Рэа что это такое электрика. Монтаж радиоэлектронной аппаратуры: особенности, методы и оборудование

Термин радиоэлектронная аппа­ратура (РЭА) появился в 1963 г. для общего описания изделий радио­техники (приемников, передатчиков), вычислительной техники (ЭВМ и уст­ройств для обработки данных), про­мышленной электроники (устройства управления технологическими про­цессами, приборы для воздействия на материалы и детали) и т. п. В на­стоящее время различают радио­электронные системы (радиосвязи, радиолокации и навигации, управ­ления и т, п.) и радиоэлектронные устройства (радиоприемные, радио­передающие и т. п.). В литературе по конструированию термин РЭА относят к широкому классу изделий, в которых используют преимущест­венно электромагнитные сигналы для передачи, приема и преобразования информации.

Основной физический механизм ра­боты РЭА — многократное преобра­зование природы сигналов. Напри­мер, в простейшем радиоприемнике (Рис. 1.1, а) входной сигнал, за­шифрованный в свойствах электро­магнитного поля I, преобразуется на выходе антенны в сигнал высокой частоты 2. Аналогичные эффекты про­исходят в детекторе Д и громкого­ворителе Гр. По первому впечатле­нию таких преобразований не про­исходит в усилителях высокой и низкой частоты (природа входных 2 и 3 и выходных 2′ и 3′ сигналов одинакова). Однако рассмотрение уп­рощенной схемы усилителя низкой частоты (Рис. 1.1, б) показывает, что он является сложным преобразователем, включающим в себя нить на­кала (преобразователь электри­ческой энергии в тепловую), катод к (преобразователь тепловой энергии в энергию электронного газа), про­межуток сетка—катод с — к (преоб­разователь энергии входного управ­ляющего сигнала W_BX в энергию электрического поля) и т.д.

При работе резисторов происхо­дит преобразование электрической энергии в тепловую. При работе конденсаторов и катушек индуктив­ности требуется не только наличие соответствующим образом выпол­ненных проводников, но определен­ного пространства (емкость или ин­дуктивность [1] —способность про­водников с током и окружающего их пространства накапливать энергию электрического или магнитного по­ля). Таким образом, все схемотех­нические элементы, устройства и системы — преобразователи, требу­ющие при работе дополнительного объема пространства для поглоще­ния или накопления тепловой, аку­стической, световой, электромагнит­ной и т. п. энергии. Поэтому реше­ние конструкторско-компоновочных задач требует обязательного учета как природы эффектов преобразова­ния, так и дополнительных объемов для их нормального протекания. Необходимая степень учета этих факторов зависит от конструктивных особенностей РЭА.

Таким образом, конструкцию РЭА следует рассматривать в виде опре­деленным образом упорядоченной статической комбинации (структуры) исходных свойств (материалов, эле­ментов) и их взаимосвязей, обеспечи­вающих заданное динамическое пре­образование физической природы сигналов, преимущественно электро­магнитной природы. В свою очередь она разделяется  на:

·        определенные упорядоченные статические структуры материалов, «запомнивших» воздействия при изго­товлении элементов конструкции (ше­стерни, резисторы, микросхемы и т. п.), — собственно конструктив­ные   и   схемные   элементы,

·        определенные статические или динамические связи, определяемые компоновкой и связями элементов конструкции, электромонтажные, механические и др.,

·        специальные каналы, с помо­щью которых осуществляются эффек­ты энерго- массопереноса (обмена) со средой или специальными устрой­ствами (ввода—вывода, теплообмена, экранирования и т. п.), а также человеком-оператором.

Особенности конструкции РЭА определяются областью ее исполь­зования (объектом-носителем), схе­мотехническим назначением, исполь­зуемыми элементной и конструктив­ной базами.

Области использования РЭА.

Области использования и объекты носители РЭА определяют параметры конкретного микроклимата в месте расположения РЭА. Легче всего обес­печить нормальную работу РЭА в отапливаемых помещениях в ста­ционарных условиях. Стационарная и переносная РЭА, предназначен­ная для работы на поверхности земли, должна иметь в конструкции защитные корпуса с уплотнением и элементную базу, обеспечивающую нормальную работу при воздействии климатических факторов.

Возимая РЭА для наземных транс­портных средств подвергается воз­действию вибраций, ударов и ускоре­ний. Возможно воздействие пыли, паров   бензина   и   масел.

Корабельная РЭА требует ис­пользования влагонепроницаемых корпусов и уплотнения осей орга­нов   управления.

Самолетная и вертолетная РЭА должна работать при пониженном атмосферном давлении, воздействии росы и инея, тумана, вибраций, уда­ров и других воздействий, опреде­ляемых конструкцией самолета и вертолета. Наиболее тяжелыми могут быть условия работы ракетной и космической   РЭА.

Поэтому при разработке конструк­ции РЭА необходимо знание осо­бенностей объектов-носителей и кли­матических условий местности экс­плуатирования РЭА, которые ока­зывают существенное влияние на конструктивно-компоновочные пара­метры РЭА, на выбор материалов элементной и  конструктивной базы.

Назначение РЭА.

В настоящее время РЭА исполь­зуется для связи, управления, на­вигации, различных научных иссле­дований и в производстве. Суть ее работы и определяющие факторы следующие.

Радио-, оптическая и проводная связь — передача радиосигналов от одного абонента к другому по радио, оптическим или проводным линиям связи. Должна обеспечивать многоканальность, беспоисковое вхожде­ние в связь, помехозащищенность от атмосферных и искусственных помех При наличии промежуточ­ных приемопередающих устройств получают радиорелейные линии свя­зи.

