Q – усилие контактного нажатия;

hв – средняя высота выступа.

Статическая нестабильность переходного сопротивления –

среднеквадратическое отклонение. Характеристикой контактного устройства

является динамическая нестабильность – показывает степень изменения Rпер

при воздействий на контактное устройство внешнего механического воздействия

( вибрация, удар ).

Более сложные физические явления работы наблюдаются в динамическом

режиме работы – при замыкании / размыкании.

При размыкании возможно наблюдение явления дуги и следовательно

расплавление контактов. Возникает из-за высокой ионизации между контактами.

Дуга зависит от:

. материала;

. напряжения и тока;

. чистоты поверхности;

. состава окружающей атмосферы;

. от наличия реактивных элементов в коммутируемой цепи.

Разность потенциалов между контактами это (инд. и (ист.. Из-за дуговой

эрозий очень ухудшается контакт.

Наблюдается явление мостиковой эрозии, возникает при низких

напряжениях между контактами. При размыкании уменьшается число точек

соприкосновения и увеличивается плотность тока, металл оплавляется и

вытягивается, и, следовательно, контакт разрушается.

Электрические соединители.

Классификация по виду соединяемых частей:

1группа: - низковольтные, НЧ- предназначены для работы на Uh< 1500 В и f 40 грамм.

Система обозначений.

Обозначение реле делится на несколько блоков:

. Буква Р – реле

. Принцип действия.

Э - электромагнитное;

П – поляризованное;

Г – герконовое;

. Буква

К – низкочастотное;

А – высокочастотное;

. Порядковый номер разработки.

Пример – РЭК- 20.

Преимущества электромагнитного реле:

Большой диапазон коммутируемых токов и напряжений. Малое переходное

сопротивление в замкнутом состоянии. Очень высокое сопротивление между

контактами в разомкнутом состоянии .Хорошие электроизоляционные свойства.

Недостатки:

Малое быстродействие.

Низкая чувствительность, наличие дребезга контактов.

Магнитоуправляемое (герконовое)реле – магнитоуправляемое реле представляет

собой катушку с герконом.

Геркон – балон с вакуумом ( или может быть наполнен спец. газом) с

контактами изготовленными из пермаллоя.Поверхности контактов покрывают

золотом или серебром.

Различают сухие герконы и жидкостные.

Жидкостный геркон -

Недостатки жидкостного геркона:

- нельзя поворачивать геркон на угол больше 300.

- При низких температурах Т<300С ртуть замерзает.

Различают герконы:

- Замыкающие;

- Размыкающие;

- Переключающие;

По габаритам герконы делят:

- Длина баллона 50мм. – стандартные;

- 36мм.- промежуточные;

- 20мм. – миниатюрные;

- 10мм. – сверхминиатюрные;

Герсикон – герметичный силовой контакт. В баллон герсикона вмонтирована

магнитная система, связанная с внешним электромагнитом. У герсиконов

меньшее переходное сопротивление.

Система обозначения герконов.

1. МК – магнитный контакт.

2. А – замыкающий;

В – размыкающий;

С – переключающий;

3. Р – ртутный (если в обозначении геркона эта буква не указана , то геркон

сухой)

4. Длина l геркона в мм.

5. Две цифры (в обозначении могут быть указаны любые две):

1- малой и средней мощности;

2- повышенной мощности;

3- мощный геркон;

4- высоковольтный геркон;

5- высокочастотный;

6- геркон с памятью;

Достоинства магнитоуправляемых реле:

Повышенное быстродействие;

Повышенный срок службы;

Очень малое(стабильное) Rперех – у жидкостных герконов;

Недостатки:

Большее и менее стабильное Rперех - у сухих герконов;

Меньшие возможности по диапазону коммутируемых токов и напряжений;

Чувствительность к внешним магнитным полям;

Магнитодинамические реле.

Принцип действия:

Для переключения реле необходимо воздействовать магнитным полем на

каплю ртути, и из-за тока проходящему по среднему управляющему выводу.

Направление перемещения капли зависит от направления тока или магнитного

поля. Объем ртути должен быть небольшим.

Достоинства:

V очень стабильное и малое R пер.;

V нет ограничений по числу коммутаций.

Недостатки:

V не работает при температуре ниже -35( С;

V гальваническая связь между входной и выходной цепью;

V ограничение по коммутируемой мощности ( зависит от объёма капли

ртути ).

Электростатические реле.

Принцип действия:

Принцип действия основан на использовании кулоновских сил, которые

обеспечивают притяжение подвижного электрода с мембраной к неподвижному.

Достоинства:

V малые габариты;

V высокое быстродействие;

V гальваническая развязка.

Недостатки:

V высокое R пер. ( из плохого контактного нажатия );

V ограничение по коммутируемым мощностям.

Электромагнитострикционные реле

Принцип действия:

Принцип действия основан на явлениях магнито- или электрострикций, то

есть способности материалов изменять свой размеры под воздействием

магнитных или электрических полей.

Достоинства схожи с электромагнитными реле, и так же наличие

контактной группы.

Недостатки:

V низкая чувствительность;

V повышенная инерционность;

V необходимость наличия сильных магнитных или электрических полей.

Электротепловые реле.

Принцип действия:

Основан принцип действия на различных ТКЛР металлов в системе

биметаллической пластины.

