Узлы функциональной электроники
Введение
Устройства функциональной электроники – это устройства, которые
работают на различных физических явлениях, работа связана с использованием
динамических неоднородностей ( временные дефекты в однородном твердом теле
). Их функционирование описывается уравнениями математической физики.
Любая ЭВС состоит из элементной базы: ИС, устройства функциональной
электроники и электрорадиоэлементы.
Электрорадиоэлементы используются давно и подразделяются на:
V активные ( п/п приборы и электровакуумные );
V пассивные:
V общего применения ( резисторы, конденсаторы и пр.)
V СВЧ устройства ( элементы, размеры которых соизмеримы с длинной волны обрабатываемого сигнала).
Соединители и коммутационные устройства
Соединители – это устройства, предназначенные для механического
соединения /разъединения электрических цепей в обесточенном состоянии.
Коммутационные устройства – это устройства, предназначенные для
периодического замыкания/размыкания цепей под током.
Соединитель образует разъемное, контактное соединение. Существуют
неразъемные соединения – паяные, сварные и пр.
Коммутационные устройства могут быть с ручным или электрическим
управлением. Коммутационные устройства делятся на:
V контактные – используют механическое соприкосновение двух контактных деталей;
V бесконтактные – осуществляют коммутацию без механического соединения/разъединения.
Теория электрического контакта
В контактном устройстве протекает ряд сопутствующих явлений, кроме
электрической проводимости.
После разреза сопротивление проводника увеличивается на некоторое
переходное сопротивление (Rпер ) – одна из основных характеристик контакта
( чем меньше, тем лучше ).
Появление переходного сопротивления объясняется ( Rпер ):
1. Как бы чисто мы не обрабатывали разрез, на нем всегда существуют микро шероховатость, из-за этого проводник соединяется не по всей поверхности поперечного сечения:
Sреал.>Sперв.
V атомарный кислород оседает, образуя пленку;
V за счет соединения O2 и металла – окисные пленки;
Существуют пассивирующие и рыхлые пленки. Рыхлые пленки могут существенно влиять на Rпер.. Чем больше температура, тем больше скорость роста пленки, но при достижении некоторой температуры пленка разрушается. серебро …………… t пл.=150 (C алюминий…………tпл.=3000 (С
V осаждение пленки воды – оказывает малое влияние на Rпер., но при замерзании воды могут возникнуть пленки льда, а это уже диэлектрик.
V сульфидные пленки – у них большая толщина и плотность.
Наличие пленок затрудняет прохождение электрического тока. В зоне
контакта ток протекает благодаря эклектической проводимости металлов и ещё
благодаря фрикинг-эффекту.
Фрикинг-эффект
Между несоприкасающимися пленками возникает большая напряженность
электрического поля, из-за такой электрической напряженности возникает
пробой, металл расплавляется и возникает электрический контакт.
[pic]
Ток может протекать через пленку и благодаря туннельному эффекту.
3. Эффект стягивания
Удлиняется путь электронов из-за изменения траектории движения,
вызванного разрезом проводника.
Эквивалентная схема контактного устройства
N – количество шероховатостей ( величина случайная, при каждом
соприкосновении N изменяется ).
RV1 – сопротивление шероховатостей;
Rст1 – сопротивление стягивания;
Rпл1 – сопротивление пленки.
В среднем можно считать переходное сопротивление по упрошенной
формуле:
[pic], где
( - удельное сопротивление материала контакта;
. - коэффициент Пуассона ( механическая характеристика );
Q – усилие контактного нажатия; hв – средняя высота выступа.
Статическая нестабильность переходного сопротивления –
среднеквадратическое отклонение. Характеристикой контактного устройства
является динамическая нестабильность – показывает степень изменения Rпер
при воздействий на контактное устройство внешнего механического воздействия
( вибрация, удар ).
Более сложные физические явления работы наблюдаются в динамическом
режиме работы – при замыкании / размыкании.
При размыкании возможно наблюдение явления дуги и следовательно
расплавление контактов. Возникает из-за высокой ионизации между контактами.
Дуга зависит от:
. материала;
. напряжения и тока;
. чистоты поверхности;
. состава окружающей атмосферы;
. от наличия реактивных элементов в коммутируемой цепи.
Разность потенциалов между контактами это (инд. и (ист.. Из-за дуговой
эрозий очень ухудшается контакт.
Наблюдается явление мостиковой эрозии, возникает при низких
напряжениях между контактами. При размыкании уменьшается число точек
соприкосновения и увеличивается плотность тока, металл оплавляется и
вытягивается, и, следовательно, контакт разрушается.
Электрические соединители.
Классификация по виду соединяемых частей:
1группа: - низковольтные, НЧ- предназначены для работы на Uh< 1500 В и f