1.Co to jest technologia?

-nauka o sposobach przetwarzania przedmiotów lub materiałów, sposobach wytwarzania gotowych wyrobów w przemyśle i rękodzielnictwie. Zajmuje się także urządzeniami, maszynami, narzędziami, itd. służącymi ,do przetwarzania materiałów lub, przedmiotów do wytwarzania gotowych wyrobów.

2.Podać schemat przygotowania i uruchomiania produkcji nowego wyrobu.

Etap I: prace konstrukcyjno-doświadczalne:

Opracowanie założeń konstrukcyjnych.

Opracowanie dokumentacji dla wykonania prototypu.

Wykonanie prototypu.

Badanie prototypu.

Etap II: techniczne przygotowanie do uruchomienia produkcji:

Opracowanie dokumentacji dla wykonania serii próbnej

dokumentacja dokumentacja

konstrukcyjna technologiczna

Wykonanie serii próbnej.

Badanie serii próbnej.

Opracowanie dokumentacji dla produkcji przemysłowej.

dokumentacja dokumentacja

konstrukcyjna technologiczna

Produkcja seryjna.

1.Metody projektowania urządzeń i systemów elektronicznych.

Projektowanie urządzeń może być realizowane różnymi metodami. Najistotniejsze rodzaje to:

analityczne;

za pomocą nomogramów;

za pomocą makiet;

modelowe;

graficzne;

metodą bezpośrednią;

ze wspomaganiem komputerowym.

Analityczne polegają na posługiwaniu się wartościami liczbowymi różnych cech (rozmiary, moce). Na tej podstawie tj. cech konstrukcyjnych elementów urządzenia oraz znajomości metody ich łączenia oraz reguł sumowania wyznacza się cechy konstrukcyjne całego urządzenia projektowanego i jego zespołów.

Za pomocą nomogramów polega na uporządkowaniu elementów wg specyfikacji schematu ideowego. Sporządza się wykazy elementów przyporządkowując im odpowiednie nomogramy i na tej podstawie określa się podstawowe parametry konstrukcyjne urządzenia. Zaletą takiego projektowania jest szybkie określenie objętości i ciężaru urządzenia.

Za pomocą makiet w przypadku małowymiarowych elementów makiety wykreśla się w powiększeniu a dla dużych w zmniejszeniu. Na makietach należy podawać - oznaczać wyprowadzenia. Po przygotowaniu odpowiedniej liczby makiet rozkłada się je zgodnie ze schematem ideowym, przy uwzględnieniu warunków eksploatacji i produkcji, warunków cieplnych , ekranowania, czy też szkodliwych sprzężeń. Zadowalające wyniki uzyskuje się tu zwykle wykonując kilka przymiarek metodą kolejnych przybliżeń. Ten sposób projektowania wykorzystuje się do projektowania elementów przestrzennych w jednej płaszczyźnie.

Modelowe realizuje się za pomocą przestrzennych modeli rozplanowując nie tylko elektroniczne jaki mechaniczne zespoły. Jest to sposób postępowania podobny do projektowania za pomocą makiet. Zaletą jest wysoki stopień poglądowości, który umożliwia najbardziej pełne wyobrażenie sobie konstrukcji urządzenia.

Graficzne stosuje się tu uproszczone sposoby rysowania elementów. Korzystnym jest tu posługiwanie się specjalnymi szablonami, w których wycięte są kontury elementów. Skrócenie czasu staje się tu możliwe dzięki zastosowaniu specjalnych stempli.

Metodą bezpośrednią zamiast modeli i szablonów korzysta się z elementów rzeczywistych. Możliwe są trzy sposoby projektowania metodą bezpośrednią. W pierwszej zbiera się wszystkie elementy danego urządzenia, układa ściśle w pudełko i przyjmując współczynnik zapełnienia objętości oblicza się objętość. W drugiej elementy danego urządzenia rozmieszcza się zgodnie ze schematem ideowym, ich miejsca zaznacza się na papierze ołówkiem łącznie z naniesieniem punktów lutowniczych i połączeń. W trzeciej z elementów wykonuje się model laboratoryjny odpowiadający schematowi.

Wszystkie podane dotąd sposoby projektowania mają tę cechę, że wymagają bardzo dużego doświadczenia i erudycji projektantów. Tylko przy dostatecznym doświadczeniu projektantów można stosując te metody uzyskać zadowalającą zgodność obliczonych parametrów technicznych z rzeczywistymi. Metody te będą niedługo stanowić znaczenie historyczne, ustępując miejsca projektowaniu komputerowemu.

Ze wspomaganiem komputerów składa się w znacznej części z czynności powtarzalnych, a zatem doskonale nadających się do zalgorytmizowania i zakodowania w sposób odpowiedni dla komputerów. Zastosowanie technik komputerowych w pełni obejmuje takie zagadnienia jak: wykazy materiałowe, opisy techniczne, rysunki konstrukcyjne, symulacje funkcjonalnych układów elektronicznych, obliczenia wytrzymałościowe, termiczne, kinetyczne, poszukiwania optymalnego rozmieszczenia elementów i funkcjonalnych połączeń elektrycznych. W znacznie mniejszym stopniu technika komputerowa ma zastosowania w syntezie strukturalno-funkcjonalnej, w indywidualnym i samodzielnym generowaniu rozwiązań konstrukcyjnych.

