Файл: Эс как технические изделия характеризуются большим количеством внутренних и внешних характеристик (параметров).pdf

где k
к
– коэффициент теплоотдачи конвекцией от ФЭ в окружающую среду, Вт/(м
2
·
0
C
). Значения k
к сложным образом зависят от многих
Рис. 6.5. Естественное (а) и принудительное (б) воздушное охлаждение ЭС факторов: формы поверхности, ее ориентации, скорости движения среды, ее вязкости, плотности, характера движения (ламинарное или турбулентное) и т.д. Примерные значения k
к для некоторых видов конвективного охлаждения приведены в табл. 6.2.
Таблица 3.2
Значения коэффициентов теплопередачи k
к
, Вт/(м
2
·
0
C)
Охлаждающая среда, процесс
Движение среды свободное вынужденное
Газ
Вязкая жидкость (масла)
Вода
Кипящая вода
Конденсация капель водяного пара
Конденсация паров органических жидкостей
2...10 200...300 200...600 500...40000 1000...100000 200...2000 10...100 300...1000 1000...3000 500...40000 1000...100000 200...2000
Системы воздушного конвективного теплообмена (естественного или принудительного) используются в большинстве наземных.
Эффективность естественного воздушного охлаждения повышается с использованием теплообменников с развитой поверхностью, называемых радиаторами (рис. 6.6).
Для принудительного воздушного охлаждения обычно используют малогабаритные осевые вентиляторы (одиночные или объединяемые в блоки).
Применение воздушного охлаждения в бортовых ЭС ограничено понижением плотности воздуха с ростом высоты и значительными габаритами радиаторов и вентиляторов. Поэтому для бортовых ЭС

чаще используют жидкостные замкнутые СОТР (рис. 6.7). В качестве жидких теплоносителей в них используют воду, аммиак, спирты, этиленгликоль и др. Эти же жидкости обычно применяют и в испарительно-конденсационных СОТР.
Рис. 6.6. Радиаторы воздушного охлаждения: а – пластинчатый; б – игольчатый
Рис. 6.7. Система жидкостного охлаждения оснований двух блоков:
1
– охлаждаемые основания; 2 – система трубопроводов; 3 – воздушно- жидкостный радиатор с вентилятором;
4
– бак-накопитель жидкости; 5 - насос
Одними из наиболее эффективных испарительно-конденсацион- ных систем являются теплоотводящие устройства, называемые тепло- выми трубами и работающие по принципу замкнутого испарительно- конденсационного цикла, основанного на испарении жидкости в зоне подвода теплоты, передаче теплоты с потоком пара, конденсации пара в зоне отвода теплоты и возвращении жидкости в зону подвода теплоты за счет капиллярных или гравитационных сил. Тепловая труба (рис. 6.8) представляет замкнутую вакуумированную камеру, внутренняя поверхность которой облицована капиллярной структурой (фитилем),

заполненной конденсатом рабочей жидкости. В качестве фитиля могут использоваться ткани, керамика или тканная стальная сетка.
Рис. 6.8. Тепловая трубка:
1
– корпус трубки; 2 – капиллярно-пористый материал; 3 – паровой канал;
4
– площадка для охлаждаемого узла; 5 – радиатор охлаждения
Коэффициент теплопроводности тепловых труб на 1-2 порядка превышает теплопроводность меди.

эффективности охлаждения применяют двух- и более каскадные батареи. Термобатареи обычно используются для термостабилизации
(активной) отдельных, чувствительных к температуре ФЭ (рис. 6.10).
Рис. 6.9. Схема элементарного термоэлемента:
1
– нижний; 2 – верхний спай
Рис. 6.10. Схема охлаждения БИС термоэлементом:
1
– ПП; 2 – корпус БИС; 3 – керамическая плата; 4 – медная полоска; 5 - радиатор
Стабилизация температуры корпуса БИС обеспечивается соответствующей регулировкой тока, проходящего через термоэлемент.
Поглощение теплоты
На параметры СОТР в значительной степени влияют используемые способы поглощения теплоты, которые основаны на способности к термоаккумуляции окружающей среды и материалов конструкции, а также на использовании термоэлектрического эффекта.
При термоаккумуляции происходит нагрев окружающей среды или конструкции, могут произойти фазовые превращения в материалах конструкции (плавление, испарение). Количество теплоты (кал), которое может поглотить среда или материал конструкции при нагреве, определяется соотношением Q = m
C
p
Δt, где m - масса среды или конструкции, г; C
p
– удельная теплоемкость материала среды или конструкции, ккал/(г
·
0
C);
Δt – перегрев среды или конструкции по отношению к начальной температуре,
0
C
. Для открытых СОТР, в которых нагреву подвергается окружающая среда (воздух, вода), массу которой можно считать практически бесконечной, количество поглощаемой теплоты также бесконечно.
Выбор способа охлаждения
Ориентировочно способ охлаждения ЭС можно выбрать из диаграммы (рис. 6.11) по области изменения параметров (перегреву конструкции Δt и тепловому потоку P). Область разделена на зоны,

соответствующие каждому способу охлаждения: естественным — воздушному 1 или жидкостному 3, принудительному – воздушному 2, жидкостному 4 и испарительному 5. Нижняя часть относится к блокам, верхняя - к индивидуальным элементам.
Рис. 6.11. Диаграмма выбора способа охлаждения
В дальнейшем могут быть выполнены уточняющие расчеты (в т.ч. с использованием автоматизированных систем), а также экспериментальные исследования на макетах и опытных образцах.

