Продолжительность: 2 часа (90 мин.)

8.1 Основные вопросы

- защита конструкции ЭВМ от воздействия влажности;

- герметизация корпуса и отдельных узлов ЭВМ;

- понятие прочности конструкции;

- устойчивость конструкции к механическим воздействиям;

- жесткость конструкции;

- собственная частота колебаний конструкции;

- паразитные связи и элементы;

- причины возникновения помех;

- защита от помех.

Текст лекции

8.2.1 Защита ЭВМ от воздействия влажности – до 30 мин

Как правило, от прямого воздействия воды ЭВМ не защищена и не должна эксплуатироваться при таких условиях. Конструкции ЭВМ защищают от воздействия содержащихся в атмосфере водяных паров.

Защита аппаратуры от воздействия влажности осуществляется использованием соответствующих материалов и покрытий; усиленной вентиляцией сухим воздухом; поддержанием внутри изделия более высокой, чем в окружающей среде, температуры; герметизацией корпуса.

Для защиты металлических конструкций от коррозии на них наносятся защитные покрытия. Применяются металлические, химические и лакокрасочные покрытия.

При высокой влажности коррозия протекает более интенсивно при контактировании металлов с различными электрохимическими потенциалами. При использовании металлических покрытий материал покрытия образует с материалом защищаемой детали гальваническую пару и, если целостность такого покрытия нарушается, то происходит коррозия и разрушение либо материала детали, либо материала покрытия. В зависимости от полярности электрохимического потенциала различают покрытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к потенциалу основного металла детали) и катодные (положительный потенциал покрытия по отношению к потенциалу основного металла детали). При анодном покрытии будет разрушаться само покрытие, а основной материал детали разрушаться не будет. При катодном покрытии – наоборот.

Химические покрытия получают методами оксидирования (получение оксидной пленки на стали, алюминии и его сплавах), анодирования (нанесение покрытия на алюминий и его сплавы электрохимическим способом), фосфатирования (на стали), азотирования. Химические покрытия менее стойки по сравнению с металлическими.

Лакокрасочные покрытия имеют низкую механическую прочность и термостойкость.

Наиболее эффективным способом защиты ЭВМ от воздействия влаги является полная герметизация блоков и шкафов путем помещения их в герметичный кожух. При данном способе также достигается защита аппаратуры от перепадов атмосферного давления и от воздействия пыли и вредных веществ из окружающей среды. Проектировщик должен дополнительно разработать способы герметизации внешних электрических соединений, элементов управления и индикации. При большой разнице давлений внутри и снаружи корпуса его стенки должны противостоять значительным усилиям. Этот метод защиты самый дорогой и его применяют только в случае необходимости.

Значительно чаще применяют герметизацию модулей нулевого и первого уровней.

Модули нулевого уровня конструктивной иерархии ЭВМ (ИМС, ЭРЭ, а также микросборки) обычно либо помещают в герметичные корпуса, либо применяют бескорпусные методы герметизации (обволакивание, заливку или опрессовку различными полимерными материалами). Модули первого уровня конструктивной иерархии ЭВМ (печатные платы, соединительные кабели и др.) герметизируют путем покрытия лаком, заливки эпоксидной смолой, опрессовки герметизирующими компаундами. Степень защиты определяется влагопроницаемостью используемого материала, толщиной слоя и адгезией с элементами конструкции (особенно с выводами).

8.2.2 Защита конструкций ЭВМ от механических воздействий – до 30 мин

Допустимые уровни механического изменения конструкции определяются ее прочностью и устойчивостью к механическим воздействиям.

Прочность конструкции – способность аппаратуры выполнять свои функции и сохранять свои параметры после приложения механических воздействий.

Устойчивость конструкции к механическим воздействиям – способность аппаратуры выполнять свои функции и сохранять свои параметры во время приложения механических воздействий.

Откликом или реакцией конструкции на механические воздействия называют любые формы преобразования энергии данного воздействия.

Откликами могут быть:

· механические напряжения в элементах конструкции;

· перемещения и соударения элементов конструкции;

· деформации и разрушения конструктивных элементов;

· изменения свойств и параметров конструкции.

Основными параметрами любой конструкции с позиции реакции на механические воздействия являются масса, жесткость и механическое сопротивление (демпфирование).

Под жесткостью конструкции понимается ее способность противостоять действию внешних нагрузок с деформациями, не допускающими нарушение ее работоспособности.

Количественно жесткость оценивается коэффициентом жесткости λ:

λ = P / δ,

где P – действующая сила,  δ – максимальная деформация.

Механическую прочность элементов конструкции проверяют методами сопротивления материалов и теории упругости. При расчетах детали сложной конфигурации заменяют упрощенными моделями – балкой, пластиной, рамой.

