Модули второго уровня

К модулям второго уровня относятся блоки различных видов. Конст­рукция одноплатного бескаркасного настольного прибора со встроенным блоком питания приведена на рис. 5 и 6. Несущей конструкцией прибора является основание 2. Хотя размеры основания могут быть большими (300 х 450 мм и более), его обычно изготовляют из тонкого листового мате­риала, а для придания жесткости в углах конструкции задается определен­ная форма.

Для закрепления модулей в основании прибора выполнены выдавки с отверстиями, в которые вставляют резьбовые втулки под винты.

Крышка 6 сдвигается, перемещаясь по вертикальным боковым стен­кам детали 2. Это позволяет на крышке 6 располагать техническое описание прибора, электрические схемы, измерительные приборы. Для закрепления крышки на основании предусмотрены кронштейны 4, фиксируемые заклеп­ками.

Рис. 5. Прибор настольный бескар­касный:

1 — лицевая панель; 2 — основание; 3 — вентилятор; 4 — кронштейн; 5 — задняя панель; б — крышка; 7 — винт

Рис. 6. Электромонтажная схема при­бора настольного бескаркасного:

/ — лицевая панель; 2 — основание; 3 — вентилятор; 4 — провод; 5 — задняя панель; 6 — блок питания; 7 — жгут; 8 — плата электроники

На основание прибора устанавливают блок питания, плату операци­онного устройства (электроники) и вентиляторы, обеспечивающие нормаль­ный тепловой режим прибора.

На электромонтажной схеме (см. рис. 6) задняя и передняя панели развернуты относительно установочной плоскости основания на 90°. В кон­струкцию введены: жгут сетевого напряжения, подводящий 220 В частотой 50 Гц к блоку питания и вентиляторам, жгут подвода постоянного напряже­ния от блока питания к плате электроники и жгут сигнальных проводов.

В том случае, если максимальные размеры платы 8 каким-нибудь об­разом ограничены, например, производственными возможностями или раз­мерами основания прибора, то на плату электроники можно установить вме­сте с компонентами схемы электрические соединители, в которые, в свою очередь, установить ТЭЗ с недостающими компонентами схемы прибора (рис. 7). Таким образом, объединительная плата, представленная на рис. 7, является модификацией платы электроники. В зарубежной литературе такие платы называют motherboard — материнской платой.

Может случиться, что схема, реализуемая на плате, потребует разме­ров, которые не могут быть обеспечены современным производством. Тогда эта гипотетическая плата разбивается на несколько плат меньших размеров, объединяемых конструктивно в блоке монтажной панелью.

Возможные компоновочные формы блоков представлены на рис. 8. При одинаковых физических объемах блоков сферическая форма обеспечи­вает минимальную длину линий связей. Однако форма ТЭЗ в виде полукру­га не является технологичной. При конструировании блоков ЭА применяют

Рис. 7. Объединительная (материнская) плата:

1 — микросхема; 2 — объединительная плата; 3 — ответный электрический соединитель ТЭЗ; 4 — ТЭЗ

Рис. 8. Компоновочные схемы блоков в виде параллелепипеда (а), цилиндра (б), сферы (в):

1 — ТЭЗ; 2 — монтажная панель

стеллажный, этажерочный и книжный варианты конструкций в форме параплелепипеда в негерметичном и герметичном исполнении.

Блоки стеллажного типа (рис. 9) компонуются из ТЭЗ, которые ус­танавливаются в один или несколько рядов перпендикулярно монтажной панели. Основным конструктивным элементом блока является каркас 1 с монтажной панелью и соединителями 4. В зависимости от ориентации в пространстве монтажной панели существуют три разновидности компоно­вочных схем блоков, приведенные на рис. 9.

Блоки с защитными кожухами и крышками являются самостоятель­ными изделиями (приборами) и в таком виде эксплуатируются. Обычно на переднюю панель прибора настольного типа устанавливают элементы инди­кации, измерительные узлы, элементы управления (кнопки, тумблеры и т. п.), электрические соединители. Элементы управления и соединители, не требующие частого доступа, а также предохранители выносят на заднюю панель. При компоновке изделий необходимо обеспечить свободный доступ к электрическим соединителям монтажных панелей для контроля и к ТЭЗ

Рис. 9. Вертикальное поперечное (а), вертикальное продольное (в), горизон­тальное (в) расположение монтажной панели блоков стеллажной конструкции: / — каркас; 2 — лицевая панель; 3 — монтажная панель; 4 — соединитель; 5 — ТЭЗ

для их замены. Если монтажная панель ориентирована горизонтально, то крышку и поддон прибора необходимо выполнять съемными, если верти­кально — лицевую и заднюю панели нужно делать съемными или откидными.

