Электрические контакты в ЭА

В ЭА используются временные, постоянные и полупостоянные элек­трические контакты. К временным следует отнести разъемное и винтовое соединение, к постоянным — сварку, полупостоянным — паяное соедине­ние, соединение накруткой и опрессовкой.

Разъемные соединения обеспечивают быструю установку и удаление элементов конструкции и используются для повышения ремонтопригодно­сти аппаратуры.

Винтовое соединение является основным видом соединения проводов к электрическим машинам и приборам и позволяет коммутировать провода независимо друг от друга. Медные проводники малых сечений изгибают в кольцо под винт, а чтобы не расходились жилы многожильных проводов, пропаиваются или опрессовываются кольцевыми наконечниками. Материа­лы проводников и винта различны. Предотвращение возможного ослабле­ния контактного давления при циклических температурных воздействиях и вибрациях возможно введением под винт пружинной шайбы или шайбы-звездочки.

Соединение пайкой осуществляется расплавленным припоем с темпе­ратурой плавления ниже температуры плавления соединяемых проводников.

Сварочное соединение обладает высокой механической прочностью, способностью выдерживать циклические температурные воздействия, обес­печивает высокую плотность монтажа и рекомендуется для применения при разработке микроминиатюрной аппаратуры. При выполнении соединений сварочными токами можно повредить МС, диоды, транзисторы.

Соединение накруткой получают без разогрева материалов путем на­кручивания под натягом вокруг жесткого вывода нескольких витков одно­жильного провода. В сечении вывод представляет квадратную или прямо­угольную форму с острыми углами. Материал вывода должен быть доста­точно прочным, чтобы противостоять скручивающим усилиям, обладать хорошим сопротивлением на сминание накручиваемым проводом и низким омическим сопротивлением. Подобными свойствами обладают фосфористая и бериллиевая бронзы. В качестве материала проводника используется от­носительно мягкий и пластичный материал, сохраняющий форму накрутки. Соединение обеспечивает высокую надежность при жестких механических и климатических воздействиях. Основными причинами отказа соединения является ухудшение переходного сопротивления из-за коррозии соединения и появления усталостных явлений в накрученном проводе.

При опрессовке два провода со снятой с концевых частей изоляцией вводят в соединительную металлическую трубчатую гильзу, которая меха­нически обжимается, в результате чего между проводами через гильзу будет

иметь место электрический контакт. Надежность соединения во многом за­висит от соотношения размеров гильзы и диаметра провода, усилия обжатия и герметизации места соединения. Размеры и материал гильзы для каждого случая соединения тщательно подбираются экспериментально.

Сравнение способов выполнения электрических контактов проводится на основе анализа основных свойств и параметров контакта. Использование пайки и накрутки позволяет автоматизировать производство электромон­тажных работ. Пайка и сварка обеспечивает высокую плотность монтажа. Сравнительная оценка способов контактирования, выполненная относи­тельным методом, когда наилучшему соединению по определенному свой­ству присваивается единица, а наихудшему — четыре, приведена в табл. 5.10. За исключением быстроты выполнения соединений по всем прочим свойствам разъемный контакт и контакт «под винт» проигрывают постоян­ным и полупостоянным способам контактирования.

Таблица 5.10. Оценка способов соединения электрических контактов

Свойство контакта	Способ соединения
Сварка	Пайка	Накрутка	Обжимка
Механическая прочность Размеры Масса Ремонтопригодность Стойкость к вибрациям	1 1 1 4 1	2 2	2 3 3 2 3	3 4 4 3 4

В ЭА используют соединения многих разнородных материалов: се­ребро, палладий, золото — в контактах соединителей, медь и ее сплавы — для проводов, клемм, гнезд и штырей соединителей; оловянно-свинцовые припои в соединениях; цинк, никель, кадмий — для защитных покрытий крепежа и т. д. В местах соединений разнородных материалов возникают термоэлектрические потенциалы, зависящие как от материалов, так и тем­пературы в соединении. Разница температур в различных частях конструк­ции может привести к погрешностям из-за наличия термоэлектрических по­тенциалов электрических соединений в высокочувствительных низкоуров­невых схемах с высокими коэффициентами усиления. Основными принципами уменьшения погрешностей термоэлектрических потенциалов являются минимизация числа соединений, использование материалов с низ­кой термоэлектрической способностью. Наличие окислов на проводах, со­единяемых накруткой, в значительной степени увеличивает термоэлектри­ческую способность соединений (до 0,9 мкВ/°С). Поэтому с проводов перед накруткой должны тщательно удаляться окислы.

Выбор электрических соединителей. Электрический соединитель должен выдерживать более жесткие внешние климатические и механиче­ские воздействия, чем аппаратура, в которую соединитель устанавливается. Запас по внешним воздействиям обеспечит его надежную работу в процессе эксплуатации. Чем больше контактов соединителя, тем меньше параметры надежности, приходящиеся на один контакт. Поэтому при отсутствии жест­ких ограничений на габариты и массу ЭА можно рекомендовать вместо од­ного устанавливать несколько соединителей с суммарным числом контак­тов, равным числу контактов внешних цепей изделия.

