МурманскийГосударственный Технический Университет кафедра РТКС
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЕЗАДАНИЕ №1,2
по дисциплине:«Элементная база радиоэлектроники»
Выполнил: с-т гр. Р-471
Назаренко А. М.
Проверил: Милкин В.И.
Мурманск
2008
Теоретические сведения
1. Классификация и система условных обозначенийэлектрических соединителей
Электрический соединитель—этоэлектромеханическое устройство, предназначенное для механического соединения иразъединения вручную электрических цепей (проводов, кабелей, модулей, узлов иблоков) в различных видах аппаратуры при выключенном источнике тока черезсоединитель.
Основными деталями(узлами) электрических соединителей являются контакты-детали, изоляторы,корпусные детали и зажимные элементы. Соединители, выполненные с учетомдополнительных требований (герметичность, водонепроницаемость, пылезащищенностьи др.), снабжены дополнительными защитными или уплотняющими элементами.
Изоляторы предназначеныдля создания электрической изоляции между контактами и между контактами иметаллическим корпусом в заданных условиях работы. Изоляторы служат также длязакрепления и фиксации контактов и передачи механических сил контактам присочленении и расчленении вилок в розеток соединителей.
Корпус соединителяобеспечивает прочную и однозначную установку изоляторов, защиту контактов иизоляторов от повреждений, крепление жгута или кабеля к соединителю и всегосоединителя к аппаратуре, взаимную ориентацию ответных частей соединителя и ихфиксацию в сочлененном положении.
В цилиндрическихсоединителях для крепления изоляторов в корпусе применяют пружинные кольца, впрямоугольных соединителях — винтовые зажимы.
Для сочленения ирасчленения вилки с розеткой цилиндрических соединителей применяютсясоединительные гайки, которые одновременно служат для фиксации соединителя всочлененном состоянии.
Для выполнения той жефункции в прямоугольных и комбинированных соединителях применяются специальныезамковые устройства.
Контактная пара являетсяосновным функциональным элементом соединителя и, как правило, состоит из гнездаи штыря.
Электрическое соединениев сочлененном соединителе осуществляется соприкосновением поверхностей штыря игнезда при определенном нажатии, создаваемым упругим элементом, которым можетбыть как штырь, так и гнездо.
По виду соединяемых цепейвсе электрические соединители ручного управления подразделяются нанизкочастотные (НЧ) напряжением до 1,5 кВ, радиочастотные (РЧ) напряжениемсвыше 1,5 кВ и комбинированные.
Низкочастотныйэлектрический соединитель предназначен для работы в электрических цепяхпеременного и импульсного токов с частотой до 3 МГц с рабочей длительностью сигнальныхфронтов импульсов до 0,1 нс.
Радиочастотныйэлектрический соединитель предназначен для соединения и разъединениярадиочастотных трактов с волновым сопротивлением 50 Ом или 75 Ом.
Комбинированныйэлектрический соединитель предназначен для одновременного соединения иразъединения низкочастотных, радиочастотных и импульсных цепей.
По конструктивнымособенностям и форме изолятора соединители подразделяются на цилиндрические ипрямоугольные.
По способу сочленениячастей соединителя и фиксации сочлененного положения цилиндрические соединителиподразделяются на байонетное, врубное, резьбовое, самозапирающееся.
Прямоугольные жесоединители можно подразделить по способу монтажа в аппаратуре. По этимпризнакам они подразделяются на приборные или для объемного монтажа, дляпечатного монтажа и для печатно-объемного монтажа.
Радиочастотныесоединители по виду сочленения внешнего контакта подразделяются на соединителис резьбовым соединением, с байонетным соединением и с врубным соединением.
По конструктивномуисполнению РЧ-соединители подразделяются на приборные, кабельные, переходники,коаксиально-полосковые переходы, тройники и четверники.
Выпускаемые электрическиесоединители имеют различные обозначения в связи с тем, что определенная системаобозначений была установлена после внедрения ГОСТ 17468—72, взамен которого в1977 г. внедрен ГОСТ 17468—76 с изменением редакции в 1980 г. До внедренияуказанных стандартов обозначения производились в соответствии с общимитехническими условиями на группы соединителей.
Согласно ГОСТ 17468—76условные обозначения НЧ- и комбинированных соединителей состоят из буквенных ицифровых элементов.