2.Zalety i wady projektowania urządzeń elektronicznych ze wspomaganiem komputerowym.

Zalety to możliwość wykonania: wykazy materiałowe, teksty alfanumeryczne, opisy techniczne, rysunki konstrukcyjne (zwymiarowane i opisane), symulacje funkcjonalnych układów elektronicznych, obliczenia wytrzymałościowe, statyczne, dynamiczne, termiczne, kinetyczne, poszukiwania optymalnego rozmieszczenia elementów i funkcjonalnych połączeń elektrycznych, duża liczba możliwych kombinacji, w tym układów z obwodami drukowanymi i połączeniami kablowymi, możliwość współpracy konstruktora (który może dokonywać w dowolnej fazie zmian) z komputerem, prawie 100% pewność, że zaprojektowany układ działający w programie zadziała w rzeczywistości Ponadto program SPICE umożliwia: wykonanie analizy nieliniowej stałoprądowej, analizy nieliniowej stanów nieustalonych i analizy liniowej zmiennoprądowej. Analizy mogą także obejmować wpływy temperaturowe a obwody zawierać różne elementy czynne i bierne, łącznie z najnowocześniejszymi w elektronice. Innym programem jest AutoCad, który umożliwia tworzenie profesjonalnych schematów przez użytkownika.

Wady to: brak koncepcyjności (twórczego konstruowania) programu i możliwości wykonania profesjonalnej dokumentacji technicznej.

3.Systemy organizacyjne w przemyśle.

Organizacja liniowa, sztabowa, mieszana; struktura organizacyjna a rodzaje produkcji.

Każda organizacja wymaga określenia zadań dla komórek i określenia sposobu załatwiania możliwie wszystkich czynności powtarzających się. Powszechnie wyróżnia się trzy typy organizacji:

Liniowa - polega na pionowej piramidzie zależności, gdzie kierownicy poszczególnego szczebla podlegają kierownikowi naczelnemu;

Sztabowa - (funkcjonalna), gdzie każdy kierownik ma prawo decyzji tylko w swojej specjalności lub zajmowanej funkcji. System te zaproponował amerykański inż. Taylor. Do wad tego systemu należy zbytnie obciążenie kierowników dużą liczbą ludzi, a także i ludzie niezbyt chętnie pracują pod kierunkiem wielu zwierzchników.

Mieszana - jest rozwiązaniem kompromisowym(hybrydowa), w którym stosuje się połączenie organizacji liniowej i sztabowej. Ten rodzaj organizacji stosowany jest w praktyce najczęściej.

4.Kryteria użytkowości konstrukcji

Już w fazie wczesnego opracowywania nowego urządzenia występuje ścisła współpraca między konstruktorami a technologiami ponieważ tylko taki powiązania gwarantują zaprojektowanie konstrukcji o dużych zaletach użytkowych i dobrej technologiczności. Jako kryteria użytkowności przyjmuje się:

niezawodność urządzenia, która zależy w znaczny sposób od niezawodności części składowych liczby i wzajemnego położenia tych części, stopnia ich zabezpieczenia przed przeciążeniami elektrycznymi oraz odporności na działanie czynników środowiskowych,

prostota i łatwość obsługi,

prostota konserwacji i napraw,

walory estetyczne.

5.Technologicznośc konstrukcji

Pod pojęciem technologiczności konstrukcji rozumie się takie opracowanie konstrukcji, które przy określonych rozmiarach produkcji pozwala zastosować najbardziej ekonomiczny proces produkcyjny. Aby proces ten był ekonomiczny to powinien on być opracowany przede wszystkim z uwzględnieniem rozmiarów produkcji i wyposażenia produkcyjnego przedsiębiorstw.

Konstrukcja jest technologiczna, gdy przy jej projektowaniu uwzględnia się warunki:

możliwie jak najmniejsza liczba elementów składowych,

dobór tolerancji parametrów powinien być optymalny z unikaniem zbędnie wąskich tolerancji, które znacznie podwyższają koszty wykonania,

pracochłonność powinna być jak najmniejsza jak i kwalifikacja pracowników,

jak najkrótszy czas i małe koszty przygotowania produkcji,

mały koszt wyposażenia i materiałów,

mała powierzchnia produkcyjna,

mechanizacja, automatyzacja i chemizacja procesu technologicznego.

6.Elementy składowe procesu produkcyjnego-Rodzaje produkcji

Procesem produkcyjnym zwykle nazywamy całokształt czynności związanych pośrednio i bezpośrednio z wytwarzaniem gotowych wyrobów oraz przygotowaniem produkcji.

Proces produkcyjny dzieli się na:

przygotowanie produkcji,

proces technologiczny,

czynności pomocnicze.

Przygotowanie produkcji składa się z dwóch etapów:

opracowanie konstrukcji urządzenia, które ma być produkowane. Wyniki tych prac to dokumentacja konstrukcyjna i prototyp urządzenia,

z opracowania procesu technologicznego, wynikiem tych prac jest dokumentacja technologiczna.

