Elektronika | Felsőoktatás » Az elektronikus készüléképítés gyakorlati szempontjai

1 Az elektronikus készüléképítés gyakorlati szempontjai 4. 1 A környezet hatása az elektronikus készülékekre 4.11 A hőmérséklet hatása az elektronikus készülékekre 4.12 A nedvesség hatása az elektronikus készülékekre 4.13 Az ipari szennyezés hatása az elektronikus készülékekre 4.14 Egyéb környezeti hatások az elektronikus készülékekre 4.2 Technikai klímaterületek 4.3 Összetett hőátadások elemzése elektronikus készülékekben 4.31 Hőátadás sík falon 4.32 Hőátadás cső falán 4.33 Hő-villamos analógiák 4.4 A konvekciós hűtés 4.41 Természetes konvekció 4.42 Mesterséges konvekció 4.5 Elektronikus alkatrészek hűtése 4.51 Passzív elemek hűtése 4.52 Félvezetők, összetett elemek hűtése 4.6 Zavar elhárítási elvek 4.7 Árnyékolás 4.8 Elektronikus készülékek üzembiztonsága 4.81 Általános tervezési szempontok 4.82 Villamos áramütés elleni védelem 4.9 Elektromos kapcsolatok létrehozása 4.91 Érintkezési

alapelvek 4.92 Kapcsolók 4.93 Csatlakozók 4.94Huzalok és kábelek 4.95 Különleges kábelek 4.10 Feszültség és földosztó rendszerek az elektronikus berendezésekben 4.101 Feszültségosztó rendszerek 4.102 Földosztó rendszerek Szakirodalom kiegészítés: [9] Dr. Almássy György: Elektronikus készülékek szerkesztése, Műszaki könyvkiadó, 1979 2 4. Az elektronikus készüléképítés gyakorlati szempontjai 4. 1 A környezet hatása az elektronikus készülékekre Az elektronikus készülékek, berendezések kölcsönhatásban vannak a környezetükkel, mely igen szélsőséges hatásokat fejthet ki rájuk. Ma már nem csak a föld felszínén működnek elektronikus készülékek, hanem a világűrben is, ahol a hőmérséklet és a nyomás rendkívül alacsony, illetve olajkutató fúrások több ezer méteres mélységében is, ahol a hőmérséklet és a nyomás igen magas is lehet. 4.11 A hőmérséklet hatása az elektronikus készülékekre A környezeti

hőmérsékletet a talajtól általában 1,5 - 2 méter magasságban mérik. Időben is és helytől függően is változik. Egy adott földrajzi hely jellemzésére a hőmérsékleti középértéket (átlagát) szokták használni. A Földünkön mért legalacsonyabb hőmérséklet -67, 8 C˚ volt Szibériában 1933.-ban A legmagasabb pedig 57, 3 C˚ volt Líbiában 1922-ben A magas hőmérséklet hatásai elektronikus készülékekre: -A műanyagok, kiöntőgyanták meglágyulnak, deformálódnak -Az acélok szilárdsága csökken -A korróziós hatás jelentősen fokozódik -A vegyi folyamatok felgyorsulnak -A villamos paraméterek megváltoznak, az áramkörök munkapontjai elállítódnak -A szigetelő anyagok átütési szilárdsága csökken Az alacsony hőmérséklet hatásai elektronikus készülékekre: -A víz megfagy és kitágul, ezért a víztartalmú anyagok idővel elporladnak -A gyanták repedeznek, műanyagok, gumik rideggé válnak -A kémiai reakciók lelassulnak-

az akkumulátorok és az elektrolitikus kondenzátorok teljesítménye a töredékére csökken -A fémek átkristályosodhatnak, elporladhatnak, rideggé válnak -A mozgó alkatrészek a különböző alkatrészek hőtágulásai miatt beszorulnak -A különféle kenőanyagok, zsírok, olajok megdermednek Kevés olyan anyagot ismerünk, melyek a legszélsőségesebb hőmérsékleti hatásoknak is jól ellenállnak. Ilyenek a különlegesen ötvözött acélok, a teflon vagy a porcelán 4.12 A nedvesség hatása az elektronikus készülékekre A légkörben mindig van oldott víz. Ezt kifejezhetjük abszolút, vagy relatív páratartalom értékkel. Az abszolút légköri nedvesség megadja, hogy 1 m 3 levegőben hány gramm víz van pára alakjában. Értéke függ a hőmérséklettől és a légköri nyomástól Pl 760 Hgmm légnyomáson a levegőben oldható maximális páratartalom: C0 gr m3 -20 -10 0 10 20 30 40 /hőmérséklet 1 2 5 9 17 30 51 /vízgőz 3 A

relatív páratartalom azt fejezi ki, hogy a levegőben lévő tényleges nedvességtartalom hány százaléka az adott hőmérsékleten, a levegőt telítő páratartalomnak. A levegőben oldott vízmennyiség függ a földrajzi helytől, a hőmérséklettől, a nemrégen leesett eső mennyiségétől, valamint nagy folyók, tavak, tenger közelségétől is. A nedvesség hatása a legkritikusabb az elektronikus berendezésekre. A hatások lehetnek fizikai, kémiai és biológiai jellegűek: -A 80%-os relatív páratartalom felett rohamos korrózió, oxidáció indul meg. -A kémiailag más potenciálú fémek között galvánelemhatás és anódos oldódás lép fel. -A periodikus nedvesség-szárazság fokozottan korrodáló hatású. -A nedvességet felvevő anyagok deformálódnak, vetemednek. (A vízfelvevő képesség igen kevés anyagnál nulla. Ilyenek, pl a teflon és a porcelán) -A „harmatpont” elérésekor a levegő nedvességtartalmának egy része lecsapódik a

felületekre, a szigetelési ellenállások így jelentősen csökkennek. -A félvezetők, egyéb tokozású elektronikus egységekbe a nedvesség bejutása után az nem tud onnan eltávozni. -Egyes szigetelő anyagok vizet felvéve vezetővé is válhatnak. -A nedvesség és a magas hőmérséklet hatására rohamos gombásodás, penészesedés indul meg a felületeken. 4.13 Az ipari szennyezés hatása az elektronikus készülékekre A légkörben a levegőn és vízen kívül egyéb ipari anyagok is lehetnek. Gyakoriak a savas gőzök, ipari gázok, ásványi porok, hamu, korom, stb. Magas nedvességtartalomnál a gázok savas lecsapódást okoznak, (savas esők) mely a fémek korróziós hatását 10x - 20x emeli. -A réz és ötvözeteinek a felületén rézszulfát (patina) alakul ki, mely igen jó elektromos szigetelő. Az ezüst tartalmú fémeknél is hasonló felület alakulhat ki (ezüstszulfid) Ezért az érintkezők, kapcsolók működése bizonytalanná válik. -A

szigetelők felületére rakódó porok, hamu, korom nedvesség felvevő hatású. Zárlatot okoznak. -A mozgó részek közé jutó porok kopást, szorulást okoznak, különösen a kenőanyaggal ellátott felületek esetén. -A készülékek szellőzése romlik a bejutó, rárakódó szennyezések miatt. 4.14 Egyéb környezeti hatások az elektronikus készülékekre Légnyomás hatása: A légkör súlyából adódó nyomás helytől és időtől függően változik. Egy adott földrajzi helyen a légnyomás ± 10%-nál többet nem változik. A magasságtól függően ettől jelentősebb eltérés is adódhat. A levegővel hűtött elektronikus berendezéseknél figyelembe kell venni az üzemeltetése helyén lévő légnyomást is. Fény és egyéb sugárzások hatásai: A napsugárzáson a Nap által a Föld felszínére sugárzott energiát értjük. Igen széles elektromágneses sugárzási spektrumban jut a Föld felületére a 6000 C̊ felületi hőmérsékletű Napról.

Ennek a sugárzásnak a 99%-a 0, 2 – 40 μmm hullámhosszak közé esik A napsugárzás a különféle színű felületeket eltérő mértékben melegítheti fel, ezen kívül jelentős biológiai hatása is van. A ma használt műanyagok nagy része 1-2 év alatt elporladhat a közvetlen, állandó UV sugárzás hatására. A gombák, baktériumok fokozottan szaporodnak a napfény hatására. A kozmikus sugárzások a világűrből érkező nagy részecske energiájú igen rövid hullámhosszú sugarakból állnak. Jelenleg technikai szempontból nincs még nagy 4 jelentőségük. Az elektronikus alkatrészek miniatürizálásának egyik elvi korlátja, mivel egyes érzékeny tárolók, memóriák tartalmának károsítására is képesek. Biológiai hatások: Mind az állatvilág, mint a növényvilág hozzájárulhat az elektronikus készülékek meghibásodásához. A rágcsáló állatok megrongálják a légmentes csomagolást, a kedvelt ízű műanyag szigeteléseket

szétrágják. Nagyfeszültségű helyen akár testükkel átütést is okozhatnak. A növények közül leggyakrabban a gombák okoznak kárt A penész a szerves anyagok felületén élő különféle színű, gyorsan terjedő és összefüggő bevonatokat alkotó gomba. Minden szerves anyag - és a szervetlenek nagy része is - gombásodik, ha a klíma kedvező számára. A szigetelők felületén zárlatot, átütést okoznak A biológiai hatásoknak csak kevés anyag áll ellen, pl. a teflon, porcelán, csillám 4.2 Technikai klímaterületek A Föld felszínén az időjárás területenként különböző. Az eltérést a földrajzi szélesség, a növényzet, a terület tagoltságága, stb. együttesen okozza A Föld felszínét technikai klíma területekre osztják, amelyeken belül a klíma közel hasonló a klímaállóság méretezése szempontjából. Egy adott földrajzi helyre jellemző klímát makroklímának nevezzük. (pl Közép-Európai, mérsékelt klíma, stb.) A