При комплектации блоками рам и стоек шкафного типа в конструкции блоков не вводят кожухи или крышки. При значительной длине ТЭЗ (на­пример, кассетной конструкции из нескольких плат) блок с вертикальным поперечным расположением монтажной панели (рис. 9, а) можно уста­навливать непосредственно в стойку. Однако в современной аппаратуре длина одноплатных ТЭЗ редко превышает 200 мм, поэтому блоки данного типа следует устанавливать в промежуточный конструктивный элемент — раму, что позволит повысить плотность компоновки стоек.-Поскольку глу­бина блока с вертикальным продольным расположением монтажной панели (рис. 9, б) зависит от количества установочных мест для ТЭЗ, то подоб­ные блоки устанавливаются непосредственно в стойку, минуя раму.

Горизонтальное расположение монтажной панели (рис. 9, в) за­трудняет охлаждение блоков естественной конвекцией, поэтому их обычно используют в приборах настольного типа с низкой плотностью компоновки, либо совместно с вентиляторами, направляющими потоки охлаждающего

воздуха вдоль каналов, образованными рядами плат расположенных по со­седству ТЭЗ.

Конструктивное исполнение блоков весьма разнообразно, но у всех блоков можно отметить обязательное наличие монтажной панели (шасси), каркаса, направляющих и элементов фиксации в модуле высшего уровня. Упростить проектирование, контроль, наладку аппаратуры, а также полу­чить функционально законченные блоки высокой плотности компоновки возможно при разработке нескольких блоков конструкционной системы на разное число ТЭЗ. Для этого разрабатывают несколько типоразмеров основ­ных базовых деталей блоков и, в первую очередь, монтажных панелей.

На монтажных панелях выделяют центральную и периферийную зо­ны. В центральной зоне располагают ответные части соединителей ТЭЗ, на­правляющие, в периферийной — колодки или соединители внешней комму­тации, жгуты, узлы подвода напряжения питания и нулевого потенциала. Желательно ответные соединители ТЭЗ устанавливать на многослойную печатную плату. Однако практика конструирования показала, что получить все соединения печатным способом трудно из-за необходимости разработки плат с большим числом слоев, низкой разрешающей способности много­слойного монтажа и несовершенства программ трассировки. В процессе от­работки аппаратуры часто появляется необходимость во внесении измене­ний, которые проще всего выполнить проводным монтажом. Поэтому при конструировании блоков кроме печатного используется монтаж одиночным проводом, свитой парой, жгутовой монтаж.

При монтаже блоков свитой парой около выходных контактов ответ­ных частей каждого соединителя ТЭЗ необходимо иметь контакты заземле­ния, к которым коммутируются нулевые провода свитых пар. Это можно выполнить, если землю реализовать в виде сплошного фольгированного слоя односторонней печатной платы. При монтаже блоков одиночными проводами и свитыми парами необходимость в поддержке монтажа не воз­никает. При использовании жгутов на монтажной панели блока предусмат­ривают пазы или углубления, в которых жгуты размещают и закрепляют.

Направляющие вводятся в конструкции для быстрого сочленения ТЭЗ с ответными частями соединителей без заклинивания, зажима или перекоса, поддержки платы ТЭЗ при ударах и вибрациях, создания пути для кондуктивного отвода теплоты. Для входа и перемещения платы в направляющих по краям платы предусматривают свободную от печатного монтажа зону шириной 2—3 мм. Длина направляющих зависит от длины платы ТЭЗ. Раз­личают коллективные направляющие, предназначенные для установки од­новременно нескольких ТЭЗ (рис. 10, а), и индивидуальные (рис. 10,6).

В качестве конструкционных материалов направляющих используется пластмасса и металл. Тепловое сопротивление R_T металлических направляющих ниже, чем пластмассовых, и зависит от конкретной конструкции. На рис. 11 представлены конструкции четырех направляющих с указанием относительных величин их тепловых сопротивлений. Минимальным тепло­вым сопротивлением обладает клиновая направляющая. После установки ТЭЗ клин 3 винтом плотно прижимается к поверхности платы. Для бокового перемещения клина в направляющей под винт должно быть выполнено фи­гурное отверстие.

Надежная коммутация ТЭЗ с ответной частью соединителя в блоке обеспечивается расчетом на сочленение соответствующих размерных цепей блока. При этом определяют по известному допуску замыкающего звена допуски составляющих размеров, либо номинальный размер и допуск замыкающего звена по заданным размерам и допускам составляющих звеньев.

Рис. 10.Направляющие печатных плат ТЭЗ: 1 — печатная плата

Рис. 11. Металлические направляющие:

/ — направляющая; 2 — плоская пружина; 3 — клин

Элементы крепления и фиксации должны исключить возможность выпадения ТЭЗ при воздействии ударов и вибраций. Предусматривается индивидуальное или групповое крепление ТЭЗ. Для индивидуального креп­ления рекомендуется использовать невыпадающие винты, защелки. В большинстве случаев групповое крепление осуществляется прижимной крышкой с наклеенной с внутренней стороны пористой прокладкой. После установки всех ТЭЗ в блок со стороны лицевых панелей крепится винтами прижимная крышка.