Радиовещание и телевидение — пе­редача речевых, музыкальных и ви­зуальных ознакомительных или раз­влекательных сообщений большим группам людей. Должны обеспечи­вать достаточную дальность действия, число каналов и высокое качество воспроизведения сигналов (моно-, стерео- или квадрофоническое для акустических, черно-белое, цветное и объемное для визуальных). Могут использоваться для специальных це­лей в условиях работы промышлен­ных, зрелищных, медицинских и других организаций (диспетчерские устройства связи, промышленное и медицинское телевидение, специаль­ные    звуковые   эффекты    и    т.    п.).

Радиоуправление — управление по эфиру или проводам с помощью ра­диосигналов промышленными, на­учными или военными объектами. Должно обеспечить простоту, точ­ность   и   скрытность   управления.

Радиотелеметрия — получение информации о работе и состоянии объектов и людей с помощью спе­циальных промежуточных преобра­зователей и линий связи Аппара­тура должна обеспечивать точность, быстродействие и быть (особенно для малогабаритных объектов) ма­логабаритной   и   экономичной.

Радиометеорология — получение информации, в основном, с помо­щью специально оснащенных ИСЗ (например, «Метеор», «Нимбус») и наземных комплексов об облачности, температуре, различных образова­ниях и других факторах на поверх­ности Земли, определяющих погоду. Должна обеспечивать точность и своевременность получения метеоинформации.

Радиолокация — определение координат и характеристик объекта активными (источники импульсного или непрерывного излучения   в  составе РЛС) или пассивными (источ­ник радио- или теплового излуче­ния сам объект) методами. Должна обеспечивать точность и достовер­ность работы, особенно в условиях пассивных   или   активных   помех.

Радионавигация — особо точ­ное определение координат объекта с помощью специальных источников радиоизлучения с точно известными координатами (например, береговые радиовещательные или специальные станции) Обеспечивает большую точ­ность (особенно на больших расстоя­ниях) по сравнению с радиолокацией.

Радиоастрономия — получение информации о космических объек­тах с помощью приема и анализа их радиоизлучения. Так как ширина «радиоокна» в атмосфере намного больше оптического, то и количество информации тоже намного больше. Должна обеспечивать наивысшую чувствительность и широкополосность системы, ибо ими определяет­ся количество получаемой информа­ции

Медицинская радиоэлектроника — использование методов и средств радиоэлектроники в биомедицин­ских исследованиях, в качестве элек­тронных стимуляторов деятельности отдельных органов человека, в со­здании протезов и диагностических систем Должна обеспечивать высо­кую эффективность при минималь­ном нежелательном воздействии на организм  и простом   обслуживании.

Радиоизмерения — создание и использование специальных уст­ройств для измерения или имитации различных сигналов, преимуществен­но электромагнитной природы. Дол­жны обеспечивать требуемую точ­ность, стабильность, уровень и бы­стродействие во всех научных иссле­дованиях, для которых предназна­чены измерительные приборы или комплексы, включая, в частности, наручные электронные часы, сред­ства комплексного контроля и дру­гие подобные устройства. Должны проводиться с минимальным влия­нием на параметры контролируемой цепи.

Устройства обработки данных — обычно являются частью более слож­ных радиосистем или систем автома­тизированного управления (АСУ), но могут быть выполнены и в виде самостоятельных систем вида элек­тронных цифровых, аналоговых или клавишных вычислительных ма­шин (ЦЭВМ или просто ЭВМ, АЭВМ и ЭКВМ). Должны обеспечивать про­стоту ввода и вывода данных, точ­ность, бесшумность и надежность работы.

Устройства записи и воспроизве­дения сигналов — приспособления для записи и воспроизведения аку­стических, визуальных и специаль­ных сигналов на проволочных, лен­точных, дисковых, плоских ферро­магнитных (магнитная запись), оп­тических (в том числе голографическая запись) и других по форме и физической природе носителях (в ви­де магнитофонов, радиол, ЗУ и т. п.). Должны обеспечивать в первую оче­редь требуемое качество и простоту управления. Для специальных уст­ройств (например, ЗУ) могут предъяв­ляться требования разного быстро­действия при записи и воспроизве­дении.

Устройства энергетического ха­рактера — приспособления для непосредственного воздействия на свойства материалов или объект уп­равления (некоторые устройства квантовой электроники, используе­мые в технологии микросхем, высоко­частотная закалка, аппаратура фи­зиотерапии, специальные выходные устройства управления и т. п.). Должны обеспечивать избиратель­ное энергетическое воздействие в со­ответствии с назначением. Их ча­сто (как и некоторые электромеха­нические и фотооптические устрой­ства) не включают в радиоэлектро­нику.

Рассмотрение характерных обла­стей использования радиоэлектро­ники показывает, что она, в основном, предназначена для решения разно­образных информационных задач. Этим определяется как математиче­ский аппарат радиоинженера, так и используемые им физические мо­дели.

Задачи, стоящие перед разработчиками конструкции электронных устройств.

1.      Выбор элементной базы.

2.      Выбор варианта расположения и крепления радиоэлементов, узлов, блоков с учётом минимизации габаритов электромагнитных связей и тд.

3.      Разработка несущих конструкций с учётом удобства доступа при сборке, регулировке и ремонте.

4.      Обеспечить систему теплоотводом, с защитой от воздействия окружающей среды и защиты от ударов, вибраций и т.д.

5.      При разработке учитывать преемственность разрабатываемого изделия, унификацию, стандартизацию и модернизацию.

6.      Выбор используемых материалов, технологии изготовления, размер допусков и посадок. Необходимо уметь выполнять проверочные расчёт электрических параметров схемы на: механическую прочность, надёжность, тепловой режим и т.д.

7.      Учёт экономических и эргономических показателей.

История развития конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

1910-1915гг. — основой являлись лампы, навесной монтаж, несущая конструкция – деревянный ящик, к стенкам которого внутри крепились элементы, резьбовые соединения.