berendezés mikroklímáján a közvetlen környezetét értjük, pl zárt, fedett, vagy szabad térben működik-e. A tervezésnél mindkét esetet figyelembe kell vennünk (Pl. egyes elektronikai alkatrészek, félvezetők gyártása különlegesen nagytisztaságú, klíma berendezéssel ellátott munkahelyet igényel.) Hideg klímaterület (jele: F = frigidus) A hideg területeken általában a levegő hőmérséklete több héten keresztül, naponta, néhány órára -40 C˚ alá esik. Döntően jellemző a zúzmaraképződés. A nyári hónapokban a hőmérséklet +16 C˚ nem haladja meg Trópusi klímaterület (jele: T = tropicus) Megkülönböztetünk nedves trópusi területet ( TH = tropicus humidus) amelyre az esőerdők hatásai jellemzőek. A relatív páratartalom közel 100 %, gyakoriak a meleg esők, a hőmérséklet évente 9-10 hónapig 20 C˚ feletti napközben. Erős biológiai hatások jelentkeznek. A száraz trópusi terület (TA = tropicus arridus) a sivatagok

jellemzője. Erős napsugárzás, alacsony levegő páratartalom és naponta nagy hőmérsékleti ingadozások jelentkeznek. Homokviharok, erős szél is előfordul. Gyakran napközben 40 C˚ feletti a hőmérséklet, ugyanott éjjel -5 C˚ is lehet. Magaslati klímaterület (jele: A = altus) A 2000m magasság feletti klíma a hideg klímához hasonló. Ehhez még hozzájárul a gyakori és erős szél, a levegő nyomása pedig jelentősen alacsonyabb mint a tengerszinteken. Tengeri klímaterület (jele: M = mares) A tenger felületén a sós pára erős korróziót okoz. Normál klímaterület (jele: N = normal) Itt a hőmérséklet általában -25 +35 C˚ közötti, extra mellékhatások nélkül. (Pl a Kárpátok közötti hazánk) A többféle hatást összevont jelek felsorolásával is mutathatják. (Pl a nedves trópusi + tengeri hatásra méretezést a „TH+M” jelzés adja, ha a berendezés várható üzemeltetésének a helye egy Dél-Amerikai erdős tengerpart) Az adott

makroklímán az elektronikus berendezés valamilyen mikroklímában üzemel. Ez az erős makroklíma hatásokkal szembeni védelmet biztosítja. A berendezéseket üzemeltethetjük: -Szabad térben 5 -Fedett térben -Zárt térben -Klíma berendezéssel ellátott térben A tervezési feladat szempontjai szerint védhetjük a kényes készülékeket fedett térben a napsugárzás ellen és eső ellen. A zárt terekben a további káros hőmérsékleti ingadozásokat küszöbölhetjük ki a berendezés környezetében, akár klíma berendezéssel is. A készülékeket minél szélsőségesebb viszonyok között kell működtetnünk, annál költségesebb, jobb minőségű elemekből, alkatrészekből, és anyagokból kell azt készítenünk. (Pl. a terepi, katonai műszerek a legköltségesebbek, hiszen semmiféle védelmet nem biztosíthatunk a szélsőséges környezeti hatásokkal szemben alkalmazásuk, működtetésük közben.) 4.3 Összetett hőátadások elemzése

elektronikus készülékekben A hőtani alapismereteket a 3.21 fejezet tárgyalta A gyakorlatban a három hőátadási mód többnyire együttesen érvényesül. (Ha a három közül az egyik domináns, célszerű csak ezzel számolni, a másik kettőt csak korrekcióra használjuk.) Ez a fejezet általában véve az ún. stacionárius hőátadásokkal foglalkozik, ami állandósult hőáramlási sebességre és állandó hőmérsékletekre érvényes. (Tranziens állapotú hőáramlás viszont időben változó hőáramok, hőmérséklet változások következtében jöhet létre.) 4.31 Hőátadás sík falon Az alábbi példában egy elektronikus készülék oldallap részének hőátadását tárgyaljuk. A baloldali készüléktérben vannak a hőforrásként is működő alkatrészek. A berendezés fémburkolatán áthatolva jut a hő a jobboldali külső környezetbe. Lásd a 41 ábrát 6 4.1 ábra A fűtött térből, a készülék belsőből Φ b hőmennyiség adódik

át szállítással (konvekcióval) és hősugárzással a burkolat belső felületére. A fém burkolat bal oldala felmelegszik T fb hőmérsékletűre. A fémlemezben a hő csak vezetéssel áramolhat A lemezben áramló hő mennyisége Φv . A lemez jobboldali felületéről, ami T fk hőmérsékletűre melegedett, ismét csak sugárzással (reflexióval) és szállítással távozhat a hő Φ k a szabadba. Stacioner állapotban: Φb = Φ v = Φ k Részletezve, a belső hőleadás két (reflexiós + konvekciós) részből áll: Φb = Φrb + Φcb =α belső * A ∆T 1 ; ahol a belső hőátadási tényező α belső = α sug −belső + α konvekció−belső csak együttesen mérhető. A hőmennyiség falon átvezetése Φv = λ ∗ A ∗ ∆T 2 A külső hőleadás: Φk = Φrk + Φck =α k * A ∆T 3 ; l lesz. 7 ahol az α k a külső reflexiós és a külső konvekciós hőátadási tényezők összege. A 41 ábra alján a hőlépcsők és a hőmérsékletek

eloszlása látható a hő útja mentén. 4.32 Hőátadás cső falán A 4.2 ábrán a cső belsejében T b a magasabb hőmérséklet, a külső környezet hőmérséklete a csövön kívül T k , alacsonyabb. A hő tehát belülről kifelé áramlik A cső belső felülete: Ab = 2*π r b L, a külső: Stacioner állapotban: Φb = Φ v = Φ k A belső hőleadás: Φ =α * A ( T - T fb )− T fk b b b b A =2*π r k ), ahol az előbbi példához, két rész összege: α belső = α sug −belső +α konvekció−belső α b b *L a belső hőátadási tényező, hasonlóan 4.2 ábra A hővezetés a csőfalban: Φ v = T fb R , ahol az R vez a hengeres fal hővezetésének az vez ellenállása: R = 1 * ln (r k r) b 2 *π L A cső külső hőleadása: Φ k = vez λ hőátadási tényezők összege. α * A ( T - T k k fk k ) ahol az α k a konvekciós és a sugárzás 4.33 Hő-villamos analógiák A tapasztalat szerint (Fourier tétele),

egy „A” felületen átáramló hő arányos az „A” felület nagyságával, és arányos a T 1 - T 2 hőmérséklet különbséggel. Hővezetés esetén fordítva arányos még a hőáram útjának a hosszával is, az l távolsággal. Az arányossági tényezők az 8 anyag tulajdonságát kifejező hőátadási tényezők. A 321 fejezet szerint ez az arányossági tényező hővezetés esetén: l; hősugárzás esetén: α s ; hőszállítás esetén pedig: α c A gyakorlatban a hő jelenségek nehezen írhatók le, egyszerű formában nem szemléletesek, többnyire bonyolult differenciálegyenletekkel fejezhetők csak ki. A folyamatok és a jelenségek fizikai hasonlósága miatt analógia állítható fel a hő és villamos fogalmak között. Ez könnyebbséget jelent a hőtani jelenségek megoldásakor, mert egyszerű villamos hálózatokká tudjuk modellezni a kevésbé átlátható hőtani folyamatokat is. Lásd az alábbi táblázatot, melyben csak a legfontosabb

fogalmakat említjük, a teljesség igénye nélkül: Hő-villamos analógiák Hőtani mennyiségek Hőmérséklet T Hőáram Φ Hőáramsűrűség f Hőgradiens gradT Hővezető képesség l Hőellenállás R Hővezető képesség Ct Hőmennyiség 4.1 táblázat Q Egyenáramú villamos mennyiségek Potenciál, feszültség U Áramerősség I Áramsűrűség i Térerősség E Fajlagos vezetőképesség s Ellenállás R Vezető képesség G Kapacitás C A villamosságtanból jól ismert Ohm törvény hőtani megfelelője, összevetve a 4.1 táblázattal: ∆T U ∆T I= Φ= ; ahonnan = R hő R Φ Rhő A 3.21 fejezet szerint, hővezetés esetén a Φ-t behelyettesítve: l Rhő −vez = λ * A A hőátadás összefüggésével összevetve és behelyettesítve, hő szállítás és hő sugárzás esetén a hő ellenállások értékei: 1 1 és Rhő −konvekció = A * Rhő −sugárzás = A * α reflexió α konvekció A 4.3 ábra a már korábban tárgyalt „Hőátadás sík

falon”- t mutatja, a 431 fejezethez kapcsolódva. A balról jobbra haladó hőáram T b belső hőmérsékletről indul. A falhoz sugárzással (reflexióval) és vezetéssel (konvekcióval) jut el, az áramlása útjába párhuzamosan kötött hő ellenállásokon keresztül. A belső falsíktól csak vezetéssel áramolhat tovább a hő, Rv ellenálláson keresztül a T fal − külső hőmérsékletű falsíkig. A falról ismét két párhuzamosan kapcsolt ellenálláson keresztül halad a T k hőmérsékletű környezet felé. A külső hőleadás fizikai modellje hasonló a belsőhöz. Az egyes hő ellenállás értékek meghatározása (321 fejezet) után az eredő ellenállás, vagy az egyes ágakon áramló hőmennyiség részek a továbbiakban már egyszerű villamos képletekkel számíthatók. 9 4.3 ábra 4.4 A konvekciós hűtés A testet körülvevő közeg –a levegő- a meleg alkatrészek felületével érintkezve felmelegszik. Kitágul, így a sűrűsége

csökken és ezért felfelé áramlik. Így viszi el a hőt az alkatrészek felületéről. (Kéményhatás elve) A konvekciós hűtés az elektronikus készülékek és berendezések hűtésében jelentős szerepet tölt be. (Nagy repülési magasságoknál és a világűrben azért nem hatásos, mivel nincs hőszállító közeg.) A 4.4 ábrán látható a levegő áramlása egy meleg felület közelében A felülethez közvetlen közel lévő levegőrészecskék a felülethez tapadnak, a légáramlás ebben a vékony rétegben csekély. A hőátadás jellege ezért itt döntően hővezetés Ebben a sávban a legmagasabb a levegő hőmérséklete. (Ez csupán 01 – 05 mm vastagságú) Távolabb a felülettől a légáramlás sebessége rohamosan növekvő, egy maximális értékig, még távolabb pedig már jelentősen újra lecsökken. A levegő csak bizonyos távolságon belül tud átmelegedni és áramolni, ezért az elektronikus berendezésekben az alkatrészeket hordozó NYÁK

lapokat az optimálisnál távolabbra szerelni felesleges, a hűtésük nem javul számottevően. 4.41 Természetes konvekció 10 4.4 ábra 4.5 ábra A 4.5 ábrán a természetes konvekció elve látható, a szokásos elrendezésben Egy asztali készülék részegységeiből az emittált hő teljesítmények: P1 . P5 A készülék alsó illetve felső burkolatai perforált lemezből készülnek, hogy a hűtőlevegő átáramolhasson rajtuk. A készülék magassága: h, a levegő beáramlás és a kiáramlás pontjainál a nyomása, hőmérséklete, sebessége és sűrűsége is más-más értékű. 4.42 Mesterséges konvekció Mesterséges konvekció esetén légszivattyúval, vagy ventillátorral áramoltatjuk a levegőt, mert a természetes levegőáramlás hűtése nem elegendő. A levegő áramlása lehet lamináris, 11 vagy turbulens jellegű. Lamináris áramlás esetén az áramló részecskék pályája meghatározott - matematikailag is leírható, turbulens