Proces technologiczny jest zespołem czynności bezpośrednio związanych z przetwarzaniem materiałów lub przedmiotów i wytwarzaniem gotowych wyrobów.

8.Dokumentacja techniczna niezbędna do uruchomienia nowych wyrobów

Ogólny zakres dokumentacji technicznej oraz przygotowanie i uruchomienie produkcji nowych urządzeń obejmują dwa etapy:

I etap: prace konstrukcyjno - doświadczalne, na które składają się:

opracowanie założeń konstrukcyjnych,

opracowanie dokumentacji technicznej do wykonania prototypów,

wykonanie prototypów i przeprowadzenie ich badań.

II etap: techniczne przygotowanie do uruchomienia produkcji:

opracowanie dokumentacji technicznej dla wykonania serii próbnej,

wykonanie serii próbnej,

badanie serii próbnej,

opracowanie dokumentacji technicznej dla produkcji przemysłowej powinna zawierać ostateczną, zmodyfikowaną dokumentację konstrukcyjną i technologiczną, dokumentację techniczno - ruchomą, katalog lub wykaz części zamiennych, warunki techniczne.

Wykonuje się w możliwe uproszczonej formie. Należy jednak pamiętać, że uproszczona dokumentacja wymaga wyższych kwalifikacji pracowników wykonujących prototypy

9.Cele miniaturyzacji urządzeń elektronicznych.

W technice tendencje miniaturyzacji wynikają zwł. z chęci minimalizacji pod względem mechanicznym co uzyskuje się na drodze zmniejszania możliwie maksymalnie rozmiarów i ciężarów. W elektronice miniaturyzacja jest konieczna ze względu na ciągle wzrastające wymagania funkcjonalne (wymagania stawione działaniom urządzeń) nie tylko ze względu na wymagania stawiane konstrukcji, lecz również ze względu na funkcje elektroniczne i wymagania funkcjonalne. Jeszcze do niedawna szybkość działania urządzeń elektronicznych była ograniczona przez stałe czasowe stosowanych elementów, natomiast problem rozchodzenia się sygnałów elektromagnetycznych wzdłuż przewodów w układzie był zupełnie nieistotny. Aktualnie mamy do dyspozycji wiele przyrządów elektronicznych (tranzystor, dioda), których czas przełączania jest czasem rzędu ps, fs, a w ciągu 1 s sygnał elektromagnetyczny przechodzi drogę 30 cm, stąd aby wykorzystać choćby możliwości tkwiące w podzespołach indywidualnych to całkowita droga sygnału użytecznego musi być zmniejszana, co można uzyskać tylko na drodze budowy urządzeń o małych rozmiarach.

10.Nieuniknione skutki miniaturyzacji obszarów funkcjonalnych.

Istnieją fizyczne przesłanki, które powodują nieuniknione skutki miniaturyzacji obszarów fizycznie realizujących dany parametr elektryczny, a wynikające z zależności czysto geometrycznej, a więc zachodzące rozwiązania konstrukcyjnego dla wszystkich elementów układu jak i sposobu połączeń ich w ukłądy. Dot. to zwłaszcza: zakresu dostępnych wartości parametru, ich tolerancji oraz gęstości mocy wydzielanej w tych elementach.

Gdy wszystkie rozmiary liniowe obszarów funkcjonalnych elementów są zmniejszone k-krotnie przy zachowaniu tych samych materiałów to rezystancje wzrosną k-krotnie, a pojemności i indukcyjności zmaleją k-krotnie. Dobroć kondensatorów nie ulega przy tym zmianie, natomiast dobroć cewek indukcyjnych zmaleje k²-krotnie. Tak więc postęp miniaturyzacji układów, niezależnie od zastosowanej metody realizacji, będzie prowadził nieuchronnie do zwężenia zakresu dostępnych wartości parametrów elementów.

Aby utrzymać tę samą tolerancję parametrów elektrycznych elementów przy k-krotnym zmniejszaniu ich rozmiarów, dokładność kontroli rozmiarów elementów powinna wzrosnąć także k-krotnie. Jest ona jednak ograniczona przez stan rozwoju technologii. W praktyce minimalne rozmiary współczesnych elementów są ograniczone nie przez odchylenia rozmiarów, lecz na skutek niejednorodności materiałów.

Przy k-krotnym zmniejszaniu rozmiarów liniowych elementów i niezmienionej w nich wartości wydzielonej mocy, gęstość mocy wzrasta k. Prowadzić to może do wzrostu temp. wewnątrz zminiaturyzowanych elementów, a z kolei wymiary wymiennika ciepła mogą okazać się znacznie większe jak również źródło energii elektrycznej niezbędnej do zasilania układu

11.Metody realizacji zminiaturyzowanych układów

Wybór optymalnej metody realizacji układów będzie zależał w każdym przypadku od tego, które własności układu są podstawowe w danym zastosowaniu. W dotychczasowym rozwoju elektroniki znane są trzy jakościowo różne metody realizacji układów:

metoda klasyczna, polegająca na montażu z elementów indywidualnych:

o jednakowej geometrii;

o różnej geometrii;

metoda układów scalonych:

warstwowe (cienko- i grubowarstwowe);

półprzewodnikowe (wielopłytkowe, monolityczne)

hybrydowe;

metoda przyrządów funkcjonalnych - najnowsza, znajdująca się dopiero u progu swego rozwoju.

