CC BY
36Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ
Алексеев В.П.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАНКОВ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ, ЭФФЕКТОВ, ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ
термоустойчивых радиоэлектронных устройств специального назначения
Многообразие и сложность физических процессов, происходящих в современной радиоэлектронике, а также комплексные воздействия на электронные приборы специального назначения со стороны внешней среды, прежде всего, температуры, и объекта установки приводит к мысли о необходимости в процессе проектирования термостабильных радиоэлектронных устройств (РЭУ) применять комплексные методы термостабилизации, основанные на оптимальном сочетании различных физических эффектов и достижений прогрессивной схемотехники, современной элементной базы, термокомпенсации, термо-статирования на базе интегральной технологии.
В общем виде под комплексным подходом к проектированию термостабильных РЭУ будем понимать системное многоцелевое проектирование от технического задания до разработки рабочей документации. Дерево целей такого подхода приведено на рисунке 1. Как видно из рис. 1, реализация комплексного подхода к проблеме термостабилизации проектируемого РТУ требует сочетания методов анализа и синтеза на всех уровнях
Рисунок 1. - Дерево целей системного проектирования термостабильных РТУ
27
проектирования. При этом должны применяться математическое и компьютерное моделирования физических процессов в проектируемых РЭУ, методы оптимизации, вычислительный эксперимент, методы поиска новых технических решений. Заметим, что вершины графа, приведенного на рисунке 1, представляют собой цели научно-технических задач, решаемых в данной работе.
Ввиду многообразия целей синтеза термостабильных РЭУ целесообразна, на наш взгляд, системная классификация физических процессов, определяющих температурную стабильность. В основу классификации положим фонд физико-технических эффектов (ФТЭ), приведенный в [1] и используемый в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). Для систематизации введем следующие уровни:
I уровень. Способ термостабилизации.
II уровень. Физическое явление.
III уровень. Физический эффект, закон.
Имея такую классификацию, легко определить вид математических моделей, которые могут быть использованы в анализе и синтезе термостабильных РЭУ. Классификация приведена на рисунках 2 и 3. Для удобства восприятия на каждом рисунке представим связи между классификационными элементами на двух соседних уровнях.
Анализ данных, полученных при декомпозиции способов термостабилизации, показывает, что все перечисленные явления можно сгруппировать в следующие блоки:
- электрические и электромагнитные,
- термоэлектрические,
- термомагнитные,
- термомеханические,
- термооптические,
- явления тепломассопереноса (нагрев, охлаждение, теплоизоляция и т.п.).
28
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
Рисунок 2. - Декомпозиция способов термостабилизации
Декомпозиция указанных явлений до уровня физических эффектов и законов дает свыше 50 позиций, специфичных для термостабильных РТУ. Поскольку отраслевой фонд ФТЭ, составленный на основе разработанных под руководством А.И. Половинкина и других ученых, составляет более 120 позиций, но он охватывает, как полагают авторы, все области техники. Сформированный нами специализированный массив ФТЭ может быть весьма полезным в системном проектировании термостабильных РТУ с использованием методологии научно-технического творчества.
1 1 | Прочие
1 1 Электростатическая индукция
1 1 Магниторезистивный эффект
1 1 | Эффект Дембера
К S 1 1 Эффект Фарадея
IE 1 1 1 П оляризация
1 1 Пробой и разряд
£ £ 1 1 Вихревые токи
L— 1 1 | С амоиндхкция
О 1 1 Электромагнитная ивдхкцня
и «=; Закон Kvhoh3
п к о ! % Электр олю минесц енция
и 1 Эффект Холла
и Ь; i! А 1 Закон Ампера
El Ё а ■—1 L и -е- I ■е- 1 П I Эффект Керра
1 | Вентильный фотоэффект
и I щ 1 Эффект Гана
EL | 1 Закон Кирхгофа
1—1 ■ Закон Ома
Рисунок 3, а. - Декомпозиция электрических и электромагнитных явлений
Это доказывается практическим опытом синтеза термостабильных РТУ различного назначения, в ходе которого для обеспечения стабильности РТУ нами сделан ряд изобретений, в которых используются ФТЭ, входящие в предложенную классификацию [ 2 ].
29
30
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 1/2014
Рисунок 3, е - Декомпозиция термооптических фихических явлений.
На основании представленных в рисунках 3 а-е результатов декомпозиций способов термостабилизации, а также известных физических явлений, эффектов, законов нами проводился анализ возможности применения их для решения задач комплексного проектирования РЭУ специального назначения на уровне изобретений [2]. Для поиска новых технических решений использовались известные методы инженерного творчества, а, именно, мозговые атаки, морфологические матричные методы, изобретающие программы, алгоритмы ТРИЗ и компьютерное моделирование численными методами. Такой подход позволил выполнить более 40 проектов для различных организаций, специализирующихся на создании РЭУ с высокой температурной стабильностью и надёжностью для бортовой аппаратуры на уровне изобретений [3_11].
31
Литература
1. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. М.: Машиностроение, 1987.
2. Алексеев В.П. Системное проектирование термоустойчивых радиотехнических устройств и систем. - Томск: Издательство Института оптики атмосферы СО РАН, 2004. -316 dSBN 5-94458-048-8
3. Алексеев В.П., Козлов В.Г., Озёркин Д.В. «Микротермостат с позисторным нагревателем». Патент Российской Федерации на изобретение № 2164709. - М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2001.
4. Алексеев В.П., Козлов В.Г., Гольдштейн Е.И., Карлова Г.Ф., Богомолов С.И. Способ термостабилизации преобразователя Холла. Патент России № 20738776 1997 г.
5. Алексеев В.П., Гольдштейн Е.И., Козлов В.Г. Термостатируемый датчик Холла. Патент на полезную модель, св-во № 1752, опубликовано 16.02.95 в БИ № 2.
6. Алексеев В.П., Козлов В.Г. Устройство пассивного регулирования температуры // А.С. СССР № 1509844. Бюллетень изобретений № 35, 1989.
7. Алексеев В.П., Щуцкий А.В. Нейронная модель терморегуляторов термостабильных радиотехнических устройств. // Труды V международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2000. Новосибирск, НГТУ, 2000.
8. В.П. Алексеев, В.М. Карабан, В.Г. Козлов. Устройство для стабилизации температуры элементов микросхем и микросборок / Патент Российской Федерации на изобретение № 2348962. - М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2009.
9. В.П. Алексеев, В.М. Карабан, В.Г. Козлов. Устройство для стабилизации температуры электрорадиоэлементов / Патент Российской Федерации на изобретение № 2355016. - М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2009.
10. Козлов В.Г., Алексеев В.П., Озеркин Д.В., Козлов Г.В. «Устройство для стабилизации температуры элементов микросхем и микросборок». Патент Российской Федерации на изобретение № 2461047. - М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, 2012.
11. Алексеев В.П., Чернышев А.А. Устройство для регулирования температуры // А.С. СССР №537330, бюл. изобр. № 44, 1976.
32