áramlás esetén pedig örvénylő - véletlenszerű. Lamináris áramlás létrehozásához kisebb energia elegendő, de a hőátadás is csekélyebb. Turbulens áramlás jobb hőátadást eredményez, viszont zajosabb és költségesebb. A Reynolds szám értéke tájékoztató az áramlás jellegére: v ∗l Re = υ ahol: v az áramlás sebessége méter/sec-ben; l az áramlási hossz méterben; υ pedig a kinetikai viszkozitási tényező (méter * méter/sec -ben.) Például síkfelület mellett, levegő áramlása esetén: Re ≥ 5 ∗ 105 --- turbulens áramlás Re ≤ 5 ∗ 105 --- lamináris áramlás A kényszer konvekciós hűtés méretezése három fő lépésből áll: -Hőtani elemzésekből -Áramlástani elemzésekből -Szellőztető berendezés választása, áramlástani illesztése A 4.6 ábra szerinti elrendezésben alulról fújja a levegőt felfelé a ventillátoregység A hőtani méretezés az egész berendezés teljes és alapos elemzését igényli (hol,

mennyi hő, milyen elrendezésben, milyen hő ellenállások, stb.) Az alábbi példában egy fiókos elrendezésű elektronikai készülékben egy „n” kártyán lévő hő viszonyokat elemezzük. Az „N” fiókban lévő „n” kártyán lévő hő egyenleteket írjuk fel, alulról felfelé haladva: ∆T ö = ∆T e + ∆T l1 + ∆T n + ∆T t ; ∆T e = P0 * Rl 0 = T l 0 - T k ∆T h = ∆T ∆T ö = P 0 l1 * + R ∆T l0 n = P * ( R +R l n l1 ); + Pl * ( Rn + Rl1 + Rk + ∆T R t− j ) t = P l * ( Rk + R t− j ) 12 4.6 ábra A 4.6 ábra jelölései: T k = a környezet hőmérséklete T = az „N” -ik fiókba belépő levegő hőmérséklete T = az „N” -ik fiókból kilépő levegő hőmérséklete T = az „N” -ik kártya felületi hőmérséklete T = az „n” -ik kártyán lévő alkatrész tokozásának külső hőmérséklete ) T = az alkatrész réteghőmérséklete ( T < T P = az „n” -ik kártyán disszipált hő

teljesítmény P = az előző egységekből disszipált, összegzett hő teljesítmény R = a félvezető tokozáson belüli hő ellenállása (katalógus adat) R = az „n” -ik kártya hő szétterülési ellenállása R = az „n” -ik kártya komplex (konvekciós + sugárzási) hő ellenállása ( R l0 l1 kf t j határhőatá séklet j l 0 j−t k n R R l1 l0 = az „N” -ik fiókban áramló levegő hő ellenállása ( Rl1 = 1 ρ *cp Q n = 1 ) α*A ) n = az „N” -ik fiókhoz áramló levegő eddig felgyülemlett hő ellenállások összege ( Rl 0 = fajhője) 1 ρ *cp Q ; 0 ρ = a levegő sűrűsége ; c p = a levegő 13 Q Q = a ventillátor egység által szállított összes levegő mennyisége 0 = az „n” kártyát tartalmazó fiókban egy kártyára jutó levegő mennyiség (n+1 csatornán n áramlik a levegő: Q n = Q n +1 Mivel Rl1 << Rn , ezért T ∆T = k ≈ ∆T + ∆T n e 0 l1 ) ∆T << T n

és P P ρ *c Q l α*A + ∆T t = NYÁK lap méretezési adata Tehát az „N” egység hőátadása adott 0 p ΣP l ; h ≈ ∆T n ∆T ö = ∆T k + ∆T t ; 0 hő disszipáció és adottΣA felületek esetén döntően az „a” összetett hőátadási tényezőtől függ. Az „a” értéke sok egymásra ható egyéb paramétertől is függ, legfőképpen: -Az áramlás sebességétől -Az áramlás jellegétől (turbulens, vagy lamináris) -A geometriai elrendezéstől (álló, vagy fekvő helyzetű az áramköri lap) A létrejött hőmérséklet különbségtől Az áramlási sebesség szorosan összefügg az áramló levegő mennyiségével: v= Q 0 ΣA (v: a levegőáramlás sebessége; ΣA: az áramlási keresztmetszetek összege) Az áramlástani elemzések során tisztázni kell, hogy hol és milyen áramlástani ellenállások (fojtások) és milyen helyeken lépnek fel. A szükséges levegőmennyiség szállításakor milyen nyomásviszonyok

állnak elő. Az áramlástani számítások, modellezések igen bonyolultak és kétségesek. A 4.7 ábra egy elektronikus készülék belső részletét emeli ki A függőlegesen és egymással párhuzamosan, alkatrészekkel egy oldalon szerelt lapok között áramlik a hűtőlevegő. A lapok „t” távolságra vannak egymáshoz képest, a burkolat lemeztől pedig m-re. Az egy oldalon szerelt lapok esetén az emittált hő döntően az alkatrész oldalakon termelődik. A szerelvénylapon lévő meleg alkatrészek csak egy δ szélességű levegőréteget tudnak úgy átmelegíteni, mely mozgásba is indul. (A 44 ábra részletesebben ismerteti a jelenséget) A ventillátor a szerelvénylapok közötti teljes t szélességű résben áramoltatja a levegőt. A mesterséges konvekciónál ezért az összes levegő tehát az Alevegő = Σ t * B keresztmetszeten áramlik. A hőcserét viszont csak az Ahő =Σδ*B keresztmetszeten áramló levegőmennyiség végzi. Az ábra alján

jelezzük, hogy bizonyos áramlási levegősávok a hűtésben részt vesznek, mások nem. A szerelvénylapokat elhagyva a levegő a következő fiókba áramlik és bizonyos mértékben össze is keveredik a meleg és a hidegebb levegőrész. Az „N” fiókban a levegővel elszállított hő teljesítmények összege: P N = ck * ρ A v ∆T h ; ahol a hő c k = a levegő közepes fajhője 14 ρ = a levegő sűrűsége v = a levegő sebessége ΔT = a levegő hőmérséklet emelkedése az „N” fiókban A hőtani elemzésekből a hő teljesítmények meghatározhatók, a fenti P N 4.7 ábra kifejezésből pedig a szükséges „v” levegő áramlási sebességet is kiszámolhatjuk. Belátható, hogy Q = v * Alev a szükséges levegőmennyiség a berendezés hűtéséhez. 0 Tapasztalat szerint a szerelvénylapok között haladó levegő beleütközik az alkatrészekbe is, eközben többször is irányt vált, és keveredik. Ez mind-mind külön teljesítményt

igényel a ventillátor egységtől. Ezért a berendezés kialakítástól függően a ventillátor egységet bizonyos mértékig lefojtja. Az áramlási veszteségek számolása, becslése nehézkes és bonyolult Gyakori megoldás szerint a már megépített készülék fojtási jelleggörbéjét megmérik, és felveszik. A 4.8 ábrán a készülékhez csatlakoztatnak egy nyomásmérőt A levegő készülékbe való beáramlási és a kiáramlási pontjai között mérik a nyomáskülönbséget. Az ábra jobb oldalán, különböző áramlási sebességeknél a nyomáskülönbségek értékei láthatók. Tehát: 15 4.8 ábra 4.9 ábra Δ p = f ( v2 ) A közvetlen mérésnek nagy előnye az is, hogy közben a fellépő ventillátor zaj is mérhető. (Nagyobb áramlási sebességnél a levegőáramlás jellege turbulenssé válik, a berendezés hűtőrendszere, pedig zajos lesz!) 16 4.10 ábra A szükséges levegőmennyiség meghatározása, és a nyomás-, sebesség

viszonyok ismeretében lehetséges a megfelelő ventillátort kiválasztani. A 49 ábrán egy diagramban láthatók a ventillátor és a készülék áramlástani jelleggörbéi. A görbék metszéspontjában lehetséges az „M” munkapont. Amennyiben a jelleggörbék metszései nem adnak jó megoldást, (Ha a paraméterek intervallumai más-más tartományba esnek.) alkalmasabb ventillátort kell választani! A 4.10 ábra egy gyakran használt ventillátor gyári adatlapját mutatja Lehetséges több ventillátort párhuzamosan, vagy sorosan is alkalmazni! A 4.11 ábra szerint hasonló ventillátorokat sorba kötve, az eredő nyomásuk növekszik. Ha a szállított levegő mennyiségét akarjuk növelni, párhuzamosan kell üzemeltetni azokat! (A gyakorlatban is megfigyelhetjük, hogy pl. a háztartási porszívó gépekben a ventillátorlapátok sorba vannak kötve, szerelve - a nyomáskülönbség fokozása miatt. Az Alpokban lévő autósztrádák hosszú alagútjaiban a