12.Kierunki technologiczno-konstrukcyjne zminiaturyzowanych ukladów

Postęp miniaturyzacji układów elektronicznych może być osiągany różnymi sposobami, a mianowicie:

dzięki opracowywaniu nowych układów wymagających dla spełnienia tej samej funkcji układowej mniejszej liczby elementów;

dzięki opracowywaniu nowych elementów czynnych i biernych układu opartych na korzystaniu z nowych materiałów oraz nowych zjawisk fizycznych i procesów technologicznych;

dzięki opracowaniu nowych sposobów łączenia elementów w układy.

Nie istnieje obecnie, a nawet nie jest do pomyślenia, uniwersalna metoda fizycznej realizacji układów, która pozwoliłaby na jednoczesne uzyskanie najlepszych wszystkich podstawowych właściwości układu. Pewne właściwości wyłączają się wzajemnie na podstawie istniejących praw fizyki bądź na podstawie logicznego prawa sprzeczności. Na przykład materiały, które są bardzo dobrymi przewodnikami ciepła są bardzo złymi izolatorami elektryczności.

13.Przyczyny ograniczenia stopnia miniaturyzacji urządzeń elektronicznych budowanych metodą klasyczną.

W metodzie klasycznej występują dwie podstawowe przyczyny narzucające granicę miniaturyzacji. Są to:

bardzo mała efektywność objętościowa elementów indywidualnych rozumiana jako stosunek obszaru funkcjonalnego do całkowitej objętości elementu;

mały współczynnik wypełnienia przestrzeni elementami indywidualnymi.

Każdy klasyczny element układu stanowiący wyodrębnioną jednostkę montażową ma co najmniej następujące części składowe: obszar funkcjonalne i końcówki montażowe. W praktyce w większości elementów istnieją jeszcze ponadto dodatkowe części składowe: podłoże lub wsporniki dla obszaru funkcjonalnego i obudowa lub powłoka ochronna.

W stosowanych powszechnie elementach mikrominiaturowych efektywność objętościowa jest znikomo mała i maleje w miarę zmniejszania się całkowitej objętości elementów, gdyż miniaturyzacja części pomocniczych nie nadąża za miniaturyzacją obszarów funkcjonalnych i w końcu musi się zatrzymać na pewnej granicy, jeśli ma być zapewniony niezbyt trudny i dostatecznie niezawodny montaż elementów.

14.Rodzaje uk.scalonych

Powszechnie przyjęty podział układów scalonych na półprzewodnikowe i warstwowe jest w zasadzie niekonsekwentny, gdyż jedna warstwa nawiązuje do rodzaju materiału, a druga do konstrukcji. Ściśle biorąc oba te rodzaje układów są z jednej strony - wielomateriałowe, a z drugiej zawierają cienkie warstwy. Pewnym uzasadnieniem dla obydwu tych nazw jest to, że w układach nazwanych warstwowymi zarówno wszystkie elementy jak i połączenia wykonane są w postaci cienkich warstw, przy czym wielomateriałowość uważana jest za oczywistą, podobnie jak w układach montowanych z elementów indywidualnych. W układach nazywanych półprzewodnikowymi obszary funkcjonalne wszystkich elementów wytworzone są z tego samego materiału półprzewodnikowego i w tym sensie są jednomateriałowe, a obecność pomocniczych cienkich warstw izolatorowych i przewodzących również uważana jest za oczywistą. Ponadto zgodnie ze skalą integracji dzielą się na:

układy o małej skali integracji SSI;

układy o średniej skali integracji MSI;

układy o dużej skali integracji LSI;

układy o bardzo dużej skali integracji VLSI.

15.

16.Wady i zalety cienkowarstwowych uk.scalonych

Wytwarzane w procesach próżniowych,Proces substraktywny,Podłoża zeszkliwione (gładkie),Słabe odprowadzanie ciepła,Łatwo wykonać rezystory i ścieżki przewodzące. Stwierdzono możliwość wykonania indukcyjności, diod i elementów aktywnych

Większy wybór materiałów i metod technologicznych możliwych do zastosowania przy wykonywaniu układów cienkowarstwowych

Większa zdolność rozdzielcza przy wykonaniu struktur cienkowarstwowych

Technika cienkowarstwowa nie pozwala na uzyskanie dużych wartości rezystorów

B. duże koszty jednostkowe zarówno w długich jak i w krótkich seriach

Górna granica częstotliwości pracy 10000MHz

Ograniczona zdolność rozszerzania mocy wydzielonej w układzie

Max rezystancja powierzchniowa 500Ω/‘

Typowy temperaturowy współczynnik rezystancji 50 * 10^-6 [1/°C]

17. Wady i zalety grubowarstwowych uk.scalonych

Sitodruk i proces wypalania w piecu taśmowym,Proces addytywny

Podłoża o fakturze ziarnistej,Dobre odprowadzanie ciepła,Stosowane są pasty rezystywne. Korekcję rezystorów można wykonać metodą piaskowania lub na obrabiarce laserowej,Wykonywane są głównie rezystory i ścieżki przewodzące. Większość kondensatorów stosuje się jako elementy dołączone w postaci struktur nieobudowanych („chipów”)

