НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»
Факультет електроніки

ЗАТВЕРДЖУЮ
Декан факультету електроніки
___________Жуйков В.Я.
«____»___________ 2015 р.

Фізико-теоретичні основи конструювання ЕА – 1, НФ-04
РОБОЧА ПРОГРАМА
кредитного модуля
підготовки:            бакалавр
напряму:               6.050902 Радіоелектронні апарати
спеціальності:       8.05090201, 7.05090201 Радіоелектронні апарати та засоби
спеціалізації:         Радіоелектронні апарати та засоби
форми навчання:  денна

Ухвалено методичною комісією факультету електроніки
Протокол від _______2015 р. № ___
Голова методичної комісії
_____________Найда С.А.
«____»___________ 2015 р.

РОЗРОБНИКИ ПРОГРАМИ:

Старший викладач кафедри КЕОА Губар В.Г.  

Програму затверджено на засіданні кафедри
конструювання електронно-обчислювальної апаратури

Протокол від 17 червня 2015 року № 10

Завідувач кафедри
                                   О.М. Лисенко
(підпис)
«___» _______________ 2015 р.

I ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Конструювання електронної апаратури в наш час – одна з динамічних науково – технічних галузей. Тому дана дисципліна відноситься до циклу предметів, направлених на отримання студентами знань, умінь та навичок створювати нові на основі сучасної елементної бази та технології поверхневого монтажу, а також модернізувати існуючу ЕОА на основі сучасних методів конструювання і пакетів інструментальних програм інженерного проектування конструктивних елементів всіх рівнів ієрархії.
До забезпечуючих дисциплін відносяться такі: “Основи мікроелектроніки”, “Основи радіоелектроніки”.
Мета вивчення дисципліни – підготовка студентів для конструювання вузлів різного рангу ієрархії та в цілому ЕОА на сучасній елементній базі з урахуванням протидії множини впливаючих факторів, а також забезпечення теплового режиму роботи, завадостійкості, електромагнітної сумісності, механічній міцності, високій надійності та технологічності.

ІІ Зміст навчального матеріалу

Розділ І. Методи та засоби конструювання

Тема І.1. Стадії конструювання ЕОА.
Тема І.2. Класификация ЕОА.
Тема І.3. Рівні конструктивних модулів та ЕОА.
Тема І.4. Компоненти та корпуси.
Тема І.5. Методи вибору ЕРЕ.

Розділ ІІ. Конструювання друкованих плат та друкованих вузлів

Тема ІІ.1. Класифікація, критерії вибору конструкцій друкованих плат.
Тема ІІ.2. Норми топологічного конструювання друкованих плат.
Тема ІІ.3. Конструкторсько – технічний розрахунок елементів друкованого монтажу.
Тема ІІ.4. Конструювання друкованих вузлів, розміщення конструктивних елементів, трасування друкованих з'єднань.

Розділ ІІІ. Конструювання вищих рівнів ієрархії ЕОА

Тема ІІІ.1 Компонування блоку й розрахунок характеристик компонування.
Тема ІІІ.2 Розрахунок розмірів друкованого вузла та панелі методом геометричного програмування.
Тема ІІІ.3 Компонування рам у стійці швидкодіючої ЕОА.

Розділ ІV. Конструювання ЕОА з урахуванням надійності

Тема ІV.1 Основні показники надійності. Статичні моделі надійності.
Тема ІV.2 Показники надійності складних систем.
Тема ІV.3 Оцінка показників надійності типових конструкцій.
Тема ІV.4 Методи підвищення надійності.

Розділ V. Конструювання типових елементів з урахуванням завадостійкості

Тема V.1 Види ліній зв'язку, їх електричні параметри. Завади у лініях зв'язку.
Тема V.2 Методи зменшення перехресних завад і завад за колами живлення.
Тема V.3 Рекомендації з вибору й конструювання ліній зв'язку.

Розділ VІ. Конструювання ЕОА з урахуванням тепло-масообміну

Тема VІ.1 Механізм та способи переносу теплової енергії та основні закономірності теплообміну.
Тема VІ.2 Електротеплова аналогія й моделювання процесів теплообміну.
Тема VІ.3 Методи та пристрої для охолодження й термостатування ЕОА.
Тема VІ.4 Методи отримання теплових моделей конструкцій ЕОА. Методи рішення теплових задач.

