Защитные  системы от наиболее распространенных механических воздействий могут  быть пассивными и активными. Пассивные  способы виброзащиты можно условно подразделить на 4 основные разновидности: виброизоляция, частотная отстройка, демпфирование, динамическое гашение.

       Частотная отстройка применяется для того, чтобы вынести собственную частоту  ячейи электронного средства за пределы диапазона частот возмущающих вибраций. Для этого необходимо увеличить жесткость элементов и уменьшить массу. Жесткость закрепления платы будет больше, если ее закрепить не только с одной стороны, а обеспечить жесткое защемление по периметру, либо использовать рамочную конструкцию с ребрами.

       С оборудованием подвижных объектов дело обстоит сложнее. Оно подвергается действию вибраций от работы двигателя, от возмущающих факторов движения в  широком диапазоне частот, а также  ударным нагрузкам с большими значениями ускорений. В таких случаях  задачу защиты аппарата решают установкой его на виброизоляторы (амортизаторы). Они обеспечивают уменьшение амплитуды вибраций и их ускорения, обеспечивают поглощение энергии ударной нагрузки. Можно выделить виброизоляторы жидкостного, воздушного, фрикционного и гистерезисного демпфирования.

       Выбор виброизолятора зависит как от механических условий среды, так и от температурных. Например, при низких температурах меньше -45 резинометаллические изоляторы теряют свои свойства. 
Динамические гасители колебаний применяются для защиты объектов от вибраций, характеризующихся постоянной частотой, а также для улучшения динамических характеристик объектов и при ударных воздействиях. В простейшем случае динамический гаситель представляет собой массу, закрепленную с помощью упругого элемента к объекту защиты. Подбором массы и жесткости пружины обеспечивается такой режим колебаний, при котором амплитуда колебаний объекта минимальна.

       Кроме пассивных способов виброзащиты в ряде случаев применяют активные системы виброзащиты, например, на основе динамического гасителя колебаний с регулированием величины его упругой связи.

       Демпфирование – использование демпфирующих покрытий и слоистых вибропоглощающих конструкций.

       Кроме описанных наиболее распространенных способов виброзащиты при конструировании электронных средств используют и другие: соответствующую ориентацию конструктивных элементов относительно направления вектора воздействующих вибраций, размещение наиболее чувствительных элементов блока в местах конструкции, характеризующихся малыми значениями коэффициента передачи колебаний, использование виброустойчивых и вибропрочных компонентов, гибгих печатных плат и пр.

4. Терморежимы

 

       Всякое  нагретое тело отдает тепло и охлаждается  за счет 3 основных факторов:

       -конвекции

       -излучения

       -теплопроводности (кондукции).

       Конвективно охлаждаются нагретые тела за счет движения газа или жидкости, которые, нагреваясь, отбирают тепловую энергию. Улучшить условия конвективного охлаждения можно за счет нескольких решений:

1. Увеличения площади поверхности нагретого тела (например, за счет ребрения поверхности).
2. Увеличения коэффициента конвекции жидкости или пара.

       Улучшить  условия охлаждения излучением можно  за счет следующих решений:

1. Увеличения площади поверхности нагретого тела (ребрением).
2. Увеличением степени черноты поверхности нагретого тела за счет увеличения шероховатости поверхности и окрашивания ее в темные цвета, лучше всего в черный.

       Если  Электронные компоненты большой  мощности расположены на диэлектрическом  основании (Например, на печатной плате), то кондуктивное охлаждение практически отсутствует. Для улучшения охлаждения таких элементов рекомендуют:

1. Использовать для них теплопроводы из материалов высокой теплопроводностью
2. Увеличивать площадь теплопровода до возможных значений.
3. Уменьшать длину теплопровода, размещая элемент с теплопроводом на несущих конструкциях или использовать несущие конструкции в качестве теплопровода.
4. Увеличить перепад температур, охлаждая конец теплопровода.

