TEHNOLOGII DE CABLARE CU FIRE CABLAJE CU FIRE

1. TEHNOLOGII DE CABLARE CU FIRE CABLAJE CU FIRE Tehnologie electronică - Curs 8

2. În realizareaechipamentelorelectronice, un loc important învolumul de muncăşipreţul de cost revinelucrărilor de montareşiasamblare a componentelorşiblocurilorfuncţionale. Acesteoperaţiiincluddispunereaşifixareapieselorpesuporturişirealizareainterconexiunilorîntreterminaleînconformitate cu schema electrică. Astfel, realizareacircuitelorpresupuneînprimulrândrealizareacontactelorelectriceîntreterminalesauîntreterminaleşiconductoarele de conexiune. • Prinrealizareaunui contact electric se înţelegealăturareasauîmbinarea a douăconductoareastfelîncâtsă se asigurecirculaţiacurentului electric. Uneori, pentrurealizarea con-tactului electric se folosescpiesedistincte de conductoare – acesteasuntnumite tot contacte. • Acelaşitermendesemneazăşielementele, piesele, care asigurătrecereacurentului electric. Tehnologie electronică - Curs 8

3. Dupăfrecvenţaconectărilor, se deosebesc: 1. Contactepermanente, care pot fi: • contacteinamovibile, care pot fidesfăcutenumaiprindistrugereaelementelor; exempletipicesuntcontactelerealizateprinsudare, strivire, sertizare; • contacteamovibileînanumitecondiţiuni, care pot fidesfăcutefărădistrugereaelementelordar cu ajutorulunorsculespeciale; aşasuntcontacteleprinlipire, răsucire, cu cleme. 2. Contacteprinfişe, capabilesăreziste la celpuţin 1000 de acţionări (închideri/deschideri) darnumaiînlipsacurentuluiprin contact; exemplesunt: mufe, conectori. 3. Contacteleîntrerupătoare, care suportăcelpuţin 106acţionăriînprezenţacurentuluiprincontacte; aşasuntîntrerupătoareleşicomutatoarele de variatetipuri. Tehnologie electronică - Curs 8

4. In electronică, contactele au diverse utilizări: • • Contacteleinamovibile se folosescfrecventînfabricareacomponentelor, pentrufixareaterminalelor, a conductoarelor de legătură la teminalelecircuitelor integrate etc. • Contacteleamovibileînanumitecondiţiisuntutilizatemai des la fabricareamontajelor, la asamblereacircuitelorpecablajeimprimate, uneorişi la fabricareacomponentelor. • Contacteleprinfişesuntutilizate de regulăpentruinterconectareasubansamblelor. • Contacteleîntrerupătoresuntfolositepealimentări, pentrucomutareacăilor de curent, a funcţiilorşioperaţiilor. • Pentrurealizareacontactelorîntreterminalelefişelor se utilizeazăconductoare, filaresauimprimate. Totalitateaconductoarelor de interconexiunedintr-un montaj, circuit, aparat electronic, formeazăcablajulsistemuluirespectiv. Tehnologie electronică - Curs 8

5. Cablaje cu fire • Conductoareleelectricepentruinteconexiuni pot fi: filare (cabluri) sauimprimate. • In prezent, aproapetoateconductoarele de interconexiune se realizează din cupruelectrotehnic, cu mare puritate (peste 99,5%). De regulă, dupătragereaîn fire se procedează la o recoacere care face metalulductil (moale) şiîi reduce rezistivitatea (ρ ≈ 0,0172·10-6Ωm). Pentruuneleutilizări (de ex. pentru wrapping) se foloseştecuprutras la rece (fărărecoacere), mai elastic, cu rezistivitatecevamai mare (ρ ≈ 0,0178·10-6Ωm). • Conductoare din altemetale (Au, Ag, ...) se folosescîncircuite integrate şifoarterarînalteaplicaţii. In schimb, adeseaconductoarele din cuprusuntmetalizate, prinacoperire cu o peliculăsubţire din metal greuoxidabil (Ag, Au, ...) sau cu oxid cu ρ mică (Sn) şi care favorizeazălipirea (Ag, Sn). Tehnologie electronică - Curs 8

