Основные параметры соединителей

Контактное сопротивление – R _к (5-15 мОм); статическая нестабильность DRст; динамическая нестабильность DRдин; максимальный рабочий ток (величина тока определяется температурным режимом); максимальное рабочее напряжение (которое может действовать между любыми контактами и корпусом); минимальное рабочее напряжение; сопротивление изоляции (определяется электропроводностью изолятора); усилие расчленения F_p соединителя; износоустойчивость (максимальное число сочленений/расчленений).

Конструкция соединителей обычно включает следующие элементы: контактный узел, изолятор, корпусные детали (рис.1).

Контактный узел – это основной функциональный элемент соединителя (состоит из штыря и гнезда). В свою очередь гнездо и штырь состоят из: рабочих элементов (которые выполняют функцию электрического соединения и создания механического давления). Различают рабочие элементы с совмещенными электрическими и упругими парами (за счет использования цилиндрического разрезного штыря и гнезда); с разделенными электрическими и упругими элементами; с контактной парой и с гиперболоидным гнездом; с элементами крепления (которые выполняют функции электрической изоляции и крепления контактного узла); с хвостовиком, предназначенным для крепления проводников. Материалами контактных узлов обычно выбирают для упругих частей бронзу, а неупругих частей латунь (ковар).

Изолятор предназначен для крепления контактного узла, электрической изоляции, передачи механического усилия при сочленении/расчленении. Материал изолятора – пластмассы, керамика, стекло.

Корпусные детали предназначены для крепления изолятора, защиты соединителя от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Они обеспечивают взаимную ориентацию ответных частей при сочленении; фиксацию при сочлененном положении; крепление жгута или кабеля; крепление соединителя к поверхности или планке платы, к стенке блока; экранирование и т.д. Корпусные детали изготавливают из следующих материалов: стали, цветных металлов и сплавов, пластмасс и др.

 

 

Рис. 1. Конструкция (а) и сечение (б) объемного соединителя, монтируемого на поверхности печатной платы.

                                            

 

Коммутационным устройством (КУ) можно считать устройство, которое может скачкообразно изменять свои выходные характеристики при пороговом значении входного параметра, независимо от закона его предшествующего изменения. Зависимость выходных параметров от входных можно представить в виде:

 

где: Y – выходная характеристика; X – входной параметр; значение выходного параметра, при котором происходит переход из исходного состояния в рабочее - X_ср., а обратный переход происходит при X_отп.; X_доп. – допустимое значение входного параметра, превышение которого может привести к выходу из строя устройства.

Классификация КУ может осуществляться:

по типу управляющего сигнала (электрическое управление, механическое (ручное) управление);

по принципу коммутации (контактные, бесконтактные);

по принципу действия (контактного типа: механические, электромагнитные, магнитоуправляемые, магнитогидродинамические, электростатические, электротепловые, электромагнитнострикционные; бесконтактного типа: электронные, магнитные, гальваномагнитные, оптоэлектронные, пьезоэлектрические, криотронные, халькогенидные, оптические).

Коммутационные устройства с механическим управлением, или иначе переключатели, в зависимости от способа управления приводом разделяются на: нажимные (кнопочные); перекидные (тумблер); поворотные (галетные); движковые; сенсорные.

Первые 4-е типа могут быть контактными и бесконтактными, а сенсорные, как правило, бывают бесконтактными. Контактные переключатели в зависимости от формы контактов делятся на переключатели с накладными контактами и со скользящими контактами.

Конфигурации накладных контактов схематически показаны на рис. 2.

Функции соединения и разрыва электрической цепи пространственно совпадают, для улучшения качества переключателей используют притирающиеся контакты.

 

 

 

 

При использовании скользящих контактов функции соединения и разрыва контактов пространственно разнесены, что способствует увеличению усилия для контакта, т.е. происходит интенсивное зачищение контакта (рис.3).

