Read EGT_0.pdf text version

Vorwort

Das Buch behandelt, im Gegensatz zu Fach- und Lehrbüchern über elektronische Bauelemente und Schaltungen, die technische Realisierung elektronischer Geräte. Die Neigung zur Lösung konstruktiver Probleme ist bei den Entwicklern elektronischer Schaltungen oft nicht sehr ausgeprägt. Andererseits wird die Tätigkeit eines Konstrukteurs häufig durch die unzureichende Kenntnis der elektronischen Funktion des von ihm zu bearbeitenden Gerätes eingeschränkt. Die hier entstehende Lücke versucht dieses Buch zu schließen. GeräteDas Buch entstand aus der Vorlesung ~Feinwerktechnik/Elektronische technik~ Verfassers an der Fachhochschule Hannover. Da hier bewußt auf die des Wiedergabe der mathematischen Ableitungen verzichtet wurde, eignet sich das Buch für jeden Leser mit Grundlagenkenntnissen der Mathematik, Physik und ElektrotechnikIElektronik. Das Buch soll nicht - im Sinne eines kochb buch es* erprobte Lösungen anbieten, sondern auf Probleme aufmerksam machen und Lösungswege aufzeigen. Die wichtigsten Problemkreise bei der Entwicklung elektronischer Geräte zeigt Bild 1, das gleichzeitig die Struktur dieses Buches aufzeigt. Durch die wachsende Notwendigkeit, Lösungen bzw. Geräte schnell und kostengünstig zu realisieren, bedarf auch die Entwicklungstätigkeit besonderer Techniken der Planung. Diese von Entwicklern und Konstrukteuren oft zu Unrecht als beengender Zwang angesehene Forderung wird im 1. Kapitel behandelt. Für den Konstrukteur steht zunächst die Bauweise der Geräte im Vordergrund. Das ist die funktionelle Zusammenfassung der elektronischen Bauelemente durch 'Leiterplatten und Verdrahtungen. Dabei spielen Kontakte und Verbindungen eine wichtige Rolle. Von den dabei auftretenden Problemen handelt das 3. Kapitel dieses Buches. Der Kunde erwartet die Erfüllung aller geforderten Gerätefunktionen. Darüber hinaus ist es wichtig, daß diese Funktionen unter den geplanten Einsatzbedingungen über eine lange Zeit fehlerfrei zur Verfügung stehen. Mit anderen Worten: Es wird eine hohe Zuverlässigkeit gefordert. Die Einflüsse auf die Zuverlässigkeit von Geräten und ihre überschlägige Vorausberechnung werden im 2. Kapitel beschrieben. Einen wesentlichen Einfluß auf die Zuverlässigkeit der Geräte hat die Temperatur der Bauelemente. Die physikalischen Zusammenhänge der Wärmeableitung sowie die Probleme bei elektronischen Bauelementen und Geräten behandelt das 4. Kapitel.

Die durch klimatische und mechanische Umwelteinflüsseausgelösten Probleme sowie mögliche Gegenmaßnahmen sind im Kapitel 6 dargestellt. Stromkreise und Geräte können sich gegenseitig galvanisch, kapazitiv, induktiv oder elektromagnetisch beeinflussen. Durch die enge Nachbarschaft von Bauelementen und Baugruppen sowie von Geräten der Elektronik, der Nachrichtentechnik und der Energietechnik stellt sich die Frage nach der gegenseitigen elektromagnetischen Verträglichkeit.Die physikalischen Zusammenhänge beim Auftreten von Störungen sowie eine Anzahl von gerätespezifischen Problemen werden im Kapitel 5 behandelt. Sicherheitsvorschriftenzum Schutz von Menschen und Sachwerten gegen die Gefährdung durch schädliche Wirkungen der elektrischen Energie werden im 7. Kapitel angesprochen. Die Gerätetechnik wird, wie bisher, einem ständigen Wandel unterworfen sein. Verfasser und Verlag sind daher für Hinweise, die der Weiterentwicklung des Buches dienen, stets dankbar. Springe

Hans Brümmer

Inhaltsverzeichnis

Vorwort .................................................. Hinweise für systematisches Entwickeln und Konstruieren . . . . Entwicklungsplanung ...................................... Projektphasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Informationsfluß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Durchführbarkeitsstudie .................................... Vorstudie ................................................ Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bemerkungen zur Terminplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 13 16 16 18 19 20 21 22 27 27 28 28 29 31 32 33 33 35 36 37 37 39 40 41 45 46 47 53 55 58 58 60

Die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte .................... Allgemeine Einführung .................................... Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriff der Wahrscheinlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Begriff der Zuverlässigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ZuverlässigkeitskenngröBea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wichtige mathematische Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeine Bemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Redundanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausfallraten von Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Drift .................................................... Näherung für die Ausfallraten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genauigkeit von Ausfallratenangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Geräte ohne Reparatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elektronische Geräte mit Reparatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wartung elektronischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Anwendungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Maßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Bauweisen elektronischer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Wichtige Eigenschaften von Bauelementen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Widerstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lineare Widerstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nichtlineare Widerstände und Sonderformen .................. Kondensatoren ............................................ Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Stoffeigenschaften ........................................ Dioden .................................................. Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feldeffekttransistoren (FET) ................................ Thyristor und Triac ........................................ Planartechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Integrierte Schaltungen .................................... Schicht- und Hybridschaltungen ............................ Dickschicht-Siebdrucktechnik ..............................

