О.В. Задерейко, Л.І. Панов, О.В. Циганов

КОНСТРУЮВАННЯ І ТЕХНОЛОГІЯ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ

Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

ЗMICT

2.3. АНАЛІЗ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ МІКРОЗБІРКИ

Аналіз принципової схеми проводиться з метою:

- вивчення (чи уточнення) принципу роботи і функцій окремих каскадів і ланцюгів;

- класифікації елементів принципової схеми на елементи і компоненти мікрозборки;

- формулювання загальних вимог до взаємного розміщення елементів і компонентів МЗБ;

- оцінного розрахунку по постійному струму електричних режимів елементів і компонентів, вибір компонентів.

При вивченні принципу роботи схеми слід встановити характер перетворення сигналів (аналоговий, цифровий чи аналогово-цифровий) і їх частотні або тимчасові параметри. Ці особливості визначають обмеження на розміщення елементів і компонентів на підкладці та конструкцію провідників живлення і землі.

Відповідно до прийнятої термінології до елементів мікрозборки відносять всі елементи електричної принципової схеми, що можуть бути виконані в інтегральному (тонкоплівковому чи товстоплівковому) варіанті: сполучні провідники, контактні площадки, резистори з номіналами від 10...50 Ом до 0,5...1,0 мОм, конденсатори ємністю від 10...50 пФ до 0,01 мкФ та ін. Інші елементи принципової схеми (напівпровідникові діоди, транзистори, інтегральні мікросхеми, конденсатори ємністю більше ніж 0,01 мкФ та інші) зараховують до компонентів мікрозборки.

Слід мати на увазі, що застосування двох і більше резистивних матеріалів знижує технологічність МЗБ. Якщо діапазон опорів резисторів не дозволяє їх виконувати з одного матеріалу, то має бути розглянутий варіант виготовлення частини резисторів на окремих резистивних підкладках (матрицях). Після скрайбування підкладок одержують набір тонкоплівкових резисторів - компонентів, що разом з іншими компонентами встановлюються на підкладку при її збиранні.

Підвищенню технологічності МЗБ сприяє застосування в конструкції навісних конденсаторів замість тонкоплівкових.

Це рішення може бути прийняте за узгодженням з керівником проекту при таких умовах:

- велика частина ємностей конденсаторів лежить за межами їхньої реалізованості в тонкоплівковому варіанті;

- площа, зайнята тонкоплівковими конденсаторами, перевищує сумарну установочну площу конденсаторів навісних.

Вимоги до взаємного розташування елементів і компонентів МЗБ випливають з виявленого виду перетворення сигналів, їхніх частотних або тимчасових параметрів. При розробці МЗБ із цифровим перетворенням сигналів основним критерієм розміщення є мінімальна довжина провідників, можливість виконання провідників в одному шарі з мінімальним числом перетинань. Розташування зовнішніх контактних площадок вибирають переважно з конструктивних міркувань.

У випадку конструювання аналогової МЗБ, що виконує функції посилення сигналів, слід прагнути послідовного розташування функціональних частин схеми від входу до виходу, розміщення вхідних і вихідних контактних площадок на протилежних сторонах підкладки.

Провідники живлення і землі бажано робити більшої площі. Між сигнальними провідниками, які критичні до електромагнітних наведень, корисно для зменшення зв'язку прокладати провідники землі. Зі зростанням частоти чи зі зменшенням тривалості сигналу рівні наведень на елементах і компонентах МЗБ істотно зростають. Тому у високочастотних МЗБ відстані між сигнальними провідниками повинні бути по можливості збільшені, при прокладці провідників треба уникати їхньої паралельності.

Розрахунок електричних режимів елементів і компонентів МЗБ за постійним струмом проводиться для визначення потужності, що розсіюється резисторами, і напруг, прикладених до обкладок конденсаторів. Ці дані використовуються при розрахунку геометричних розмірів елементів і виборі компонентів МЗБ.

Можливі кілька підходів до розв’язання задачі:

- розрахунок за спрощеними еквівалентними схемами, в яких транзистори умовно вважаються насиченими чи знаходяться в режимі відсічення;

- розрахунок за еквівалентними схемами, де транзистори замінені джерелами струму, що дорівнює номінальному струму колектора;

- розрахунок із використанням довідкових даних про зовнішні електричні параметри інтегральних мікросхем (рівні логічного нуля й одиниці, значення вхідних струмів, вихідних напруг, вхідних і вихідних опорів, коефіцієнта передачі, струмів, споживаних від джерела живлення, та ін.).

При складанні спрощених еквівалентних схем вибір режиму транзистора здійснюється на основі принципу найгіршого випадку: струми в ланцюгах схеми повинні бути максимальними.

Колекторні струми транзисторів, узяті з довідкових даних, повинні відповідати режимові виміру параметрів транзистора.

Перераховані підходи до розрахунку електричних режимів елементів принципових схем докладно викладені і проілюстровані прикладами в [21].

Після розрахунку електричної принципової схеми МЗБ за постійним струмом здійснюється вибір навісних компонентів. За винятком випадків, коли принципова схема МЗБ побудована на безкорпусних радіоелементах, ця задача для більшості проектів є типовою.

Певна частина корпусних інтегральних мікросхем широкого застосування (операційні підсилювачі, широкополосні підсилювачі, окремі типи цифрових інтегральних схем) має безкорпусні аналоги.

Тому при розробці конструкції МЗБ кращим рішенням є заміна корпусної інтегральної схеми (ІС) її безкорпусним аналогом. Довідкові дані щодо безкорпусних ІС наведені у дод. 3 і [3].

Корпусна ІС може бути замінена будь-якою іншою безкорпусною мікросхемою, функціональні можливості якої дозволяють виконати передбачені схемою перетворення сигналів.

У разі утруднень з вибором безкорпусної ІС допускається припущення, що за замовленням розроблювача МЗБ підприємство-виготовлювач ІС поставляє мікросхему даного типу в безкорпусному виконанні. При цьому конструктивні параметри ІС приймаються типовими. Розташування виводів безкорпусної ІС відповідає корпусній.

Напівпровідникові діоди і транзистори заміняються безкорпусними. Вибір безкорпусних діодів і транзисторів проводиться за функціональними параметрами, що повинні відповідати параметрам корпусних приладів. Інформація щодо безкорпусних напівпровідникових приладів наведена в [22].

Довідкові дані щодо безкорпусних резисторів наведені в дод. 4.

Конденсатори постійної ємності вибирають із групи керамічних (К10-9, К10-17в) і групи оксидно-напівпровідникових (К53-16, К53-19, К53-22, K53-26 та ін.) за номінальним значенням, відхиленням ємності, напругою, прикладеною до обкладок, і масогабаритними показниками. Для керамічних конденсаторів необхідно враховувати групу температурного коефіцієнта ємності, що характеризує зміну ємності конденсатора в діапазоні робочих температур. Довідкові дані щодо безкорпусних конденсаторів наведені у дод. 5.

Експлуатаційні параметри всіх обраних компонентів повинні відповідати умовам експлуатації МЗБ.

У пояснювальній записці мають бути представлені в таблиці всі обрані типономінали компонентів із указівкою їхніх установочних (габаритних) розмірів, об’єму, маси, граничних умов експлуатації, інтенсивності відмовлень та інших параметрів, необхідних для проведення розрахунків показників якості МЗБ. У записці рекомендується навести ескізи встановлення навісних компонентів на плату МЗБ.