	а)		б)

 

Рис.3.Схематическое представление скользящих контактов: а – разомкнут; б – замкнут.

 

Основные параметры таких контактов: контактное сопротивление – R _к; статическая нестабильность контактного сопротивления – DR _ст; динамическая нестабильность контактного сопротивления – DR _дин; максимальное рабочее напряжение – U _max; сопротивление изоляции – R _из; коммутируемая мощность – P _к; коммутируемое напряжение –U _к; коммутируемые токи – I _к; износоустойчивость.

На высоких частотах работы переключателя появляются паразитные параметры.

Система обозначений: В, П – выключатель или переключатель; Кн, Т, Г, П, Д – соответственно кнопочный, тумблер, галетный, программируемый и движковый переключатели; Б – бесконтактный, а если нет обозначения, то контактный; последующие цифры – порядковый номер разработки; далее цифра – номер типономинала; последняя цифра – число полюсов. Например: ПГ39-3-4.

Условно-графические обозначения переключателей:

 

- замыкающий контакт

- размыкающие контакты

 

 

- переключатели без фиксации

 

 

- контакт с опережением

 

 

-  с запаздыванием

 

 

-  контакт повторным нажатием

 

-  нажатие \ отжатие разными кнопками

 

 

-  переключатель без фиксации в кайних положениях

 

- многопозиционный переключатель

 

 

Нажимные (кнопочные) переключатели, которые приводятся в действие нажатием кнопки (рис.3), обеспечивают наибольшую скорость переключения. Часто в микроэлектронной аппаратуре используются кнопочные микропереключатели, которые имеют значительно лучшие массогабаритные показатели и электрофизические параметры по сравнению с обычными кнопочными (например, повышенную скорость переключения и др.).

Перекидные преключатели (тумблеры) имеют не более четырех полюсов. Их привод выполнен в виде рычага, который перекидывается с контакта на контакт (инода на рычаг наносится слой люминофора). Такие переключатели имеют два или три положения при переключении.

 

в)

г)

б)

а)

 

 

Рис.3. Конструкции кнопочных переключателей и их обозначение в схеме электрической принципиальной: а, б – малогабаритные, соответственно типов КМ1-1, КМ2-1 (для постоянного U=0,5…30B при I=0,0005…4А, и переменного U=0,5…250B при I=0,0005…3А); в, г – обычные (для постоянного и переменного U=10…50B при I=0,05…1,5A).

 

Поворотные преключатели (галетные) являются многопозиционными, которые имеют специальное условное обазначение, например, 24П15Н, где число 24 означает количество возможных положений при переключениях, а 15 – число направлений переключений.

Разновидности переключателей по форме конструкции бывают (рис.4):

галетные (контактная группа в виде галеты);

щеточного типа(особенность – большое усилие контактного нажатия, применяется при больших токах);

барабанного типа;кулачкового типа;

движковые (имеют орган управления в виде движка);

сенсорные (обычно не имеют подвижного контакта, включаются при прикосновении пальца к некоторой поверхности переключателя. Существуют также квазисенсорные переключатели, которые имеют подвижный контакт, замыкающийся или размыкающийся по управляющему сигналу от устройства управления).

	а)		б)

 

 

 

Весьма перспективны КУ с электрическим (дистанционным) управлением, к которым относятся различного рода реле.

Основные параметры реле: чувствительность; рабочие напряжение и ток U_раб, I_раб; коэффициент возврата К_в; сопротивление обмотки R_об ; время срабатывания(отпускания) t_ср; сопротивление контактов R_к (или R_вн); коммутируемая мощность; износоустойчивость.

Реле – устройство для автоматического переключения электрических цепей, которое при воздействии на него внешнего управляющего сигнала скачком изменяет состояние внешней электрической цепи.

Разновидности реле по принципу действия могут реализоваться в виде большого разнообразия конструкций (рис.5.).

