Модульный метод компоновки приборов.

Для построения схемы современного радиоэлектронного устройства широко применяют микросхемы различного типа, полупроводниковые приборы и другие малогабаритные элементы. Значительно реже встре­чаются приборы, содержащие электронные лампы, электромеханиче­ские блоки и другие крупногабаритные устройства.

При проектировании приборов, состоящих из большого числа мало­габаритных элементов, широкое распространение получил модульный метод компоновки. Сущность этого метода состоит в том, что весь при­бор делят на отдельные конструктивно законченные сборочные единицы (блоки).

При модульном методе компоновки возможно для указанных сбо­рочных единиц применять однотипные конструктивные решения со стандартизованными и унифицированными элементами конструкции, что сокращает сроки и стоимость проектирования и подготовки произ­водства аппаратуры, а также ее стоимость.

Этот метод позволяет также производить сборку, регулировку и испы­тания сборочных единиц параллельно, в результате чего резко сокраща­ется длительность производственного цикла изготовления аппаратуры.

Как будет показано, использование этого метода в ряде случаев дает возможность повысить надежность аппаратуры.

Применяя блоки одинаковой конструкции, можно наиболее опти­мально использовать объем прибора, что в конечном счете приводит к сокращению массы и габаритов аппаратуры.

При компоновке приборов, состоящих из малогабаритных элемен­тов, наиболее широко используют два типа конструкций: из легкосъем­ных субблоков и книжный.

Рассмотрим особенности этих конструкций.

Легкосъемные субблоки. При такой конструкции прибор состоит из определенного числа однотипных субблоков, снабженных разъемами врубного типа. Возможные варианты конструкции субблоков показаны на рис. 6.3, а, 6.

Рис.6.3. Легкосъемный субблок.

а -каркасный; б - многоплатный с металлической рамкой; 1 - печатная плата с ЭРЭ; 2 - разъем;

3 – угольник для крепления субблока; 4 - рамка; 5 - ключ.

Субблок, показанный на рис. 6.3, а, состоит из одной печатной платы, на которой могут быть расположены микросхемы, по­лупроводниковые приборы и другие малогабаритные ЭРЭ.

На одном краю печатной платы закреплен врубной разъем 2. Высо­та этого разъема должна быть соразмерна с высотой элементов, уста­новленных на печатной плате. В противном случае плотность монтажа в приборе получится очень низкой. На двух других краях печатной платы оставлено поле, свободное от печатного монтажа и ЭРЭ. При установке субблока в прибор эти края платы входят в специальные направляющие пазы прибора, благодаря чему субблок может перемещаться в приборе только в одном направлении. На краю платы, противоположном разъе­му, размещают устройство, которое закрепляет субблок в направляю­щих пазах прибора. Например, на рис. 6.3, а это устройство состоит из угольников 3 с отверстиями, в которые установлены невыпадающие винты. Эти винты входят в резьбовые отверстия на кожухе прибора, благодаря чему обеспечивается прочное закрепление субблока.

Как правило, все субблоки, входящие в прибор, делают с одинаковыми габаритными размерами. При этом субблок по ошибке может быть установлен в приборе не в свое гнез­до. Чтобы избежать этого, каждый субблок снабжают специальными клю­чами, исключающими возможность не­правильной установки. В качестве клю­чей можно использовать два штыря 5, установленные для различных суббло­ков на разном расстоянии от края. В шасси блока для каждого ключа должно быть отверстие.

Субблок, показанный на рис. 6.3,б, состоит из двух печатных плат, закреп­ленных на общей металлической рам­ке 4. Эти две платы соединены между собой гибким печатным или плоским плетеным кабелем. Способ установки и крепления субблока в приборе был рассмотрен ранее.

Количество печатных плат, из которых состоит субблок, может быть и больше двух.

Если аппаратура работает при воздействии значительных ударных и вибрационных перегрузок, особенно когда частота вибрации высока, то необходимо обеспечить повышенную жесткость субблока. Тогда рамку применяют и для субблока, имеющего одну плату.

Иногда на субблоке наряду с микросхемами, имеющими малую вы­соту, необходимо разместить крупногабаритные элементы.

В этом случае, чтобы получить хорошую плотность монтажа, целе­сообразно применять объемно-плоскостной метод компоновки. Сущ­ность этого метода состоит в том, что малогабаритные элементы раз­мещают на нескольких печатных узлах, один из размеров которых соиз­мерим с высотой крупногабаритных элементов. После этого крупнога­баритные элементы и печатные узлы закрепляют на общей коммута­ционной плате, которая оформляется конструктивно в виде субблока (рис. 6.4).

Рис.6.4. Объемно-плоскостная компоновка.

1 – коммутационная плата; 2 – печатный узел с микросхемами; 3 – крупногабаритные ЭРЭ;

4 – контакты для запайки печатного узла в коммутационную плату.

Электрическое соединение печатных узлов с коммутацион­ной платой производят пайкой, для чего на печатном узле делают спе­циальные контакты, например, как показано на рис. 6.4. Эти контакты запаивают в металлизованные отверстия коммутационной платы. Если субблок будет работать при жестких механических воздействиях, то печатный узел крепят дополнительно угольниками, стойками и другими аналогичными устройствами.

Чтобы электрически соединить между собой отдельные субблоки, в приборе устанавливают врубные разъемы с гнездами. Контакты этих разъемов соединяют между собой с помощью коммутационной печат­ной платы или жгутом из проводов. На рис. 6.5 показан прибор, состоя­щий из легкосъемных субблоков.