6. Conductoarelefilare • Cablurilemasive, izolatesau nu, metalizate (stanate, argintate) sau nu, sunt din cuprurecopt (moale, rezistivitatemică) sautras la rece (mai elastic, cu rezistivitatecevamai mare). Conductoarelemasive au flexibilitateredusăşi nu suportăîndoirisaurăsucirirepetate. • Cablurileliţate, suntformate din maimulte fire (3 ...15 fire, Φ 0,1 ... 0,5mm) strânseînmănunchişiuşortorsadate. De regulăsuntizolate (înprezentnumaiîn plastic) şi pot fi cu un mănunchisaumaimulte, metalizatesau nu. Acesteconductoare au flexibilitatemaibunăşisuntfolositepentruconectareapieselor mobile. • Cablurilebifilare, trifilaresaumultifilare, constau din maimulteconductoare, de regulăliţate, puseînparalelşiizolateînansamblusau cu izolaţiilelipite, formândcablurirotundesau tip panglică. Tehnologie electronică - Curs 8

7. Tipuri de cabluri de interconexiune Tehnologie electronică - Curs 8

8. Izolaţiacablurilorfilare • Izolaţiacablurilorfilarese realizează cu: peliculă de email, cu email şiţesăturăimpregnatăsau nu, sau cu masăplastică. • Cablurileizolate cu email (pelicule de 8 – 50μm) se folosescpentrubobinajeletransformatoarelorşimaşinilorelectrice, a bobinelorreleelor etc. • Cablurileizolate cu masăplasticăsunt, de departe, celemaifolositepentruconexiuni. De regulăizolaţiaestecoloratăsau cu benzicolorate, pentruidentificareatraseelor. Celemaifolositemaseplasticesunt: PVC (policlorura de vinil) - ceamaiutilizată, PVF (polifluorura de vinil, Kynar) şi PTFE (politetrafluoretilena, Teflon); altemateriale se folosescrar. Izolaţia din plastic are douăfuncţii: izolează electric căile de curentşiasigurărezisten-ţamecanică a conductorului. Tehnologie electronică - Curs 8

9. Izolaţia de lucruasigurăfuncţionareaunuicablu ca şicale de curentseparată de alteleşi se dimensioneazăînfuncţie de tensiuneamaximăadmisă (de exemplu, izolaţia din PVC de 0,5mm grosimesuportăcelpuţin 500V). Cablurile care au numaiizolaţie de lucru se monteazăînlocuriinaccesibileoamenilor (de exempluîninteriorulaparatelor). • Izolaţia de protecţie se monteazăpesteizolaţia de lucru, prinîngroşareaacesteiasau ca izolaţieseparată, cu funcţia de a rezista la atingerişiacţiuniaccidentalemecanice (tăiere, abraziune), pentrurealizareaelectrosecurităţii. Astfel de cabluri se folosescînlocuriaccesibileoamenilor (de exemplupentrualimentareaaparaturiielectrocasnice). Tehnologie electronică - Curs 8

10. Arbori de cablu • A douafuncţie a izolaţieiconstăînasigurarearezistenţei la solicitărimecanice, deoarececuprulestefoartepuţinrezistent la acestesolicitări; îndoirileşitorsadărilerepetate, vibraţiile, provoacărupereafirelor din cupru cu diametre sub ≈2mm şichiarmaimari. Se impune ca mijloacele de fixaremecanică a cablurilorsă fie astfelîncâttoatesolicitărilemecanicesă fie preluate de izolaţie. • In principal pentrucreşterearezistenţeimecanice, darşipentru a avea un control al traseelor, adesea se folosescarbori de cablu. In cazulunortrasee simple, estesuficientăînmănunchiereafirelorşilegarea cu sfoară (matisare) sauinele. In cazulunortrasee complicate, cu dimensiunimari, firele se strângînmănunchi, se leagă cu sfoară (matisare) şi se impregnează cu lacpentrurigidizare. Aceştiarbori se construiescpe machete (matriţe) din lemnsau plastic cu ştifturisau cuie pentrughidare, care reproduc la scara 1:1 traseulurmat de arboreînechipament; capetelefirelor se lasăliberepentru a ficonectate. Dupărigidizare, arborii se scot de pematriţe se monteazăînechipamentşi se fixează cu clemesauinele. Frecvent, firelesuntdiferitcolorateiarcapetele se marchează. Tehnologie electronică - Curs 8

11. Arbore de cablu Tehnologie electronică - Curs 8

12. Curentul maxim admis • Conductoarelefilaresuntcaracterizateîn principal princurentul maxim admisşiprintensiuneamaximăsuportată de izolaţie. Acestecaracteristicisuntesenţialepentrucurenţişitensiunimari (peste 0,1A, peste ≈24V). • In cazulcurenţilorslabi, cablurile se aleg dupăaltecriterii, precumrezistenţamecanică, traseulspaţial, preţ de cost etc. • Curentul maxim admisdepinde de diametrulconductoruluişicondiţiile de răcire. • Intr-un conductor cu lungimel şidiametrud, prinefect Joule, se produce o putere sub formă de căldură: Pp=RI2, underezistenţaeste: Tehnologie electronică - Curs 8

