Муромцев Д.Ю., Тюрин И.В., Белоусов О.А.
Конструирование узлов и устройств электронных средств
Серия «Высшее образование»
Учебное пособие
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям 211000 «Конструирование и технология электронных средств», 210400 «Радиотехника»
Ростов-на-Дону
«Феникс»
2013
Рецензенты:
доцент кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», Г. Ф. Баканов;
декан радиотехнического факультета, заведующий кафедрой конструирования и производства радиоаппаратуры Воронежского государственного технического университета, д.т.н., профессор А В. Муратов;
заведующий кафедрой конструирования и производства радиоаппаратуры Пензенского государственного университета, д.т.н., профессор Н. К. Юрков.
Муромцев Д. Ю. Конструирование узлов и устройств электронных средств: учебное пособие. Д. Ю. Муромцев, И. В. Тюрин, О. А. Белоусов. — Ростов н/Д : Феникс, 2013. Высшее образование.
Представлены основные сведения в области конструирования электронных модулей различногр уровня конструктивной иерархии. Даны общие сведения о нормативно-технической документации, действующих стандартах, рассмотрены задачи конструирования электронных средств различного назначения с учетом внешних воздействующих факторов. Серьезное внимание в пособии уделяется вопросам выбора элементной базы, конструкции, а также теплофизическому конструированию, электромагнитной совместимости электронных средств, их надежности и уровню качества. Рассмотрены перспективные методы конструирования современных электронных средств.
Учебное пособие подготовлен о в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом 3-го поколения и предназначено для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлениям 211000 «Конструирование и технология электронных средств», 210400 «Радиотехника» всех форм обучения. Пособие может быть использовано студентами при выполнении контрольных работ, разделов курсового проекта по дисциплинам «Основы конструирования электронных средств», «Основы проектирования электронных средств», «Основы конструирования и технологии производства РЭС», «Основы компьютерного проектирования РЭС», «Моделирование конструкций и технологических процессов производства электронных средств». Пособие может быть также использовано студентами специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» очной и заочной форм обучения, а также бакалаврами направления 210200 «Проектирование и технология электронных средств» при изучении дисциплин «Основы проектирования электронных средств», «Конструирование радиоэлектронных средств».
© Муромцев Д. Ю., Тюрин И. В., Белоусов О. А., 2013 © Оформление: ООО «Феникс», 2013
Содержание книги
Конструирование узлов и устройств электронных средств
Нормативные ссылки
Список сокращений
Введение
Часть I. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Глава 1.1. Общие сведения о конструировании электронных средств
1.1.1. Понятие инженерного проектирования
1.1.2. Задачи проектирования ЭС
1.1.3. Особенности ЭС как объектов проектирования
1.1.4. Особенности проектирования конструкций ЭС
1.1.5. Стадии проектирования ЭС
1.1.6. Модульный принцип проектирования
Вопросы для контроля
Глава 1.2. Техническая документация
1.2.1. Состав и классификация стандартов ЕСКД
1.2.2. Схемная конструкторская документация
1.2.3. Чертежи деталей
1.2.4. Сборочные чертежи
1.2.5. Электронная конструкторская документация
1.2.6. Обозначение конструкторских документов в соответствии с классификатором ЕСКД
1.2.7. Единая система технологической документации
Вопросы для контроля
Часть II. ЭЛЕКТРОННЫЕ МОДУЛИ НУЛЕВОГО УРОВНЯ
Глава 2.1. Общие сведения об электронных модулях нулевого уровня
2.1.1. Этапы и направления развития элементной базы ЭС
2.1.2. Элементная база современных ЭС
2.1.3. Особенности конструкций корпусов электронных модулей нулевого уровня