Лекция 7
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РЭА
Информация в виде аналоговых или цифровых сигналов в процессе хранения, преобразования, обработки и передачи может претерпевать те или искажения (по форме, фазе, амплитуде) под воздействием помех. Помехами называют не предусмотренные КД сигналы, возникающие в ФЭ и ЛС и отрицательно влияющие на работоспособность ЭС (вплоть до отказа).
Конструктивная реализация электрической принципиальной схемы сопровождается, как правило, появлением паразитных элементов.
Паразитные элементы – это элементы, не предусмотренные электрической схемой и появившиеся в результате неидеальной практической ее реализации. ЛС, изоляционные промежутки между ними, также как и резисторы, конденсаторы и индуктивности, в реальной конструкции обладают, в той или иной степени, всеми тремя параметрами (R, L, C) одновременно. Для активных ФЭ (дискретных или
ИС) наиболее характерно наличие паразитных емкостей. Паразитные элементы обычно ощутимо проявляют себя на сравнительно высоких частотах (например, индуктивные свойства проволочных выводов резисторов и конденсаторов). Паразитные явления наблюдаются также у контактных соединений (например, у разъемов). Паразитные элементы являются причиной появления паразитных связей.
Паразитные связи могут возникать между выводами ФЭ, между элементами ЭС, между ЭС и внешней средой.
Актуальность борьбы с помехами ЭС можно объяснить следующими причинами:
- снижение энергии полезных сигналов и увеличение доли паразитных связей, сопровождающих процессы микроминиатюризации
ЭС;
- рост доли задержек сигналов в ЛС по сравнению с задержками собственно логических элементов;
- усложнение функций и состава ЭС (в т.ч. увеличение количества электромеханических узлов);
- возрастание общего уровня помех (от индустриальных источников, устройств мобильной связи и т.д.)
- расширение сферы применения ЭС (в т.ч. на объектах с высоким уровнем помех).
Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по ЛС:
- отражения от несогласованных нагрузок и от различных неоднородностей в ЛС;
- затухание сигналов при прохождении их по цепям последовательно соединенных элементов;

- ухудшение фронтов и задержки сигналов, возникающие при включении нагрузок с реактивными составляющими;
- задержки в линии, вызванные конечной скоростью распространения сигнала;
- перекрестные наводки;
- паразитная связь между элементами через цепи питания и заземления;
- наводки от внешних электромагнитных полей.
При анализе процессов, происходящих в ЛС, последние представляют в виде той или иной модели, например как на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Модели ЛС длиной l: а – в виде системы прямых и обратных проводов; б – в виде совокупности элементов
«Прямой» ток (i
пр
) или проводник означает направление от источника к приёмнику. «Обратный» (i
обр
) - от приёмника к источнику.
Сопротивление R характеризует активные потери в линии, представляющие собой сопротивление постоянному току или токам низкой частоты. Индуктивность L - определяется конструкцией линии и применяемыми материалами. Для снижения индуктивности линии в ней не должны применяться магнитные материалы. Кроме этого, наличие магнитных материалов приводит к нежелательному снижению скорости распространения электромагнитной волны в линии. Электрическая емкость C определяется также конструкцией линии и применяемыми материалами. Для шин питания эта емкость должна быть по возможности больше, а для сигнальных линий - по возможности ниже.
Проводимость G определяется утечками в изоляционном материале линии. Для современных изоляционных материалов токи утечки весьма малы, что позволяет пренебречь этим параметром.
Волновое сопротивление ЛС равно Z = (L/C)
1/2
Значения волнового сопротивления обычно лежат в пределах 40...120 Ом.
По выполняемым функциям ЛС подразделяют на сигнальные, которые объединяют входы – выходы ФЭ и предназначены для передачи сигналов и электропитания (шины питания), осуществляющие подвод электрической энергии.

При анализе помех сигнальные ЛС условно подразделяют на электрически короткие и электрически длинные линии, характер искажения сигналов в которых различен.
Помехи в коротких ЛС
К коротким относят ЛС, в которых время распространения сигнала от передающего элемента до приемного t
з
меньше половины времени нарастания или спада фронта сигнала t
ф
, т.е. выполняется соотношение
t
ф
/ t
з

2
В электрически коротких линиях погонная длина l (например, измеряемая линейкой), как правило существенно меньше минимальной длины волны (спектре сигнала l << λ
min
(обычно принимают
l

0,1 λ
min
)).
Емкостная и/или индуктивная реактивность коротких ЛС, а также отражения от неоднородностей, распределенных по длине линий, приводят к изменениям нарастающих или ниспадающих фронтов сигнала.
Для короткой линии характерно постоянство напряжений и токов во всех точках по длине линии. Короткая ЛС (s - начало линии, r - конец линии), соединяющая, например, два вентиля D1 и D2, представляется обычно в виде двух моделей: ёмкостной или индуктивной
(рис. 7.2). Независимо от характера модели, качественно форма сигнала имеет одинаковый вид для обоих вариантов, проявляемый в затягивании фронта (рис. 7.3).
Рис. 7.2. Короткая ЛС и ее модели
Рис. 7.3 Искажение сигнала в коротких
ЛС
Параметр

t - предсказуемая системная задержка (или время достижения порога срабатывания), которая определяется длительностью неискаженного фронта. Процессы, происходящие в короткой ЛС, вносят дополнительную задержку

t
''. Общая задержка срабатывания элемента D2 равна

t' =

t +

t''.