ПРОГРАММА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ по дисциплине «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ» Осенний семестр 2015-2016 учебного года Специальность 1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств» (группа 312601) РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА Факультет Кафедра Курс Семестры Лекции Практические занятия Лабораторные занятия Всего аудиторных часов Всего часов по дисциплине Самостоятельная работа Компьютерного проектирования радиоэлектронных средств 3 4 3 3 6 7 5 6 10 8 68 34 6 6 16 16 4 4 18 18 20 18 102 68 380 380 342 210 Заочного обучения 1. Название тем лекционных занятий, их содержание, объем в часах (в скобках указано для заочного обучения) № пп Название темы Содержание Объем в часах Пятый семестр (шестой семестр) Раздел 1. Характеристика условий эксплуатации конструкций РЭС 1. Вводная лекция Цели и задачи, содержание учебной дис2 циплины. Основные требования к проектированию современных радиоэлектронных средств. Рекомендуемые литература и учебно-методические пособия. 1.1 Факторы, определя- Виды классификаций РЭС. Области 2 (0,5) ющие конструкцию применения РЭС различного назначения. РЭС Классификация РЭС по назначению, 2 № пп 1.2 2.1 2.2 3.1 Название темы Содержание Объем в часах объекту установки, условиям применения и конструктивным признакам. Особенности проектирования морских РЭС. Особенности проектирования бортовых РЭС. Окружающая среда и Особенности проектирования РЭС с учё- 4 (0,5) ее воздействие на том климатического исполнения и катеРЭС гории изделий. Макроклиматическое районирование. Характеристика климатических воздействий. Влияние внешних факторов. Основные требования к проектированию РЭС в части видов воздействующих климатических факторов внешней среды. Категории размещения изделий РЭС. Номинальные и эффективные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации. Раздел 2. Физико-математические основы конструирования РЭС Обобщающие физи- Графические и знаковые модели: общие 2 (0,5) ческие модели кон- положения; общие правила построения и струкций радиоэлек- использования. Методы теории подобия тронных средств и моделирования. Анализ размерностей. П-теорема. Метод подобия. Преобразование – определяющий физический эффект работы и конструкции РЭС. Обобщающая физическая модель РЭС. Принципы описания конструкций в обобщенных параметрах. Математические ме- Физические эффекты, возникающие в 2 (0,5) тоды анализа физи- конструкции РЭС, в процессе её функческих полей радио- ционирования. Постановка краевых заэлектронных средств дач. Метод разделения переменных. Метод интегральных преобразований: преобразование Фурье, преобразование Лапласа. Операционный метод. Метод функции Грина. Метод конечных разностей. Раздел 3. Тепло- и массообмен в радиоэлектронных средствах Основы тепло- и Основные понятия и определения. Ис- 2 (0,5) массообмена точники тепла в РЭС. Общая характеристика механизмов тепло-и массообмена в 3 № пп Название темы 3.2 Перенос тепловой энергии конвекцией 3.3 Перенос тепловой энергии теплопроводностью 3.4 Перенос тепловой энергии излучением 3.5 Тепловая чувствительность элементов радиоэлектронных средств Содержание Объем в часах РЭС. Тепло- и влагостойкость элементов РЭС. Типовые задачи тепло- и массообмена в РЭС. Теплоотдача при свободном движении жидкости. Критериальные уравнения. Теплоотдача в неограниченном пространстве. Расчётные формулы теплоотдачи различных тел в неограниченном пространстве. Естественная конвекция в ограниченном пространстве. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел. Теплообмен при вынужденном движении жидкости в трубах и каналах. Теплопроводность: основные понятия и 6 (1) законы. Теплопроводность плоской стенки. Теплопроводность цилиндрической стенки. Теплопроводность сферической поверхности. Теплопроводность плоской стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты. Теплопроводность в ребре постоянного сечения. Тепловое поле и поток для составных стенок. Тепловые коэффициенты и сопротивления. Сложный теплообмен. Тепловые сопротивления при теплообмене. Конвективный теплообмен. Основные понятия и определения. Ос- 4 (0,5) новные законы теплообмена излучением. Закон Планка, закон Релея-Джинса, закон Вина, закон Стефана-Больцмана, закон Ламберта. Лучистый теплообмен между телами. Тепловая чувствительность элементов 4 (0,5) РЭС. Тепловая чувствительность: конструкционные материалы. Пластические материалы. Радиокерамические материалы. Магнитные материалы. Резисторы. Конденсаторы. Полупроводниковые приборы. 