По мере увеличения каскадов возросли паразитные и электромагнитные связи. Перед разработчиками встала задача экранирования не только отдельных элементов, но и блоков, в результате появились металлические шасси.

В конце 20-х годов аппаратура стала конструироваться в виде этажерки, вся схема разбивалась на на отдельные блоки – блочный метод конструирования.

В начале 30-х годов процесс монтажа оставался ручным, но производительность возросла за счёт применения пайки. Расстояние между элементами уменьшилось, но при этом возросли электромагнитные связи внутри аппаратуры.

В конце 30-х годов аппаратура стала использоваться на открытом воздухе. Защита от воздействия окружающей среды и от механических факторов. К радио электронной аппаратуре стали предъявляться требования по условию эксплуатации и объекту установки.

В 50-е годы появились полупроводниковые транзисторы и диоды. Пассивные радиокомпоненты стали миниатюрными. Элементы стали размещаться на печатных платах. Начал преобладать модульный метод конструирования.

Плата – это законченная часть схемы. Ввиду использования печатного монтажа уменьшились габариты и масса радиоаппаратуры. Появляется первая ЭВМ. Несмотря на использования печатного монтажа аппаратура была громоздкой. С увеличением функциональной сложности размеры её возрастали многократно.

60-е годы. Появляются первые схемы сделанные по интегрально-групповой технологии. Тонкоплёночные гибридные интегральные микросхемы толщиной 1 микрон.

В конце 70-х годов стал преобладать функционально-узловой метод конструирования. Возросла функциональная сложность радиоаппаратуры. На ряду с ГИС стали появляться СБИС и полупроводниковые ИС. В конструировании стало преобладать направление комплексной микроминиатюризации. Появляется технология поверхностного монтажа элементов.

На сегодняшний день стираются грани между элементной базой и самой аппаратурой в целом. Главная цель комплексной микроминиатюризации – это создание высоконадёжной радиоэлектронной аппаратуры с учётом минимизации габаритов и массы, с малой потребляемой мощностью и низкой себестоимостью. Это возможно при условии сокращения сроков проектирования РЭК, при применении САП (система автоматизированного проектирования) и использовании на всех этапах и стадиях изготовления.

Перспективы.

Развитие микроэлектроники в России необходимо и возможно, но возможно только при государственной финансовой и организационной поддержке и гарантированным объемам рынков сбыта.

Необходимо отметить, что при этом оказываются взаимосвязанными две задачи. Развитие микроэлектроники требует обеспечения государственных гарантий и поддержки для разработки и выпуска микросхемы для электронных документов, информационных систем органов государственной власти, навигационной аппаратуры, промышленной электроники, военной и специальной техники. В то же время, для обеспечения информационной безопасности всех указанных электронных систем следует использовать только отечественные микросхемы и, следовательно, необходимо развивать микроэлектронное производство в России.

Вот почему обеспечение решения этих сложных государственных задач требует создания и развития прочного технологического и производственного базиса выпуска отечественной современной электронной компонентной базы, технический уровень которой определяет возможности государства решать задачи технологической, информационной и экономической безопасности.

Электронная промышленность является базовой отраслью, но не выпускает конечной потребительской продукции. Потребность в ней определяется развитием всей инфраструктуры высокотехнологичных отраслей, опирающихся на использование электроники.

Не имея возможности проектировать и производить современную ЭКБ, Россия в ближайшее время может утратить потенциал в обеспечении обороны страны, потерять свои позиции в экспорте оружия, лишиться возможности разрабатывать и выпускать аппаратуру систем безопасности, в ещё большей степени отстанет от мирового технологического уровня в ведущих отраслях промышленности и обеспечения жизнедеятельности общества.       

Структура мировой системы производства и потребления в сфере высоких технологий основана на технологической цепочке, базирующейся на разработке и производстве ЭКБ. В основе этой технологической цепочки лежит спецтехнологическое оборудование и электронные материалы и структуры. Более 50 млрд. долл. оценен мировой рынок оборудования и материалов в 2005 г. действующие мощности микроэлектронного производства в 2005 г. создали электронную компонентную базу, оцениваемую уже в 300 млрд. долл. на основе данной электронной базы в высокотехнологичных отраслях экономики и, в первую очередь, в информационной и телекоммуникационной, создана электронная продукция общей стоимостью более 6 трлн. долл.

В ближайшем будущем большинство видов аппаратуры и систем будет выпускаться в «однокристальном» варианте, когда все функции будут реализованы на этапе производства ЭКБ.

Таким образом, не имея собственной высоко интегрированной и сложнофункциональной ЭКБ мы проиграем не только технически, но и экономически, так как наша аппаратура и системы станут не конкурентоспособными как на внешнем, так и на внутреннем рынках.

Внешние воздействия>

Регулировщик, монтажник и контролер РЭА

11.01.02 Радиомеханик

Атомный век. Век скорости. Век точности. Космический век… Как только не называют 20-е столетие! И каждое из названий с одинаковым успехом может оспаривать пальму первенства.

В наше время к этим вполне заслуженным названиям прибавляют еще одно — век радиоэлектроники. Потому что проникнуть вглубь атома, достичь невиданных скоростей и фантастической точности, начать освоение космоса мы не могли бы без помощи РЭА.

Трудно найти отрасль хозяйства, где бы эта радиоаппаратура не применялась: радиовещание, телевидение, приборостроение, вычислительная техника, автоматическое управление производственными процессами, медицинское оборудование, ракетная техника, космонавтика, кибернетика, бионика, радиолокация и др.