Nie ma możliwości wykonania elementów aktywnych metodą nadruku

Wysokotemperaturowe procesy obróbki mogą dawać warstwy o lepszej niezawodności

Małe koszty oprzyrządowania,Nieco niższe koszty jednostkowe przy produkcji zarówno krótkich, jak i długich seriach ,Większe możliwości obciążeń mocą

Max rezyst. pow. 1 MΩ/’

Typowa wartość temperaturowego współ.rezyst. 100 * 10^-6 [1/°C]

18 Proces wytwarzania półprzewodnikowych układów scalonych

Pół. ukł. Scal. mogą posiadać każdy stopień scalenia a mianowicie między układem zawierającym wiele płytek z indywi. elementami na wspólnym podłożu pasywnym i ukł. monolitycznym. Ze względu na koszt oraz właściwości miniaturyzacyjne a także niezawodność wytwarza się układy monolityczne. Składa się on z elementów aktywnych i pasywnych umieszczonych na jednolitej płytce. Podstawowym elementem tego układu jest wytwarzanie mononktys. półprzewodnika o odp parametrach. Wytwarza się go metodą tyglową Chochralskiego oraz bez-tyglowego topnienia strefowego. Z czego ta druga metoda jest znacznie lepsza. Do wytwarzania pół ukł scal konieczne jest zastosowanie odp masek np.: SiO₂. Maski służą do selektywnego osadzania warstw epitaksjalnych lub do selektywnej dyfuzji domieszek lub jako dielektryk w kondensatorach bądź warstwa izolacji. Wprowadza się je metodą utleniania anodowego lub metodą pirolityczną. Następnie przeprowadza się proces kontrolowanej dyfuzji domieszek. Uzyskuje się w ten sposób warstwy półprzewodnika. Osadzanie warstw pół może odbyć się w wysokiej temp poprzez rozpad SiCl₄ wytwarza się wówczas warstwy epitaksjalne. Do bardziej złożonych struktur można zastosować metodę fotolitograficzną.

19.Proces wytwarzania cienkowarstwowych uk.scalonych

W ukł. tych elementy są wytwarzane w postaci cienkich warstw różnych materiałów osadzanych w wyniku odp. procesów fizykochemicznych na podłożu biernym (spełniającym tylko funkcje izolacji lub tylko połączenia elektr.). Zachowują one charakter rozróżnialnych i dokładnie odizolowanych elementów. Ukł. cienkowarstw. tworzy strukturę topologiczną, dwuwymiarową z wyraźnie określonymi gałęziami i węzłami. Jako elem. cienkowarstw. mogą być wykonane rezystory, przewodniki, kondensatory, cewki i elementy czynne. Dla nanoszenia na podłoże izolacyjne cienkich warstw, z których kształtowane są elem. ukł., najczęściej stosowana jest metoda naparowywania próżniowego. Poza tym stosowane jest rozpylanie katodowe i metody elektrochemiczne. Dla nadania wykonanym elem. wymaganych kształtów geometr. stosuje się odpowiednie maski. Elem. ukł. cienkowarstw. są z zasady większe aniżeli półprzewodnikowe i dlatego gęstość montażu ukł. z cienkich warstw jest mniejsza. Ich zalety: mała poj. pasożyt. - praca w szerszych zakresach częst.

20. Proces wytwarzania grubowarstwowych uk.scalonych

Warstwy grube wytwarza się metodą sitodruku a następnie wypala w celu uzyskania wymaganych parametrów elektr. i mech. Warstwy grube mają grubość 10-20 mikrometrów. Podstawową zaleta warstw grubych jest niski koszt ich wytwarzania. Proces addytywny. Stosuje się podłoże o fakturze ziarnistej. Dobrze odprowadzają ciepło. Stosuje się pasty rezystywne. Korekcje rezystorów wykonuje się metodą piaskowania lub na obrabiarce laserowej.

21.Hybrydowe uk.scalone

W celu łącznego spożytkowania wysokiej jakości elementów biernych cienkowarstwowych ora elementów aktywnych półprzewodnikowych (objętościowych podjęto produkcję układów hybrydowych, zawierających te obydwa rodzaje elementów. Początkowo wykonywano je wyłącznie jako układy scalone cienko - warstwowe bierne i montowane do nich indywidualne elementy półprzewodnikowe czynne o specjalnie dostosowanej konstrukcji. Obecnie produkowane są również hybrydowe układy scalone zawierające elementy półprzewodnikowe (objętościowe) i elementy bierne cienkowarstwowe wytwarzane wprost na wspólnym podłożu.

22.Przyrządy funkcjonalne

Przyrządy funkcjonalne różnią się całkowicie od montowanych z elementów indywidualnych zarówno pod względem struktury konstrukcyjnej jak i elektrycznej. Mają one strukturę morfologiczną, a nie topologiczną (jak np. w układach scalonych), w której niemożliwe jest wyróżnienie elementów klasycznych.