4 № пп 3.6 3.7 3.8 4.1 Объем Название темы Содержание в часах Математические ос- Задачи теплового режима РЭС, приводя2 новы характерных щиеся к уравнениям параболического и тепловых расчетов эллиптического типов. Постановка краевых задач. Метод разделения переменных в приложении к тепловым расчетам микросхем. Операционные методы для расчета нестационарных тепловых режимов РЭС. Метод конечных интегральных преобразований при расчетах температуры элементов интегральных схем. Моделирование теп- Тепловые цепи. Пассивные, активные 4 (0,5) ловых режимов РЭС элементы тепловых цепей. Некоторые закономерности стационарных тепловых полей. Тепловые модели РЭС. Метод моделирования тепловых процессов в РЭС на базе топологических моделей. Методика построения топологических моделей тепловых процессов нетиповых конструкций блоков РЭС. Особенности моделирования в различных системах координат. Печатный узел, установленный в герметичном блоке. Корпус блока РЭС в газовой среде с заданной. Нагретая зона внутри корпуса блока РЭС. Воздушный канал. Блок этажерочной конструкции БРЭА. Гибридно-интегральный модуль, установленный на теплостоки. Конструкция системы вторичного электропитания в микроэлектронном исполнении. Системы обеспече- Основные определения. Системы обес4 ния тепловых режи- печения тепловых режимов РЭС. Элемов РЭС менты и устройства систем обеспечения тепловых режимов. Особенности проектирования РЭС с учетом тепло- и массообмена. Классификация систем охлаждения. Раздел 4. Защита конструкций РЭС от атмосферных воздействий Механизмы влияние Механизмы проникновения влаги в РЭС. 4 (0,5) влаги на эффектив- Влияние влаги на эффективность и каченость конструкций ство конструкций РЭС. Влияние биолоРЭС гической среды и пыли. 5 Объем Название темы Содержание в часах 4.2 Герметизация РЭС Виды герметизации. Защита элементов и 4 (0,5) узлов РЭС монолитными оболочками. Защита элементов и узлов РЭС полыми оболочками. Раздел 5. Защита конструкций РЭС от динамических механических воздействий 5.1 Особенности проек- Классификация механических воздей- 8 (2) тирования РЭС с ствий. Методы воспроизведения механиучетом влияния ме- ческих воздействий на испытательных ханических факторов стендах. Методы измерения параметров механических воздействий. Производственные механические воздействия. Величина эксплуатационных и транспортных механических воздействий и методы их моделирования. Виды реакции РЭС на механические воздействия. Особенности реакции на механические воздействия микроэлектронной элементной базы. Физические явления в полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах при механических воздействиях. Физические явления в резистивных элементах при механических воздействиях. Физические явления в конденсаторных элементах при механических воздействиях. Чувствительность индуктивных элементов к механическим воздействиям. Физические явления в трансформаторах и дросселях при механических воздействиях. Жгутовые и кабельные соединения в условиях механических воздействий. Разъемные и неразъемные контактные соединения в условиях механических воздействий. 5.2 Математические ме- Динамические характеристики кон- 4 (0,5) тоды расчетов виб- струкций и элементов РЭС. Методы раций прочности оценки прочностных свойств элементов конструкции РЭС конструкций. Способы виброзащиты конструкций РЭС. Схемы монтажа амортизаторов. Математические методы расчетов вибрации и прочности конструк№ пп 6 № пп Название темы Содержание Объем в часах ции. Раздел 6. Действие проникающей радиации на элементы РЭС 6.1 Виды проникающей Общие сведения о радиационной обста- 2 (0,5) радиации и их ос- новке. Радиационная обстановка при новные характери- ядерном взрыве. Радиационная обстастики новка на объектах с ядерными энергетическими установками. Радиационная обстановка на космических объектах. Источники радиации, применяемые при экспериментальных исследованиях. 