Данная информация посвящена технологии монтажа электронных компонентов на поверхность печатных плат. Конструирование и производство электронной аппаратуры с использованием технологии поверхностного монтажа позволяет снизить расход материалов и энергии, объем и массу конструкций, улучшить экономические показатели и обеспечить конкурентоспособность.

Материалы, представленные здесь, будут полезны для конструкторов и технологов, специализирующихся в области разработки и производства радиоэлектронной аппаратуры, вычислительной техники и приборостроения, а также студентов вузов соответствующих специальностей.

Что такое радиомеханик?

Человеку, не посвященному в секреты радиотехники электроники, трудно представить, насколько сложна современная радиоэлектронная аппаратура. Десятки тысяч деталей, узлов, элементов скомпонованы в блоки.

К каждому изделию, выпущенному предприятием, предъявляются большие требования, и в первую очередь – требования исключительной точности и надежности в работе. И не случайно. Определить с высокой точностью местонахождение судна или расстояние, скажем до Венеры, автоматически управлять самолетом и совершать слепую посадку можно только с помощью очень точных, безотказных в работе приборов.

Приступая к ремонту или монтажу, рабочий прежде всего знакомится с конструкторской (сервисной) документацией РЭА, где перечислены технологические операции и необходимые измерительные приборы, инструмент. Для облегчения работы даются  четкие и конкретные указания по выполнению операций, и определяется последовательность, в которой целесообразно проводить работу.

Но, конечно, ни один учебник, ни одна, даже самая полная, инструкция не могут дать готовых рецептов, предусмотреть все сложности и случайности, которые встретятся радиомеханику в процессе работы. И бывает, что выполнены все операции, указанные в технической инструкции, а параметры схемы не соответствуют заданным. Вот когда проявляются квалификация и психологическая пригодность радиомеханика к выполнению ответственного задания. На качестве работы скажутся и недостаток знаний, и неуравновешенность характера, и непродуманность действий, и ненужная спешка. Обнаружить неисправность радиомеханику помогает высокая квалификация, хорошие знания монтажной схемы изделия, уметь выбрать эффектные методы поиска неисправностей.

Экзамены

Кропотливо и настойчиво, как заботливые учителя, радиомеханики учат свои изделия безотказно служить людям. И в один прекрасный день приходится аппаратуре сдавать экзамены на прочность, надежность. Правда, на заводе вы скорее услышите об испытании радиоаппаратуры.

Условия, в которых сдает экзамен аппаратура, прямо скажем, тяжелые: перепады температуры -40 до +65 градусов, вибрация, повышенная влажность воздуха, электрические нагрузки, понижение атмосферного давления, ударные нагрузки, при которых число ударов достигает от 40 до 80 в минуту. Попробуй выдержать!

А какие строгие экзаменаторы принимают экзамены? Измерительные генераторы, анализаторы импульсов, кварцевые калибраторы, характериографы и многие другие сложные приборы. Они не делают поблажек. И если хоть один из них покажет, что измеряемые параметры вышли за допустимые пределы, оценка работы аппаратуры будет неудовлетворительной. Потребуется квалифицированная помощь радиомеханика.

И работать в «домашних» условиях ей приходится нечасто. Устройство, смонтированные на самолетах и судах, автомобилях и поездах, постоянно подвергаются вибрации, линейным и ударным нагрузкам. Даже обыкновенный магнитофон или телевизор, прежде чем займет свое место в углу комнаты, должен будет проехать сотни километров, к примеру, по железной дороге.

Как уберечь аппаратуру от влияния механических нагрузок – об этом заботятся специалисты при конструированию устройств. А испытания, проводимые в заводских условиях, — залог того, что изделия будут надежны в эксплуатации.

Вибрационные испытания, а также испытания на устойчивость к линейным ускорениям и ударную прочность радиомеханики проводят на специальных стендах, где создаются условия, максимально приближенные к тем, в которых аппаратура будет работать. По окончании испытаний рабочий осматривает блок или изделие. Любая трещина в узлах крепления и других элементах конструкции, любой ослабленный винт или гайка, нарушение контактов в местах паек представляют угрозу работоспособности аппаратуры. Затем радиомеханик измеряет параметры изделия. Испытания прошли успешно, если рабочий не обнаружил никаких повреждений и параметры соответствуют допустимым пределам.

Не редко радиоаппаратура попадает в такие климатические условия, которые могут оказать влияние на ее работу. Это смена температур, повышенная влажность, солнечная радиация, разряженный воздух и.т.д. Поэтому ее подвергают еще одному экзамену – климатическим испытанием. «закаливание» проводят в специальных камерах тепла и холода. Поместив изделие в такую камеру и установив в ней заданную температуру, периодически проверяют и записывают контролируемые параметры изделия. Бывает, что «закаливание» длится в течении 50ти суток! Для проведения испытаний при пониженном давлении используют барокамеры или термобарокамеры.

Особое внимание уделяют испытанию радиоаппаратуры, которая будет нести службу в воздухе. Испытываемый аппарат устанавливают на вибростенд, помещенный в термобарокамеру, то есть создают условия для одновременный испытаний в разряженной атмосфере, при отрицательной либо положительной температуре воздуха и вибрации. По окончании испытания снова осмотр, измерение параметров. Экзамен на прочность выдержан!

«Знание – дерево, а дело плоды»

Основа теоретического багажа – школьные знания по физике, химии, математике и черчению. В процессе дальнейшего обучения они будут расширяться и углубляться. В области физики радиомеханик изучает электричество, колебания и волны, физику твердых тел, полупроводниковые приборы; в области химии – строение атома, молекулярные связи, химическая технология производства пленочных и интегральных схем; в области математики – графическое изображение различных функций, решение тригонометрических задач, элементы векторной алгебры.

Среди специальных знаний – основы электроники и радиотехники, устройство радиоэлектронной аппаратуры и режимы ее работы, методы и способы механического и электрического монтажа узлов, элементов и изделий в целом, способы электрической проверки и испытаний.