szellőztetés miatt hatalmas ventillátorok láthatók, -mind egymás mellett – tehát párhuzamosan kapcsolva. Ebben az esetben a szállított levegőmennyiség a fontos!) 17 . 4.11 ábra 4.5 Elektronikus alkatrészek hűtése Egy berendezésben működő elektronikus alkatrész hőtani méretezéséhez három fontos szempontot kell tisztázni: 1. Mekkora az alkatrész „határhőmérséklete”, vagyis az a hőmérséklet, ahol az alkatrész nagy valószínűséggel tönkremegy. (Ez alkatrész katalógus adat) 2. Mennyi hőt disszipál az alkatrész, működése közben (A hőt milyen környezetben, milyen módon, milyen feltételekkel tudja leadni. Ez alkalmazástól, terheléstől, áramkörtől is függő adat.) 3. Ismerni kell az alkatrész belső és külső hőleadási pályáit, folyamatait! (Ez felépítésfüggő, konstrukciós adat.) 4.51 Passzív elemek hűtése Ellenállások hűtéséről: Az ellenállások legfőbb jellemzői a névleges Ω értéke és a

teljesítménye. Az ellenállás működése közben a saját hőmérséklete és a környezet hőmérséklete összeadódik: Tmelegpont = Tsaját + Tkörnyezet Ezért az ellenállásokat nem célszerű 100%-os teljesítményen üzemeltetni! A teljesítmény kihasználtsága: P K= üzemi * 100 [%] Pnévleges A legtöbb ellenállásnak nincs hűtőbordája, a megfelelő hő leadó felületet a méretének növelésével érik el. Megjegyezzük, hogy az áramkörökben lévő ellenállásokon termelődött hő többnyire a berendezés hatásfokát jelentősen rontó és elkerülendő tényező. Célszerű az áramköröket áttervezni és a felesleges energia felhasználást így is csökkenteni! (Az ellenállások melegpontja a gyártó katalógusának adata.) 18 Kondenzátorok hűtéséről: A levegő, papír, poliészter stb. dielektrumú kondenzátorok jó hatásfokkal működnek, a hő leadásuk igen csekély. Ezek hűtéséről nem szükséges külön gondoskodni. Ezzel

szemben az elektrolitikus kondenzátorok jelentős hőmennyiséget adnak le. További probléma, hogy az elektrolitikus kondenzátorok teljesítménye erősen hőfokfüggő és kb. 120-140 ° C -on fel is robbanhatnak Ezért az elektronikus berendezések legkritikusabb alkatrészei hőtani szempontból az elektrolitikus kondenzátorok. Alacsony a határhőmérsékletük (90-130 ° C ). A kapacitásuk: ΔC=f(T), 50 -60%-os változást is elérhet A hőmérséklet növekedésével az átütési szilárdságuk is jelentősen csökken. Az áramköröket úgy kell tervezni, hogy az elektrolitikus kondenzátorok a nyomtatott áramköri lapok jól szellőző helyein legyenek, távol más hőt termelő alkatrésztől. Transzformátorok, fojtótekercsek hűtéséről: Az elektronikus berendezések egyik legnagyobb intenzitású hődisszipációs részegységei a tekercsek. A hatásfokuk alacsony, mivel jelentős vasveszteség és rézveszteség léphet fel. A 412, 413, 414 ábrákon látható

egy transzformátor egyszerűsített hőtani elemzése: 4.12 ábra A vasveszteségek miatt a vasmagban Φ vas hőmennyiség képződik, és Tm hőmérsékletre melegíti a vasmagot. Ez a hő az Atb felületen a tekercsbe távozik, az Rm −t hő ellenálláson keresztül. A hőmennyiséghez a Φ réz hőmennyiség is hozzáadódik, és áramlik az Rt + Rt −b ellenállásokon keresztül a környezeti levegőre. A burkolatról már vezetéssel, konvekcióval és sugárzással is távozhat a hő a szabadba. A 412 ábrán látható a hő ellenállások kapcsolódása. A 413 ábra pedig a hőmérséklet eséseket mutatja Rm −t = vasmag és a tekercs közötti hő ellenállás Rt = a tekercs hő ellenállása (közel 0 értékű) Rt −b = a tekercs és a burkolat közötti hő ellenállás Rb −l = a burkolat és a levegő közötti hő ellenállás Atb = a tekercs belső felülete Atk = a tekercs külső felülete Φ össz = Φ vas + Φ réz ; ∆Tvasmag −te ker cs = Φ * Rt −b

Rm −t * Φ vas ; ∆Tte ker cs −burkolat = össz ; Atb Atk 19 Φ össz * Rb −l ; Aburkolat így: Tm = ∆Tvasmag −te ker cs + ∆Tte ker cs −burkolat + ∆Tburkolat −levegő + TL ∆Tburkolat −levegő = 4.13 ábra 4.14 ábra 4.52 Félvezetők, összetett elemek hűtése Ide soroljuk a tranzisztorokat, diódákat, tirisztorokat és a kevés lábszámú IC-ket. A félvezetők határhőmérséklete, T j max a morzsa hordozó anyagától függ. Germánium esetén ez 110-120 ˚C, szilícium esetén pedig 140-160 ˚C, a katalógusokban megtalálható. Ugyancsak katalógus adat a Pmax maximális terhelhetőség is, amely alkalmazásfüggő érték. Konstrukciós adat a félvezetőn belüli hő utak és hő ellenállások milyensége. Az R j −t a rétegátmenettől a tokozásig terjedő hő ellenállás, szintén katalógus adat. A 415 ábra egy fémházas TO-5-ös tranzisztor belső hő ellenállásait ábrázolja. A hőt a tokozásról a beforrasztott lábai vezetik

el, valamint a tranzisztort körülvevő levegő is hűti. 20 4.15 ábra A tranzisztorból a hő a környezet felé áramlik: T j > Ttok > Tkörnyezet . A félvezető réteg átmenet várható hőmérséklete: T j −várható = Φ * ( R j −t + Rtokozás − környezet ) + Tkörnyezet , ahol a Φ hő mennyiség az alkalmazástól függő terheléssel arányos: Φ ≈ f( Püzemi ) A 4.16 ábra a TO-5 tokozású tranzisztor hő ellenállásait ábrázolja. Ha a félvezető csavarozással, hűtőbordához, vagy más hőt elvezető felülethez van szorítva, akkor dominánsan az „A” felületen, egy átmeneti hő ellenálláson keresztül, vezetéssel távozik a hő. Az átmeneti hő ellenállás a felületeket összeszorító erőtől, a létrehozott nyomástól függ: F p= A 4.16 ábra Gyakorlati képlet szerint: p = 50 * n M f A* D ; ahol: n = a csavarok száma M f = a csavart megszorító forgatónyomaték [Nm] A = az érintkező felület [cm] D = a csavar

átmérője [mm] 21 A gyakorlati hő tervezési munkákhoz diagramokból kikereshető az átmeneti hő ellenállás értéke az összeszorító nyomás függvényében. (A 417 ábrán) 4.17 ábra A méretezés folyamata a következő: -Meg kell határozni az adott konfigurációban a hő leadási utakon az egyes R x hő ellenállások értékeit és az ellenállások kapcsolódásainak pontos jellegét (soros vagy párhuzamos) környezet -Az Re = ∑R x meghatározása határréteg - Adott terheléshez tartozó Φ disszipáció esetén a hő lépcső számítható: T j −várható = Φ * Re + Tkörnyezet ≤ T j − max Nyomtatott huzalozású szerelt lemezek hűtéséről: A szerelt NYÁK lapok esetében jelentős közelítéseket alkalmazó számítógépes analízismódszerekre van szükség a kanyargós hő utak modellezéséhez. Sok esetben a nyomtatott áramköri lemezek hőátadásában az irányadó tényező a lemezen a rézfóliával kialakított áramköri minta

elrendezése. Hőtani szempontból szendvics szerkezetű a lemez (lehet két- vagy többrétegű), amelyen a rézfólia rajzolatának a fedettsége 5 - 99%-os is lehet. A hordozó anyaguk leggyakrabban üvegszálas műgyanta. A műgyanta lemezek hővezetési egyenlete: λ *δ b Φ= * ΔT l Ahol: Φ = a hő áram intenzitása λ = hővezetési tényező b = a lemez szélessége ΔT = a hőmérséklet különbség δ = a lemezvastagság l = a lemez hosszúság 22 Ha a lemez négyzet alakú, akkor b = 1, így:Φ = λ*δ ΔT lesz. l A négyzetes hővezetési ∆T 1 = [˚C/W] Φ λ *δ Mivel a műgyanta igen rossz hővezető, az áramköri lapokon –nem megfelelő hűtés eseténjelentősebb hőmérséklet különbségek is kialakulhatnak. Emiatt az alkatrészeket hordozó NYÁK lap deformálódhat, a rézfólia vezető szálai pedig el is szakadhatnak. ellenállás Rsg = Legyen példaként egy PC számítógép alaplapja, a 4.18 ábra szerint A NYÁK lemez két oldalélének

hőmérséklete legyen 20̊C, egy másik, belső pontja pedig 200 ˚C -os. (Pl a processzor ventillátor hibája miatt az túlhevül.) Cosmosm 20 véges elemek módszerével dolgozó számítógépes programmal szimuláljuk az esetet. Erő használata nélkül, csupán a lemez saját hő tágulásából adódó belső feszültségeket és deformációkat modellezzük. 4.18 ábra A parancsokat tartalmazó teljes „.ses” file: C* COSMOS/M Geostar V2.00 C* Problem : 1 Date : 6-13- 5 Time : 11:10:40 PLANE,Z,0,1 /munkasík SCALE,0 /zoom PT,1,0,0,0 PT,2,0,0.2,0 PT,3,0.4,02,0 PT,4,0.4,0,0 /4 pont deklarálása SF4PT,1,1,2,3,4,0 /felület készítés 4 pontból VLEXTR,1,1,1,Z,0.002 /extrudálással test készítése M VL,1,1,1,8,10,20,1,1,1,1 /elemi részekre bontás EGROUP,1,SOLID,0,1,0,0,0,0,0,0 /anyag típus meghatározás PICK MAT,1,POLYEST,SI /anyagválasztás, adatbázisból MATL: POLYEST : POLYEST 6/10 /az anyag tulajdonságait a program beolvassa EX 0.83E+10 Pascals /rugalmassági