6.2 Действие радиации на Характеристика основных типов радиа- 4 (0,5) конструкционные ма- ционных дефектов в твердых телах. Взатериалы имодействие излучений с веществом. Влияние радиации на электрофизические свойства полупроводниковых материалов. Влияние радиации на электрофизические свойства неорганических материалов. Влияние радиации на электрофизические свойства органических материалов. Итого: 5 семестр (6 семестр) 68 (10) Шестой семестр (седьмой семестр) Раздел 6. Действие проникающей радиации на элементы РЭС 6.3 Действие радиации Биполярные транзисторы. Униполярные 4 (1) на полупроводнико- транзисторы. Полупроводниковые диовые приборы и инте- ды. Полупроводниковые фотопреобразогральные схемы ватели. Интегральные микросхемы. 6.4 Действие радиации Действие радиации на кристаллический 4 (1) на пьезо-кварцевые кварц. Действие радиации на пьезокварматериалы и изделия, цевые изделия. Действие радиации на электрорадиоизделия радиодетали и радиокомпоненты. Раздел 7. Обеспечение электромагнитной совместимости при проектировании РЭС 7.1 Виды паразитной Основные положения. Общая характери- 4 (2) связи стика электромагнитных связей. Паразитная емкостная связь. Паразитная индуктивная связь. Паразитные емкостная и индуктивная связи с участием посторонних проводов. Паразитная связь через электромагнитное поле и волноводная 7 № пп Название темы Содержание Объем в часах связь. Паразитная связь через общее полное сопротивление. Искажение формы наводимых импульсов, вызываемое частными видами паразитных связей. 7.2 Физические процес- Резисторы. Конденсаторы. Индуктивные 10 (2) сы, протекающие в катушки. Изоляторы. Кабельные издеэлементах и компо- лия. Разъемы. Устройства, в которых нентах РЭС, при воз- происходят индукционные процессы. действии электро- Выключатели и переключатели. Элекмагнитных помех тромагнитные реле. Активные радиоэлементы. Транзисторы. Аналоговые схемы. Цифровые схемы. Источники питания. Схемы сопряжения при воздействии помех. 7.3 Математические ме- Уравнения электромагнитного поля и 12 (2) тоды расчета элек- основные электродинамические задачи тромагнитных полей РЭС. Основные принципы экранироваРЭС и экранирова- ния. Методы расчета потенциальных поние лей РЭС. Итого: 6 семестр (7 семестр) 34 (8) Всего за учебный год 102 (18) ЛИТЕРАТУРА 1. Алексеев, В.Ф. Принципы конструирования и автоматизации проектирования РЭУ: Учеб.пособие / В.Ф. Алексеев .– Мн.: БГУИР, 2003. – 197 с. 2. Алексеев, В.Ф. Сборник задач по конструированию и технологии радиоэлектронных средств: Учеб. Пособие / В.Ф. Алексеев [и др.]. Под ред. В.Ф.Алексеева и Н.С.Образцова. − Мн.: БГУИР, 1997. − 92 с. 3. Гелль, П.П. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. / П.П.Г елль, Н.К. Иванов-Есипович − Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд. − 1984. − 536 с. 4. Глудкин, О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС: Учебник / О.П. Глудкин. – М.:Высш. шк., 1991. 5. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники / В.М.Кулаков, Е.А.Ладыгин, В.И.Шаховцов и др.; Под ред. Е.А.Ладыгина. − М.: Сов.радио, 1980. − 224 с. 6. Дульнев, Г.Н. Методы расчета тепловых режимов прибора / Г.Н.Дульнев, В.Г.Парфенов, А.В.Сигалов. - М.: Радио и связь, 1990. - 312 с. 8 7. Дульнев, Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов. − М.: Высшая школа, 1984. − 247 с. 8. Жаднов В.В., Сарафанов А.В. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств. − М.: СОЛОН-Пресс, 2004. − 464 с. 9. Исследование тепловых характеристик РЭС методами математического моделирования: Монография / В.В.Гольдин, В.Г.Журавский, В.И.Коваленок и др.; Под ред. А.В.Сарафанова. − М.: Радио и связь, 2003. − 456 с. 10. Каленкович Н.И. Проектирование РЭС с учетом механических воздействий: Учеб.пособие по курсу «Конструирование радиоэлектронных средств» для студентов специальности «Проектирование и производство радиоэлектронных средств». – Мн.: БГУИР, 1999. 11. Каленкович Н.И., Фастовец Е.П., Шамгин Ю.В. Механические воздействия и защита РЭА. Учебное пособие для вузов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1989. 12. Касьян, Н.Н. Комплексное математическое моделирование электрических и тепловых процессов радиоэлектронных средств / Н.Н.Касьян, А.С.Конавальчук, Ю.Н.Кофанов, В.Н.Крищук. − Запорожье: ЗГТУ, 1995. − 118 с. 13. Кечиев Л.Н., Пожидаев Е.Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. − М.: Издательский Дом «Технологии», 2005. − 352 с. 14. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры и электронновычислительной аппаратуры с учетом электромагнитной совместимости / А.Д. Князев, Л.Н. Кечиев, Б.В. Петров. − М.: Радио и связь, 1989. − 224 с. 15. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб.пособие. / Н.С. Образцов, В.Ф. Алексеев, С.Ф. Ковалевич и др. Под ред. Н.С. Образцова. − Мн.: МРТИ, 1984. - 201 с. 16. Кофанов Ю.Н. Комплексное моделирование взаимосвязанных физических процессов радиоэлектронных конструкций: Учеб. Пособие / Ю.Н.Кофанов, С.В.Засыпкин. - М.: МГИЭМ, 1996. − 56 с. 17. Кофанов Ю.Н. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества радиоэлектронных средств / Ю.Н.Кофанов, А.И.Манохин, С.У.Увайсов. - М., 1998. − 139 с. 18. Кофанов, Ю.Н. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов радиоэлектронной аппаратуры / Ю.Н.Кофанов, Н.В.Малютин, A.В.Сарафанов и др. - М: Радио и связь, 2000. − 389 с. 19. Куземин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация электронно-вычислительной аппаратуры: Учеб.пособие для вузов. − М.: Радио и связь, 1985. − 230 с. 20. Кузьмин В.И, Кечиев Л.Н. Электростатический разряд и электронное оборудование. Учеб.пособие - М.: МГИЭМ, 1997. − 88 с. 9 21. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. М.: Радио и связь.1993. − 200 с. 22. Малоземов В.В. Системы терморегулирования космических аппаратов / В.В.Малоземов, Н.С.Кудрявцева. − М.: Машиностроение, 1995. − 107 с. 23. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях / Ю.Н.Кофанов, А.С.Шалумов, В.В.Гольдин, В.Г.Журавский. М.: Радио и связь, 2000. − 226 с. 24. Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств: Учеб.для радиотехнич. спец. вузов – М.: Высш. школа, 1990. – 432 с. 25. Рикетс Л.У., Бриджес Дж. Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты: Пер. с англ. / Под ред. Н.А.Ухина. − М.: Атомиздат, 1979. − 328 с. 26. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов.радио, 1976. 27. Сквозное проектирование модулей РЭС в САПР Accel EDA/P-CAD 2000/2001: Учеб. пособие/И.Г. Мироненко, В.Ю. Суходольский, К.К.Холуянов и др. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2002. − 140 с. 28. Соколов С.С., Суходольский В.Ю. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: Учеб.пособие. Системный подход. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2003. – 80 с. 29. Соколов С.С., Суходольский В.Ю. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: Учеб.пособие. Защита от внешних воздействий. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ«ЛЭТИ», 2003. – 88 с. 30. Соломахо В.Л., Томилин Р.И., Цитович Б.В., Юдовин Л.Г. Справочник конструктора-приборостроителя. - Мн.: Выш. школа, 1983. − 272 с. 31. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/ Под ред. Р.Г. Варламова. − М.: Сов.радио, 1980. 32. Тартаковский А.М. Краевые задачи в конструировании радиоэлектронной аппаратуры: Учеб.пособие / А.М.Тартаковский. – Саратов: СГУ, 1984.-132 с. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ по дисциплине «ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ» Осенний семестр 2015-20156 учебного года Специальность 1-39 02 01 «Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств» (группа 312601) 1. Основные требования к проектированию современных радиоэлектронных средств. 10 2. Классификация радиоэлектронных средств по назначению, объекту установки, условиям применения и конструктивным признакам. 3. Области применения РЭС различного назначения. 4. Характеристика климатических воздействий (климат, температура, влага, давление, пыль, песок, солнечная радиация). 5. Макроклиматическое районирование. 6. Нормальные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации и испытаниях. 7. Основные требования к проектированию РЭС в части видов воздействующих климатических факторов внешней среды. 8. Номинальные и эффективные значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации. 9. Воздействие ветра и гололеда. 10.Воздействие влаги, пыли, солнечной радиации, ионизирующих излучений и биологических факторов. 11.Воздействие электромагнитных полей. 12.Особенности проектирование радиоэлектронных средств с учетом климатического исполнения и категории изделий. 13.Графические и знаковые модели: общие положения; общие правила построения и использования. 14.Методы теории подобия и моделирования. 15.Анализ размерностей. П-теорема. 16.Метод подобия. 