радиомеханик должен уметь:

1. Выполнять монтаж и демонтаж узлов, блоков, приборов аппаратуры проводной связи и распайкой проводов и соединений.
2. Выполнять монтаж узлов на микроэлементах.
3. Составлять схемы соединений.
4. Изготовлять по эл.схемам шаблоны для вязки жгутов средней сложности.
5. Выполнять прокладку силовых и высокочастотных кабелей согласно схеме, подключать и прозванивать их.
6. Проверять произведенный монтаж по всем параметрам.

Но, конечно, недостаточно просто усвоить все эти сложные вопросы, теоретически разобраться в них, пусть даже блестяще. Нужна долгая практика, прежде чем из счастливого содружества знаний и опыта родится хороший специалист.

И еще одно непременное условие: любое дело, которое вы выбрали, работаете так, чтобы не угас в вас творческий огонек. Вам предстоит не легкий путь к вершине мастерства. Но не отступайте перед трудностями. Долгожданные плоды, которые вырастут на дереве знаний, будут лучшей наградой за ваш кропотливый труд.

Слагаемые успеха

Одно из главных качеств, которым должен обладать радиомеханик, — высокоразвитая память. Наличие этого качества позволяет рабочему легко запоминать и удерживать в памяти элементы схем и конструкций, четко продумывать последовательность операций, оценивать общий объем работ.

Наиболее сложная операция, которую выполняет радиомеханик, — диагностика неисправностей. Чтобы быстро найти неисправность, рабочий должен понимать принцип действия устройства в целом и его функциональных узлов, знать их конструкцию и принципиальную схему. Поэтому хорошая память – верный помощник в работе.

Умение концентрировать, переключать и распределять внимание. А это значит, что, во – первых, радиомеханик должен уметь длительное время концентрировать внимание на одном объекте. Во – вторых, не ослабляя внимания, наблюдать за несколькими объектами, например, за показаниями нескольких контрольно-измерительных приборов сразу. И, в – третьих, не ослаблять внимание под воздействием отвлекающих факторов.

Подвижность нервных процессов, высокая чувствительность нервной системы.

А как определишь качество пайки или дефекты электрического монтажа, если не обладаешь острым зрением? И хорошо развитый слух тоже помогает радиомеханику. Например, при настройке генератора частоты, распознавании посторонних шумов, возникающих при дефектах сборки.

Тонкая координация движений с точной дозировкой усилий. Производя монтажные работы, рабочий выполняет тонкие и мелкие движения, которые необходимо точно рассчитывать и при этом правильно распределять усилия.

Любовь к технике, техническая интуиция – основа для рационализаторской деятельности и изобретательности. Настоящий специалист не просто хорошо выполняет свою работу, а еще ищет и находит наиболее производительные способы и последовательность выявления недостатков конструкции устройства и технологического процесса их производства.

Радиомеханик всегда должен быть организован, собран, аккуратен.

Радиомеханику необходимо знать:

1.      Устройство и принцип действия монтируемой аппаратуры

2.      Способы монтажа аппаратуры проводной связи средней сложности по схемам соединений

3.      Правила подводки схем установки деталей и приборов, последовательность включения их в общую схему

4.      Устройство, назначения контрольно-измерительных приборов, инструмента и правило пользования ими

5.      Правило прокладки проводов внутренней и наружной сети

6.      Методы прозвонки печатных плат, блоков, узлов аппаратуры проводной связи средней сложности

7.      Общие сведения по электро- и радиотехнике в объеме программы обучения в системе ПТУ и производственного обучения.

Знания и кропотливый труд и, конечно же, любовь к своему делу.

Нет людей одинаковых. У одного перечисленные качества развиты больше, у другого меньше. Но многие из них можно воспитать или развить в себе. А значит, ваш успех в ваших руках.

Единый тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих (ЕТКС), 2014
Выпуск №72 ЕТКС
Радиомеханик по ремонту радиоэлектронной аппаратуры и приборов

Автоматизированное проектирование радиоэлектронной аппаратуры / Хабр

Целью публикации является ознакомление инженерно-технических работников с одним из бурно развивающихся направлений в современной индустрии информационных технологий.

Предисловие

Автоматизация проектной и расчетной деятельности в инженерной практике имеет длительную и достаточно насыщенную историю. Обращаясь к относительно недалекому прошлому достаточно вспомнить счеты, механические арифмометры и логарифмические линейки. Несколько позже в расчетную практику вошли электронные калькуляторы, которые и до настоящего времени имеют широкое применение. Все эти устройства нацелены на облегчение выполнения разнообразных расчетов, значительная доля которых приходится на проектную деятельность инженеров.

Существенным шагом в направлении автоматизации расчетной деятельности стало появление электронных вычислительных машин (ЭВМ), возможности которых позволили не только выполнять расчеты, но и управлять потоками необходимых вычислений и данных путем составления программ на специализированных языках программирования: Автокод (или Ассемблер), Алгол, Фортран и других. Программирование в корне изменило применимость наработанных в течение столетий математических методов алгебры, геометрии, численных методов, теории вероятностей, исследования операций, дискретной математики, линейного программирования и многих других. Повышение производительности ЭВМ (быстродействия и размеров оперативной памяти) с одновременным расширением спектра периферийных устройств: ввода-вывода текстовых и графических данных, накопителей для долговременного хранения информации, а также интенсивным развитием операционных систем, компиляторов языков программирования оказали существенное влияние на изменение роли ЭВМ в инженерной практике. Решение отдельных расчетных задач стало постепенно заменяться выполнением законченных этапов проектного цикла, что породило понятие системы автоматизированного проектирования в соответствии со следующим определением.