61 69 70 75 75 76 78 80 82 83 83 87 88 Dünnfilm-Tantal-Aufstäub-Fotoätztechnik.................... 90 Dünnfilm~Nickelchrom~Aufdampf~Maskentechnik. . . . . . . . . . . 91 ... Kontakte ................................................ 91 Obersicht ................................................ 91 Kontaktwiderstand ........................................ 92 Kontaktbelastung und Kontaktwerkstoffe .................... 95 Elektrische Kontaktbelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Mechanische Kontaktbelastung .............................. 99 Kontaktbelastung durch Umwelteinflüsse .................... 102 Ausführung von Kontaktbauelementen ...................... 103 Zuverlässigkeit ............................................ 107 Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 108 Löten .................................................... Flußmittel ................................................ 109 Weichlote ................................................110 Lötverfahren .............................................. 112 Prüfung von Lötstellen ....................................113 Schweißen ................................................ 114 Crimpen ................................................ 115 Wickeln .................................................. 117 Federhülsenverbinder (Termi-Point] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Leiterplattentechnik ...................................... 1 2 1 Aufbauprinzipien .......................................... 1 2 1 Einseitige Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Doppelseitige Schaltungen .................................. 123 Mehrlagen.Leiterplatten .................................... 126 Feinleitertechnik .......................................... 126 Additivtechnik ............................................ 1 2 7 Eingeebnete Schaltungen ..................................127 Oberflächenschutz ........................................ 127 Elektrische Kenngrößen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Elektrischer Widerstand .................................... 130 Strombelastbarkeit ........................................130 Isolationswiderstand ...................................... 132 Spannungsfestigkeit. Leiterabstände .......................... 132 Kriechstromfestigkeit ...................................... 133 Kapazität ................................................ 134 Induktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Wellenwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Unterlagenerstellung ......................................136 Abmessungen und Toleranzen .............................. 139 Voraussetzungen für den Entwurf .......................... 141 Grundsätzliches zur Entwurfstechnik ........................ 141 Entwerfen einseitiger Leiterplatten .......................... 144 Entwerfen mehrlagiger Leiterplatten ........................ 144

Wärmeableitung bei elektronischen Geräten ................ 147 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Verlustleistung. Energie und Temperatur .................... 150 Thermischer Widerstand .................................. 152 Wärmeübertragung durch Wärmeleitung .................... 154 Wärmeübergang durch Konvektion .......................... 156 Wärmeübertragung durch Strahlung ........................ 160 Beispiele aus der Gerätetechnik ............................ 167 Hinweise zur Berechnung .................................. 167 Zusammenhang zwischen Leistungsdichte und Art der Wärmeableitung .................................................. 169 Äußere Wärmeableitung bei Gehäusen ...................... 171 Oberflächentemperatur offener Gehäuse ...................... 171 Oberflächentemperatur geschlossener Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Wände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Wärmeableitung im Innern von Gehäusen und Schränken . . . . . . 184 OffeneGehäuse .......................................... 185 Geschlossene Gehäuse .................................... 188 Erzwungene Konvektion .................................. 189 Wärmeleitbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Absorptionsbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Wärmeableitung bei Bauelementen .......................... 205 Innerer Wärmewiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207 Spannungsabhängiger innerer Wärmewiderstand .............. 209 Innerer Wärmewiderstand bei Impulsbetrieb .................. 211 Wärmekontaktwiderstand .................................. 212 Kühlkörper. Kühlbleche .................................... 212 Hinweise zur Meßtechnik .................................. 216

Störungen in elektronischen Geräten ........................ 217 Ursachen der unerwünschten Verkopplung von Stromkreisen . . . . 218 Galvanische Verkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Kapazitive Verkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Induktive Verkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 1 Elektromagnetische Verkopplung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Die Bedeutung von Bezugspotentialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Empfehlungen für die Führung des Rückleiters zum Bezugspunkt 226 Digitale Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Analoge Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Erdschleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Schirmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Schirmung elektrischer Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Schirmung magnetischer Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Materialeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Schirmung statischer Magnetfelder .......................... 234 Schirmung magnetischer Wechselfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Schirmung elektromagnetischer Felder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 Elektrische Filter und Uberspannungsableiter ................ 242 Vorschriften für Funkstörungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Entstörschaltungen gegen Hf-Störungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Maßnahmen gegen kurzzeitige Oberspannungen . . . . . . . . . . . . . . 246 Bauelemente und Schaltungsmaßnahmen .................... 248 Schutz von Schaltkontakten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Empfehlungen für den Aufbau von Schränken und Baugruppen 252 Empfehlungen für digitale Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Störsicherheit integrierter digitaler Schaltkreise ................ 256 Maßnahmen in der Stromversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Eigenschaften von Obertragungsleitungen .................... 259 Obersprechen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Reflexionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .262 Anschluß externer Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 Prüfliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 Umwelteinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Art und Wirkung der Umwelteinflüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 Tieftemperaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 Wärme und Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 Feuchte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272 Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Kondensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Mechanische Beanspruchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Sonstige Umwelteinflüsse .................................. 279 Schutz gegen Umwelteinflüsse .............................. 280 Tauchverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Gießen .................................................. 281 Sinterverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Härtung ................................................ 281 Silikone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Epoxidharze .............................................. 283 Ungesättigte Polyesterharze ................................ 283 Polyurethanharze .......................................... 283 Pflichtenhefte für Umweltbedingungen ...................... 284 Simulation der Umwelteinflüsse ............................286

Wichtige Vorschriften .................................... 287 VDEOlOO ................................................288 VDE0800 ................................................ 289

Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis

...................................... 293

......................................300

Information

7 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

119412