Рис. 6.5. Прибор из легкосъемных субблоков (боковые крышки сняты)

1 – субблок (условно выдвинут); 2 – невыпадающий винт; 3 – нижняя стенка (вентиляционные

жалюзи не видны); 4 – панель передняя; 5 – верхняя стенка (с вентиляционными жалюзи);

6 – панель задняя.

Применение рассмотренной конструкции в ряде случаев позволяет резко повысить надежность аппаратуры. В связи с постоянным услож­нением аппаратуры выполнение требований по надежности становится все более сложной задачей. Одним из параметров, характеризующих фактическую надежность изделия, является среднее время, затрачивае­мое на отыскание и устранение неисправностей

Если бы прибор, состоящий из нескольких сотен или тысяч микро­схем, полупроводниковых приборов и других элементов, был выполнен в виде неразъемной конструкции, в которой все элементы соединены только пайкой, то в случае выхода из строя одного элемента нужно было бы из всего количества выявить именно этот элемент и заменить его. Совершенно очевидно, что решить такую задачу может только чрезвы­чайно квалифицированный оператор, но и он на отыскание неисправнос­ти затратит много времени.

Если прибор разделен на отдельные легкосъемные блоки и имеются запасные части с аналогичными блоками, то необходимо найти только субблок, в котором находится отказавший элемент. При этом время отыскания неисправностей будет сокращено в десятки раз по следующим причинам:

– количество субблоков во много раз меньше количества элементов схемы;

– каждый субблок можно снабдить специальными устройствами которые будут выдавать информацию о его исправном состоянии.

Однако, как видно из рассмотренных примеров, деление прибора на легкосъемные части требует специальных элементов конструкции (разъемы, направляющие, элементы крепления, коммутационные платы и т д), что приводит к некоторому увеличению габаритов прибора. Это увеличение может оказаться существенным, когда объем каждого субблока мал, а число их чрезмерно велико. Кроме того, сами по себе разъемы имеют конечную надежность, и использование их в очень большом количестве может уменьшить среднюю наработку на один отказ всего изделия.

Деление прибора на большое количество легкосъемных частей и использование запасного имущества может существенно повысить надежность аппаратуры в тех случаях, когда крат­ковременный перерыв на замену отказавшего субблока не приводит к полному срыву задачи, выполняемой изделием. В таких случаях деле­ние прибора на легкосъемные субблоки широко применяют при конструи­ровании радиоэлектронных устройств, схемы которых построены с ис­пользованием микросхем и полупроводниковых приборов.

При этом в каждом конкретном случае выбирают такое количество элементов в субблоке, чтобы его легкосъемность существенно не ухуд­шала среднюю наработку на отказ и не увеличивала значительно габа­ритов аппаратуры

Книжная конструкция. Пример выполнения книжной конструкции показан на рис.6.6. Прибор состоит из нескольких субблоков), каж­дый из которых, вращаясь вокруг своей оси, может откидываться как страница книги.

Рис. 6.6. Прибор книжной конструкции.

1 – субблок; 2 – кабель плоский; 3 – панель передняя; 4 – стенка средняя; 5 – панель задняя.

Соответствующий субблок показан на рис.6.7. Он со­стоит из двух печатных плат 1, установленных на металлической рамке 3. В зависимости от конкретной конструкции количество печатных плат в субблоке может быть больше или меньше, чем на рис.6.7. Рамка имеет два прилива с отверстиями 7 и 8

В отверстие 8 вставлена ось, вокруг которой вращается данный суб­блок в приборе, в отверстие 7 вставлена другая ось, вокруг которой вра­щается в приборе соседний субблок. В рабочем положении все субблоки в приборе стянуты винтами в плотный пакет, благодаря чему конструк­ция имеет большую жесткость и хорошо выдерживает большие механи­ческие перегрузки в широком диапазоне частот. Субблоки не имеют разъемов. Они соединяются между собой гибким кабелем. Такая конст­рукция обеспечивает удобный доступ к каждой микросхеме в процессе регулировки всего прибора и при отыскании неисправностей, когда со­ответствующий субблок откинут.

Рис. 6.7. Субблок книжной конструкции.

1 – плата печатная; 2 – микросхема; 3 – рамка; 4 – кабель гибкий; 5 – кабель гибкий;

6 – втулка для стягивания пакетов в приборе; 7 – отверстие для оси в которой

будет вращаться следующий субблок; 8 – то же для рассматриваемого субблока.

При книжной конструкции прибора отыскание неисправностей долж­но производиться с точностью до отказавшего элемента: в этом ее не­достаток. Однако книжная конструкция позволяет получить компакт­ные приборы с жесткой конструкцией.

Иногда прибор разбивают на блоки, каждый из которых снабжен разъемом и является легкосъемным, но состоит из нескольких суббло­ков книжной конструкции.

Модульный метод в равной степени дает преимущества при конст­руировании любых видов радиоэлектронной аппаратуры, содержащей самые разнообразные элементы.

В зависимости от габаритов, массы и других характеристик эти эле­менты можно крепить непосредственно на печатных платах или на спе­циальных металлических шасси. Соединяться они могут с помощью печатного монтажа, объемного монтажа (жгутами или отдельными проводами) или комбинированно – с использованием печатного и объемного монтажа.