Система автоматизированного проектирования – автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Основное назначение САПР заключается в повышении эффективности инженерной деятельности: сокращении трудоемкости и сроков проектирования, обеспечении высокого качества проектных решений и документации, минимизации натурного моделирования и испытаний опытных образцов, снижении затрат на подготовку производства.

В современной инженерной практике наибольшее распространение получили следующие виды САПР:

Содержание настоящей публикации ограничивается только вопросами, связанными с предметной областью САПР радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах.
В 1948—1950 годах Уильям Шокли создал теорию p-n- перехода и плоскостного транзистора и первый такой транзистор был изготовлен 12 апреля 1950 года. В 1954 году Texas Instruments выпустила первый кремниевый транзистор. Планарный процесс на основе кремния стал основной технологией производства транзисторов и интегральных схем.

За сотрудничество в разработке первого в мире действующего транзистора в 1948 году Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн разделили Нобелевскую премию 1956 года. Становление и развитие технологии промышленного производства полупроводниковых приборов определило долгосрочную и стабильную тенденцию роста степени интеграции электронных компонентов, переход на полупроводниковую элементную базу существенно расширил области применения электронных устройств при драматическом увеличении их степени интеграции и, как следствие, функциональной сложности.

Расширению спектра применимости электронных устройств также содействовал и прогресс в технологии производства печатных плат, которые обладают высокими показателями надежности электрических соединений и механической прочностью, что является первоочередным требованием к мобильным и стационарным электронным изделиям.

«Днем рождения» печатных плат считается 1902 год, когда изобретатель, немецкий инженер Альберт Паркер Хансен подал заявку в патентное ведомство родной страны.

Печатная плата Хансена представляла собой штамповку или вырезание изображения на бронзовой (или медной) фольге. Получившийся проводящий слой наклеивался на диэлектрик – бумагу, пропитанную парафином. Уже тогда заботясь о большей плотности размещения проводников, Хансен наклеивал фольгу с двух сторон, создавая двустороннюю печатную плату. Изобретатель также использовал идущие насквозь печатной платы соединительные отверстия. В работах Хансена есть описания создания проводников при помощи гальваники или проводящих чернил, представляющих собой измельченный в порошок металл в смеси с клеящим носителем.

Печатная плата (printed circuit board, PCB) — пластина из диэлектрика, на поверхности или в объёме которой сформированы электропроводящие цепи электронной схемы. Печатная плата предназначена для электрического и механического соединения различных электронных компонентов. Электронные компоненты на печатной плате соединяются своими выводами с элементами проводящего рисунка обычно пайкой.

Эти тенденции в развитии схемотехники и конструирования РЭА потребовали кардинальных изменений в подходах к организации процессов создания электронных изделий высокой функциональной и конструкторской сложности, что стимулировало появление промышленных систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

На первых этапах становления САПР РЭА основными заказчиками стали предприятия — создатели сложных вычислительных комплексов, генеральные конструкторы которых стали организовывать специализированные подразделения САПР в структуре своих конструкторских бюро.

Создание САПР РЭА требовало привлечения эффективных математических методов и алгоритмов решения ключевых задач структурного и параметрического синтеза проектируемых устройств. К разработке соответствующего математического аппарата привлекались научные сотрудники ведущих ВУЗов: МГУ, ЛГУ, МФТИ, МИФИ, МЭИ, МВТУ, МИРЭА, МАИ, ЛЭТИ и многих других, а также политехнических институтов городов: Каунас, Киев, Львов, Минск. В целях интеграции ресурсов и координации деятельности по разработке САПР РЭА в Министерстве Радиопромышленности СССР выполнялись отраслевые программы РАПИРА и ПРАМ, нацеленные на создание информационно-совместимых пакетов программ автоматизированного проектирования.

Значительный вклад в теорию и практику САПР РЭА в частности внесли следующие ученые:

Абрайтис Людвикас Блажевич
Базилевич Роман Петрович
Вермишев Юрий Христофорович
Зайцева Жанна Николаевна
Маркаров Юрий Карпович
Матюхин Николай Яковлевич
Норенков Игорь Петрович
Петренко Анатолий Иванович
Рябов Геннадий Георгиевич
Рябов Леонид Павлович
Селютин Виктор Абрамович
Тетельбаум Александр Яковлевич
Широ Геннадий Эдуардович
Штейн Марк Елиозарович
и многие другие.

Структура и основные этапы проектирования РЭА

Современная электронная аппаратура реализуется на уровнях конструкторской иерархии, показанной на рисунке ниже. Для всех уровней иерархии используются соответствующие средства автоматизированного проектирования такие как САПР БИС/СБИС, печатных плат, блоков и шкафов.

Далее ограничимся вопросами автоматизированного проектирования типовых элементов замены (Уровень I). Полный цикл проектирования электронных устройств уровня I включает следующие основные этапы:

• Разработка схемы электрической принципиальной (Э3) электронного устройства.
• Цифроаналоговое моделирование схемы устройства.
• Размещение (расстановка) электронных компонентов и внешних соединительных разъемов на печатной плате. Оптимизация плана размещения компонентов с целью минимизации длин предполагаемых электрических соединений, обеспечения равномерного теплового рассеивания, создания приемлемой электромагнитной среды для передачи сигналов без искажений.
• Прокладка (трассировка) электрических соединений между эквипотенциальными выводами размещенных компонентов в соответствии с заданными правилами проектирования, регламентирующими ширину соединений, минимально допустимые зазоры с другими элементами печатного монтажа, обеспечения требований быстродействия и помехозащищенности.
• Контроль соответствия структуры печатного монтажа исходной электрической схеме и технологическим ограничениям производства.
• Выпуск конструкторской и производственной документации.
• Контроль целостности проектных данных, отслеживание внесенных изменений, обмен проектной информацией с другими автоматизированными системами.