Вопросы для контроля
Глава 2.2. Пассивные электрорадиоизделия
2.2.1. Резисторы
2.2.2. Конденсаторы
2.2.3. Трансформаторы и дроссели
2.2.4. Коммутационные устройства с магнитным управлением
2.2.5. Коммутационные устройства с механическим управлением
Вопросы для контроля
Глава 2.3. Активные электрорадиоизделия
2.3.1. Полупроводниковые диоды
2.3.2. Транзисторы
2.3.3. Интегральные микросхемы
Вопросы для контроля
Часть III. ЭЛЕКТРОННЫЕ МОДУЛИ ПЕРВОГО УРОВНЯ
Глава 3.1. Основы конструирования электронных модулей первого уровня
3.1.1. Этапы конструирования электронных модулей первого уровня
3.1.2. Общие сведения о печатных платах
3.1.3. Требования к конструкционным параметрам печатных плат
3.1.4. Требования к электрическим параметрам печатных плат
3.1.5. Общетехнические и технологические требования к печатным платам
Вопросы для контроля
Глава 3.2. Конструкторское проектирование печатных плат
3.2.1. Состав технического задания на проектирование печатных плат
3.2.2. Анализ назначения объекта установки и условий эксплуатации ЭС
3.2.3. Обоснование и выбор группы жесткости
3.2.4. Анализ схемы электрической принципиальной
3.2.5. Выбор элементной базы и вариантов ее монтажа
3.2.6. Выбор типа конструкции и класса точности печатной платы
3.2.7. Выбор материала основания печатной платы
3.2.8. Определение габаритных размеров печатной платы
3.2.9. Определение толщины основания печатной платы
3.2.10. Расчет элементов проводящего рисунка
3.2.11. Определение мест и способов нанесения маркировки
3.2.12. Обеспечение защиты от внешних воздействий
3.2.13. Автоматизация конструирования печатных плат
Вопросы для контроля
Глава 3.3. Поверочные расчеты
3.3.1. Оценка устойчивости к вибрационным нагрузкам
3.3.2. Определение устойчивости к ударным воздействиям
3.3.3. Анализ теплового режима
Вопросы для контроля
Часть IV. ЭЛЕКТРОННЫЕ МОДУЛИ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЕЙ
Глава 4.1. Основы конструирования электронных модулей второго и третьего уровней
4.1.1. Общие сведения о несущих конструкциях
4.1.2. Разновидности несущих конструкций
4.1.3. Материалы для изготовления несущих конструкций
4.1.4. Требования к несущим конструкциям и их оценки
4.1.5. Конструкторские методы обеспечения требований к несущим конструкциям по прочности и жесткости
Вопросы для контроля
Глава 4.2. Разработка конструкции электронных средств
4.2.1. Рациональный выбор несущих конструкций
4.2.2. Направляющие в несущих конструкциях
4.2.3. Требования к компоновке блоков ЭС
4.2.4. Основные компоновочные схемы и конструкции блоков ЭС
Вопросы для контроля
Глава 4.3. Эргономика и дизайн электронных средств
4.3.1. Влияние требований эргономики и технической эстетики на ЭС
4.3.2. Основные характеристики человека-оператора
4.3.3. Художественное оформление конструкции ЭС
4.3.3.1. Основы композиции
4.3.3.2. Категории композиции
4.3.3.3. Средства композиции
4.3.4. Особенности внешнего оформления профессиональных ЭС
4.3.5. Особенности внешнего оформления бытовых ЭС
Вопросы для контроля
Глава 4.4. Электрические соединения в блоках электронных средств
4.4.1. Виды электрических соединений
4.4.2. Конструкция сигнальных линий передачи
4.4.3. Линии электропитания
4.4.4. Элементы заземления в конструкциях ЭС
4.4.5. Элементы коммутации в конструкциях ЭС
Вопросы для контроля
Глава 4.5. Обеспечение механической устойчивости и нормальных тепловых режимов электронных средств
4.5.1. Расчет механических нагрузок
4.5.1.1. Статический расчет амортизаторов
4.5.1.2. Резонансные частоты блока на амортизаторах
4.5.1.3. Упаковочная тара для транспортирования
4.5.2. Обеспечение нормальных тепловых режимов ЭС
4.5.2.1. Базовые системы охлаждения, применяемые в ЭС
4.5.2.2. Теплофизическое конструирование ЭС
4.5.2.3.Тепловые расчеты
Вопросы для контроля