modulus NUXY 0.28 /poisson tényező ALPX 0.30E-04 /Kelvin /hő tágulási tényező DENS 0.14E+04 Kgm/m*3 /anyag sűrűség KX 0.53 W/m/K /fajhő NTCR,4,20,8,4 /a 4, 8, oldalélek 20 ˚C-ra beállítása NTND,382,200,382,1 /a 382.pont hőmérséklete legyen 200 ˚C DPT,1,AL,0,3,1 /a test 3 pontjának rögzítése A STATIC,T,0,0,1E-006,1E+010,0,0,0,0,0,0,0 /statikai elemzés beállítása, a hő hatására COSMOS/M Geostar V2.00 Problem : 1 Date : 6-13- 5 Time : 11:33: 9 R STATIC /szimuláció futtatás Terminating command 23 Az eredményeket tartalmazó „.out” file fontosabb részletei: * VERSION: 2.0 * * 12121 WILSHIRE BLVD. SUITE 700 * * LOS ANGELES, CALIFORNIA 90025 * * COPYRIGHT 1988 S. R A C * Date : 06/13/2005 Time: 11:34:17 CONTROL INFORMATION NUMBER OF LOAD CASES . (NLCASE) = 1 EQ. 0, STATIC ANALYSIS THERMAL LOADING FLAG . (ITHERM) = 1 EQ. 0, NO THERMAL EFFECTS CONSIDERED EQ. 1, ADD TEMPERATURE EFFECT T O T A L S Y S T E M D A T A: NUMBER OF

EQUATIONS . (NEQ) = 1377 NUMBER OF MATRIX ELEMENTS . (NWK) = 103212 ADJUSTED BLOCK SIZE . (MTBLK)= 103213 EXTRA MEMORY AVAILABLE (in 8-byte words) . (XMTBLK)= 17388979 NUMBER OF STIFFNESS BLOCKS. (NBLK) = 1 MAXIMUM DIAGONAL STIFFNESS MATRIX VALUE = .881178E+09 ( 1047) MINIMUM DIAGONAL STIFFNESS MATRIX VALUE = .567689E+08 ( 1259) STATUS OF THERMAL EFFECTS FOR THIS LOAD CASE: D I S P L A C E M E N T S: NODE X-DISPL. Y-DISPL Z-DISPL XX-ROT YY-ROT. ZZ-ROT. 1 .00000 .00000 .00000 .00000 .00000 .00000 2 5.44654E-07 -110889E-06 193456E-05 00000 .00000 .00000 . 381 2.68847E-06 -268995E-05 103288E-03 00000 .00000 .00000 382 3.56353E-06 692364E-07 117148E-03 00000 .00000 .00000 383 4.41331E-06 285778E-05 104661E-03 00000 .00000 .00000 . 462 2.86371E-05 690325E-06 137455E-06 00000 .00000 .00000 MINIMUM/MAXIMUM DISPLACEMENTS NODE 371 452 221 1 1 1 MIN. -246399E-05 -333173E-05 -672073E-05 00000 .00000 .00000 NODE 393 383 382 462 462 462 MAX. 317660E-05

285778E-05 117148E-03 00000 .00000 .00000 MAXIMUM RESULTANT DISPLACEMENT: NODE 382 MAX. 117149E-03 TOTAL STRAIN ENERGY. = 781991E-01 R E A C T I O N F O R C E F O R L O A D C A S E N O. 1 NODE CSYS Fx Fy Fz Mx My Mz 1 0 -1.453 2171 .8558E-09 ---------- ---------- ---------11 0 27.94 -2898 .1342E-04 ---------- ---------- ---------231 0 -26.49 7263 -2924E-05 ---------- ---------- ---------FOR REQUESTED (Global Cartesian Coord. System) NODES FX FY FZ MX MY MZ Total React. -2588E-05 2179E-05 1049E-04 0000E+00 0000E+00 0000E+00 S T R E S S E V A L U A T I O N FOR S T A T I C A N A L Y S I S STATUS OF THERMAL EFFECTS FOR THIS LOAD CASE: MINIMUM/MAXIMUM AVG. NODAL STRESSES: SIGMA-X1 SIGMA-X2 SIGMA-X3 TAU-X12 TAU-X13 TAU-X23 NODE 382 382 153 394 11 11 MIN. -1478E+08 -1492E+08 -2373E+06 -2102E+07 -4520E+05 -4847E+05 NODE 383 393 151 372 162 152 MAX. 4555E+07 4239E+07 6897E+06 2134E+07 4245E+05 4219E+05 MAXIMUM NODAL VON MISES STRESS 24 NODE 462 MAX. .1554E+08 S O L U T I O N T I M

E L O G I N S E C FOR STRESS CALCULATIONS READING GENERAL INFORMATION AND ELEMENT DATA. = 2 STRESS CALCULATION AND PRINTOUT . = 3 T O T A L S O L U T I O N T I M E . = 5( 0: 0: 5) A fenti eredményekből jól látszik, hogy egy hő megfutás (200˚C) tartós károsodást okozhat magában a NYÁK lapban is, a forró pont közelében (382. csomópont) a lap kb 1,2 mm-t kidomborodott (1.17148E-03 méter) A fellépő feszültség értéke -01492E+08 Pascal = N N 14920000 2 = -14,92 , a 462. csomópontban! m mm 2 4.19 ábra A számítógép a NYÁK lemez deformációját is ki rajzolja a 4.19 ábrán (nagyítva a deformációt!). Egy adott NYÁK lemez réz fóliájának fedettsége „ψ” ismeretében a 4.20 ábrában kikereshető a négyzetes hő ellenállásának az értéke. Rsg = f(ψ ) A diagram csak egy bizonyos lemez típusra érvényes, más felépítésű, más vastagságú lemez esetén másik diagramot kell használni. 4.20 ábra 4.6 Zavar elhárítási elvek

25 A készülék mechanikai felépítésének többek között védelmet kell nyújtania külső zavaró jelek behatolása ellen, és meg kell akadályozni ilyen jellegű jelek kijutását a készülék belsejéből. Ebben a fejezetben kizárólag az elektromágneses eredetű zavarójelekkel kívánunk foglalkozni. A készülékre természetesen még sok más hatás is működik A készülék zavarok elleni védelmét a szerkezeti részeivel egybevetve kell vizsgálni. A zavaró hatások ellen: -a készülék áramköreinek elrendezésével -búrázott, védett kialakítású alkatrészek felhasználásával -a hideg pontok megfelelő kialakításával -épített árnyékoló búrákkal kell védekezni! A sorrend értékelést is jelent! (Az első megoldások jobbak.) Az áramkörök miniatürizálása sok korábbi problémát megoldott. A régi diszkrét elemekből álló áramkörökben létrejött nagy hurkok jelentős zajforrások voltak. A konstrukció kialakításánál arra

kell tehát törekedni, hogy az áramok a lehető legrövidebb úton záródjanak. Mivel a hideg földelt ponton több, esetleg a készülék összes áramköre is kapcsolódik, nemkívánatos csatolások jöhetnek létre. Ohmos a csatolás, ha közös ellenálláson különböző áramkörök áramai folynak át. A kialakult hurkok között a csatolás induktív A készülék belső zavarelhárításának a kialakításánál ezeket a szempontokat kell legelőször figyelembe venni. A tápegységek önmagukban is zavarforrások. A kimenetükön megjelenő zavaró jelek különösen veszélyesek lehetnek a kapcsoló üzemben működtetett tápegységek esetén. Veszedelmes zavarójel-források a rosszul érintkező kábel csatlakozók. Mivel instabilak, ezért nehezen ismerhetők fel. Hatásukra: -csatoló impedancia jöhet létre -sugárforrásként is szerepelhetnek Professzionális, jó minőségű berendezésbe csak annyi csatlakozót építenek, amennyi éppen szükséges, és

csak a legjobb minőségűeket. A kiszivárgott villamos tér nemcsak elektromágneses hullám alakjában, a levegőn keresztül terjed, hanem a kábelek árnyékoló harisnyáiban, ill. fém alkatrészek felületén is (Goubau hullámok) A hiba helyét tehát nem mindig egyszerű meghatározni. A zavarok kiküszöbölésének öt alapelve: 1. Az áramkört úgy kell méretezni, hogy a hasznos jelek maximális nagyságúak, a nem kívánatos jelek pedig minimálisak legyenek. 2. Olyan alkatrészeket kell beépíteni, amelyek fölös energiát nem adnak le 3. Az érzékeny alkatrészeket a csatolás elkerülése miatt a zavarjelektől távolra kell helyezni 4. Ahol a fenti módszerek nem elegendők, ott árnyékolást kell alkalmazni 5. Olyan földelési módszert kell kialakítani, amelyek a zavarok hatását a minimálisra csökkenti. 4.7 Árnyékolás Az árnyékolás hatásosságát a 4.21 ábra szemlélteti (Az elektromágneses energia terjedés megakadályozási képességnek a

mértéke.) P AH = 10 lg  1  P2   = Av + Ae ln y + Abelső [dB]  AH = az árnyékolás hatásossága dB-ben P1 = a beeső teljesítmény P2 = az árnyékoláson keresztül hatoló teljesítmény 26 Av = a felületekről visszaverődő teljesítményveszteség csillapítása dB-ben ( Av1 + Av 2 ) Ae ln y = az anyagban elnyelt teljesítményveszteség csillapítása dB-ben Abelső = az anyagon belüli többszörös visszaverődés okozta csillapítási tényező dB-ben 4.21 ábra A vezető anyagba behatoló elektromágneses hullámok gyorsan csillapodnak. A behatolási mélység az a távolság, amelyen áthaladó elektromágneses hullámok amplitúdója, (a villamos, ill. mágneses térerősség nagysága) az e-ed részére csökken A behatolási mélységnekδ”„ megfelelő vastagságú rétegnek a csillapítása: 1 Neper. E 1 Aneper = ln 1 és δ= E2 σ *π f µ ahol: E1 a réteg előtt az elektromos térerősség értéke E 2 a réteg után mért

elektromos térerősség. σ az anyag vezetőképessége f a frekvencia µ az anyag mágneses permeabilitása 27 4.22 ábra A 4.22 ábra szerint a behatolási mélység alacsony frekvencián már jelentős Ebben az esetben vastag falú árnyékoló burára van szükség, szemben a magas frekvenciás tartományoknál elegendő pár mikron vastagságúhoz. Ha nagy csillapításra van szükség, kettős falú árnyékoló burákat készítenek, az egyiket előnyös nagy mágneses permeabilitású anyagból készíteni (pl. supermalloy), a másikat jól vezető anyagból (pl. vörösréz) előállítani Bár az árnyékolások hatásosságának mért értékei a hézagokkal teli kialakítások következtében eltérnek az elméleti értékektől – különösen pedig akkor, ha a nyílások nagysága nagy frekvencián megközelíti a hullámhossz felét – az anyagok elméleti csillapítási értékei hasznos közelítést adnak. (Zárt búrák esetén az elméleti csillapítás