Первый элемент условногообозначения определяет их группу, подгруппу и вид соединителей. Состоит из трехбукв, где первые две буквы обозначают группу и подгруппу соединителей.Соединители ручного управления общего назначения низкочастотные напряжением до1,5 кВ имеют обозначение ОН, а комбинированные ОК. Вид соединителя характеризуетсятретьей буквой. Цилиндрические соединители обозначаются буквой Ц, прямоугольныебуквой П. Стандарт устанавливает большую букву Ц и П и малую «ц» и
Второй элементобозначения определяет способ соединения ответных частей соединителей ификсации сочлененного положения: Б—байонетное, Р— резьбовое, В — врубное, С —самозапирающееся, П — с принудительным обжатием контактов, Ж — с винтовойфиксацией сочленного положения, 3 — с пружинной фиксацией сочленного положения,Н — непосредственное сочленение с печатной платой, К — косвенное сочленение спечатной платой.
Габаритные размерысоединителей и их обозначения: Н—нормальных габаритов, Г — малогабаритные, С —субминиатюрные, М — микроминиатюрные, К — супермикроминиатюрные.
2. Коммутационныеустройства ручного управления
2.1 Классификация,основные параметры, условные обозначения
Коммутационные устройстваручного управления предназначены, для коммутации электрических цепей с помощьюручного привода.
В зависимости от способа управления приводным механизмом коммутационныеустройства ручного управления подразделяется на следующие группы: нажимные(кнопочные), перекидные (тумблеры), поворотные (галетные и барабанные) идвижковые.
Каждый из способовуправления имеет свои преимущества и недостатки. Например, с точки зренияоперативности (быстродействия) и удобства работы оператора предпочтениеотдается нажимному способу управления. Однако при этом способе управленияусложняются устройства надежной фиксации кнопок в определенных положениях. Внастоящее время более или менее четкая фиксация обеспечивается не более; чем вдвух положениях, что является недостатком нажимного управления. Кроме тоги, дляиндикации фиксированного положения кнопок нужны специальные индикаторы и защитаот случайного нажатия кнопок.
При перекидном способеуправления в тумблерах обеспечивается более надежная фиксация положенияприводного механизма, индикация состояния определяется положением рычага.Недостатками перекидного способа являются значительные усилия на рычаг дляперевода тумблера из одного положения в другое, а также малое число положений(полюсов) при переключении (не более трех).
Наибольшаямногополюсность (множество положений) реализуется при поворотном способеуправления. Благодаря особенностям конструкции в поворотных переключателяхобеспечивается малое и стабильное сопротивление контактов.
При движковом способеуправления надежная фиксация переключателя обеспечивается в двух положениях.Применяются движковые переключатели в аппаратуре, у которой выступающая частьприводного механизма должна быть малой.
Коммутационные устройстваручного управления могут быть как мгновенного действия, когда скорость ихперехода из одного состояния в другое практически не зависит от скоростиперемещения привода, так и обычного действия.
К коммутационнымустройствам мгновенного действия относятся кнопки и микротумблеры на базе микропереключателей.
В зависимости от степенизащищенности от окружающей среды коммутационные устройства ручного управлениябывают: пылебрызгозащищенные, герметические, с применением герконов и др.
Коммутационные устройстваручного управления подразделяются также на низкочастотные и высокочастотные.
Основными параметрамикоммутационных устройств ручного управления являются:
усилие или моментпереключения;
число положенийпереключения;
способ фиксации;
диапазон коммутируемыхнапряжений;
диапазон коммутируемыхтоков;
максимальнаякоммутируемая мощность;
сопротивлениеэлектрических контактов;
максимальное числопереключении;
сопротивление изоляции;
электрическая прочностьизоляции;
емкость между соседнимиконтактами;
диапазон окружающейтемпературы;
диапазон атмосферногодавления;
вибро- иудароустойчивость;
габаритные размеры, массаи др.
РГЗ №1 Расчетпереключателей
Задание: Подобратькоммутационное устройство для коммутации цепи переменного тока до 4(А).,позволяющее зрительно контролировать рабочее состояние на панели прибора. Числополюсов 2 Усилие срабатывания не более 12 Н Сопротивление контактов 0,05 Ом.Число переключений />.
а) Расчет точечногоконтакта
1. Так как коммутируемыйток равен 4 А, то в качестве материала контактов выберем медь. Из справочниканаходим напряжение размягчения меди Uр=0,1 В. Зная напряжение размягчения определимдопустимое падение напряжения на контакте:
/>
2. Вычислим величинуконтактного сопротивления:
/>
3. Определим необходимоеконтактное усилие:
/>
где n=2, K=2·/>, т.к. контактысделаны из меди. Полученное значение для идеально чистых поверхностей теперьувеличим в 10 раз, для того чтобы учесть качество изготовления контактов иусловия эксплуатации.