Электромагнитные реле (рис. 6, а), принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции, срабатывают в результате взаимодействия ферромагнитного якоря с магнитным полем обмотки, по которой течет управляющий ток. Различают реле переменного и постоянного тока. Реле постоянного тока могут быть одностабильными (одно устойчивое состояние) и двустабильными (два устойчивых состояния при отсутствии напряжения на обмотке). Одностабилные реле могут быть: нейтральными (срабатывают при любой полярности напряжения); поляризованными (срабатывают при определенной полярности).

По массогабаритным показателям реле делят на: микроминиатюрные (масса m<6 грамм); миниатюрные (m<16 грамм); малогабаритные (m<40 грамм); нормальные габариты (m>40 грамм).

Система обозначений электромагнитных реле включает несколько блоков. Первый блок состоит из трех букв: первая Р означает реле; вторая буква определяет принцип действия (Э – электромагнитное, П – поляризованное, Г – герконовое нейтральное,      И – герконовое поляризованное); третяя буква определяет частотную характеристику реле (К – низкочастотное, А – высокочастотное, П-промежуточное). Второй блок из цифр означает порядковый номер разработки. Пример: РЭК- 20.

Преимущества электромагнитного реле: большой диапазон коммутируемых токов и напряжений; малое переходное сопротивление в замкнутом состоянии; очень высокое сопротивление между контактами в разомкнутом состоянии; хорошие электроизоляционные свойства. Недостатки: малое быстродействие; низкая чувствительность; наличие дребезга контактов.

Магнитоуправляемое (герконовое) реле (рис.6, б) представляет собой катушку с герконом.

Геркон – переключатель с пружинящими контактами из ферромагнитного материала, помещенными в герметичный стеклянный баллон. В баллоне создается вакуум или газовая среда (азот, аргон, водород). Контакты геркона, свободные концы которых разделены промежутком в несколько десятков или сотен мкм, соприкосаются под действием магнитного поля.

Различают сухие и жидкостные герконы.

Жидкостный геркон (см.рис.5) по сравнению с сухим ( см.рис.6,б) имеет недостатки: его нельзя поворачивать на угол больше 30⁰; при низких температурах

Т<-30⁰С ртуть замерзает.

Различают герконы: замыкающие; размыкающие; переключающие.

По габаритам герконы делят на: стандартные (длина баллона 50мм.); промежуточные (36мм.); миниатюрные (20мм.); сверхминиатюрные (10мм.).

Герсикон – герметичный силовой контакт. В баллон герсикона вмонтирована магнитная система, связанная с внешним электромагнитом. У герсиконов меньшее переходное сопротивление, чем у герконов.

Система обозначения герконов: первые блок состоит из двух букв МК (магнитный контакт); второй блок – из одной буквы (А – замыкающий; В – размыкающий; С – переключающий); третий блок – из буквы Р (означает ртутный геркон, а если в обозначении геркона эта буква не указана, то геркон сухой); в следующем блоке указана длина геркона в мм; в конце обозначения имеются две цифры (1 – малой и средней мощности; 2 – повышенной мощности; 3 – мощный геркон; 4 – высоковольтный геркон; 5 – высокочастотный; 6 – геркон с памятью).

а)

Достоинства магнитоуправляемых реле: повышенное быстродействие; повышенный срок службы; очень малое стабильное переходное сопротивление R_перех у жидкостных герконов. Недостатки: большое и менее стабильное R_перех у сухих герконов; меньшие возможности по диапазону коммутируемых токов и напряжений; чувствительность к внешним магнитным полям.

б)

и)

к)

з)

	е)		о)

ж)

н)

м)

л)

В магнитодинамических реле (рис.6,в) для их переключения необходимо воздействовать магнитным полем на каплю ртути и из-за тока, проходящего по среднему управляющему выводу. Направление перемещения капли зависит от направления тока или магнитного поля. Объем ртути должен быть небольшим.