Разработка схемы электрической принципиальной (Э3)

Схема электрическая — графическое изображение, используемое для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений структуры электронного устройства. Включает условные графические обозначения (УГО) электронных компонентов и связей между их выводами.

Принципиальная схема может быть представлена на одном и более чертежных листов, при этом схема не регламентирует взаимное (физическое) расположения электронных компонентов. Всем компонентам на схеме и соединениям присваиваются уникальные идентификаторы (номер компонента по схеме, имя цепи и пр.). Для повышения читабельности схемы используются компактные графические объекты – шины и соединители.

Разработка электрических схем выполняется с использованием предварительно подготовленных и аттестованных на соответствие требованиям ГОСТ библиотек условных графических обозначений электронных компонентов.

Логическое моделирование цифровых устройств

Логическое моделирование – один из распространенных способов проверки поведенческих и функциональных свойств проектируемых цифровых устройств и нацелено на сокращение затрат, связанных с созданием и испытаниями опытных образцов. Структура цифрового устройства для моделирования описывается на одном из распространенных языков описания электронной аппаратуры – VHDL и (или) Verilog, а значения сигналов в соединениях и динамика их изменений во времени отображаются в виде графических временных диаграмм.

Современные программные средства поддерживают режимы логического моделирования асинхронных и синхронных цифровых устройств в многозначном алфавите возможных значений сигналов. Допускается моделирование и анализ совместной работы аппаратной части цифрового устройства и программного обеспечения (прошивки) в составе этого устройства, что обеспечивает целостность и полноту результатов моделирования.

Моделирование аналоговых устройств

Моделирования аналоговых устройств позволяет проводить анализ рабочих режимов и осуществлять оценку параметров схемы без изготовления ее макетных образцов.

В настоящее время широко распространены следующие виды моделирования аналоговых устройств:

• Анализ схемы по постоянному и переменному току
• Анализ переходных процессов и передаточной функции
• Анализ шумов и устойчивости
• Температурный анализ при изменении рабочей температуры
• Параметрический анализ при изменении параметров моделей электронных компонентов (транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы, функциональные источники и др.)

Размещение электронных компонентов

Размещение (расстановка) электронных компонентов и соединительных разъемов на печатной плате является комплексной задачей, при решении которой требуется достижение компромиссов по следующим основным критериям:

• Расстановка компонентов с соблюдением установленных правил на минимально допустимые расстояния между их корпусами и выводами.
• Минимизация суммарной длины планируемых к реализации соединений с учетом требований по быстродействию и помехозащищенности (дифференциальные пары, функционально связанные группы, цепи синхронизации).
• Обеспечение равномерного распределения плотности соединений на печатной плате.
• Учет теплового рассеивания и электромагнитного излучения электронных компонентов.

Для оценки качества размещения электронных компонентов на печатной плате используются в частности оценки, связанные с анализом плотности распределения требуемых соединений или модель “силовых векторов”, указывающих для каждого компонента направление к его наилучшему посадочному месту на плате.

Трассировка электрических соединений

Трассировка соединений является ключевым этапом конструкторского проектирования радиоэлектронной аппаратуры, решает задачу прокладки соединений на слоях печатной платы между эквипотенциальными выводами компонентов с учётом заданных правил и ограничений, основными среди которых являются ограничения на ширину проводников и минимально допустимые зазоры между элементами печатного монтажа. Показателями эффективности применяемых методов трассировки являются полнота реализации электрической схемы, минимальная суммарная длина построенных соединений, количество использованных слоев и межслойных переходов.

В настоящее время на практике достаточно широко применяются следующие три способа (режима) трассировки печатного монтажа:

1. Ручная трассировка выполняется конструктором путем нанесения рисунка проводников на чертёж платы.
2. Автоматическая трассировка реализуется специализированными программами, осуществляющими послойную разводку проводников. Полученные результаты доступны конструкторам для последующей ручной корректировки и доработок.
3. Интерактивная трассировка является комбинацией ручного и автоматического режимов трассировки. В этом случае конструктор задает условия для трассировки всех или части требуемых соединений, а программные средства осуществляют операции трассировки в заданных условиях.

Принимая во внимание факт, что результаты автоматической трассировки являются весьма критичными при автоматизированном проектировании ниже приводятся описания (в достаточно общей форме) распространенных алгоритмов решения этой задачи.

Волновой алгоритм автоматической трассировки

Впервые описание волнового алгоритма трассировки соединений на печатных платах было опубликовано в начале 60-х годов (Lee, C.Y., «An Algorithm for Path Connections and Its Applications», IRE Transactions on Electronic Computers, vol. EC-10, number 2, pp. 364—365, 1961). Простота этого алгоритма явилась стимулом для реализации множества соответствующих программных средств.

На каждой итерации алгоритм выполняет поиск и формирование соединения заданной ширины между двумя заданными точками на плоскости с учетом существующих препятствий. Для выполнения этих функций используется так называемое дискретное рабочее поле (ДРП) – двумерная числовая матрица, ячейки которой отображают соответствующие участки печатной платы с размерами равными ширине проводника, увеличенной на величину допустимого зазора. Это гарантирует, что два проводника, размещенные в соседних ячейках будут всегда иметь требуемый зазор между их краями. Ячейки ДРП, запрещенные для прокладки соединений, помечаются специальными метками.

Поиск соединения выполняется последовательным назначением числовых меток

соседним (не запрещенным для прокладки соединения) ячейкам ДРП, начиная с одной из соединяемых (

) и до встречи второй (

). В том случае, когда вторая соединяемая ячейка достигнута, от нее начинается формирование найденного соединения на основе последовательного выбора пар соседних ячеек в кодовой последовательности

Построенное соединение отображается на ДРП новым множеством запрещенных для прокладки соединений ячеек и затем описанная процедура повторяется для последующей пары точек и т.д.