Глава 4.6. Конструирование электронных средств с учетом электромагнитной совместимости
4.6.1. Электромагнитная совместимость ЭС
4.6.2. Экранирование в конструкциях ЭС
Вопросы для контроля
Глава 4.7. Особенности конструкций электронных средств различного назначения
4.7.1. Факторы, влияющие на характер конструкции ЭС
4.7.2. Конструкции наземных стационарных ЭС
4.7.3. Конструкции наземных транспортируемых ЭС
4.7.4. Конструкции наземных переносных ЭС
4.7.5. Конструкции наземных носимых ЭС
4.7.6. Конструкции бортовых ЭС
Вопросы для контроля
Глава 4.8. Защита электронных средств от внешних воздействующих факторов
4.8.1. Основные понятия и определения
4.8.2. Защита ЭС от механических воздействий
4.8.3. Способы защиты ЭС от климатических факторов
4.8.4. Защита ЭС от внешних термических воздействий
4.8.5. Электромагнитные внешние факторы и защита ЭС от их воздействий
4.8.6. Мероприятия по защите ЭС от биологических воздействующих факторов
4.8.7. Обеспечение живучести и стойкости ЭС к воздействию ионизирующих излучений
4.8.8. Герметизация блоков ЭС
Вопросы для контроля
Часть V. КАЧЕСТВО, НАДЕЖНОСТЬ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Глава 5.1. Качество электронных средств
5.1.1. Основные понятия и терминология в области управления качеством
5.1.2. Система управления качеством ЭС
5.1.3. Оценка качества ЭС
5.1.4. Общие сведения о контроле качества ЭС
5.1.5. Анализ качества технологических процессов производства ЭС
5.1.6. Операционный, функциональный и параметрический виды контроля качества ЭС
5.1.7. Основные инструменты контроля качества ЭС
Вопросы для контроля
Глава 5.2. Надежность электронных средств
5.2.1. Основные понятия и определения
5.2.2. Показатели надежности ЭС и их оценка
5.2.3. Способы повышения надежности ЭС
5.2.4. Расчет надежности на различных стадиях конструирования ЭС
5.2.5. Расчет надежности сложных электронных систем
5.2.6. Конструкторско-тгхнологические методы создания высоконадежных ЭС
Вопросы для контроля
Глава 5.3. Оптимизация электронных средств
5.3.1. Основные сведения о задачах оптимизации ЭС
5.3.2. Задачи системотехнического проектирования
5.3.3. Задачи схемотехнического проектирования
5.3.4. Структурный синтез
5.3.5. Параметрический синтез
5.3.6. Оптимизация в задачах конструкторского проектирования
Вопросы для контроля
Заключение
Приложения
Литература
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время этапы конструирования электронных средств (ЭС) уже не могут рассматриваться в отрыве друг от друга и других этапов жизненного цикла продукта. Создание качественных, надежных и конкурентоспособных ЭС является основной задачей специалиста-разработчика. Постоянное совершенствование технологий, применение новейшей элементной базы и материалов, реинжиниринг предприятий и внедрение во все сферы проектирования и производства информационных технологий требует от разработчика электронной аппаратуры знаний в различных предметных областях. Поэтому задачам подготовки квалифицированных кадров для предприятий радиоэлектронного профиля отводится главнейшее место в общем направлении на модернизацию промышленности.
При написании данного учебного пособия авторами ставились две основные цели. Первая из них — рассмотреть основные стадии проектирования ЭС на различных уровнях конструкционной иерархии электронных модулей на основе действующих в настоящее время различных стандартов и актуальной нормативно-технической документации. Второй целью являлась попытка объединить в рамках одного издания достаточно разрозненную, а иногда и противоречивую, информацию, хранящуюся в литературных источниках различных лет издания, и на основе такой компиляции сформировать учебное пособие, которое бы полностью удовлетворяло требованиям нового образовательного стандарта. В какой степени это удалось авторам — судить нашим уважаемым читателям.