Во избежание явлений резонанса проводятся расчеты по определению собственной частоты колебаний конструкции ЭВМ f₀, которая затем сравнивается с частотами предполагаемых внешних вибрационных воздействий. Обычно конструкция обладает несколькими значениями собственных частот, но расчет выполняется только для низших значений f₀, так как в этом случае будут наблюдаться максимальные деформации конструкции. Если низшее значение f₀ входит в спектр частот внешних воздействий, то конструкцию дорабатывают с целью увеличения f₀. В правильно сконструированной аппаратуре собственная частота конструкции f₀ не должна находиться в спектре частот внешних воздействий.

8.2.3 Защита ЭВМ от воздействий помех – до 30 мин

При практической реализации электрической схемы устройства возникают паразитные связи и помехи.

Паразитная связь — не предусмотренная электрической схемой и конструкцией связь между элементами устройства или устройством и внешней средой, приводящая к появлению помех.

Паразитные элементы — не предусмотренные электрической схе­мой элементы. Паразитные связи и элементы являются следствием неидеальности практической реализации электрической схемы.

Помеха – не предусмотренный при проектировании ЭВМ сигнал, способный вызвать нарушения функционирования аппаратуры, искажения передаваемой и хранимой информации.

Помехами могут быть напряжения, токи, электрические заряды, напряженность поля и т.п. Источники помех могут быть как внутренние, так и внешние.

Внутренние помехи возникают внутри работающей аппаратуры. Источниками электрических помех являются блоки питания, цепи распределения электроэнергии, термопары и т.п. При наличии пульсаций выходного напряжения вторичных источников электропитания цепи распределения электроэнергии, тактирующие и синхронизирующие цепи следует рассматривать как источники электромагнитных помех. Значительные помехи создают электромагниты, электрические двигатели, реле и электромеханические исполнительные механизмы устройств ввода и вывода информации. Внутренними помехами являются помехи от рассогласования волновых сопротивлений линий связи с входными и выходными сопротивлениями соединяющих эти линии модулей, а также помехи, возникающие по земле.

Под внешними помехами понимаются помехи сети электропитания, сварочных аппаратов, щеточных двигателей, передающей радиоэлектронной аппаратуры и т.п., а также помехи, вызванные разрядами статического электричества, атмосферными и космическими явлениями. Помехи проникают в аппаратуру непосредственно по проводам и проводникам (гальваническая помеха), через электрическое (емкостная помеха), магнитное (индуктивная помеха) или электромагнитное поле. Проводники, входящие в состав любой аппаратуры, можно рассматривать как приемо-передающие антенные устройства, принимающие или излучающие электро-магнитные поля.

Помехи делят на шумы и наводки.

Наводки — это помехи, возникающие вследствие появления паразитных связей.

Шумы — это электрические сигналы, возникающие в электронных приборах независимо от наличия внешних связей и сигналов. Шумы являются следствием неидеальности характеристик электронных приборов, резисторов и конденсаторов. Шумовые параметры приводятся в технических условиях на элементы. Уровень шумов слабо зависит от конструкции изделия. Шумы обусловлены статическими флуктуациями носителей зарядов в проводниках и электронных приборах.

Помехи в цепях связи и сигнальных цепях могут быть оценены в про­цессе проектирования. Основные причины, вызывающие искажения сигналов при прохождении их по цепям ЭВМ, следующие:

• отражения от несогласованных нагрузок и от различных неоднородностей в линиях связи;

• затухание сигналов при прохождении их по цепям последовательно соединенных элементов;

• ухудшение фронтов и задержки, возникающие при включении нагрузок с реактивными составляющими;

• задержки в линии, вызванные конечной скоростью распространения сигнала;

• перекрестные помехи;

• паразитная связь между элементами через цепи питания и заземления;

• наводки от внешних электромагнитных полей.

Для защиты от помех в электрических сетях используются сетевые фильтры. Для ослабления нежелательного возмущающего поля в конструкцию включают специальные экраны.

Радикальным способом устранения гальванической помехи является устранение цепей, по которым проходят совместные токи питания и земли, чувствительных к помехам схем. Эффективным схемным средством селективного ослабления помехи при отсутствии ослабления и искажения сигнала является использование помехоподавляющих фильтров.

Экраны включаются в конструкцию для ослабления нежелательного возмущающего поля в некотором ограниченном объеме до приемлемого уровня. Возможны два варианта защиты. В первом случае экранируемая аппаратура размещается внутри экрана, а источник помех – вне его (при защите от внешних помех). Во втором – экранируется источник помех, а защищаемая от помех аппаратура располагается вне экрана (при защите от внутренних помех). В ЭВМ функции экранов чаще всего выполняют кожухи, панели и крышки приборов блоков и стоек.