értékek láthatók a 4.23; 424; ábrákon, valamint a 4.25ábra táblázatában) 28 4.23 ábra 4.24 ábra 29 4.25 ábra A búrák szerkezeti kialakításánál az osztósíkjaik kijelölésénél a bennük zajló fizikai folyamatokat kell figyelembe venni. A mágneses anyagból készített búrák mágneses ellenállása sok nagyságrenddel kisebb, mint a környezetükben lévő kevésbé mágneses anyagoké, így magukba gyűjtik az erővonalakat. Az erővonalak útjába eső legkisebb légrés is jelentősen növeli a mágneses ellenállást, és rontja az árnyékoló búra hatásosságát. A káros hatás elkerülése miatt a búra osztása az erővonalakkal párhuzamos legyen! (4.26ábra) Elektromos tér esetén az árnyékoló búrák kialakításánál a bennük kialakuló örvényáramok akadályozását kell elkerülni. A búrákon lehetnek sok esetben nyílások is. A nyílásokat két csoportba lehet sorolni: 1. a nyílásokon vezetőanyagból készült

alkatrészek hatolnak be a búra belsejébe (Ebben az esetben, a burában lévő áramkörök vezetékei hatolnak át a burán. Pl jel ki-, be-, tápvezeték ki-, be-, stb.) 2. a nyílás hangolási, szerelési, szellőzési, stb célra szolgál és üzem közben elektromos vezető nem nyúlik keresztül rajta. 30 4.26ábra A gyakorlatban a legtöbbször előforduló feladat a nagyfrekvenciás tér kijutásának a megakadályozása. Erre a célra különböző alul áteresztő szűrőket alkalmaznak, amelyeknek a legegyszerűbb elvi kapcsolása a 4.27 ábrán látható Gyakorlati kivitelük a frekvencia tartománytól függ. Kis frekvencián (100 MHz-nél kisebb frekvenciákon), koncentrált paraméteres alkatrészekből, tekercsekből, kondenzátorokból felépíthető a szűrő. 4.27 ábra Nagyobb frekvenciákon erre a célra kifejlesztett, speciális átvezető kondenzátorokat, átvezető szűrőket alkalmaznak. A 428 ábra egy mikrohullámú technikában alkalmazott

bordázott átvezető szűrőt mutat. 31 4.28 ábra Ha a nyíláson nem hatol át vezető, akkor a nyílást frekvencia alatti cső-tápvonalként kell méretezni. (Ismeretes, hogy egy vezető anyagból készült csőben az elektromágneses hullámok csak akkor tudnak kis csillapítással haladni, ha a hullámhosszuk a keresztmetszettől függő határhullámhossznál kisebb.) Tehát lehetőleg hosszú, kis átmérőjű fémcső legyen a szükséges nyílás. Ha az árnyékolást biztosító felületen nagyobb nyílást kell kiképezni, oly nagy keresztmetszet is adódhat, hogy az üzemi hullámhossz a határhullámhossznál kisebb. (Pl szellőzőnyílások esetén.) Ez a veszély főleg a mikrohullámú technikában fordul elő Ebben az esetben olyan nyílást kell kialakítani, mely sok kis átmérőjű, hosszú, párhuzamos furatból, vagy többrétegű sűrű fémszitából van készítve. 4.8 Elektronikus készülékek üzembiztonsága A berendezést úgy kell tervezni és

készíteni, hogy ne legyen veszélyes sem rendes használatában, sem rendellenes körülmények között. Biztosítani kell az élet- és vagyonbiztonságot, vagyis a személyek védelmét: -villamos áramütés ellen -sugárzások ellen -képcső robbanás ellen -mechanikai instabilitás ellen -és a berendezés és környezetének tűzbiztonságát 4.81 Általános tervezési szempontok Az elektronikus készülékek biztonsági követelményeit nemzetközi és nemzeti szabványok írják elő. Az előírások, biztonsági szabványok úgyszólván minden országban kötelezőek Professzionális berendezésekhez működési leírást (gépkönyvet, kezelési utasítást, stb.) kell mellékelni, melyben részletes létesítési, üzembe helyezési, kezelési, javítási, karbantartási előírások ismertetik a szükséges tudnivalókat, munkavédelmi előírásokat, és azt is, hogy a berendezést milyen szakképzettségű személyzet kezelheti. A vonatkozó szabványok,

előírások felsorolása is hosszú lenne. Kiemelve pár fontos szempontot, a teljesség igénye nélkül: Pl. az EN 10190 az elektronikus berendezéseket három fő csoportba sorolja, a hozzáférhetőség szempontjából: Az „A” csoportba azok az egyszerű kezelést igénylő berendezések tartoznak, amelyeket nem szakképzett személy is kezelhet, és amelyek bárki számára hozzáférhető helyen működnek: -Távbeszélő készülékek -Hangos telefon -Kaputelefon -Személyhívó és tolmácsberendezés 32 -Stadion- és járműhangosító berendezések -Háztartási és ipari televízió, rádió -Háztartási gépek A „B” csoportba azok a készülékek tartoznak, amelyek csak képzett vagy kioktatott személyek által kezelhetők: -Rádió és TV stúdiók berendezései -Mérőadók 30 W kimenő teljesítményig -Stúdió lemezjátszók -TV kamerák -Átvitel-technikai berendezések A „C” csoportba azok a készülékek tartoznak, melyek a „B” csoportba

soroltak, és különleges elbírálást is kívánnak. Ezek kezelése ezért külön szakvizsgát is igényel: -Félvezető és egyenirányító berendezések -Távbeszélő központok zárt központi kezelői egységei -Mérőadók, mérővevők 30 W teljesítmény felett -Mikrohullámú adó berendezések -Hosszú-, közép-, rövid-, URH-, rádióadó berendezések 4.82 Villamos áramütés elleni védelem A készülék hozzáférhető részei ne legyenek villamos áramütés veszélyesek, sem pedig rádiófrekvenciásan veszélyesek. A készülékeket érintésvédelmi szempontból osztályokba sorolják: 0. érintésvédelmi osztályú az olyan készülék, melynek mindenütt legalább üzemi szigetelése van. I. érintésvédelmi osztályú az olyan készülék, melynek mindenütt legalább üzemi szigetelése van, és amelyet ellátnak védőföldelés csatlakozással is. II. érintésvédelmi osztályú az olyan készülék, melyet nem látnak el védőföldeléssel, de

kettős vagy megerősített üzemi szigetelése van. III. érintésvédelmi osztályú az olyan készülék, amely törpefeszültséggel (max 42 V) működik, és nincs olyan áramköre, amely ennél nagyobb feszültséggel működik. (Pl gyermekjátékok, fodrászati, kozmetikai eszközök, emberi testtel érintkező orvosi műszerek.) 4.83 Egyéb káros hatások elleni védelem A berendezést úgy kell építeni, hogy személyeket ne érhessen a berendezésből származó 0,5 mR óránál nagyobb röntgensugárzás. Figyelmeztető felirat jelezze, ha valamely berendezés radioaktív anyagokat tartalmaz! Nagy kimenő teljesítményszintű berendezések ne veszélyeztessék elektromágneses sugárzásukkal a környezetükben tartózkodó személyeket. (Legveszélyesebb az emberre a 30 MHz30GHz tartomány.) Légritkított belső terű alkatrész robbanás veszélye esetén a berendezés kellő védelmet kell nyújtson! A katódsugárcsöveket tartalmazó berendezéseknél, vagy

vákuumcsövek esetén - ha az 16 cm-nél nagyobb átlójú – eléjük védőburkolatot kell építeni. (Pl a TV képernyők elé vastag falú üveg védőburkolatot kell szerelni.) Az elektronikus berendezések tűzbiztonságát a vonatkozó szabványok és előírások biztosítják, ezért rendes üzemi körülmények között - és meghibásodva sem - a készülék alkatrészeinek a hőmérsékletnövekedése ne haladja meg az előírt értékeket. Kiragadva pár alkatrészre vonatkozó előírást, a 4. táblázatban 4.9 Elektromos kapcsolatok létrehozása 33 A készüléktervezés egyik legfontosabb - mondhatni kulcsfontosságú – feladata a megfelelő elektromos kötések létrehozása! Jelentőségét mutatja, hogy: -A villamos működési hibák 70-80%-a rossz kötés eredetű -A villamos kötések nagy része (kivéve a nem oldható: hegesztés, forrasztás, szegecselés, stb. kötéseket) állandó kapcsolatban lévő érintkező párnak tekinthető, ezért az