Достоинства: очень стабильное и малое R _пер.; нет ограничений по числу коммутаций. Недостатки: не работает при температуре ниже -35°С; гальваническая связь между входной и выходной цепью; ограничение по коммутируемой мощности (зависит от объёма капли ртути).

У электростатического реле (рис 6,г) принцип действия основан на использовании кулоновских сил, которые обеспечивают притяжение подвижного электрода с мембраной к неподвижному.

Достоинства: малые габариты; высокое быстродействие; гальваническая развязка. Недостатки: высокое R _пер. (из-за плохого контактного прижатия); ограничение по коммутируемым мощностям.

У электромагнитострикционных реле (рис.6,е) принцип действия основан на явлениях магнито – и электрострикций, то есть способности материалов изменять свои размеры под воздействием магнитных и электрических полей.

Достоинства таких реле схожи с электромагнитными реле, а также связаны наличием контактной группы. Недостатки: низкая чувствительность; повышенная инерционность; необходимость наличия сильных магнитных или электрических полей.

Принцип действия электротепловых реле (рис.6,ж) основан на различных ТКЛР металлов в системе биметаллической пластины, их используют в качестве: датчика температуры; реле времени (из-за высокой инерционности); обычного реле; устройства защиты от перегрузок и т.п.

Достоинства: многофункциональность; малая стоимость. Недостатки: малое быстродействие; малый диапазон выдержки времени (около 30с.); малая точность времени.

Электронные реле (рис.6,д) представляют собой обычный электронный ключ, например на транзисторах (на биполярных, либо на КМОП или МОП структурах и др.) (рис.7).

 

 

	а)		б)

 

 

Рис.7.Схема электронного реле: а – на КМОП-структуре; б – на биполярном транзисторе.

 

Достоинства: полная (функциональная, конструктивная) совместимость с интегральными схемами; высокое быстродействие; отсутствие дребезга контактов; высокая чувствительность. Недостатки: отсутствие гальванической развязки между входом и выходом; ограничения по коммутируемым мощностям; не достаточно низкое сопротивление в замкнутом состоянии; не достаточно высокое сопротивление в разомкнутом состоянии; восприимчивость к воздействию ряда факторов (a-, b-излучениям и пр.).

Оптоэлектронными реле (см. рис.6, з, и, к, л, м) называют оптроны или оптоэлектронные пары. Оптрон как и оптоэлектронная пара состоят из светоизлучателя (преобразующего электрический ток в световое излучение), передающей системы (для передачи света), фотоприемника (который осуществляет обратное преобразование светового потока в электрический сигнал). В качестве светоизлучателей чаще всего используют: электролюминесцентные конденсаторы; светодиоды; сверхминиатюрные лампы накаливания. Передающая система должна быть высокопрозрачной, с хорошей адгезией к материалам светоприемника и иметь хорошие диэлектрические свойства. В качестве материалов в таких системах применяют прозрачные клеи и лаки. По типу фотоприемника различают: диодные; резисторные; транзисторные; на однопереходных транзисторах; тиристорные оптопары.

У резисторных оптопар (см. рис.6, з) в качестве фотоприемника используется полупроводниковый фоторезистор (ФР), чаще всего на основе селенида кадмия либо сернистого кадмия. Их сопротивление падает при облучении светом в определенном диапазоне длин волн, от которого зависит материал резистивного элемента ФР. Например, в диапазоне инфракрасного (ИК) излучения используют ФР на основе PbS или PbSe.

Недостатком ФР является зависимость его сопротивления от температуры. Достоинством – возможность работать на переменном токе.

В диодной оптопаре (см. рис.6,и) используются полупроводниковые диоды в фотодиодном либо фотогенераторном режиме. Наибольшим быстродействием обладают p - i - n диоды (очень малое время включения). В качестве излучателя используется фотодиод типа АОД-101 на основе арсенида галлия (t_вкл=1мкс) или p-i-n диод (t_вкл.»1мкс).