Розділ VІІ. Зовнішні впливи і захист ЕОА

Тема VІІ.1 Класифікація зовнішніх впливів. Моделі систем при механічних впливах.
Тема VІІ.2 Розрахунок амплітуд і частот власних коливань друкованого вузла.
Тема VІІ.3 Комплексий захист ЕОА від впливів.

ІІІ Приблизна тематика семінарських занять

Не передбачені навчальною програмою.

ІІІ Приблизна тематика практичних (семінарських) занять

Метою практичних занять є поглиблене вивчення окремих питань лекційного матеріалу на прикладах проектування конструктивних елементів, різних конструкторських розрахунків й у визначенні основних показників надійності, а також у розвитку навичок використання різних пакетів програм у конструюванні методами САПР

1. Конструкторська документація, ДСТ України.
2. Компоненти і корпуси. Методи вибору ЕРЕ.
3. Топологічне проектування друкованих плат.
4. Конструкторсько – технологічний розрахунок елементів друкованого монтажу.
5. Конструювання друкованих вузлів.
6. Розміщення конструктивних елементів, методи трасування.
7. Просторова модель вищих рівнів конструктивної ієрархії.
8. Розрахунок основних показників надійності.
9. Розрахунок теплового опору від корпусу ІС до корпусу блоку.

ІV Приблизній перелік лабораторних робіт

Мета виконання лабораторного практикуму полягає у придбанні практичних знань та навичок використання пакетів програм конструкторського проектування для розв'язання інженерних задач і отримання графічної конструкторської документації у машинній графіці.

1. Графічний редактор PC-CAPS.
2. Команди графічного редактора PC-CAPS.
3. Створення бібліотеки символьних елементів.
4. Створення схеми електричної принципової.

V Індивідуальні завдання

Мета розрахунково – графічної роботи навчити студентів інженерним конструкторським розрахункам при розробці типових конструктивних елементів, пошуку оптимального високонадійного варіанту конструкції з урахуванням умов виробництва та експлуатації.
В результаті виконання розрахунково – графічної роботи повинна бути отримана текстова документація з розрахунками та графічна документація на друкований вузол, що проектується.
Основна тематика розрахунково – графічної роботи:
–   розробити ПК пристрою вводу даних;
–   розробити ПК пристрою керування дисководом;
–   розробити ПК блоку керування променем кольорового індикатора;
–   розробити ПК лічильника тактів;
–   розробити ПК дешифратора команд;
–   розробити ПК програматора;
–   розробити ПК пристрою для налагодження мікроконтролерів різних сімейств;
–   розробити ПК реверсивного лічильника метражу;
–   розробити ПК вимірювача частоти серцевих скорочень;
–   розробити ПК охоронного пристрою;
–   розробити ПК мікроконтролерного витратоміру палива;
–   розробити ПК частотоміру на базі мікроконтролера;
–   розробити ПК блоку керування компакт - дисками;
–   розробити ПК мікроконтролерного регулятора температури;

1. розробити ПК цифрового фазоміра;
2. розробити ПК цифрового перетворювача частоти;

–   розробити ПК мовного модуля для IBM PC;
–   розробити ПК термостабілізатора;
–   розробити ПК безперебійного джерела живлення;
–   розробити ПК мікропроцесорного газоаналізатора;
–   розробити ПК зовнішнього контролера CD-ROM;
–   розробити ПК для захисту приладів від аномальних напруг у мережі.

VІ Контрольні роботи

Окремі контрольні роботи програмою не передбачені. Поточний контроль здійснюється на лабораторних роботах та практичних заняттях.

VІІ Методичні вказівки

Дана дисципліна є одною з профілюючих при підготовці конструкторів. Вивчаються сучасні методи конструювання елементів конструкторської ієрархії, математичні моделі конструкцій та фізичних процесів, методи оптимізації та прийняття рішень.