17.Преобразование − определяющий физический эффект работы и конструкций РЭС. 18.Обобщающая физическая модель РЭС. 19.Принципы описания конструкций в обобщенных параметрах. 20.Методика обобщенного исследования преобразования потоков энергии в РЭС. 21.Физические эффекты, возникающие в конструкции РЭС, в процессе ее функционирования. 22.Постановка краевых задач. 23.Метод разделения переменных. 24.Метод интегральных преобразований: преобразование Фурье, преобразование Лапласа. 25.Операционный метод. Метод функции Грина. 26.Метод конечных разностей. 27.Основные понятия и определения. Общая характеристика механизмов тепло- и массообмена в РЭС. 28.Тепло- и влагостойкость элементов РЭС. 29.Типовые задачи тепло- и массообмена в РЭС. 30.Источники тепла в радиоэлектронных средствах. 31.Нормальный тепловой режим РЭС. 32.Теплоотдача при свободном движении жидкости. 33.Критериальные уравнения. 11 34.Расчетные формулы теплоотдачи различных тел в неограниченном пространстве. 35.Естественная конвекция в ограниченном пространстве. 36.Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел. 37.Вынужденная конвекция в трубах и каналах. 38.Теплообмен при кипении. 39.Теплообмен при конденсации. 40.Теплообмен конвекцией при давлениях, отличных от нормального. 41.Теплообмен теплопроводностью. 42.Дифференциальное уравнение теплопроводности. Закон Фурье. 43.Теплопроводность плоской стенки. Теплопроводность цилиндрической стенки. 44.Теплопроводность сферической поверхности. 45.Теплопроводность плоской стенки с внутренним источником теплоты. 46.Теплопроводность цилиндрической стенки с внутренним источником теплоты. 47.Теплопроводность многослойной стенки. 48.Теплопроводность в ребре постоянного сечения. 49.Теплопроводность стержня. 50.Тепловое сопротивление. 51.Конвективный теплообмен. 52.Основы теории подобия. 53.Теплообмен излучением. 54.Закон Планка, закон Релея–Джинса, закон Вина. Закон Стефана– Больцмана. Закон Ламберта. 55.Излучение черных тел, «серое» тело. 56.Закон Кирхгофа для излучения. 57.Теплообмен излучением между параллельными пластинами, разделенными прозрачной средой. 58.Солнечное излучение. 59.Тепловая чувствительность: конструкционные материалы, пластические материалы, радиокерамические материалы, магнитные материалы, резисторы, конденсаторы, полупроводниковые материалы, интегральные схемы, средства индикации. 60.Задачи теплового режима РЭС, приводящие к уравнениям параболического и эллиптического типов. 61.Постановка краевых задач. 62.Метод разделения переменных в приложении к тепловым расчетам интегральных схем. 63.Операционные методы для расчета нестационарных тепловых режимов. 64.Метод конечных интегральных преобразований при расчетах температуры элементов интегральных схем. 65.Тепловые модели конструкций радиоэлектронных средств. 12 66.Методы перехода от реальных конструкций к их тепловым моделям. 67.Принцип местного влияния, принцип суперпозиции тепловых полей. 68.Классификация систем охлаждения. 69.Системы обеспечения тепловых режимов РЭС. 70.Элементы и устройства систем обеспечения тепловых режимов. 71.Особенности проектирования РЭС с учетом тепло- и массообмена. 72.Механизмы проникновения влаги. 73.Влияние влаги на эффективность и качество конструкций РЭС. Влияние биологической среды и пыли. 74.Виды герметизации. 75.Пропитка. Назначение, особенности конструкций пропитываемых изделий. Основные свойства пропиточных материалов. 76.Обволакивание и заливка. 77.Расчет внутренних напряжений в компаундах при заливке. 78.Методы снижения внутренних напряжений в компаундах. Основные свойства компаундов и рекомендации по их применению. 79.Разъемная герметизация. Особенности проектирования металлических уплотнителей. Особенности проектирования резиновых уплотнителей. Корпуса, крышки и их соединения. Расчет качества герметизации. 80.Неразъемная герметизация. Неразъемная герметизация сваркой и пайкой. Проходные изоляторы для герметизированных корпусов. 81.Расчеты герметичности. 82.Расчет усилия обжатия, расчет утечки с помощью алгоритмов автоматизированного проектирования. 83.Защита покрытиями. Методы определения степени влагозащиты РЭС. Программу, рекомендуемую литературу и контрольные вопросы к экзамену подготовили: АЛЕКСЕЕВ Виктор Федорович – канд.техн.наук, доцент ПИСКУН Геннадий Адамович – канд.техн.наук, доцент