       Также используют различные методы интенсификации охлаждения:

       Под мощные транзисторы или микросхемы предлагают теплопровод, выполняющийся  из металла высокой теплопроводности, увеличиваю  площадь сечения и  площадь поверхности охлаждения теплопровода.

       Под микросхемы с планарными выводами предлагают теплоотводящие шины. Под шину на печатную плату устанавливается диэлектрическая  прокладка. Она приклеивается к плате, микросхемы приклеиваются к шине. Это тоже повышает прочность и теплопроводность конструкции.

       Применение  тепловых труб-стержней, их тепловое сопротивление  близко к нулю.

       Самым простым способом интенсификации охлаждения является естественная вентиляция. Внутри прибора ее можно обеспечить путем  перфорирования корпуса. Для улучшения  конвективного охлаждения рекомендуется  вертикальная компоновка печатных плат параллельно друг другу.

       В случае недостаточности естественной вентиляции следует применять принудительную. По принципу действия она подразделяется на приточную и вытяжную. В случае приточной вентиляции вентилятор работает на приток холодного воздуха в нагретую зону устройства. В случае вытяжной вентиляции вентилятор работает на вытяжку горячего воздуха из нагретой зоны.

       Существует  также жидкостное охлаждение. В жидкостных системах вместо воздуха используют жидкость с температурой испарения  большей, чем температура нагрева  электронного средства. Жидкость в  системе могут принудительно  прогонять с помощью насоса.

       В испарительных системах создают  условия испарения жидкости с  поверхности нагретой зоны. Для конденсации  испаренной жидкости применяют элементы локального охлаждения. 

       Особое  внимание следует уделить вопросам обеспечения нормальных терморежимов радиоэлектронных элементов в смонтированном устройстве. Оптимальное размещение элементов на печатной плате позволяет избежать многих неприятных эффектов, например, градиента температур. Также может возникнуть эффект «локального перегрева», когда близко расположенные на плате тепловыводящие элементы «подогревают друг друга», обеспечивают локальную концентрацию большой тепловой мощности при неудовлетворительном ее отводе. Для выхода из данной ситуации достаточно обеспечить более равномерное распределение тепла, например, удаляя друг от друга тепловыводящие элементы. О

       Основные  мероприятия по улучшению температурного режима:

1. Пассивные элементы размещаются как можно дальше от активных. В идеальном случае пассивные элементы помещают в один индивидуальный блок, а активные в другой, находящийся в некотором расстояние от первого.
2. Между термически активными и пассивными элементами размещаются краны и перегородки.
3. В наличии локализованного рассеивания тепла в определенном месте иногда может быть применена непосредственная теплопередача от активных элементов за пределы корпуса с помощью термических отводов.
4. Охлаждающий воздух или жидкость направляется сначала через более холодные термически пассивные элементы, а затем через более нагретые активные.

     Также перегрев может возникать вследствие перегрева зоны внутри радиатора  за счет поглощения теплового излучения  и изоляции конвекционных потоков.

5. Защита  от воздействия влаги  и обеспечение  электрической прочности.

 

       К распространенным внешним воздействиям можно отнести воздействие влаги. Такие воздействия бывают различными:

1. Повышенная относительная влажность при эксплуатации.
2. Брызго- и водовоздействие при эксплуатации аппаратуры.

       Влага отрицательно воздействует на радиоэлементы  и элементы конструкции, содержащие гигроскопические диэлектрики. Гигроскопические диэлектрики впитывают влагу  и изменяют электрическую прочность, увеличивают диэлектрические потери. Влага запыленная, загрязненная кислотами, щелочами, является токопроводящей. Поэтому при проектировании аппаратуры, работающей в условиях повышенной влажности, водо- и брызговоздействия рекомендуется использовать стеклотекстолит и керамику для несущих элементов конструкций.