1. Студенти повинні уявляти, що конструювання ЕА – це складний процес, який складається з послідовності етапів.
2. Для конструювання характер задачі структурного (геометричного синтезу): визначення схемного складу конструктивних вузлів та їх геометричних розмірів, вибір форми та схеми компонування типових конструкцій, розміщення їх у монтажному просторі та реалізація зв'язків між ними.
3. Отримання заданих параметрів ЕА пов'язане з вирішенням таких задач як визначення способів відводу теплової енергії та захисту від зовнішніх впливів, забезпечення високої завадостійкості та надійності, мінімізація втрат швидкодії.
4. У зв'язку з бурхливим розвитком техніки поверхневого монтажу конструктор повинен добре уявляти тенденції розвитку засобів ЕА та елементної бази, знати проблеми, які виникають при цьому, перспективні конструкторські рішення й технологічні процеси, вміти знайти нове рішення, яке дозволяє підвищити технічні характеристики апаратури.
5. При конструюванні важливе значення має геометричне компонування – вибір форми, розмірів, взаємного розташування типових конструкцій та способу їх переміщення відносно один одного. Від геометричного компонування залежить швидкодія.
6. Електричні та технічні характеристики ЕА у значній мірі визначаються їх надійністю. З точки зору надійності ЕА є складними об'єктами, які складаються з декількох окремих об'єктів, таких, що відмова кожного з них є незалежною, але відмова кожного призводить до відмови складного. Тоді рекомендується вживати заходів з підвищення надійності.
7. Основною задачею при конструктивній реалізації з'єднань електричних з'єднань є забезпечення допустимого рівня завад, викривлень та затримок сигналів, які залежать від електричних параметрів, топології та геометричних розмірів елементів електричних з'єднань.
8. Тепловий режим конструкції ЕА та їх вузлів залежить від потужності джерел та стоків теплової енергії та примусової системи охолодження, умов теплообміну. Температурний режим суттєво впливає на надійність та завадостійкість. Задача забезпечення нормального теплового режиму стає дедалі важливішою зі зростанням швидкодії та рівня інтеграції елементної бази.

Таким чином, з конструювати складний виріб можливо тоді, коли добре розроблені всі його прості складові вузли. Тобто, основна увага приділена конструюванню друкованого вузла – конструктивного елементу першого рівня ієрархії та визначенню й оптимізації характерних для нього параметрів. Потім розглядаються типові елементи вищих рівнів ієрархії з урахуванням використання сучасної елементної бази, технології монтажу на поверхню, мініатюризації та вирішення основних конструкторських задач.
Дисципліна є базовою для курсу "Автоматизація конструкторсько–технологічного проектування", в якому аналогічні конструкторські задачі вирішуються машинними методами.

VІ Навчально – методичні матеріали

В цьому розділі наводиться перелік літератури, яка пропонується студентам для вивчення основної частини предмету (список основної літератури), а також поглибленого вивчення окремих його розділів (список додаткової літератури).

Основна література

1. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем. – М.: Высшая школа, 1989, 312с.
2. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование электронных вычислительных машин и систем. – М.: Высшая школа, 1986, 512с.
3. Телль П.П., Иванов–Есипович И.К. Конструирование и микроминиатюризация РЭА. – Л.: Энергоатомиздат, 1984, 536с.
4. Кузьмин А.Я. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. – М.: Радио и связь, 1985, 280с.
5. Парфенов Е.М. и др. Проектирование конструкций РЭА. – М.: Радио и связь, 1989, 232с.
6. Мэнгин Ч.Г., Макклепланд С. Технология поверхностного монтажа. Будущее технологии сборки в электронике. – М.: Мир, 1990, 270с.
7. Портала О.Н. Справочник. Радиокомпоненты и материалы. 2000, 623с.
8. Горобец А.И. и др. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы). К. – Техніка, 1984, 312c.
9. Дульнев Г.Н. Тепло массо обмен в радиоэлектронной аппаратуре. – М.: Высшая школа, 1984, 370с.

Додаткова література

1. Под ред. Высоцкого Б.Ф. Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры. – М.: Советское радио, 1984, 352с.
2. Под ред. Высоцкого Б.Ф. Компоновка и конструкция микроэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1982, 210с.
3. Под ред. Высоцкого Б.Ф. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС. – М.: Радио и связь, 1989, 272с.
4. Львович Я.Е. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности РЭА. – М.: Радио и связь, 1986, 200с.

Навчальна програма складена на основі освітньо-професійної програми СВО для напрямку підготовки  6.050902 "Радіоелектронні апарати" професійного спрямування   " Виробництво електронних засобів".

Навчальну програму дисципліни
"Фізико – теоретичні основи конструювання ЕА" склав
Розробник програми ст. викладач Губар В. Г.

"_________________" В.Г.Губар