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.

Площадь контакта меньше реальной площади поперечного сечения.
2. На поверхностях контактирующих деталей появляются пленки. Причины их возникновения:

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 );

E – модуль упругости материала;

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