Цилиндрические соединители по сравнению с прямоугольными обес­печивают более надежную заделку жгута, имеют большую надежность и стабильность параметров. Однако монтаж прямоугольных соединителей за счет линейного расположения выводов более удобен, габариты по сравне­нию с цилиндрическими соединителями с равным числом контактов меньше.

При конструировании аналоговой аппаратуры необходимо помнить, что в цепях с низкими уровнями сигналов существенное влияние на надеж­ную работу ЭА оказывают помехи термоэлектрических потенциалов кон­тактных пар.

Для конструктивных модулей всех уровней ЭА конструктор разраба­тывает определенный способ коммутации. При этом, как правило, модули снабжаются соединителями, которые по назначению можно классифициро­вать как соединители разных уровней коммутации.

Коммутация на плате МС и ЭРЭ выполняется, как правило, паяными соединениями. Недостаток этого способа состоит в том, что для многовы­водных компонентов затрудняется демонтаж, возникает необходимость в использовании специальной оснастки, например паяльников для групповой пайки. Улучшение ремонтопригодности и снижение эксплуатационных за­трат возможно применением в конструкции соединителей первого уровня коммутации. Соединители МС распаиваются на печатной плате, затем в них устанавливают МС. Электрический контакт выводов соединителя с вывода­ми МС обеспечивается за счет холодного контактирования металлов.

Соединители второго уровня коммутации обеспечивают электриче­ское соединение ТЭЗ между собой на шасси или объединительной печатной панели.

Соединители третьего уровня осуществляют коммутацию приборов, блоков, рам и стоек.

В зависимости от назначения различают соединители кабельные, при-борно-кабельные и приборные. Кабельный соединитель служит для комму­тации кабелей приборов. Вилочная и розеточная части соединителя не за­крепляются на приборах, а фиксируются на кабелях. В приборно-кабельных соединителях один из элементов (обычно вилка) закрепляется на приборе, вторым же элементом соединителя (розеткой) заканчивается кабель и фак­тически происходит коммутация кабеля с прибором. В приборных соедини­телях осуществляется коммутация частей приборов между собой. При этом вилка (ипи розетка) закрепляется на модуле, а ответная часть соединителя — на корпусе прибора. Фиксируемые на приборах соединители снабжаются фланцами или специальными элементами закрепления.

Соединение вилки с розеткой бывает врубным, резьбовым и байонет-ным. Врубное соединение обеспечивается простым вставлением вилки в ро­зетку, иногда с фиксацией сочлененного состояния замком. Резьбовое со­единение кабельных и приборно-кабельных соединителей выполняется резьбовой накидной гайкой, после завинчивания которой на требуемое чис­ло витков происходит коммутация и фиксация пар штырь-гнездо. Байонет-ное соединение обеспечивается пазом и выступом, вводимым в конструк­цию вилки и розетки. При попадании выступа в паз и легком нажатии осу­ществляется скольжение выступа в пазе и западание (фиксация) в углубление.

Резьбовые соединители обеспечивают высокую надежность электри­ческих соединений в условиях жестких механических воздействий. Накид­ная гайка соединителя предохраняется от самоотвинчивания проволокой малого диаметра. Врубное соединение позволяет быстро сочленять-расчленять соединитель, но такие соединители имеют низкую надежность в условиях воздействия ударов и вибраций. Байонетное соединение занимает промежуточное положение между врубным и резьбовым.

Корпус соединителя служит для закрепления на нем изолятора с кон­тактами, защиты соединителя от внешних воздействий, в том числе и для защиты контактов соединителя от касания телом или одеждой, крепления соединителя к несущей конструкции модуля или кабеля к соединителю, а также фиксации сочлененного состояния. Корпус соединителя бывает пря­мой и угловой. Выбор формы корпуса определяется ориентацией частей прибора друг относительно друга. Правильный выбор корпуса может упро­стить эксплуатацию и уменьшить габариты прибора.

Соединитель выбирают исходя из назначения, предполагаемого спо­соба монтажа (при этом фактически оговариваются требования к конструк­ции хвостовика контакта соединителя), необходимого числа коммутируе­мых цепей, электрических и электромеханических параметров, внешних климатических и механических воздействий, надежности, конструктивных особенностей соединителя.

К электрическим параметрам соединителей относятся максимальная рабочая частота, контактное сопротивление, рабочие токи и напряжения, сопротивление и электрическая прочность изоляции; к электромеханиче­ским — усилие сочленения соединителя. Для удобства при эксплуатации усилие сочленения должно быть минимальным. Однако при воздействии

Рис. 5.23. Неоднородная линия передачи и потоки элек­тромагнитной энергии в линии

ударов и вибраций возникает опасность изменения контактного сопротивле­ния, появление виброшумов и шорохов на контактах, нарушение контакта.