13. Curentulînfuncţie de densitatea de curent j (A/m2), este : • In final: Tehnologie electronică - Curs 8

14. DatorităPpconductorul se încălzeşte la Tcmai mare decâttemperaturaambiantăTa. La echilibrutermic, putereaprodusăesteegală cu putereadisipată (evacuatăprinrăcire) Pd. Putereadisipată se evacueazăprinsuprafaţaexterioară a conductoruluişi, încondiţii de răcire date, esteproporţională cu suprafaţaexterioarăşi cu diferenţa de temperaturăTc– Ta: • Pp=α(Tc-Ta)πdl Tehnologie electronică - Curs 8

15. Tensiuneamaximăadmisădepinde de naturaşigrosimeaizolaţieişiesteindicatăîncataloage. De exemplu, izolaţia din PVC de 0,8mm admiteUmax ≈750Vef iarizolaţia din Kynar de 0,12mm (cabluripentru wrapping) admiteUmax ≈150Vef. • Cablurileecranateformează o categorieaparte. Acesteasuntformate din: • un conductor central, masivsauliţat; • izolaţia din jurulconductorului central; • un conductor cilindric exterior realizat din împletitură din sârmă de cupru (tresă), din bandă (folie) din cupru (rar din aluminiu) sau din fire de cupruparaleleînfăşuratepeizolaţia din jurulconductorului central; • izolaţiaexterioară de protecţie. Tehnologie electronică - Curs 8

16. Conductorul central estemasiv – la cablurile de RF sauliţat – la cablurile de AF. De regulă, este din cupru. In cazul particular al cablurilorcoaxialepentrusondele de osciloscop cu intrarepe 1MΩ, conductorulestefoartesubţire (0,1 – 0,2mm), din material rezistiv (manganină), asigurând o rezistenţă de 20 – 200Ω, pentrureducereaefectelorreflexiilor; conductorulesteinstalat “ondulat” întubulizolator, pentruasigurareaflexibilităţii. Tehnologie electronică - Curs 8

17. Izolaţiainterioară se execută din: • aer, cu rondeledistanţiere, care asigurăpierderifoartemicidardiametrelesuntmarişiflexibilitatearedusă; • din masăplasticăextrudată, foliesauextrudată cu bule de aer, din PVC (pentru AF), polistirensauteflon (pentru RF). Ecranul, conductorulcilindric exterior, esterealizat de obicei din împletitură din fire de cupru (tresă). Cu câtochiurilesuntmaimici, cu atâtradiaţiaelectromagnetică (radiatăsaupătrunsă) estemairedusă, efectul de ecranaremaipronunţat. Pentrufrecvenţefoartemari, se folosesccabluridubluecranate cu tresăsau cu folie. Tehnologie electronică - Curs 8

18. Cablurile coaxiale se caracterizează prin impedanţa caracteristică Z0şi constanta de atenuare α, dată de obicei în unităţi logaritmice (dB/m, dB/10m, dB/100m dB/km). Uneori se specifică şi parametrii liniei C0(pF/m) şi L0(nH/m), constanta de propagare (întârziere) γ (ns/m, μs/km). • Există o mare varietate de cabluri coaxiale, cu Z0 = 50 ... 100Ω (rar mai mici, foarte rar mai mari). Cablurile pentru JF au tresa mai rară şi C0 = 100 ... 300pF/m iar cele pentru RF au tresa cu ochiuri mici şi C0 = 50 ... 100pF/m. Uneori, pentru JF se realizează cabluri coaxiale duble sau triple: două – trei cabluri coaxiale în acelaşi înveliş de plastic protector sau, rar, două – trei caburi în acelaşi ecran. • Pentruaplicaţiispeciale se realizeazăcabluri cu secţiunedreptrunghiulară, cu raportullatura mare/laturamică = 2 ... 10; acestea au L0micăşiînconsecinţăZ0mică (4...20Ω) Tehnologie electronică - Curs 8

19. Tehnologii de cablare cu fire • In celmaivechiprocedeu de cablare, componentele se fixaupe un suport (şasiu), izolantsaumetalic, cu cleme, şuruburi, piuliţe etc. Legăturileîntreterminale se executau cu fire izolatesau nu. Unelecomponente se montau direct întreterminaleleunorpiese. Datoritădezavantajelor evident, acestprocedeu nu maiestefolositînproducţiaindustrială. Tehnologie electronică - Curs 8