erő-; anyag-; alak-; mechanikai probléma is. 4. táblázat: Megengedett hőmérséklet növekedés ˚C Mérsékelt klímán Trópusi klímákon Alkatrész Rendes üzemi Rendes üzemi körülmények Rendellenes körülmények Rendellenes körülmények körülmények Külső alkatrészek: 30 65 20 55 kezelőgomb burkolat 40 65 30 55 Hálózati csatla-kozókábel: PVC burkolat term. gumi 60 100 50 90 45 100 35 90 Egyéb beépített anyagok: papír textil 55 70 45 60 keményedő70 90 60 80 gyanta bakelit 95 130 85 120 120 150 110 140 4.91 Érintkezési alapelvek 4.29 ábra A 4.29 ábra az érintkezés alapelvét mutatja F erő egymásnak szorít egy érintkező párt Az érintkezőknek ρ1 és ρ 2 fajlagos ellenállásuk, és „A” felfekvő felületük van. Az összeszorító rugónak a jellemzője a c rugóállandó. F= c* Δs, ahol: F: az összeszorító erő [N] C: a rugóállandó [N/mm] 34 Δs: a rugó összenyomása [mm] Jó az érintkezés, ha az átmeneti

ellenállás minimális, időben állandó, és jól terhelhető. Ezért a jó érintkező felületek: -jó vezetőképességűek -fém tiszta, nagy felületen érintkeznek -nagy összeszorító erővel bírnak Időben állandó a kapcsolat, ha: -rugalmas erőtartalék van a mechanizmusban -nagy szilárdságú az érintkező anyaga -nedvességre és gázra is zárt kialakítású -jó környezet álló a felület (arany, ezüst, nikkel, stb.) A rossz érintkezésnek a hatásai: -nagy átmeneti ellenállás -melegedés ( ≈ I 2 * ∆R ) -paraméteringadozás, zajos érintkezés -önrontó folyamat indul el 4.30 ábra A 4.30 ábra mutatja egy érintkező felületének állapotát A gyártáskor a megmunkálás során (sajtolás, kovácsolás, mélyhúzás, stb.) az érintkező felületén más szemcseszerkezet alakul ki Ez a későbbiek során oxidálódik, majd a használat helye szerinti gőzök, gázoktól újabb szulfid réteg alakulhat ki. Legvégül még szennyezés is kerülhet

az érintkező felületekre Ezek a rétegek akár szigetelőrétegként is viselkedhet. A kapcsolt paraméterek függvényében a villamos térerő feltörheti azt, egy csatlakozó összezárásakor pedig a felületi réteg lecsiszolódhat. Profi körülmények között ez nem jelent problémát, mivel: -az öntisztító mozgás feltöri a felületi rétegeket -klímaálló galvanikus bevonatokat alkalmaznak -a szennyeződések ellen megfelelő tokozást alkalmaznak. A jó érintkezők anyaga ezért: -nagyszilárdságú -rugalmas -jó villamos vezetőképességű -jó hővezető képességű -jól hőálló -jól klímaálló -kémiailag jól illeszthető (elektrokémiai potenciál sorban) -alakítható, gyártható 4.92 Kapcsolók 35 Alkalmazás szerint két fő csoportba sorolhatók: a. Primerköri kapcsolók (a hálózattal kapcsolatban lévő áramkörökben használjuk) b. Szekunderköri kapcsolók (törpefeszültségnél, vagy a hálózatról galvanikusan leválasztott

áramkörökben használhatók.) Az „a” típus „b”- ként használható, fordítva pedig nem! (Más-más előírások, szabványok vonatkoznak a két csoporthoz.) A kapcsolók főbb paraméterei, a teljesség igénye nélkül: -névleges feszültség -maximális áram terhelhetőség -kapcsolási teljesítmény (ez zárható, ill. megszakítható) -átvihető teljesítmény (ez nem kapcsolható) -maximális átmeneti ellenállás -szigetelési ellenállás -kapcsolási szám (élettartamra utal) Mivel a kapcsolóval bizonyos terhelést kapcsolunk, vagy megszakítunk, a „pillanatkapcsolás” fogalmát tisztázzuk. Elméletileg, a lehető legrövidebb idő alatt kell a terhelés értékét 0 és a névleges érték között megváltoztatni. 4.31 ábra A 4.31 ábra szerint az érintkezők egy rugó hatására összezáródnak A Δs utat a jobboldali érintkező fél „rövid” idő alatt teszi meg, az összeérintkezés pillanatától és helyzetétől továbbhaladva,

mindkét felület rugalmasan benyomódik. (Az érintkezők tehetetlensége arányos a mozgó tömegükkel.) Az érintkezők anyaga ezt követően visszarugózik, ezért visszapattan a jobb oldali érintkező, majd ezután csillapodó rezgő mozgással áll csak meg. A teljes, stabil kapcsolódáshoz tehát ΔT idő szükséges. (Prell jelenség) Egyenáramú, vagy alacsony frekvenciás áramok kapcsolásakor, ez nem okoz jelentős problémát. Magas frekvenciák esetén (GHz tartomány) az ilyen mechanikus kapcsolók használata ezért komoly zavarokat okoz. Ilyen alkalmazásoknál más elvű kapcsolókat kell használni! 4.93 Csatlakozók A csatlakozók szemben a kapcsolókkal, döntően a berendezés „modularitását” biztosítják, a különféle egységek csatlakoztatására. Ritkán, vagy sohasem végzünk velük névleges terhelés megszakítást. A csatlakozók főbb paraméterei hasonlóak a kapcsolókéhoz, de fontos még: -érintkező párok száma (1 - 256) -érintkezők

térbeli elrendezése (sáv, kör, stb.) -érintkező párok jellege (késes, tűs, koaxiális, stb.) 36 A 4.32 ábra többféle csatlakozót mutat A kínálat igen bőséges, de a jó és megbízható csatlakozó kevés, és igen drága. A megfelelő csatlakozó kiválasztási szempontjait még felsorolni is hosszadalmas lenne. (Tapasztalt szakember megfontolását igényli) 4.32 ábra 4.94Huzalok és kábelek Az elektronikus berendezésekben több helyen is alkalmazunk különféle kábeleket, vezetékeket. Ilyen helyek: -hálózati csatlakozások -készülékek egymás közötti csatlakoztatása -egységen belül a részegységek csatlakozása -árnyékolt, illesztett tápvonalak kialakításánál 4.33 ábra A 4.33 ábra a kábelek általános szerkezetét mutatja: -Vezetőér: Anyaga lehet réz, ezüst, arany, alumínium, vagy egyéb fémötvözet. Lehet tömör szálas, vagy több szálból sodrott is. A kábelek, vezetékek legfontosabb gyári adata az ellenállása:

[Ω/km] Tömör vezetőt ritkán használunk, mert nagyon merev, így hamar eltörik. A 4.34 ábra többféle vezetéksodrást ábrázol -Érszigetelés: Anyaga lehet PVC, poliészter, természetes gumi is, stb. Főbb jellemzői a mechanikai tulajdonságok (nyúlás, kopásállóság, hőállóság, stb.), a villamos tulajdonságok (átütési szilárdság, dielektromos állandó, szigetelési ellenállás, stb.), vegyi tulajdonságok (folyadékállóság, gyúlékonyság, sugárzás állóság, stb.) 37 -Árnyékolás: (Csak egyes kábelekben van.) Feladata a külső tér zavaró jeleinek bejutását meggátolni, valamint illesztett koaxiális kábeleknél a tápvonal az egyik vezetője az árnyékolás. -Külső köpeny: A kábel külső védelmét szolgálja. Hasonló anyagokból állhat, mint az érszigetelés, gyakran színezőanyaggal is keverik. 4.34 ábra 4.95 Különleges kábelek Koaxiális kábelek: Az előző fejezetben már említettük. Jellemzően

rádiófrekvenciás alkalmazásokhoz használjuk. (antenna vezetékek, kábel TV-k vezetékei, stb Egyik speciális jellemzőjük a hullámellenállás: kz D , ahol k z az alaktényező (kör esetén k z =138); ε r az érszigetelés εr d dielektromos állandója, az árnyékoló háló alatt; d a belső vezetőér átmérője; D pedig az árnyékolás belső átmérője. A képletből kitűnik, hogy a kábel hossza nem befolyásolja nagyfrekvenciás jeltovábbításkor a komplex ellenállását. Bár az impedancia értékei nem 1 függetlenek a frekvenciától (jωL és ). Nagyobb frekvenciáknál az eredőik, az Ω értékkel j ωC együtt egy konstanshoz közelítenek. (435 ábra) Z0 : Z0 = * lg 38 4.35 ábra A koaxiális kábelek végeinél, és a hajlításoknál is fontos a kábelt speciális csatlakozásokkal, szerszámokkal szakszerűen szerelni, a deformációk elkerülése végett. (A geometriai torzulás jelentősen befolyásolja az átvitel minőségét!) A

koaxiális kábelek 50Ω, 75Ω, 95Ω, 120Ω, 270Ω, hullámellenállás értékekkel készülnek. A rádiófrekvenciás jeltovábbítás során nagyfrekvenciás csillapítás lép fel. Ezért magas frekvenciákon koaxiális kábelekkel a jeltovábbítás távolsága jelentősen csökken. Pl egy Rk1es koaxiális kábel (D=12 mm, egyes kábel TV-k gerincvezetéke) esetén a csillapítás mértéke: 1 MHz-nél 0,0085 dB/m 1 GHz-nél 0,3 dB/m 10 GHz-nél 1,86dB/m Szalagkábelek: Széles körben elterjedt, sokféle alkalmazásnál figyelhetők meg. (Pl PC-k adatkábelei az alaplap és a winchesterek, más meghajtók között, vagy a mátrixnyomtatónál a nyomtatófej mozgó kábele.) A különféle szalagkábelek használata során jól áttekinthető az elrendezés, a hozzájuk illő csatlakozásokban is nagy a választék. Hátránya, hogy a káros csatolásokra fokozottan érzékenyek. Optikai kábelek: A koaxiális kábelekkel nagyfrekvenciás jeltovábbítás csekély távolságra