/>
б) Расчет контактов,соприкасающихся по поверхности
1. Для контактов,соприкасающихся по поверхности примем плотность тока j=0,1 />; удельное давлениеp=0,05 />.Теперь определим площадь перекрытия контактов, через которую ток подводится непосредственнок месту контакта:
/>
2. Найдем контактноеусилие
/>
3. Теперь выбираем формуконтактов: шар-плоскость и материал —медь.
4. Определяем величинуконтактного сопротивления, которое зависит от конструкции и формы контактов:
/>
5. Определяем радиусплощади перекрытия контактов:
/>
6. Определяем радиускривизны контактов:
/>
где /> и />— модули упругости, />. r — радиусшара.
7. Вычисляем минимальнодопустимое расстояние, обеспечивающее заданное сопротивление изоляции междуконтактными пружинами.
/>
где /> — удельноеповерхностное сопротивление материала изолятора (в данном случае — фторопласта4), на котором укреплены контактные пружины [Ом]. Объемным сопротивлениемизоляции пренебрегаем.
8. Определяем емкостьмежду контактными пружинами
/>
9. Определяем температуруточек соприкосновения между контактами:
/>/>
где /> @100 — теплопроводность, />; />=0,01754 —удельное сопротивление мк/>. Расчет был произведен такимобразом, чтобы не допустить сваривания контактов (температура точексоприкосновения меньше температуры размягчения контактов = 1080 />).
РГЗ №2 Расчет разъема(соединителя).
Задание: Требуетсявыполнить необходимые расчеты и подобрать типовой миниатюрный соединитель на 26контактов для объемного монтажа РЭА. Максимальное рабочее напряжение 200 В.Максимальный ток на один контакт 3А. Ток переменный и импульсный с частотой до3 Мгц. Рабочая температура от -40/>/>до +80/>, влажность 98%.
а) Расчет точечногоконтакта
1. Так как коммутируемыйток равен 3 А, то в качестве материала контактов выберем медь. Из справочниканаходим напряжение размягчения меди Uр=0,1 В. Зная напряжение размягченияопределим допустимое падение напряжения на контакте:
/>
2. Вычислим величинуконтактного сопротивления:
/>
3. Определим необходимоеконтактное усилие:
/>
где n=2, K=/>, т.к. контакты сделаныиз меди. Полученное значение для идеально чистых поверхностей теперь увеличим в10 раз, для того чтобы учесть качество изготовления контактов и условия эксплуатации.
/>
б) Расчет соединителя
1. Рассчитаем, контактноеусилие приходящееся на один контакт.
/>
Определим переходноесопротивление чистых металлических поверхностей для плоского контакта:
/>
где />— удельноесопротивление, />; /> — высота микровыступов, мм.
2. Вычислим контактноесопротивление:
/>
где /> — сопротивление рабочейчасти гнезда и штыря, Ом.
4. Выбираем диаметркруглых контактных пар с серебряным и золотым покрытием в зависимости отмаксимального тока по справочнику. В Данном случае: — наименьший диаметрконтакта 1 мм, максимальный рабочий ток 4 А, контактное сопротивление 0,003 Ом.
5. Определяем температуруточек соприкосновения между контактами
/>/>
где /> — теплопроводность, />; /> — удельноесопротивление
6. Вычисляем усилиесочленения (расчленения) разъема, состоящего из n пар (в нашем случае n=26):
/>=12,79 Н
где /> — коэффициент трения i- й пары; /> —контактное усилие i — й пары.
7. Так как рабочаячастота равна 3 МГц, то соотношение между диаметром r проводника и минимальнымрасстоянием между двумя сосденими проводниками a, выбираем из условияобеспечения необходимого волнового сопротивления.
/> @ 75 Ом
Волновое сопротивлениевеличиной 75 Ом будет обеспечено при a = 1,25 мм, r = 0,5 мм.
В соответствии с заданиемк РГЗ №1 подбираем типовое коммутационное устройство, удовлетворяющее всемтребованиям задания. Таковым, например, является перекидной переключатель типаПТ-45.
В соответствии с заданиемк РГЗ №2 подбираем типовой соединитель, удовлетворяющий всем требованиямзадания. Таковым, например, является РПММ1-ВШ1
Ниже приведены справочныеданные по тумблеру ПТ-45 и соединителю РПММ1-ВШ1, а также эскизы конструкций иконструктивные параметры.