Методы геометрической трассировки

Методы геометрической (shape-based) трассировки составляют следующее за волновым поколение алгоритмов трассировки печатных плат и больших интегральных схем.

Эти методы оперируют геометрическими моделями объектов печатного монтажа (контактов, проводников и т.п.), осуществляя поиск и прокладку соединений в существующем лабиринте свободных ресурсов.

Алгоритмы этого класса решают задачу прокладки каждого соединения также в два этапа: поиск возможного соединения и его прокладка.

Поиск соединения выполняется последовательным распространением прямоугольных проб (“И” – исходная проба) по непрерывным участкам доступных трассировочных ресурсов — до встречи геометрического объекта “П” (или исчерпания всех ресурсов). Каждая сформированная проба является источником для формирования трех порожденных проб по ее ребрам (e_N).

Найденный путь определяется как последовательность пар порождающих и порожденных проб
(П e₁₈ e₁₆ e₁₄ e₁₂ e₁₀ e₈ e₂И)

Методы топологической трассировки

Методы топологической трассировки оперируют с топологической моделью трассировочных ресурсов, сформированной в результате применения операций триангуляции (или подобных на основе выпуклых многоугольных геометрических фигур) к множеству характерных точек элементов печатного монтажа: контактов, проводников, зон запретов на трассировку, контура платы и т.п.

Поиск соединения выполняется последовательным анализом смежных треугольников топологической модели, начиная с тех, одной из вершин у которых является “И” и завершая первым встреченным треугольником, у которого одна из вершин есть “П”.
Найденный путь определяется последовательностью ребер смежных треугольников, расположенных между начальной и конечной вершинами:
(П e₁₂ e₁₁ e₁₀ e₉ e₈ e₇ e₆ e₅ e₄ e₃ e₂ e₁И).

Представленные описания алгоритмов трассировки носят упрощенный характер и выполнены применительно лишь к простейшим однослойным структурам. На практике программные реализации этих алгоритмов обеспечивают возможности трассировки многослойных печатных плат с использованием межслойных металлизированных переходов, соблюдением широкого спектра ограничений на ширину проводников и минимально – допустимые зазоры между всеми элементами печатного монтажа.

Широкое применение электронных устройств в приборостроении, компьютерной индустрии, аэрокосмической отрасли, бытовой технике предъявляет все более жесткие требования к качеству и электрофизическим свойствам печатного монтажа, формируемого в процессе трассировки соединений на плате.

На сегодняшний день все более критичными становятся следующие дополнительные требования к методам трассировки:

• Реализация высокой плотности соединений.
• Обеспечение высокого быстродействия и синхронизации при передаче сигналов.
• Гарантии помехозащищенности сигналов в соединениях.

Документация на проекты электронных устройств

Завершающим этапом проектирования электронных устройств является выпуск проектной документации, включающий конструкторскую документацию и данные для изготовления печатных плат.

Конструкторская документация (КД) — графические и текстовые документы, которые, определяют состав и устройство изделия, содержат необходимые данные для его изготовления, контроля, эксплуатации. Включают спецификацию, электрическую схему, сборочный чертеж платы, перечень элементов, ведомость покупных изделий, технические условия, программу и методику испытаний и другие в соответствии с требованиями ГОСТ.

Данные на изготовление печатных плат формируются программным способом и содержат информацию, необходимую для изготовления фотошаблонов и сверления.

Форматы представления этих данных унифицированы (Gerber, ODB++) и являются стандартами de facto при передаче результатов изготовителю.

Сквозной цикл автоматизированного проектирования РЭА

С позиций пользователей (то есть разработчиков электронной аппаратуры) САПР РЭА являются программным продуктом, потребительские свойства которого оцениваются по следующим основным критериям:

• Поддержка сквозного цикла проектирования РЭА средствами автоматизации.
• Функциональные возможности отдельных подсистем (моделирования, трассировки соединений и др.).
• Открытость системы для ее интеграции с другими средствами автоматизации в той же или смежных предметных областях.
• Качественная и детальная пользовательская документация.
• Техническая поддержка пользователей со стороны компаний — разработчиков программного продукта.

В этом ряду требований первостепенным, как правило, является требование возможности построения сквозного цикла проектирования – от выдачи технического задания на проект и до получения конструкторской документации и данных для изготовления изделия.

Содержание сквозного цикла определяется набором проектных этапов, последовательно выполняемых на основе единой информационной модели проекта.

Такой подход обеспечивает совместимость проектных данных и возможности итеративного проектирования изделия, то есть возобновления проектных работ с начального или одного из промежуточных этапов при изменениях проектных спецификаций.

Примером САПР РЭА отечественной разработки, обеспечивающей автоматизацию основных этапов проектирования электронных устройств, является программный продукт Delta Design компании ЭРЕМЕКС:

Во многих случаях компании – разработчики электронной аппаратуры организуют сквозные циклы проектирования на основе интеграции информационно – совместимых САПР РЭА от разных производителей, современный рынок которых достаточно разнообразен.

Завершая рассмотрение вопросов, связанных с автоматизацией проектирования электронной аппаратуры, необходимо отметить, что эта сфера деятельности в настоящее время продолжает достаточно интенсивно развиваться. В ближайшей перспективе следует ожидать появления новых методов и подходов к решению задач автоматизированного проектирования.

Ducci Healthcare — Ducci Electrical

Больница Шарлотты Хангерфорд
Лаборатория / Финансовый корпус
Торрингтон, Коннектикут
Инженер: Кэннон
Электрическая стоимость: 593000 долларов США
Завершено: 1995