24. Sposoby odprowadzania ciepła z urządzeń elektronicznych

Energia cieplna przechodzi z jednego elementu do drugiego, gdy między tymi elementami istnieje gradient temperatury. Naturalny przepływ energii cieplnej odbywa się przez przewodzenie, promieniowanie, konwekcję (unoszenie), a zwykle przez kombinację tych zjawisk.

W urządzeniach elektronicznych wykorzystuje się wyżej wymienione naturalne zjawiska do odprowadzania ciepła i zazwyczaj ciepło wytworzone przez elementy i podzespoły elektroniczne jest odprowadzane z urządzeń dzięki wykorzys­taniu następujących zjawisk :

unoszenie swobodne i wymuszone cieczy lub gazów

przewodzenie

promieniowanie

zmiana stanu skupienia:topnienie ,wrzenie cieczy

zjawisko Peltiera

Odprowadzanie ciepła z elementów, podzespołów, czy z urządzeń elektronicznych jest procesem złożonym, który zazwyczaj stanowi kombinację kilku zjawisk umożliwiających wymianę ciepła w określonych warunkach pracy.

W sposób najbardziej ogólny sposoby odprowadzania ciepła można podzielić na naturalne i wymuszone.

Naturalne odprowadzanie ciepła opiera się na zjawiskach przebiegających samoistnie, tzn. na unoszeniu swobodnym, przewodzeniu, promieniowaniu, topnieniu i swobodnym wrzeniu.

Wymuszone odprowadzanie ciepła opiera się na zjawiskach, które nie przebiegają samorzutnie, a muszą zostać wymuszone, przez dostarczanie dodatkowej energii, np. energii do napędu wentylatorów, pomp, sprężarek lub zasilania baterii termo­elektrycznych.

25.Źródła ciepła w urządzeniach elektronicznych.

Wszystkie elementy elektroniczne przez które przepływa prąd są źródłem ciepła, ale nie zawsze ilość ciepła wydzielonego przez elementy powoduje podwyższenie temp otoczenia. Istotnym źródłem ciepła są rezystory, transformatory, elementy okablowania, oraz elementy aktywne, głównie mocy. Największe ilości ciepła wytwarzają: diody, tranzystory, tyrystory, układy scalone. W przypadku tranzystorów i układów scalonych są to moce rzędu dziesiątek watów, a diod i tyrystorów setek watów. Biorąc pod uwagę miniaturyzację sprzętu stosuje się płaskie kable giętkie umożliwiające rozpraszanie większej ilości ciepła niż przewody okrągłe.

26.Zródła zakłuceń

Przyczyną występowania zakłóceń są naturalne zjawiska zachodzące w przyrodzie oraz efekty zamierzonej jak i niepożądanej działalności człowieka.Źródła zakłóceń są wszechobecne. Ich charakter i intensywność zależy od wielu czynników. Mechanizmy powstawania zakłóceń oraz ich niepożądanego oddziaływania są dotąd nie w pełni poznane {np. promieniowanie o bardzo małych częstotliwościach wpływające na organizm ludzki).Zakłócenia są wytwarzane i odbierane w środowisku, które jest zespołem czynników naturalnych oraz powodowanych przez działalności człowieka i w którym przebiega wytwarzanie, przechowywanie, transportowanie i eksploatacja sprzętu elektronicznego.

Sposób podziału zakłóceń (ich klasyfikacji) zależy od przyjęcia określonego kryterium i stąd w literaturze spotykane są różne podziały.

W sposób najbardziej ogólny, ze względu na źródła powstawania, zakłócenia można podzielić na:

naturalne (pochodzenia pozaziemskiego i ziemskie),

spowodowane przez działalności człowieka.

Ze względu na charakter zjawisk fizycznych będących pierwotną przyczyną zakłóceń:

- mechaniczne (np. wibracje, wstrząsy i udary),

- biologiczne, związane z przyrodą żywą i nieożywioną

- elektryczne (szumy własne elementów i układów elektronicznych, dryfy czasowe, efekty galwaniczne,sygnały z linii energetycznych, sygnały od urządzeń oświetleniowych)

Ze względu na sposób opisu matematycznego, zakłócenia elektryczne, podobnie jak sygnały użyteczne można ogólnie podzielić na zakłócenia zdetermino­wane i niezdeterminowane. Pierwsze z nich opisuje się za pomocą ścisłych zależności matematycznych. Drugie zaś, nazywane również przypadkowymi lub losowymi. W praktyce sygnały takie opisuje się za pomocą wielkości mających charakter statystyczny (np. wartość średniokwadratowa, gęstość widmowa mocy, gęstość prawdopodobieństwa).

Rozpatrując dany element, podzespół lub urządzenie, występujące w nich zakłócenia można podzielić na wewnętrzne i zewnętrzne (rys.7.2), przy czym wpłwv źródeł zewnętrznych związany jest z przeznaczeniem i miejscem eksploatacji urządzenia elektronicznego

28.Problem zakłóceń i sposoby walki z nimi.