Учебное пособие состоит из пяти частей. В первой части приводятся базовые сведения об инженерном проектировании, технической документации, стадиях проектирования электронных средств. Конструирование электронных средств основано на использовании различных стандартов, нормативно-технической документации, справочных материалах, требованиях и т. п. Умение руководствоваться такими документами при выполнении всех этапов проектных работ — обязательное требование к специалисту, поэтому в пособии существенное место отведено сведениям о действующих стандартах и нормативно-технической документации, используемых для решения задач, возникающих на всех этапах проектирования электронных средств, а также об используемых информационных технологиях (ИТ), так как на современном предприятии электронного профиля сфера применения ИТ исключительно широка.
Вторая часть посвящена особенностям конструкций электронных модулей нулевого уровня. Современные ЭС, в том числе аппаратура средств связи, приборы и устройства промышленного, оборонного, космического и бытового назначения, изготавливаются на базе электрорадиоизделий (ЭРИ), номенклатура которых насчитывает сотни наименований, типов и типоразмеров. Конструктору ЭС необходимо свободно ориентироваться во всем многообразии радиоэлектронных компонентов и уметь обоснованно осуществлять выбор элементной базы. Наряду с применяемой технологией изготовления, ЭРИ, главным образом, определяют качество и надежность изделий ЭС в целом, а также их основные технические характеристики, устойчивую и безаварийную работу в различных условиях эксплуатации. Поэтому значительное внимание в пособии уделено свойствам, классификации, системе условных обозначений, маркировке и вопросам применения ЭРИ.
В третьей части изложены особенности конструирования функциональных узлов на печатном монтаже с учетом требований, предъявляемых к конструкции ЭС по воздействию дестабилизирующих факторов. Рассматриваются этапы проектирования печатных плат, в том числе поверочные расчеты на вибро- и ударопрочность, анализ теплового режима.
Четвертая часть непосредственно посвящена разработке конструкций блоков и шкафов как модулей второго и третьего уровней конструктивной иерархии соответственно. Рассмотрены особенности проектирования несущих конструкций, лицевых панелей, электрических соединений ЭС различного назначения с учетом условий эксплуатации. Большое внимание в данной части пособия отведено основным конструкторским расчетам, а также проблеме электромагнитной совместимости, тепловым расчетам, вопросам эргономики и дизайна. Рассмотрены методы защиты ЭС от дестабилизирующего влияния разнообразных внешних воздействующих факторов.
В пятой части учебного пособия рассматриваются задачи обеспечения требуемого уровня качества и надежности электронных модулей, а также вопросы, связанные с оптимизацией конструкций ЭС.
Учебное пособие соответствует требованиям, предъявляемым Федеральным государственным образовательным стандартом 3-го поколения, и предназначено для подготовки бакалавров и магистрантов всех форм обучения по направлениям 211000 «Конструирование и технология электронных средств», 210400 «Радиотехника» при изучении дисциплин «Основы конструирования электронных средств», «Основы проектирования электронных средств», «Основы конструирования и технологии производства РЭС», «Основы компьютерного проектирования РЭС», «Моделирование конструкций и технологических процессов производства электронных средств». Материалы пособия рекомендуется использовать при выполнении курсовых проектов, выпускных квалификационных работ бакалавров и магистерских диссертаций указанных направлений и может быть полезно аспирантам и инженерам, занимающимся проектированием средств электронной техники, а также студентам направления 210200 «Проектирование и технология электронных средств» и других технических направлений и специальностей.
Части I—III, глава 4.8 и приложения написаны И.В. Тюриным, часть IV — О.А. Бе-лоусовым, часть V написана Д.Ю. Муромцевым совместно с И.В. Тюриным, под общей редакцией Д.Ю. Муромцева всего текста учебного пособия.
Авторы выражают благодарность рецензентам — доценту Г.Ф. Баканову, профессорам Н.К. Юркову и А.В. Муратову за полезные советы, замечания и предложения.
Скачать книгу "Конструирование узлов и устройств электронных средств". Ростов-на-Дону, Издательство Феникс, 2013
|