2.2 Перекидныепереключатели (тумблеры)
Перекидные переключателипредназначены дли коммутации цепей постоянного и переменного тока скоммутируемой мощностью 25…600 В «А. По своей конструкции все перекидныепереключатели примерно одинаковы, приводной элемент переключения у них связан срычагом (ручкой). Рычаг предназначен не только для переключения (перекидыванияиз одного положения в другое), но и для зрительного контроля за рабочим состояниемпереключателя (»включенно”, «выключено»). Для болеенадежного контроля, особенно в условиях недостаточной видимости, ручкипереключателей могут иметь световую индикацию.
Ручки переключателей вбольшинстве случаев цилиндрические и конусообразные, угол между их положениями— 35°…50°.
Перекидные переключателимогут иметь два или три фиксированных положения. Ряд переключателей имеетсамовозврат в исходное или нейтральное положение, рычаги некоторых из нихснабжаются протектором.
Перекидные переключателимогут быть двух-, трех- и четырехполюсными. Число схем коммутации определяетсякак сочетание числа полюсов в данном типе переключателя и числа видов фиксацииего ручки.
Коммутир. мощ-ть: 160/660Вт/В *А.
Диапазон коммутир. токов:10-6…5
Диапазон коммутир.напряж.: 10-4…127/250 (пост/перем)
Мах. число коммутаций:(2…5)*104
Сопр. электрич контактов:0.05(Ом)
/>
Масса: 15г.Соединители типаРПММ1
Миниатюрные соединителитипа РПММ1 предназначены для соединения электрических цепей постоянного тока,переменного и импульсного токов (с частотой до 3 МГц) электро- ирадиотехнической аппаратуры с объемным монтажом. В кабельных и приборных частяхсоединителей предусмотрены резьбовые направляющие штыри и втулки Материалпокрытия контактов — серебро.
Пример: соединительРПММ1-ВШ1.Тип РПММ1 Число контактов 8 (11,14,20,26) Часть соединителя вилка (штырь), розетка (гнездо) Ш (Г) Конструктивное исполнение:
блочная часть без кожуха (блочная часть с резьбовыми направляющими, кабельная часть с хомутом, кабельная часть без кожуха; 1 (3,8,9)
Условия эксплуатации.Допускаемые значения механических и климатических воздействий приведены в табл.2.Наименование воздействующего фактора Значение
Ускорение, м/с2: при вибрации в диапазоне частот 1…5000 Гц 150 для ЦП, Г1, Ш8, Г2 в диапазоне 1…80 Гц 75 при многократных ударах (для Ш1, Г1, Ш8, Г8) 120 при одиночных ударах 10 000 при линейных нагрузках 2000 Температура окружающей среды, К (°С) 213…373 (—60…+1100) Относительная влажность воздуха при значении температуры +35°С, % 98 Атмосферное давление: пониженное, Па
1,333-10-4 повышенное, кПа 303
Таблица 3Наименование параметра Значение Рабочее напряжение: минимальное, В 0,001 максимальное, В 200 Ток на контакт: минимальный, мкА 1 максимальный, А 3 Сопротивление электрического контакта, Ом 0,008 Сопротивление изоляции: в нормальных условиях 1000 при температуре 388 К (115°С) 50 при повышенной влажности до 98% при 40°С 20 Перегрев контактов, °С 30
/>
Соединители устойчивы квоздействию морского тумана, плесневых грибов, инея и росы, солнечной радиации.
Расположение контактовпоказано на рис… Значения суммарных усилий расчленения соединителей даны втабл. 4.
Таблица 4Число контактов 8 11 14 20 26 35 44 50 66 Усилие расчленения соединителей, Н 15 20 26 38 49 66 83 95 120
Надежность. Зависимостьгарантийной наработки Т от температуры окружающей среды I с учетом температурыперегрева контактов при числе сочленений 500 приведена в табл. 155.
Таблица 155T, К (°С) 403(130) 393(120) 388(115) 383(110) 378(105) 373(100) Т. 10-‘, ч 1 2 3 5 7,6 10 T, К (°С) 368 (95) 363 (90) 358(85) 348 (75) 338 (65)
Т.10-3, ч 15 20 25 50 100 /> /> /> /> /> /> /> /> />
/>
Литература:
1. Акимов М.М.,Ващуков Е.П., Прохоренко В.А. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы,дроссели, коммутационные устройства. РЭА. Справочник. Минск, Беларусь, 2004г.
2. Лярский В.Ф.,Мурадьян О.Б., Электрические соединители. Справочник – М., Радио и связь, 2008г.