Efektywna analiza problemu zakłóceń wymaga w początkowej fazie: -określenia źródła zakłóceń, -wskazania elementów podatnych na zakłócenia, -podania mech. przenikania zakłóceń przez kanał sprzężenia. III metody postępowania przy zmniejszaniu wpływu zakłóceń. Można tłumić zakłócenia w miejscu ich powstawania oraz projektować układy o podwyższonej odporności na zakłócenia, a także utrudniać przenikania zakłóceń przez kanał sprzężeń. Sposoby zmniejszania zakłóceń w aparaturze elektr.: -sposoby przetwarzania sygnałów (konwersja a\c i c\a, kodowanie i modulacja, kompensacja w dziedzinie „t” i „f”, tech. Korekcyjna itd.), -rozwiązania funkcjonalne (rozdział czasowy lub częst., filtracja symetryzacja, separacja), -rozwiazania konstrukcyjno tech. (ekranowanie, uziemianie, dobór materiałów elektr.)

1) Rodzaje zakłóceń (źródła).

Przyczyną występowania zakłóceń są naturalne zjawiska zachodzące w przyrodzie oraz efekty zamierzonej jak i niepożądanej działalności człowieka. W sposób najbardziej ogólny, ze względu na źródła powstawania, zakłócenia można podzielić na:

-Naturalne (pochodzenia pozaziemskiego i ziemskie)

-Spowodowane przez działalność człowieka

Ze względu na charakter zjawisk fizycznych będących pierwotną przyczyną zakłóceń można podzielić na :

-mechaniczne (np. wibracje, wstrząsy i udary)

-biologiczne związane z przyrodą żywą i nieożywioną (np. zmiany temp.,wilgoci i ciśnienia, obecność grzybów pleśni i pyłów)

-elektryczne (szumy własne elementów i układów elektronicznych, dryfty własne, efekty galwaniczne, elektrolityczne, tryboelektryczne, sygnały z nadajników radiowych i telewizyjnych, sygnały z elementów przełączających i zapłonowych sygnały z linii energetycznych sygnały od innych różnorodnych urządzeń powszechnego użytku oraz przemysłowych).

Ze względu na sposób opisu matematycznego dzielimy na:

-zdeterminowane - opisuje się je za pomocą ściśle określonych zależności matematycznych

-niezdeterminowane - przypadkowe, losowe, nie da się ich przedstawić za pomocą dokładnych zależności matematycznych gdyż wynik każdej obserwacji jest jednorazowy . W praktyce opisuje się je za pomocą wielkości mających charakter statystyczny np.wartość średniokwadratowa, wartość skuteczna, gęstość widmowa mocy, gęstość prawdopodobieństwa.

2) Sposoby przenikania zakłóceń.

Przenikania zakłóceń ze źródła do obwodu wrażliwego na zakłócenia (odbiornika zakłóceń) następują na drodze:

-sprzężeń konduktancyjnych, pojemnościowych i indykcyjnych, (często zachodzące sprzężenie ma miejsce, gdy przez jedną impedancję przepływają prądy co najmniej dwóch różnych obwodów)

-propagacji fal w liniach,

-promieniowania

3) Omówić pojęcia: przebieg niepożądany, zakłócający, użyteczny.

Sygnał niepożądany to każdy sygnał inny niż sygnał użyteczny, natomiast zakłócenia stanowią te sygnały niepożądane, które są przyczyną nieprawidłowej pracy danego urządzenia

4)Wielkości określające zakłócenia

5)Wady i zalety ekranowania:

zalety:

-ochrona danego obiektu przed wpływem niepożądanych pól elektrycznych, magnetycznych, elektromagnetycznych,

-zapobieganie rozprzestrzenianiu się zakłóceń

-likwidują lub zmniejszają pasożytnicze sprzężenia pojemnościowe i indukcyjne

wady:

-pogarszają parametry techniczne i eksploatacyjne

-zmieniają rozkład pojemności ekranowanego obiektu względem sąsiednich obiektów i otoczenia

-wprowadzają do układu dość duże pojemności względem ekranu

-zmniejszają efektywne indukcyjności

-podwyższają starty i tłumienie

-obniżają dobroć

-powodują obniżenie częstotliwości rezonansu własnego

-podnoszą ogólne koszty

6) Sposoby prowadzenia systemów uziemiania

Uziemianie - dążenie do uzyskania płaszczyzn lub punktów ekwipotencjalnych ( o potencjale ziemi) bezpiecznych dla człowieka.

Należy połączyć przewody uziemiające możliwie w jednym punkcie i tak, aby były one jak najkrótsze. W zakresie małych częstotliwości ( do ok. 1 MHz) stosuje się uziemianie jednopunktowe (równoległe i szeregowe), w zakresie częstotliwości wysokich ( powyżej 10 MHz) skuteczniejsze są uziemienia wielopunktowe.

7) Charakterystyka tzw. koralików ferrytowych.

Są to specjalnego rodzaju dławiki umieszczone wokół przewodów, odpowiednio ukształtowane elementy ferrytowe. Stosuje się je zwłaszcza w układach szerokopasmowych, umieszczając np. w obwodzie bazy tranzystora w.cz., na przewodach zasilających wzmacniacze i generatory w.cz.i b.w.cz. lub na względnie długich przewodach i między szybkimi bramkami logicznymi lub bezpośrednio przy wejściu sygnału na płytkę drukowaną. Koraliki ferrytowe bardzo skutecznie tłumią niepożądane składowe sygnałów o częstotliwościach powyżej 1 MHz. Natomiast nie wprowadzają one tłumienia składowych stałej i małosygnałowej. Przeciwdziałają one zakłóceniom przenoszonym drogą przewodzenia i wzbudzaniu się drgań pasożytniczych spowodowanych sprzężeniami i rezonansami pasożytniczymi oraz ekranują przewody lub inne przewodzące elementy.