Используются в качестве:

1. датчика температуры;

2. реле времени ( из-за высокой инерционности );

3. обычное реле;

4. устройство зашиты от перегрузок.

Достоинства:

V многофункциональность;

V малая стоимость.

Недостатки:

V малое быстродействие;

V малый диапазон выдержки времени ( около 30с. );

V малая точность времени.

Электронные реле.

Это обычный электронный ключ, например на транзисторах ( различают:

биполярные, полевые, КМОП и МОП структуры ).

На КМОП-структуре:

На биполярном транзисторе:

Достоинства:

V полная ( функциональная, конструктивная ) совместимость с

интегральными схемами;

V высокое быстродействие;

V отсутствие дребезга контактов;

V высокая чувствительность.

Недостатки:

V отсутствие гальванической развязки между входом и выходом;

V ограничения по коммутируемым мощностям;

V не достаточно низкое сопротивление в замкнутом состоянии;

V не достаточно высокое сопротивление в разомкнутом состоянии;

V восприимчивость к спец. факторам ( (-, (-излучениям и пр. ).

Оптоэлектронные реле.

Оптоэлектронным реле называют оптроном или оптоэлектронной парой.

Представляют собой 3-и системы:

1. преобразует электрический ток в световое излучение -

светоизлучатель;

2. передающая система – для передачи света;

3. обратное преобразование светового потока в электрический сигнал

– фотоприемник.

В качестве светоизлучателей используют:

V электролюминисцентные конденсаторы;

V светодиоды;

V сверхминиатюрные лампы накаливания.

Для светодиодов справедливо следующее:

[pic], где

h – постоянная Планка;

c – скорость света;

( E – ширина запрещенной зоны полупроводника.

Длина волны видимого света от 0,45мкм. до 0,68мкм., более 0,9мкм.

инфракрасное излучение.

Передающая система – вспомогательная система. Должна быть

высокопрозрачной, с хорошей адгезией к материалам свето- приемника и

излучателя, а также равенство ТКЛР и хорошие диэлектрические свойства.

Применяют прозрачные клеи и лаки.

Исполнительная система. По ней различают типы оптопар:

V диодные;

V резисторные;

V транзисторные;

V однопереходные транзисторы;

V тиристорные оптопары.

Резисторная оптопара.

Используется полупроводниковый фоторезистор – это селенид кадмия,

сернистый кадмий. Их сопротивление падает при излучении на них света. Для

диапазона ИК-лучей используют PbS или PbSe. Недостаток – это зависимость от

температуры сопротивления. Достоинства – возможность работать на переменном

токе.

Для излучателей используют сверхминиатюрные лампы накаливания (

оптопара ОЭП-1 ), электролюминисцентные конденсаторы ( оптопара ОЭП-8 ) и

светодиоды ( оптопара ОЭП-7, ОЭП-6 ( с ИК диодом)).

tвкл. (200 мс tвкл. (600 мс tвкл. (120 мс

Диодная оптопара.

Используются полупроводниковые диоды в фотодиодном режиме, либо

фотогенераторном режиме. Наибольшим быстродействием обладают p-i-n диоды (

очень малое время включения ).

В качестве излучателя используется фотодиод.

АОД-101 ( tвкл. =1мкс)

На p-i-n диоде tвкл. (1мкс

Транзисторные оптопары.

В качестве излучателей используется ИК-диоды, но можно использовать и

обычный свет.

АОТ-123 ( tвкл. (2мкс)

Тиристорные оптопары.

Для выключения прибора приходится коммутировать выходную цепь, из-за

лавинного образования электронов.

tвкл. (10 мкс

АОУ-103

На основе однопереходных транзисторов ( двухбазовый диод )

Облучается эмиттер. И его можно использовать в различных режимах

работы ( фотодиодный, однопереходный транзистор и пр. ).

АОТ-102 (tвкл. (5мкс )

Оптопары с открытым каналом.

Бывают с прямым прохождением света или с отражением света.

Достоинства оптоэлектронных реле:

V полная гальваническая развязка между входом и выходом;

V высокая чувствительность;

V высокое быстродействие;

V «полная» совместимость с интегральными схемами.

Недостатки такие же, как и у электронных реле.

Гальваномагнитные реле.

Используют для коммутации либо эффект Холла, либо эффект Гаусса.

Достоинства:

V бесконтактного реле;

V малые габариты.

Недостатки:

V восприимчивость к спец. факторам;

V критичность к температурным воздействиям.

Электретные реле.

Здесь в качестве диэлектрика в конденсаторе используется тонкая пленка

электрета ( пленка из фторопласта ). Величина тока в цепи будет зависеть от

скорости перемещения подвижной обкладки.

Это бесконтактное реле, не потребляет тока, отсутствие дребезга

контактов. Недостатки: восприимчивость к воздействию спец. факторов. Эти

устройства имеют механическое управление ( или дистанционное ).

Магнитные реле - в простейшем случае это двух обмоточный трансформатор

(сердечник может быть выполнен из ферромагнитного материала).

При подаче напряжения на вход появляется напряжение на выходе .Обычно

работает на переменном токе.

Достоинства:

Полная гальваническая развязка.

Неограниченное число коммутаций.

Недостаток:

Большие габариты.

Пьезоэлектрические реле – работа основана на том, что при деформации

Страницы: 1, 2, 3



© 2003-2013
Рефераты бесплатно, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.