20. Un progres s-a înregistratprinfolosireaplăcilorşiregletelor din materialeizolante (textolit, pertinax, ceramică) pe care se monteazăprinîncastraresaucapsare, capse, cosesauclememetalicefolositepentrucontacteelectrice. Piesele se monteazăprinlipireaterminalelorpecontacteiarconexiunile se realizează direct întreterminalesau cu fire. • Montajeleastfelrealizate, suntordonate, au răcireabună, bunărezistenţămecanicăşifiabilitate. Din aceste motive, procedeulesteşiazifolositîncircuite care lucrează la tensiunimarişi/saunecesitărăcirebună. Tehnologie electronică - Curs 8

21. Regleteizolante cu cose, capseşicleme de contact şi un montajpereglete cu cleme Tehnologie electronică - Curs 8

22. Un procedeu de cablare cu fire inventatprin 1965 şidestul de utilizatînprezent, estecelnumitwire-wrap (wrapping). In acestprocedeu se folosescpinipentru wrapping încastraţiînsuportizolant, pe care se înfăşoarăstrânsconductorul de conexiune. Piniisunt din metal elastic (bronzfosforos, alamă, oţel, ...) acoperiţi cu aur, argintsaustaniu, cu secţiunepătrată (de regulă) sautriunghiulară cu muchiităioase. Conductorul care se înfăşoarăpepinieste din cuprutras la rece (pentruelasticitate) argintatsaustanat (maipuţinrecomandabil). Izolaţiaeste din teflon, Kynar, PVC sau Nylon, cu grosimemică (0,15 – 0,3mm). Conductorulesteînfăşuratfoartestrânspe pin, cu o sculăspecială. Ca urmare, muchiilecresteazăpuţinconductoruliarpinulestepuţintorsadat. Ca urmare, aparforţeelestice care asigură un contact foarte bun şifiabil (multmaifiabildecâtcontactulprinlipire). Pentru a nu se rupecuprul la vibraţii, se executăşi 0,5 ... 1,5 ture cu conductor izolat. Pe un pin se pot conectamaimulte fire, înfuncţie de lungimeaacestuiaşigrosimeafirului. Procedeul wire-wrap Tehnologie electronică - Curs 8

23. Procedeul de cablare wire-wrap Tehnologie electronică - Curs 8

24. Pinii au latura de 0,5 ... 1mm, lungimea 15 ... 25mm şisuntplasaţiînochiurileineireţele cu pasul 2,54 ... 5,08mm (0,1 ... 0,2inches) – o densitatefoartebună de contactepe cm2. • Infăşurarea se execută cu sculespeciale, manuale, electricesaupneumatice. Testele au arătatcă o înfăşurarepoatefidesfăcutăşirefăcută de circa 50 de ori. • Procedeul wire-wrap se foloseştepentruinterconectareasubansamblelor, cândsuntnecesaremulteconexiuniîntrepuncteîndepărtatespaţial, cândconductoareleurmeazătrasee complicate; un exemplueste la interconectarearegistrelor din centraleletelefonice. • Avantajeleprocedeuluisunt: asigură o mare densitate de contactepeunitatea de suprafaţă, permiteautomatizareaexecuţiei, asigurăcontactebuneşifoartefiabileiardepanareaesteuşoară. • Dintredezavantaje, maiimportantesunt: necesităpinişiconductoareanume fabricate, impuneatenţie din partealucrătorilorcândpiniisuntfoarteapropiaţi (apareoboseala, suntposibileerori). Procedeulesteaplicabilînjoasăfrecvenţăşiînsistemedigitale cu vitezămicăşimedie. Tehnologie electronică - Curs 8

25. Alteprocedee de interconectare cu fire frecventutilizateînelectronicăsunt: • cu contact cu şurub; • cu elemente de contact (papuci, cose, cleme) fixate (sertizate, lipite) pe conductor. Contactele cu şurub se pot face prinînfăşurareafiruluiînjurulşurubuluisauprinintroducereafiruluiîngaura din piesa de contact. In primulcazesteobligatoriefolosirea a celpuţin o şaibă; înambelecazuri se recomandăşişaibeantideşurubare (grower). De asemenea, se recomandăimobilizareafirului cu bride saucleme, montatepeporţiuneaizolată. Altetehnici de interconectare cu fire Tehnologie electronică - Curs 8

26. Contactele cu elemente de contact fixate pe conductor folosescpapuci, cose, cleme, cu variateformeşidimensiuni. Fixareaconductorului se face de obiceiprinstrivire cu cleştispeciali, fărălipire (de obicei) sauprinstrivireşilipire, rareorinumaiprinlipire. Este obligatorieimobilizareamecanicăpeporţiuneaizolată a conductorului, strivindparţializolaţia. Tehnologie electronică - Curs 8