8) Elementy do tłumienia zakłóceń w liniach zasilania.

Idealny przeciwzakłóceniowy filtr sieciowy powinien przenosić sygnał o częstotliwości, natomiast tłumić całkowicie sygnały o innych częstotliwościach, które mogą pojawiać się w sieci zasilającej. Przeciwzakłóceniowe filtry sieciowe stosowane w praktyce tworzone są z kondensatorów klasy X i Y, z prostych dławików rdzeniowych oraz dławików z kompensacją prądową neutralizującą nasycenie rdzenia. Konstruowane jako filtry dolnoprzepustowe odbiciowe co oznacza, że mają maksymalną tłumnienność jeśli są niedopasowane do impedancji źródła zakłóceń lub odbiornika zakłóceń oraz do impedancji linnii.

30.Ekranowanie

Przy budowie i eksploatacji aparatury elektronicznej zachodzi wielokrotnie konieczność zarówno ochrony danego obiektu (elementu, układu lub urządzenia) przed wpływem niepożądanych pół elektrycznych, magnetycznych i elektromagne­tycznych jak i konieczność zapobiegania rozprzestrzenianiu się (promieniowaniu) zakłóceń.

Jeśli w takich przypadkach nie udaje się zmniejszyć natężenia szkodliwego pola lub usuną jego źródło, np. przez zmiany konstrukcyjne lub układowe, to należy zastosować odpowiednio wykonane osłony, zwykle metaliczne, nazywane ekranami. Chociaż zastosowanie ekranów jest działaniem bardzo skutecznym, to jednak takie rozwiązanie należy uznać ogólnie za zło konieczne, wymuszone zaistniałą sytuacją. Ekrany pogarszają bowiem niektóre parametry techniczne i eksploatacyjne chronionych obiektów: zmieniają rozkład pojemności ekranowanego obiektu względem sąsiednich obiektów i otoczenia, wprowadzają do układów dość duże pojemności względem ekranu, zmniejszają efektywne indukcyjności, podwyższają straty i tłumienie oraz obniżają dobroć, a w ślad za tym powodują obniżenie częstotliwości rezonansu własnego. Ponadto rosną wówczas ogólne koszty wytwarzania aparatury m.in. ze względu na użycie dodatkowych, często dość , drogich, materiałów,

Z drugiej strony, do niewątpliwie praktycznych zalet ekranów należy zaliczyć możliwość skutecznego zmniejszania lub likwidowania pasożytniczych sprzężeń pojemnościowych i indukcyjnych, które mogą wystąpić zarówno na poziomie elementów jak i na wyższych poziomach organizacji układu lub urządzenia.

29. Sposoby charakteryzowania zakłóceń.

Zakłócenia to generalnie zewnętrzne i wewnętrzne sygnały niepożądane wpływające w sposób negatywny na urządzenia elektroniczne z których korzystamy. Cecha wspólnego współistnienia obiektów w danym środowisku elektromagnetycznym jest kompatybilność elektromagnetyczna. Zakłócenia mogą być pochodzenia naturalnego bądź efektem zamierzonej jak i nieporządnej działalności człowieka. Zjawisko zakłóceń może zostać opisane poprzez ścisłe zależności matematyczne lecz inne zakłócenia przypadkowe nie da się w ten sposób scharakteryzować ponieważ ich obserwacja jest jednorazowa. Stosuje się do ich opisu opis statystyczny. Problem zakłóceń w aparaturze występuje wówczas gdy istnieją źródła zakłóceń oraz układy czułe na zakłócenia a także kanały sprzężenia zakłóceń między tymi elementami. Konieczne zatem jest określenie warunków pracy urządzeń w obecności różnorodnych źródeł zakłócających oraz odporność na te zakłócenia. Każda zatem efektywna analiza problemu zakłóceń wymaga określenia: - źródeł zakłóceń, - wskazania elementów podatnych na zakłócenia, - podanie mechanizmu przenikania zakłóceń.

15. Wady i zalety półprzewodnikowych układów scalonych

Zastosowanie układów scalonych spowodowało wyeliminowanie poważnej ilości końcówek montażowych, wsporników, podłoży oraz obudowy elementów indywidualnych a wiec znacznie zwiększyło wypadkową efektywność objętościową elementów w układzie scalonym. Układy scalone stały się teraz najmniejszym podzespołem wymiennym urządzeń co zarazem zmniejsza bardzo poważnie liczbę montowanych podzespołów i połączeń. Ma to też duży wpływ na zwiększenie miniaturyzacji ale także i na niezawodność oraz na zmniejszenie kosztów produkcji i montażu urządzeń. Układy scalone pozwalają na konstruowanie elementów pasywnych i aktywnych w tym samym ośrodku czyli w ciele stałym.

---