       Если  узлы конструкций все же содержат гигроскопические диэлектрики, то применяют  следующие методы их защиты:

1. Покрытие поверхности элементов влагозащитным лаком. Или же конструкции ячеек могут заливаться пенополиуретаном, что наряду с влагозащитой обеспечивает и дополнительную виброзащиту ячейки.
2. Пропитка радиоэлементов и узлов, содержащих гигроскопические материалы, лаками. Пропитываются катушки трансформаторов, дросселей, индуктивности. В этом случае увеличивается электрическая прочность между витками.
3. Заливка конструкции жидкими или затвердевающими компаундами. Компаунд – это термоактивная, термопластическая полимерная смола и эластомерные материалы.

       Все вышеуказанные методы влагозащиты ухудшают условия охлаждения электронных средств, поэтому при их использовании должны применяться дополнительные методы интенсификации охлаждения.

       Кроме всего прочего влажность отрицательно воздействует также на металлические  конструкции, вызывая их коррозию. Основные пути решения этой проблемы следующие:

1. Применение металлических несущих конструкций, которые слабо окисляются. Например, нержавеющие стали, алюминий и его сплавы.
2. Защита металлических конструкций, которые подвергаются коррозии, защитными металлическими и неметаллическими покрытиями. Например, цинкование, кадмиевое или оловянно-висмутовое покрытие.
3. При повышенных температурах и наличии влаговоздействия избегают контакта элементов, состоящих из металлов с большой разницей электрохимических потенциалов (например, медь с алюминием). Их разделяют элементом из материала-посредника. Если же такие элементы буду контактировать, то возникнет контактная коррозия в месте их контактирования.
4. Герметизация ячеек, блоков или аппарата в целом.

6. Проблемы  обеспечения быстродействия.

 

       Основными факторами, влияющими на обеспечение быстродействия систем является тактовая частота управляющих элементов, а также разрядность шин (то есть количество проводов, по которым передается сигнал), длина передающих линий.

       Для обеспечения наилучшего быстродействия должны выполняться несколько факторов:

1. Большая тактовая частота.
2. Небольшие расстояния между взаимодействующими элементами
3. Большая разрядность шин

       В реальной жизни достичь наилучшего сочетания этих факторов очень сложно. Большая тактовая частота означает довольно небольшую амплитуду сигнала. При сильном уменьшении амплитуды  помехи, воздействующие на сигнал, сильнее  искажают его, что вызывает большие  потери.

       Небольшие расстояния между взаимодействующими объектами также не всегда получается обеспечить. Связано это также  с электромагнитным воздействием их друг на друга, а также с проблемами обеспечения необходимого теплового  режима. В связи с этим возникает  необходимость разносить некоторые  элементы.

       Большая разрядность шин с одной стороны, увеличивает количество передаваемой за раз информации, с другой стороны, также увеличивает наводки проводов друг на друга. Также оказывает влияние  количество и угол изгиба проводов или дорожек на печатной плате. 

       Внешние воздействия:

1. Нестабильность температуры эксплуатации
2. Механические воздействия.
3. Нестабильность влажности.

Заключение.

 

     В данной работе были рассмотрены основные факторы, влияющие на работу электронных  систем. Следует отметить, что эти  факторы редко встречаются по-отдельности. Гораздо чаще встречаются различные их сочетания. Причем вредными могут оказаться именно сочетания факторов, в то время как все они по-отдельности не влияли бы отрицательно на работу устройства. Поэтому при проектировании электронных систем следует проводить комплексный анализ вредных факторов и их всевозможных сочетаний.

Список  литературы

 

1. Л.Н.Панков, В.Р.Асланянц, Г.Ф.Долгов «Основы проектирования электронных средств»: Владимир, 2007.
2. В.Н.Осколков, Ю.Н.Ширяев. «Приоритеты при проектировании многоуровневого монтажа РЭС».
3. Ермаков А.А. «Основы надежности информационных систем».
4. Дружинин Г. В. «Надежность автоматизированных систем».
5. Ковалев В.В. «Что такое «Не везет» и как с ним бороться, или как обеспечить надежность РЭС при разработке».