eredményes. Az utóbbi években fejlesztették ki az optikai kábeleken való jeltovábbítást A 4.36 ábrán a jeltovábbítás elve látható A baloldalon a meghajtó elektronika átalakítja a hozzá érkező és továbbítandó adatokat digitális jelekké. A meghajtó elektronikához csatlakozik egy fényemitter, a leggyakrabban gallium-arzenid LED. (Kb 860 nm hullámhosszon, 360THz tartományban sugároz.) Ennek a fénye alkalmas csatlakozással a fénykábelbe jut, aminek a másik végén lévő csatlakozásnál egy fénydetektor azt érzékeli. A digitális fényjelet az adatfeldolgozó és erősítő a kívánt elektromos jellé konvertálja. Megjegyezzük, hogy az optikai kábelekkel való korszerű adat átvitel csak digitális technikával lehetséges, mivel a korunkban gyártott fényemitterek és fénydetektorok az analóg jel hű konvertálásra nem alkalmasak. 4.36 ábrán 39 A fénykábelek működésének a megértéséhez figyeljük meg a 4.37 ábrát (Az

alsó anyagban: n2 és v 2 , a felső ritkábban pedig: n1 és v1 .) 4.37 ábra Az alsó sűrűbb közegből halad a fény a vízszintes vonalon keresztül, - (a két közeg határán, mint ahogy a vízből felbukkannánk a levegőre) - a felette lévő kisebb sűrűségű anyagba. A sűrűbb anyagban – alsó térfél – a fény sebessége kisebb, mint a felső ritkább anyagú térben. Tehát: v 2 < v1 ; Az anyagok törésmutatói pedig: n2 > n1 . A felületi normálistól mért beesési szögek: α 1 > α 2 A fény iránya a felületek normálisához képest (a függőleges vonal), az anyagok sűrűségétől, és a törésmutatóiktól függően alakul: n Snellius –Descartes törvénye: sin α 1 = 2 , sin α 2 n1 Vagyis a fénysugarak irányainak a felületi normálissal alkotott szögének a szinusz aránya, az anyagok – levegőre vonatkoztatott - törésmutató arányainak a reciprokával egyenlő. Ezért sűrűbb közegből ritkábba lépő fény mindig a

korábbinál nagyobb szögben halad, a felületi normálishoz viszonyítva. Egy határszöget túllépve, ha sűrűbb közegből ritkább felé halad a fény, a teljes fényspektrum a vízszintes, határoló felületről teljesen visszaverődik és egyáltalán nem lép át a másik, ritkább közegbe át (ha α 2 > α határ , akkor α 1 > 90˚). Az optikai kábelek alkalmazásánál ezt a fizikai jelenséget használják fel Ezért a fényt továbbító belső szál sűrűsége és törésmutatója mindenképpen jóval nagyobb az őt burkoló köpeny anyagának a sűrűségénél. Így a belső szálban terjedő fény töredéke sem lép ki abból, és a teljes fényspektrum döntően a fénykábel belső fényvezető szálában marad. A 438 ábra a forgalomban lévő fénykábel típusokat, és méreteiket mutatja. Az a, és b, esetekben a belső szál homogén, és nagyobb törésmutatóval bír, mint a köpeny, a c esetben a belső szál törésmutatója változó, középen

nagyobb, a szélek felé haladva pedig csökkenő. (Ezt a típust csak ebben a méretben tudják gyártani, vékonyabb kivitelben nem.) Az optikai kábelek belső szála és az őt körülvevő köpeny anyaga is lehet üveg, de átlátszó műanyag is. Elméletileg a fény szinte akadálytalanul haladhat az átlátszó közegben, a valóságban az optikai kábeleknek is van csillapítása. 40 4.38 ábra A 4.39 ábra szerint az I fénytartományban (λ = 850-900 nm) a csillapítás 1,5 dB/km, a II. fénytartományban λ = ( 1350 nm) 1,3 dB/km, a III. fénytartományban (λ = 1450 nm) pedig 0,5 dB/km. Természetesen csak olyan fénytartományt lehet választani, amelyhez alkalmas LED-et és fénydetektort tudnak gyártani. A 440 ábrán látható a koaxiális kábelek, és az optikai kábelek csillapításának az összehasonlítása. Az optikai kábelek csillapítása több okból ered: Az üvegszálak gyártása során a szál keresztmetszete nem pontosan egyforma átmérőjű, a

belső felületén egyenetlenségek lehetnek, és a gyártása során szennyező is kerülhet az anyagba. A kábel alakja kis sugarú ívben hajlításkor ellipszissé torzul, így megváltoznak a tükröződési paraméterek is. Jelentős csillapítást okoz még a fény rá-, illetve lekapcsolódása a kábelvégeken. Bizonyos távolságban a kábelről lejövő jelek már torzulnak, „szétfolynak”, a 4.41 ábra szerint Meghatározott távolságokban ezért jelfrissítő, erősítő állomásokat kell beiktatni a rendszerbe. 41 4.39 ábra 4.40 ábra 4.41 ábra 42 4.10 Feszültség és földosztó rendszerek az elektronikus berendezésekben Az elektronikus berendezések túlnyomó többsége, akár energiaellátásról, akár jelfeldolgozásról van szó, kétvezetékes rendszerben működik. Egyszerűsítve, a funkcionális elem egy „meleg” és egy „hideg” pont közé van iktatva. Ennek a rendszernek a megjelenési formája egy „feszültség” szintű, és

egy „föld” feszültség pont közötti kapcsolat. A berendezés megfelelő pontjaihoz a szükséges feszültségszinteket és áramokat különféle vezetékek, szalagkábelek, kábelek, sínek, stb. vezetik Ezek mindegyikének saját R, L, C, Z jellemzője is van, ezért a működésük során az elméleti viselkedéshez attól eltérő jelenségek is kapcsolódhatnak. Fontos: A zavarok, zajok túlnyomó többsége a nem megfelelő ellátórendszerek, összeköttetések miatt kialakuló illetéktelen csatolásokból, áthallásokból, helytelenül választott csatlakozási pontokból ered. Ezek a zavarjelek tönkretehetik a berendezés működését. 4.101 Feszültségosztó rendszerek Minden egyes tápfeszültség szint egy-egy olyan hálózatot képvisel, amely a rendszer huzalozásának az alapja. A feszültségosztó huzalozási rendszerek négy alaptípusát a 4.42 ábra szemlélteti Mindegyiknek van előnye és hátránya is. A feszültségosztó rendszerek két alapvetően

fontos szempontja az áramvezetési képesség, és a feszültségesés. Az összetett rendszerekben a konstrukciós korlátozások következtében ritkán fordul elő, hogy csak egyféle alaptípust alkalmaznak. Az összeköttetések bonyolultsága legtöbb esetben nem is teszi lehetővé ezt. Az első alaptípus a „soros” hátrányai, hogy vezeték szakadás esetén más fogyasztók ellátását is befolyásolja. A sorba kapcsolódó fogyasztók pedig egymástól függenek. A vezetékeken nagy áramok folynak Előnye, hogy könnyen huzalozható és rövidek a vezetékek. A második típus a „fa” alakú feszültségosztó rendszer. Hátrányai, hogy speciális síneket igényel, a sínek külön helyet foglalnak. Előnyei viszont, hogy egy vezeték elszakadása nem befolyásol más fogyasztót, és minden vezetékben csak kis áramok folynak. A harmadik „hurok” alakú feszültségosztó rendszer. Hátrányai, hogy körbemenő áramok folynak, és egy vezetéken nagy

áramok folynak. Előnye, hogy könnyen programozható és huzalozható. A feszültségesések is kisebbek, mint a soros elrendezésnél. 43 A negyedik típus a „pont” alakú feszültségosztó rendszer. Hátrányai, hogy hosszú, sok vezetékre van szükség, a sok hosszú vezeték között gyakori az áthallás. Előnyei, hogy kis áramok folynak a vezetékekben és alacsonyak a feszültségesések. 4.42 ábra 44 4.102 Földosztó rendszerek A földelési rendszerek hasonlítanak a fenti feszültségosztó rendszerekre. Viselkedésük is hasonlók. Használnak még egy 5 típust is - a „lemez” formát, csak földelő rendszereknél. A 443 ábra szemlélteti, a kétoldalas NYÁK lap egyik oldalát földelési potenciálra kapcsolják. Az alaktrész oldalon lévő földelési fólia egyben jó hűtőfelület is. Szerelvénylapokat, vázakat is gyakran „földre” kötnek. Ezekben az esetekben előfordulhat, hogy a különböző fémek találkozásánál korróziós

folyamat alakulhat ki, és rossz elektromos kötést okozhat. 4.43 ábra A többrétegű nyomtatott áramköri kártyák megjelenése lehetőséget nyitott a földelőlapok sokkal kifinomultabb használatára is. A 444 ábrán egy metszetben látható áramköri kártyán két földelő lap (fólia) van: egyik a feszültségosztó rétegeknek a jelvezető rétegektől való elválasztásához, a másik pedig két különböző jelszintű, (más áramköri) rész elválasztásához . 4.44 ábra 45 Ellenőrző kérdések: 1. Milyen hatása van a hőmérsékleti szélsőségeknek az elektronikus berendezésre? 2. Milyen hatása van a nedvességnek és az ipari szennyezésnek az elektronikus berendezésre? 3. Melyek a technikai klímaterületek? 4. Milyen módon jut a hő egy elektronikus berendezésből a szabad térbe? 5. Ismertesse a hő-villamos analógiákat! 6. Ismertesse a természetes konvekció elvét! 7. Milyen lépései vannak a mesterséges konvekció tervezésének? 8.

Miért kell hűteni egyes passzív áramköri elemet? 9. Írja le egy félvezető hűtésénél fellépő hő ellenállásokat! 10. Milyen célokat szolgál az árnyékolás? 11. Melyek az érintésvédelmi osztályok? 12. Milyen a jó kapcsoló érintkezők anyaga? 13. Ismertesse a kábelek általános szerkezetét! 14. Hogyan működik optikai kábelekkel az adatátvitel? 15. Miért fontos helyes földelő rendszert kiépíteni az elektronikus berendezésekben? 16. Milyen alap típusai vannak a földelő rendszereknek?