Для аппаратуры низкого и среднего быстродействия из электрических параметров наиболее важными являются максимальные коммутируемые токи и напряжения. Однако при работе на высоких частотах возникает про­блема согласования волновых сопротивлений коммутируемых цепей и кон­тактных пар соединителей. Несогласованность приводит к искажению пере­даваемых сигналов, увеличению времени переходных процессов в цепях передачи сигналов.

Представленный на рис. 5.23 разъемный контакт с волновым сопро­тивлениемсоединяет в единую цепь две цепи линии передачи с волно­вым сопротивлением Данную ЛП следует рассматривать как неодно­родную. Электромагнитная волна, распространяясь по линии и встречая не­однородности, частично отражается и возвращается к началу линии. Отражения приводят не только к ослаблению передаваемого сигнала. Об­ратный поток электромагнитной энергии затрудняет согласование линии передачи с нагрузкой, а попутный поток искажает форму передаваемого сигнала.

Интенсивность отказов электрического соединителя рассчитывается по формуле

где— коэффициенты, учитывающие соответственно влияние объекта

установки и число задействованных контактных пар соединителя;— интенсивность отказов контактной пары; п₃ — число задействованных.

Рис. 5.24. Интенсивность отказов контактной пары соединителей:

А ----- 40...+250 °С; В ---- 40...+200 °С;

С ---- 55...125 "С; D--- 20...+100 °С

Рис. 5.25. Перегрев контактной пары в зави­симости от тока и диаметра штыря

контактных пар соединителя;— интенсивность отказов с учетом числа n_ср выполненных сочленений-расчленений соединителя.

Соединители в зависимости от рабочего температурного диапазона классифицируют по группам — А, В, С или D. По графику, приведенному на рис. 5.24, оценивается интенсивность отказов контактной пары соедини­теля в зависимости от температуры внутри изделия и с учетом нагрева кон­тактной пары коммутируемым током (рис. 5.25).

Коэффициентами к1 и к2 корректируют в сторону увеличения в за­висимости от объекта установки (табл. 5.11) и числа задействованных кон­тактных пар соединителя

где п — число контактных пар соединителя.

Таблица 5.11. Коэффициенты влияния объекта установки на надежность электрических соединителей

Оборудование, объект установки	Коэффициент к1
Лабораторное и цеховое Наземное возимое Морское укрытое Летательный аппарат Спутник	1—10 5—15 5—15 10—20 15—30

Величина 1/ч, вычисляется из выражения

где — число сочленений-расчленений соединителя за 1000 ч эксплуатации.

Пример. Рассчитать интенсивность отказов соединителя на 10 контактных пар (все контактные пары задействованы). Рабочий температурный диапазон соеди­нителя В, диаметр штыря контакта 0,5 мм, ток на контакт 5 А. Соединитель устанав­ливается в наземную стационарную аппаратуру с температурой окружающей среды +25 °С. Предполагаемое число сочленений-расчленений соединителя 200.

Решение:

• изделие отнесем к лабораторному оборудованию;

• в худшем случае(см. табл. 5.11);

• из графика, представленного на рис. 5.28, при токе на контакт 5 А перегрев штыря контактной пары диаметром 0,5 мм будет 18 °С, а температура контактной пары — 43 °С;

• из графика, изображенного на рис. 5.24, для соединителя группы В при температуре контактной пары в 43 °С

1/ч;

•интенсивность отказов соединителя1/ч.

В заключение следует отметить, что электрические соединители яв­ляются электромеханическими устройствами и чаще всего самым слабым звеном в ЭА. Причинами ненадежности в работе надежных соединителей является их неправильная установка, некачественный монтаж, плохое об­служивание, пыль и грязь. Важнейшее требование к соединителю — проч­ность и адекватность конструкции изделия, на которое соединитель уста­навливается. При установке соединителя на панель или корпус изделия по­следние должны обладать достаточной жесткостью, чтобы предотвратить передачу механических воздействий на соединитель и жгут.

Контрольные вопросы

1. Перечислите параметры электрических соединений и проанализируйте их влияние на конструкцию ЭА.

2. От каких параметров зависит длина электрически короткой и длинной ЛП?

3. В чем количественно выражается перекрестная помеха и помеха отражения?

4. Для ЛП без потерь с параметрами L_n = 0,5 мкГн/м и С_п = 30 пФ/м определить:

• волновое сопротивление;

• напряжение на входе и выходе линии, если мощность в нагрузке составляет 10 Вт (линия передачи согласована по входу и по выходу).

5. Линия передачи с волновым сопротивлением 100 Ом нагружена на входе на 50, а на выходе на 200 Ом. Время задержки сигнала в линии 100 не. Входное на­пряжение задано ступенькой напряжения амплитудой 9 В. Показать характер изменения напряжения на входе и выходе линии.

В чем особенности конструкций световодов и волоконно-оптических кабелей?

6. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Дата добавления: 2014-01-04