Литература: 1 Алексеев В. Ф. «Принципы конструирования и автоматизации проектирования рэу» уч пос. Мн, бгуир, 2003 2 «Действие проникающей радиации на изделия электронной техники» В. М. Кулаков, Ладыгин, Шаховцов и др

Вид материала

Литература

Содержание Влияние ИИ на резисторы Влияние ИИ на конденсаторы Влияние ИИ на полупроводники. Влияние ИИ на интегральные микросхемы. Физико-математические основы конструирования РЭС Методы теории подобия и моделирования (ТПМ) Процесс изучения системы Условия применения пи-теоремы Метод подобия Обобщающие модели конструирования РЭА Обобщающая физическая модель РЭА Модель второго рода Модель 3го рода Модель четвёртого рода Принципы описания конструкций в обобщённых параметрах Закон Фурье Закон Ома II закон Фика Электромагнитные поля Тепловые поля ... Полное содержание

Подобный материал:

• Курсовой проект по дисциплине «Основы проектирования и конструирования», 63.79kb.
• Советом бгуир 25. 06, 309.69kb.
• Методические указания по выполнению лабораторно практической работы расчет надежности, 151.69kb.
• Положение по предоставлению скидок на изделия медицинской техники (мониторы медицинские, 14.01kb.
• Материалы и элементы электронной техники, 35.61kb.
• Программа составлена так, что в полном объеме представлен маршрут проектирования, 70.02kb.
• Программа дополнительной подготовки по направлению «Энерго- и ресурсосберегающие процессы, 88.13kb.
• И границы применения вы­числительной техники для автоматизации проектирова­ния определяются, 291.49kb.
• План лекции 1 (2ч.) Технология процесса проектирования и сапр. Предпосылки к автоматизации, 41.54kb.
• С. П. Алексеев; худож. Н. Андреев. М. Дрофа, 2003. 80 с ил. (Честь и отвага), 336.53kb.

Влияние ИИ на резисторы

При воздействии на резисторы могут возникать как обратимые, так и необратимые изменения сопротивления. Может увеличиваться уровень шумов и улучшаться влагостойкость материала.

Основные причины выхода из строя резисторов – деградация электрофизических характеристик резистивного или влагоустойчивого материала.

Гамма-излучение как правило вызывает обратимые изменения. При воздействии поля его резистивность уменьшается, но при снятии поля его характеристики восстанавливаются.

Наиболее устойчивыми к ИИ являются керамические и проволочные резисторы.

Наименее устойчивые – органические и плёночные.


Влияние ИИ на конденсаторы

-изменение тангенса диэлектрических потерь

-изменяется ёмкость

Основные причины – преобразования в структуре диэлектрика, ионизация диэлектриков и выделение газов.


Наиболее стойкие к излучению конденсаторы с неорганическим диэлектриком: керамические, стеклоэмалевые, слюдяные. Время восстановления для таких конденсаторов менее двух часов.

Конденсаторы с органическим диэлектриком (бумажные, полистироловые) обладают пониженной устойчивостью к излучению. Причиной этого является разложение полимерных материалов. Время восстановления составляет 200-300ч (причём восстановление не полное).

Электролитические конденсаторы при облучении ненадёжны, отмечаются случаи разгерметизации и разложения электролита.

Наиболее устойчивые из интегральных тонкоплёночных конденсаторы на основе Al₂O₃.


Влияние ИИ на полупроводники.

Воздействие излучения служит причиной обратимых и необратимых дефектов.

Ионизирующее действие радиации приводит к генерации в объёме полупроводника избыточного заряда.

Для германиевых диодов время восстановления – несколько дней.

В случае транзисторов радиационная стойкость определяется деградацией коэффициента передачи по току, причиной которого являются эефекты.


Влияние ИИ на интегральные микросхемы.

Действие излучения проявляется в обратимых нарушениях работоспособности, вызванных ионизационными эффектами, и в необратимой деградации параметров (истощение плёнок, диффузия, миграция атомов плёнок).

Причина нарушения: изменение параметров у входящих в микросхему элементов, повреждения межсоединений, ухудшение качества изоляции.


Конструктивно-технологические методы повышения стойкости:

1. Обеспечение стойкости к излучению активных (перобразуют входной сигнал) и пассивных (конденсаторы, резисторы) элементов.
   
2. Создание надёжной изоляции.
   
3. Использование радиационно-стойких проводящих и диэлектрических пассивирующих материалов (оксидные плёнки, стойкие к излучению).
   
4. Ослабление излучения за счёт рационального выбора конструкции корпуса и применения материалов, поглощающих энергию излучения.
   

Физико-математические основы конструирования РЭС


Общие положения

При анализе и синтезе конструкций РЭА чаще всего необходимо представлять исходные материалы в виде графических и знаковых моделей (рисунки и графики, формулы и таблицы).


График – это двух- или трёхмерное изображение двух или трёх групп параметров в виде одной или семейства линий или поверхностей.

График обладает наивысшей степенью наглядности. Значения параметров могут быть как качественными, так и численными.


Уравнение – символьная запись связи многих групп параметров.


Формула – символьная запись ограниченного числапараметров для конкретной системы единиц, часто включающих в себя какие-то системы единиц.

Формулы обладают наивысшей степенью определённости, но пригодны в узкой области.


Таблица – форма записи числовых значений взаимосвязанных параметров. Составляется по экспериментальным данным либо по результатам вычислений.


Графически наиболее распространёнными являются 3 системы координат:

1. Декартова
   
2. Цилиндрическая
   
3. Сферическая (двух- и одномерные случаи)
   

В номограммах и сложных графиках используются косоугольные и криволинейные системы координат (параболические и др.)


Оптимальный выбор графических или знаковых моделей и их пространств отображения позволяет дать наиболее компактное и наглядное представление о конструкции.


Методы теории подобия и моделирования (ТПМ)

МТП решает следующие задачи:

1. Обобщение результатов ограниченного числа опытов с получением на их основе достоверной математической модели
   

Процесс изучения системы
Качественное исследование системы

Обобщение разрозненных данных

Нахождение закономерностей

Создание математической модели







Наиболее доступные методы ТПМ:

- анализ размерностей

- пи-теорема

- метод подобия

- физическое моделирование


Анализ размерностей

В общем виде результат измерения можно представить как совмещение пространства размерностей с данной конструкцией.

Если свойства конструкции совпадают с соответствующими осями координат, то получаем безразмерное описание, если нет – вводятся дополнительные производные величины.

Вопрос о характере и числе единиц решается на основе целесообразности или удобства использования, при этом стоит помнить, что перевод из одной системы в другую связан с введением коэффициентов пропорциональности.

Основные размерности определены в системе СИ:

Длина – м

Время – с

Сила тока – А

Сила света – Кд

Температура - К

Зная размерности основных и производных величин можно проверить их правильность, определив размерность правой и левой части.

Пример:

Нахождение размерности для единицы расстояния S



S=м

V₀=м/с

Пользуясь анализом размерности можно определить вид функциональной связи параметров


Пи-теорема

Теорема лежит в основе анализа размерностей.

Суть теоремы:

Если имеется функциональная зависимость n размерных параметров

F(q1,q2,..,qn)=0

То ей всегда соответствует эквивалентное соотношение m безразмерных параметров



Пи-теорема даёт возможность описать конструкцию не только в пространстве первичных параметров, но и вторичных.


Условия применения пи-теоремы:

В исходный список параметров должны быть включены все определяющие конструкцию величины, т.к. на промежуточных этапах анализа пи-теорема не позволяет этого сделать.


Число основных размерностей выбирается самым тщательным образом. Для упрощения желательно, чтобы в каждой обобщённой характеристике была только одна зависимая величина.


Метод подобия

Метод включает 2 теоремы, устанавливающие условия подобия и закон моделирования систем, принадлежащих заданному классу исследований.

1 теорема: У подобных явлений определённое сочетание параметров, в виде критерия подобия, одинаково.

2 теорема: Необходимым и достаточным условием подобия реальной системы и её модели является пропорциональность всех сходных характеристик.

Это означает, что если в совокупность граничных характеристик включаются граничные условия, то они должны быть подобны.

В соответствии с 1-ой теоремой признаками подобия физических систем является подобие отношений свойств материалов, сил, энергий и т.д.


Если исходная информация о конструкции неполная, неизвестно математическое описание или метод его решения, недостаточно изучено физическое содержание процесса, то одним из эффективных способов является модельный эксперимент.


В этом случае последовательно определяют основные процессы, подлежащие моделированию, законы и масштабы моделирования, требования к установке для моделирования и оценки точности для моделирования.

При моделировании необходимо учитывать следующие дополнения:

- сложные системы будут подобными, если составные части этих систем подобны;

- основные теоремы подобия оказываются справедливыми для нелинейных систем, если их безразмерные нелинейные характеристики совпадают.

- условия подобия однородных систем могут быть распространены на моделирование систем, если неоднородность сравниваемых систем одинакова.


Обобщающие модели конструирования РЭА


Преобразования, определяющие физический эффект работы и конструкции РЭА

РЭА и её элементы можно представить в виде преобразователей, соединённых в сложные структуры с помощью различных связей (динамические, электрические, магнитные).




В основу обобщающих физических моделей можно положить эффект преобразования. Для создания внутренней структуры конструкции или преобразователя необходимо элементы соединить так, чтобы эффект преобразований был максимальный, а структура преобразователя сохраняла свои свойства в течении заданного времени.


Преобразователи можно разделить на:

- динамические (активные) (ПА);

- статические (пассивные) (ПП).

С
4
хема активного преобразователя:


\


РЭА – это сложный ПА, который включает в себя источник энергии (1), потребитель энергии (2), потребитель энергии, бесполезно теряемой преобразователем (окружающая среда) (3), ПА (4), источник энергии управления преобразователем (5).


Обобщающая физическая модель РЭА

РЭА состоит из множества ПП и ПА соединения которых можно представить в виде:




dW, dm=0

∑∑


2

Дельта – ПП

Квадрат – ПА N – число внешних связей

Часто для упрощения N=1 и исследуют влияние каждой связи по отдельности.

Положим N=1, тогда многогранник 1..N можно представить в виде РЭА (границ ядра) и полупрозрачной для определённых воздействий оболочки (в виде кожуха).

Определяющими параметрами модели будут:

- энергия W

- масса m, содержащаяся в общем объёме V

- толщина оболочки (дельта мал) и её сечение S

- физические характеристики материала ядра и оболочки.

Всё это – модель первого рода.

Данную модель можно использовать для расчётов энерго-массопереноса, при расчёте электромагнитных экранов, при расчёте способов защиты от радиации, при расчётах герметизации устройства, при расчёте от механических и акустических воздействий и т.д.


Здесь определяющим конструкцию параметром является обобщённая проводимость оболочки.


Модель второго рода

Если в модели первого рода полупрозрачную оболочку заменить непрозрачной, ввести абсолютно прозрачные контакты и сложную структуру ядра из двух частей разной физической природы, то получим модель второго рода.


Модель второго рода используется для расчётов эффектов преобразования.

Она позволяет рассмотреть конструкцию, элементы РЭА в целом в виде преобразователей, определить условия получения максимального КПД и оценивать качество конструкции РЭА и её частей.


29.09.2010

Модель 3го рода

Отличие от модели первого рода заключается в увеличении толщины полупрозрачной оболочки.

Если увеличить толщину оболочки, то можно добиться того, что по границе поверхности эффект энерго-массо переноса будет столь незначительным, что в каких-либо задачах можно приравнять

dW=0

dm=0

Такая модель используется при решении компоновочных задач.


Модель четвёртого рода

Наличие связи между элементами конструкции требует рассмотрения простейшей модели связи двух элементов.

Эта модель представляет собой совокупность моделей 1 и 2 и 3 го рода и наличие связей между ними.

Такая модель используется при анализе и расчёте параметров в системе «человек-машина»


m₁ V₁

m₂ V₂




Структура РЭА можно рассмотреть также с позиции памяти и сложности.

Структурная сложность конструкции оценивается числом элементов и их внутренними и внешними связями.

Мерой структурной сложности является отношение площади элемента к его периметру и число элементов на единицу площади или объёма.

Под памятью понимается зависимость данного макроскопического состояния от состояния в более ранние моменты времени.


Принципы описания конструкций в обобщённых параметрах

Все воздействия на элементы конструкции принято описывать как результат действия некоторых сил.

При этом оперируют понятиями обобщённых координат, по которым в данной конструкции происходят изменения. Такими величинами в статических механических элементах являются длина, угол поворота, площадь, объём и т.д.

Рассмотрим конструкцию в виде упрощённой модели первого рода с однородной структурой, которая характеризуется внутренней энергией W и обобщённой координатой Е.

Справедливо утверждение:

W=f(E)










x – обобщённая сила

с – обобщённая жёсткость системы


При рассмотрении модели второго рода:



















Законы энерго- и массопереноса



где σ=1/z.

т.к. х – обобщённая сила, имеющая векторный характер, то










Отсюда обобщённая форма переноса:



в частном случае он записывается:

_ Закон Фурье

λ – коэффициент теплопроводности

θ – температура

φ – удельный поток тепловой энергии

_ Закон Ома

σ – электропроводность

U – электрический потенциал

i – поток электронов

_ II закон Фика

m – масса вещества

D – проницаемость сосуда

c - концентрация раствора


Методика обобщённого исследования преобразования потоков энергии

Любая конструкция РЭА при расчётных вибрациях может быть определена заданием обобщённых координат q₁..q_n и производными от них – обобщёнными скоростями.


Общая формелировка закона движения механических систем даётся принципом наименьшего действия Гамильтона, по которому траектория движения механической системы в пространстве обобщённых координат q характеризуется функцией Лагранжа



Называется действием за промежуток времени Δt

Исходя из условий минимума:




В результате преобразований получим:

_ – дифференциальное уравнение Лагранжа.

В случае, если система замкнута, то:

L=T-U

T и U – Кинетическая и потенциальная энергии соответственно



Таким образом, если функция Лагранжа известна, то выражение



представляет собой уравнение движения системы, позволяющее вычислить характеризующие конструкцию параметры.


Электромагнитные поля

Рассмотрим РЭА как некоторый объём V, содержащий электрическое поле, токи и заряды, характеризуемый некоторым потенциалом A, вектором количества электричества ϰ и скалярным потенциалом φ, который на границе S этого объёма принимают заданные значения.

Тогда для поля токов и зарядов получим:



Где вариации A, ϰ, и φ являются произвольными и независимыми внутри объёма V, а также на его границе.

При этом виртуальная работа определяется:



а функция Лагранжа равна:



i – плотность тока

σ – проводимость среды

∇ - оператор Гамильтона

Если учесть известные соотношения






то придём к системе уравнений Максвелла:






где divB=0;

divD=4πρ

D – вектор электрической индукции

Е – вектор электрической напряжённости

Н – вектор магнитной напряжённости

В – вектор магнитной индукции

ρ – плотность заряда


Тепловые поля

Основное уравнение теплопроводности может быть получено из общего принципа наименьшего действия. При теплофизических процессах часть энергии переходит в теплоту или рассеивается. В этом случае необходимо ввести функцию потерь.

_ Функция Рэлея

В частном случае необратимые потери в виде обобщённых сил трения равны:



С учётом рассеивающих процессов уравнение Лагранжа будет иметь следующий вид:



Используя термодинамику необратимых процессов можно дать толкование тепловых полей на основе вариационных принципов обобщённого силового поля.

Вариационный принцип решения задач по определению теплового поля сводится к интегрированию дифференциальных уравнений и формул Лагранжа по обобщённым координатам.


Тепло- и массообмен в РЭС

Основы тепло- и массообмена

Основные понятия и определения

Тепломассообмен – раздел физики, в котором рассматриваются процессы переноса теплоты (энергии) и массы (вещества)

Явления теплообмена связаны с не обратимым переносом энергии из одной части пространства в другую и вызваны разностью температур, а явление массообмена – с перемещением вещества из одной части пространства в другую и вызваны разностью концентраций.