В транзисторных оптопарах (см. рис.6,к) в качестве излучателей используется ИК-диоды, но можно использовать излучатели и обычного света.

В тиристорных оптопарах (см. рис.6,л) для выключения прибора приходится коммутировать выходную цепь, из-за лавинного образования электронов. В качестве излучателя может использоваться светодиод.

В основе принципа работы оптопары на основе однопереходных транзисторов (см. рис.6,м) лежит облучение эмиттера транзистора, например типа АОТ-102 (t_вкл.»5мкс). Достоинства оптоэлектронных реле: полная гальваническая развязка между входом и выходом; высокая чувствительность; высокое быстродействие; «полная» совместимость с интегральными схемами. Недостатки такие же, как и у электронных реле.

В гальваномагнитных реле используют для коммутации либо эффект Холла, либо эффект Гаусса. Достоинством этого бесконтактного реле являются малые габариты. Недостатки: восприимчивость к воздействиям излучений и критичность к температурным воздействиям.

У электретных реле (см. рис.6,н) в качестве диэлектрика магниторезисторного элемента (МРЭ) используется тонкая пленка электрета (например, пленка на основе фторопласта). Величина тока в цепи (МРЭ) будет зависеть от способа его поляризации, свойств материала электрета и др. Достоинства: эти реле могут быть бесконтактными; они не потребляют ток; в них отсутствуют дребезжания контактов. Недостатки: восприимчивость к воздействию радиации. Такие устройства изготавливают с механическим (или дистанционным) управлением.

Конструкция магнитного реле в простейшем случае представляет собой двухобмоточный трансформатор (сердечник может быть выполнен из ферромагнитного материала) (рис.8).

Рис.8.Схематическое изображение магнитного реле.

 

При подаче напряжения на вход появляется напряжение на выходе. Обычно такое реле работает на переменном токе. Достоинства: полная гальваническая развязка; неограниченное число коммутаций. Недостаток: большие габариты.

Работа пьезоэлектрического реле (см. рис.6,о) основана на том, что при деформации некоторых материалов возникает ЭДС, она и будет выходным сигналом. Недостаток: необходимость приложения больших механических усилий (для появления ЭДС = 1В необходимо приложить усилие равное 100 Н).

В криотронных реле используют свойство некоторых материалов при низкой температуре переходить в состояние сверхпроводимости и выходить из этого состояния под действием магнитного поля, не изменяя при этом температуры. Достоинства: очень низкое сопротивление в замкнутом состоянии. Недостаток: не очень высокое сопротивление в разомкнутом состоянии; необходимость наличия охлаждающей жидкости.

В структуре халькогенидных реле используются халькогенидные стекла. Эти материалы резко изменяют свои свойства под действием электрического и магнитного поля.

Оптические реле представляют собой КУ, которые используются для коммутации световых сигналов. Все такие устройства можно разделить на:

- устройства оптоэлектронного типа (в процессе коммутации в них используется преобразование электрического сигнала в оптический сигнал, а затем обратное преобразование);

- оптические устройства (прямая коммутация оптического сигнала).

В качестве примера конструкций реле на рис.9 приведены конструкции некоторых высокочастотных реле, а на рис.10 – реле с магнитоуправляемыми контактами.

 

Рис.9. Разновидности конструкций высокочастотных реле.

Рис.10. Реле с магнитоуправляемыми контактами широко применяемые для ЭУ.

Резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и прочие дискретные пассивные и активные ЭРК.

Сведения о дискретных резисторах, конденсаторах и катушках индуктивности подробно изучаются в лабораторных работах [1-3].

Однако целесообразно представить самые миниатюрные конструкции дискретных компонентов (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и прочих) реализованных в микрокорпусах или в бескорпусном исполнении (табл.1), как наиболее перспективные для микроэлектронных ЭУ.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: