Návrh a konstrukce elektronických přístrojů - UMEL - Vysoké učení ...

Prof. Ing. Vladislav Musil, CSc.
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů
Vysoké učení technické v Brně 2011

Tento učební text byl vypracován v rámci projektu Evropského sociálního fondu č. CZ.1.07/2.2.00/07.0391
s názvem Inovace a modernizace bakalářského studijního oboru Mikroelektronika a technologie
a magisterského studijního oboru Mikroelektronika (METMEL). Projekty Evropského sociálního fondu jsou
financovány Evropskou unií a státním rozpočtem České republiky.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 1
Obsah
1 ZAŘAZENÍ PŘEDMĚTU VE STUDIJNÍM PROGRAMU ........................................4
1.1 ÚVOD DO PŘEDMĚTU ...................................................................................................4
1.2 VSTUPNÍ TEST..............................................................................................................4
2 NÁVRH A KONSTRUKCE ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ A JEJICH
ZAVÁDĚNÍ DO VÝROBY .....................................................................................................6
2.1 DOKUMENTACE ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ ............................................................14
2.2 EKONOMICKÝ VÝZNAM ELEKTRONICKÉHO PRŮMYSLU..............................................17
2.3 VÝROBA PROGRAMOVÉHO VYBAVENÍ (SOFTWARE)...................................................19
3 METODIKA NÁVRHU ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ. SYSTÉMOVÉ
INŽENÝRSTVÍ. .....................................................................................................................20
3.1 INOVAČNÍ PROCESY V ELEKTRONICE .........................................................................25
3.2 CONCURRENT ENGINEERING .....................................................................................29
4 ŘÍZENÍ JAKOSTI .........................................................................................................30
4.1 JAKOST V ELEKTRONICE ............................................................................................30
4.2 POJEM STANDARDIZACE ............................................................................................30
4.3 TECHNICKÁ NORMALIZACE........................................................................................31
4.4 METROLOGIE.............................................................................................................32
4.5 ZKUŠEBNICTVÍ...........................................................................................................33
4.6 STANDARDIZAČNÍ ČINNOSTI V PODNIKU ....................................................................34
4.7 KOMPLEXNÍ SYSTÉMY ŘÍZENÍ JAKOSTI.......................................................................35
4.8 STANDARDIZACE V MEZINÁRODNÍM MĚŘÍTKU...........................................................36
5 DUŠEVNÍ VLASTNICTVÍ A JEHO OCHRANA......................................................38
5.1 VÝVOJ OCHRANY DUŠEVNÍHO VLASTNICTVÍ - PATENTOVÉ PRÁVO.............................38
5.2 VYNÁLEZY, PRŮMYSLOVÉ VZORY A ZLEPŠOVACÍ NÁVRHY VE ZNĚNÍ ZÁKONA Č.
527/1990 SB..........................................................................................................................39
5.2.1 Vynálezy............................................................................................................39
5.2.2 Průmyslové vzory..............................................................................................42
5.2.3 Zlepšovací návrhy.............................................................................................43
5.3 UŽITNÝ VZOR ............................................................................................................44
5.4 PRÁVA NA OZNAČOVÁNÍ............................................................................................45
5.4.1 Ochranné známky .............................................................................................45
5.4.2 Označení původu ..............................................................................................48
5.4.3 Obchodní jméno................................................................................................49
5.5 OCHRANA TOPOGRAFIE POLOVODIČOVÝCH VÝROBKŮ...............................................49
5.6 AUTORSKÉ PRÁVO .....................................................................................................50
6 ELEKTROMAGNETICKÁ KOMPATIBILITA .......................................................53
6.1 ELEKTROSTATICKÉ VÝBOJE ......................................................................................71
7 ELEKTRICKÁ KONSTRUKCE..................................................................................76
7.1 SOUČÁSTKY A JEJICH VLASTNOSTI.............................................................................76
7.2 KONSTRUKCE SIGNÁLOVÝCH SPOJŮ ..........................................................................77
7.2.1 Konstrukce spojů ..............................................................................................77
7.2.2 Klasifikace spojů v digitálních systémech ........................................................81
7.2.3 Vedení ...............................................................................................................82

2 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7.3 ROZVOD NAPÁJENÍ.................................................................................................... 87
7.4 OCHRANA PROTI PRONIKÁNÍ NEŽÁDOUCÍCH SIGNÁLŮ (PARAZITNÍ JEVY A JEJICH
POTLAČENÍ)........................................................................................................................... 92
7.4.1 Jevy vyvolané nenulovým odporem spojů ........................................................ 93
7.4.2 Termoelektrická napětí .................................................................................... 98
7.4.3 Reaktance vodičů ............................................................................................. 98
7.4.4 Parazitní kapacitní vazba................................................................................. 99
7.4.5 Parazitní induktivní vazba ............................................................................. 101
7.4.6 Filtrace napětí ve vodičích............................................................................. 107
7.4.7 6.4.7 Souosé tlumivky.................................................................................... 111
7.5 PŘENOS IMPULSŮ VEDENÍM..................................................................................... 113
7.5.1 6.5.1 Metoda Bergeronova diagramu........................................................... 115
7.5.2 Metoda Bergeronova diagramu pro nelineárně zakončené vedení ............... 118
7.5.3 Zakončovací (přizpůsobovací) články pro vedení.......................................... 123
7.6 RUŠENÍ V DIGITÁLNÍCH SYSTÉMECH........................................................................ 130
7.6.1 Přeslechy u jednoduchých spojů.................................................................... 130
7.6.2 Přeslechy u vázaných vedení.......................................................................... 134
8 MECHANICKÁ KONSTRUKCE ............................................................................. 141
8.1 PŘÍSTROJOVÁ SKŘÍŇ................................................................................................ 142
8.1.1 Hledisko mobility ........................................................................................... 142
8.1.2 Provozní hlediska........................................................................................... 143
8.1.3 Jiné specifické požadavky .............................................................................. 143
8.2 PŘÍSTROJOVÁ ZÁSTAVBA ........................................................................................ 143
8.2.1 Základní koncepce vnitřní zástavby ............................................................... 144
8.2.2 Topologie vnitřní zástavby............................................................................. 145
8.3 VOLBA, ROZMÍSTĚNÍ A GRAFICKÉ OZNAČENÍ OBSLUŽNÝCH PRVKŮ......................... 146
8.3.1 Kritérium četnosti manipulace....................................................................... 149
8.3.2 Kritérium významu......................................................................................... 149
8.3.3 Kritérium kolize ............................................................................................. 151
8.3.4 Kritérium subjektivního vjemu....................................................................... 152
8.4 KLIMATICKÁ A MECHANICKÁ ODOLNOST................................................................ 153
8.5 CHLAZENÍ POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK A KONSTRUKČNÍCH CELKŮ ................... 154
8.5.1 Základní způsoby přenosu tepla..................................................................... 155
8.5.2 Konstrukční uspořádání chlazení................................................................... 160
8.5.3 Chlazení polovodičových součástek............................................................... 174
8.6 KONSTRUKCE A TECHNOLOGIE DESEK PLOŠNÝCH SPOJŮ......................................... 197
8.6.1 Typy plošných spojů....................................................................................... 197
8.6.2 Drátové plošné spoje...................................................................................... 215
8.6.3 Vlastnosti desek plošných spojů..................................................................... 217
8.6.4 Konečné povrchové úpravy............................................................................ 223
8.6.5 Osazování desek plošných spojů součástkami ............................................... 224
8.6.6 Konektory pro plošné spoje............................................................................ 228
8.7 NÁVRH DESEK PLOŠNÝCH SPOJŮ ............................................................................. 230
8.7.1 Jednodušší metoda ručního návrhu ............................................................... 235
8.7.2 Složitější metoda ručního návrhu................................................................... 237
8.7.3 Podrobnosti k návrhu vodivého obrazce........................................................ 240
8.7.4 Návrh DPS počítačem.................................................................................... 251
8.7.5 Postup pří návrhu DPS počítačem................................................................. 256
8.8 PÁJENÍ V ELEKTRONICE........................................................................................... 258

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 3
8.8.1 Měkké pájky ....................................................................................................264
8.8.2 Tavidla............................................................................................................267
8.8.3 Postup pájení ..................................................................................................271
8.8.4 Technologické operace a zařízení pro hromadné pájení ...............................281
8.9 TECHNOLOGIE POVRCHOVÉ MONTÁŽE.....................................................................287
8.9.1 Zvláštnosti návrhu DPS pro techniku povrchové montáže.............................295
8.10 STÍNĚNÍ ...................................................................................................................302
8.10.1 Elektromagnetické stínění ..............................................................................305
8.10.2 Magnetostatické stínění ..................................................................................314
8.10.3 Vícenásobné stínění ........................................................................................318
8.10.4 Stínění nízkofrekvenčních a napájecích transformátorů ................................322
8.10.5 Stínění cívek a vysokofrekvenčních obvodů....................................................323
8.10.6 Elektrické stínění ............................................................................................326
8.10.7 Stínění síťových transformátorů .....................................................................330
8.10.8 Současné stínění magnetického a elektrického pole.......................................331
8.10.9 Stínění vodičů .................................................................................................333
8.10.10 Stínění vodičů proti vlivu magnetických polí..............................................337
9 SPOLEHLIVOST ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ............................................340
9.1 ZÁKLADNÍ POJMY ....................................................................................................342
9.2 ROZBOR KŘIVKY INTENZITY PORUCH.......................................................................344
10 TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA A OŽIVOVÁNÍ ELEKTRONICKÝCH
ZAŘÍZENÍ ............................................................................................................................345
10.1 ZÁKLADNÍ ÚLOHY TECHNICKÉ DIAGNOSTIKY ..........................................................345
10.2 DIAGNOSTIKA ELEKTRONICKÝCH SOUČÁSTEK A ZAŘÍZENÍ ......................................346
10.2.1 Testování a třídění integrovaných obvodů .....................................................347
10.2.2 Testování propojovací sítě..............................................................................354
10.2.3 Testování osazených desek .............................................................................357
10.2.4 Diagnostika při uvádění do provozu, servis ...................................................361
11 BEZPEČNOSTNÍ POŽADAVKY NA ELEKTRONICKÁ ZAŘÍZENÍ ............363
11.1 LEGISLATIVA A UŽITÍ VÝROBKŮ ..............................................................................363
12 PŘÍLOHA: KONTROLA KONSTRUKČNÍHO ..................................................366
NÁVRHU...............................................................................................................................366
13 LITERATURA .........................................................................................................371
13.1 VÝSLEDKY TESTŮ....................................................................................................378
13.1.1 Vstupní test .....................................................................................................378

4 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
1
Zařazení předmětu ve studijním programu
Tento text je určen především jako studijní materiál pro výuku předmětu „Návrh a
konstrukce elektronických přístrojů (BNKP)“ v 3. ročníku studia tříletého bakalářského
studijního programu ELEKTROTECHNIKA, ELEKTRONIKA, KOMUNIKAČNÍ A ŘÍDÍCÍ
TECHNIKA oboru MIKROELEKTRONIKA A TECHNOLOGIE. Volně navazuje na
předměty předchozích ročníků „Elektrotechnika1-2“, „Analogové elektronické obvody“ a
„Mikroelektronika a technologie součástek“ se zaměřením na integrované obvody. Výhodou
lze využít případných předchozích znalostí z volitelného předmětu „Diagnostika a testování
elektronických systémů“.
1.1
Úvod do předmětu
Náplní předmětu je seznámení jednak s historií a rozdělením integrovaných obvodů, ale
především s aspekty návrhu a nároky kladenými na analogové integrované obvody (AIO).
Používané technologie (bipolární, CMOS a BiCMOS) -jejich vlastnosti a srovnání.
Seznámení s modelováním integrovaných obvodů a s modely jednotlivých prvků (obvodové
modely bipolárních a unipolárních tranzistorů, rezistory). Návrh a simulace základních bloků
AIO (proudové zrcadla a referenční obvody, zesilovače, děliče napětí, spínače ). Postupy a
pravidla pro návrh topologií (masek) AIO.
Seznámení s pokročilejšími technikami kompenzací analogových obvodů na čipech.
Cvičení na počítačích zaměřená na simulaci a návrh funkčních bloků I0. K této části výuky
doporučujeme skriptum Laboratorní cvičení z předmětu, kde naleznete manuály k ovládání
používaných výukových programů „OrCAD Pspice“ pro simulaci obvodů a „Microwind“
určený k návrhu topologie obvodu (layoutu).
1.2
Vstupní test
Jako základ pro snadné zvládnutí učiva tohoto skripta se předpokládá jistá znalost ze
studia předchozích elektrotechnických předmětů. Nezbytná je znalost základních
elektrotechnických zákonů a pouček, schopnost matematického řešení jednoduchých
elektrických a elektronických obvodů a alespoň základní znalost vlastností a chování
primitivních elektronických prvků a součástek. Pro velmi stručnou autoevaluaci vašich
znalostí lze využít následující krátké otázky a příklady. První část je zaměřena na základní
znalosti z obvodové techniky, druhá na znalosti elektronických součástek. Odpovědi a
případná řešení naleznete na konci tohoto skripta.
1. Nakreslete základní strukturu bipolárního tranzistoru a vysvětlete podstatu
tranzistorového jevu.
2. Uveďte složky proudu v bipolárním tranzistoru typu NPN.
3. Do čtyř kvadrantů souřadného systému zakreslete základní charakteristiky
bipolárního tranzistoru.
4. Uveďte používané pracovní režimy tranzistoru.
5. Uveďte tři základní zapojení bipolárního tranzistoru a jejich vlastnosti.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 5
6. Jak jsou vyjádřeny zesilovací schopnosti tranzistoru ?
7. Nakreslete Ebersův-Mollův model tranzistoru a uveďte význam jeho
jednotlivých prvků.
8. Co je to bezpečná pracovní oblast tranzistoru – jak ji lze vyjádřit ve výstupních
charakteristikách ?
9. Za jakých okolností dochází k průrazům tranzistorové struktury
10. Co je to Earlyho jev ?
11. Co jsou linearizované modely tranzistoru a jaký mají vztah k parametrům
dvojbranu ?
12. Jak jsou vyjádřeny mezní kmitočty bipolárního tranzistoru ?
13. Jak pracuje bipolární tranzistor ve funkci spínače ?
14. Jak se provede volba a nastavení pracovního bodu zesilovače s bipolárním
tranzistorem.

6 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
2 NÁVRH A KONSTRUKCE ELEKTRONICKÝCH
ZAŘÍZENÍ A JEJICH ZAVÁDĚNÍ DO VÝROBY
Výroba elektronických přístrojů a zařízení tvoří významnou součást průmyslové výroby, ať
již jako samostatný obor, nebo součást jiných oborů. Vyznačuje se vysokou dynamikou
vědeckotechnického rozvoje a její produkty se musí prosazovat v náročných konkurenčních
podmínkách, neboť trh elektronických přístrojů a zařízení je charakteristický svou otevřeností
v mezinárodním měřítku. K dosažení ekonomického úspěchu na trhu vzrůstá význam
technické tvůrčí práce, ale současně i požadavky na větší provázanost s takovými disciplinami
jako je obchod, marketing, ekonomika a organizace. Současný trend se projevuje tím, že
vzrůstá podíl řídících pracovníků s vysokoškolskou kvalifikací ve dvou oblastech - v
technické a v ekonomické (vč. obchodu).
Nezbytné interdisciplinární znalosti se však stávají nutností i ve výkonných inženýrskotechnických
profesích (tj. i pro výzkumné a vývojové pracovníky). Rozumět celému procesu
vzniku a zavedení nového výrobku, ekonomickým souvislostem jak v průběhu přípravy, tak
při výrobě, je účinnou cestou dosažení vysoké efektivity práce a následného ekonomického
úspěchu.
Z pohledu tvůrce "sebedokonalejší a sebezdařilejší, příp. sebekrásnější" řešení postrádá smysl,
nelze-li jej ekonomicky zavést do výroby, či vyrábět, nesplňuje-li konkrétní potřeby uživatele,
není-li se schopno prosadit parametry, spolehlivostí, designem a cenou v konkurenci jiných
výrobků.
Celý proces vzniku elektronického přístroje zahrnuje řadu činností od vzniku námětu, záměru
až po rozběh sériové výroby, jejichž cílem je až splnění ekonomických záměrů na straně
dodavatele (podnikatelského subjektu) uspokojením potřeb odběratelů (zákazníků).
Návrh řešení a zhotovení vzorku, který v zásadě splňuje očekávané funkce (často za
podmínky, že je obsluhován a udržován v provozu svým tvůrcem) je jen malou částí z
celkového objemu prací nutných k dosažení uvedeného cíle. Tento stav ještě nezajišťuje ani
neprokazuje dosažení technických a ekonomických parametrů ani ve výrobě ani v užití.
Soubor všech činností od stanovení záměru - formulace zadání až po rozběh seriové výroby
bývá označován jako technická příprava výroby (někdy také jako příprava nové výroby či
předvýrobní činnosti). Je zřejmé, že rozsah a náplň jednotlivých činností je v konkrétních
případech různá a závisí na
a) výrobku - jeho charakteru a složitosti, na situaci na trhu,
b) řešiteli/výrobci - na vnitřních podmínkách, tj. schopnostech, zkušenostech pracovníků,
technických prostředcích, organizační struktuře.
Technická příprava výroby probíhá v řadě etap; za základní můžeme označit
1. Stanovení záměru (zadání).
2. Výzkumná etapa.
3. Vývojová etapa.
4. Technologická příprava výroby.
5. Náběh sériové výroby.
Poznámka: Termínem technická příprava výroby bývá někdy v užším smyslu označována
pouze etapa technologické přípravy výroby.
Organizace a řízení technické přípravy výroby jsou firemně specifické. Jinak budou
postupovat malí výrobci omezeného sortimentu, jinak velké společnosti pokrývající několik
výrobních oborů.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 7
Předpokládejme proto, že modelovým příkladem bude firma působící dlouhodobě v oboru
výroby elektronických přístojů a trvale zajišťující svůj technický rozvoj i přímý odbyt své
produkce.
Pro takovou firmu je typické, že má zavedenou propracovanou vnitřní organizaci, posloupnost
a náplň činností technické přípravy výroby má popsánu vnitřními akty řízení (organizačními
směrnicemi, normami apod.). Jejich význam spočívá mimo jiné v tom, že poskytují konkrétní
informace a návody pro práci odborných útvarů i jednotlivých pracovníků a zavádějí
potřebnou terminologii, neboť význam některých obecně používaných termínů není v praxi (v
různých podnicích) jednotný.
Náplň etap technické přípravy výroby
1. Zadání úkolu
Zadání úkolu soustřeďuje požadavky a náměty, popř. údaje k zakázce (1.1). Vychází se
přitom zejména z dlouhodobé strategie firmy, ze záměrů na udržení či rozšíření podílu na trhu
v daném sortimentu. Pojem strategické plánování je u zavedených výrobců jedním z
klíčových a pohybuje se v horizontu jednotek až desítek let. Od strategického plánování se
odvíjí investiční politika, tj. zejména obnova a rozšiřování technologií (instalovaných
zařízení, strojů, výstavba). Vyžaduje to hluboké znalosti vývoje techniky, trhu, pracuje se s
dlouhodobými prognózami. Záměry a rozhodnutí vycházející ze strategického plánování jsou
často orientovány na vlastní nebo externí základní výzkum. Vedoucí firmy oboru se vyznačují
tím, že realizace záměrů dlouhodobé strategie tvoří rozhodující náplň jejich technického
rozvoje.
Postup středních a menších firem je jiný, je založený na vysoké inovační pohotovosti. Firmy
organizují svůj technický rozvoj na znalosti okamžitých nebo časově blízkých potřeb trhu a
soustřeďují se na velmi rychlý průběh technické přípravy výroby, na rychlé uspokojení
poptávky.
Firemní koncepci ovlivňuje podstatně charakter výrobků z pohledu užití. Typické je rozdělení
na výrobky určené pro konečnou spotřebu a na výrobky pro další zpracování.
Konkretizace požadovaných vlastností, parametrů a ceny do zadání úkolu se provádí na
úrovni hospodářského vedení (managementu) firmy. Základními podklady pro rozhodování
jsou studie, zprávy a informace pracovníků marketinku, obchodu, výzkumu a vývoje,
technologie (1.1).
Obsahové a časové členění úkolu (1.2) je připraveno pro písemný akt řízení (zadávací
protokol), který obsahuje tyto údaje:
- kdo bude úkol řešit (hlavní řešitelé, spoluřešitelé), tj. které útvary budou řešit včetně jmen
odpovědných pracovníků,
- cílové požadavky (parametry, vlastnosti nového výrobku),
- náplň a termíny jednotlivých etap řešení,
- přidělené prostředky k řešení úkolu,
- rozčlenění nákladů.
Současně se vypracovává technicko-ekonomický rozbor (1.3), který rozvádí stručné
informace obsažené v zadávacím protokolu, a který slouží jako podklad k rozhodnutí (1.4) o
zařazení úkolu technického rozvoje (výzkumného, vývojového) do plánu (1.5). Rozhodnutí
patří vrcholovému vedení (managementu) firmy.
Technicko-ekonomický rozbor souhrnně hodnotí marketinkovou situaci a popisuje po
technické i ekonomické stránce podnikatelský záměr zamýšlený vstupem výrobku na trh.
Obsahuje

8 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- popis výrobku (jeho účel, funkci, použití),
- základní parametry a jejich srovnání s konkurencí,
- všeobecné a specifické požadavky (oblast bezpečnosti, spolehlivost, soulad s normami a
předpisy),
- rozvahy o technicko-ekonomické životnosti (době, po kterou se udrží výrobek na trhu),
předpokládané množství prodaných (vyrobených) výrobků v této době,
- odhad nákladů na vývoj výrobku, na nářadí a měřící vybavení, na speciální technologie,
hardwarové (HW) a softwarové (SW) prostředky,
- předpokládané náklady na technickou přípravu (zavedení) výroby, výrobní náklady ve
vztahu k ceně, cenový limit, vyčíslení přínosů, zisku, ...
- návrh časového harmonogramu základních etap, případné upřesnění jejich nestandardního
průběhu,
- navrhovaný počet vzorků, prototypů, rozsahů zkoušek, rozsah konstrukční a technologické
dokumentace.
Poznámka: Průběh řešení zpravidla nesleduje celý vývojový diagram (obr. 1).
- v etapě zadání se již přihlíží k náplni úkolu, např. při dílčí inovaci spočívající jen v návrhu
nového designu (vnějšího provedení) bez podstatného dotčení původního obvodového řešení,
nebude jistě zařazována výzkumná etapa, ani všechny vývojové etapy,
- v průběhu řešení může pod vlivem získaných poznatků nebo změn na trhu docházet v
časovém rozvrhu ke skluzům i záměrnému urychlování, může docházet ke změnám v čerpání
nákladů. Průběh řešení je proto trvale sledován a vyhodnocován a v dílčích etapách
rozhodováno o jeho dalším průběhu.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 9
Obr.1.1 Náplň a návaznosti jednotlivých etap technické přípravy výroby

10 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
2. Výzkumná etapa
Výzkumná etapa se zařazuje tehdy, nejsou-li známy některé principy nebo nejsou-li ověřeny
do té míry, aby je bylo možno přímo použít při konkrétním řešení výrobku. Výzkumná etapa
je charakteristická pro výrobky, které představují vysoký stupeň inovace oproti svým
předchůdcům, nebo zavádění nové techniky.
V průběhu řešení je nutné se seznámit s nejnovějším stavem techniky formou studia odborné
literatury, patentových spisů a rešerší (2.1). Dále se provádí potřebné výpočty a návrh
klíčových obvodů příp. i s nezbytným SW a jejich experimentální ověření (2.2). Získané
poznatky a výsledky prací se shrnují ve výzkumné zprávě (2.3). O splnění cílů výzkumné
eta py a dalším postupu (pokračování podle vývojového diagramu nebo "opakování"
výzkumné etapy) rozhodne technické vedení firmy při oponentním jednání (2.4).
3. Vývojová etapa
3.1. Studium a funkční ověření. Tato etapa se nezařazuje, pokud se jedná o řešení poměrně
propracovaných problémů, popř. když byly propracovány natolik v etapě výzkumu, že
rozhodnutím v bodu 2.4 byla vynechána.
V průběhu studia (3.1.1.) řešitel vytváří vlastní koncepci řešení, stanovuje dílčí části řešení,
vymezuje technické, technologické, materiálové i výrobní podmínky pro úspěšné ověření a
přípravu nového výrobku.
Účelem etapy funkčního ověření (3.1.2.) je prokázat na navrženém a zhotoveném
funkčním vzorku reálnost dosažení zadaných parametrů. Pojem funkční vzorek je myšlen jako
takový "model", který se ještě nemusí blížit vzhledově konečnému výrobku, ale ověřuje jeho
perspektivní funkčnost po stránce především vybraných technických parametrů a vlastností
(zejm. základních obvodových a SW řešení).
Ověření (kontrolu) splnění zadaných technických parametrů provede typová zkušebna.
Uvedený postup nezávislé kontroly je příznačný pro zavedené systémy řízení jakosti.
Zkušebnou vystavený protokol o typové zkoušce I (3.1.3) je podkladem pro rozhodnutí o
pokračování vývojových prací, příp. opakování etapy (3.1.4).
3.2. Vývojový vzorek. V etapě vývojového vzorku je cílem dopracovat řešení i po
konstrukční a SW stránce do takového stavu, aby jej bylo možno ověřit i po stránce
technologičnosti provedení. Při řešení úzce spolupracuje s vývojovým pracovníkem
konstruktér.
Poznámka: Zejména ve strojírenských podnicích se někdy neužívá označení funkce
výzkumně-vývojového pracovníka pro tvůrce elektrického (obvodového) návrhu, ale označuje
se jako elektrokonstruktér, popř. jen konstruktér. V rámci tohoto textu je pod pojmem
konstruktér myšlen pracovník, který navrhuje mechanickou konstrukci přístroje, vypracovává
konstrukční podklady; výzkumně-vývojovými pracovníky jsou označováni tvůrci
obvodového řešení a programového vybavení.
Podle pokynů a podkladů vývojového pracovníka a konstruktéra je zhotoven vývojový
vzorek (3.2.1), pomocí něhož je již v dílně vzorkovny ověřováno jeho obvodové a
konstrukční řešení, jsou stanoveny nároky na potřebné technologie a měřící zařízení a
předběžně se odhaduje potřebný čas ke zhotovení výrobku. V této fázi již musí být k dispozici
SW nutný pro zajištění vlastní funkce výrobku (specifické "firmware"). Dopracování a
optimalizace uživatelského SW, které již nevede k úpravám obvodového (HW) řešení může
probíhat souběžně s výrobou prototypů (3.4).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 11
Na vývojovém vzorku provádí typová zkušebna typovou zkoušku II (3.2.2). Typová zkouška
II je poměrně obsáhlým ověřením vlastností vzorku i správnosti dokumentace. Ze zkoušky
obvykle vyvstává řada připomínek, které musí vývojový pracovník a konstruktér vyřešit
(3.2.4). Následuje rozhodnutí o ukončení etapy (3.2.5).
3.3. Zhotovení výrobní dokumentace pro prototypy. V této etapě se již zpracovává výrobní
dokumentace se všemi náležitostmi tak, aby podle ní mohly být vyráběny prototypy - tj.
vzorky výrobků, které provedením i parametry plně odpovídají budoucím výrobkům.
Výkresová dokumentace prochází kontrolou, zda je v souladu s normami a předpisy, zda jsou
správně voleny materiály a díly s přihlédnutím ke standardizaci a typizaci. Stanovuje se
technologie zhotovení prototypů, vypracovávají se návrhy uživatelské dokumentace.
3.4. Zhotovení prototypů. Je-li to účelné, vypracovávají se některé technologie výroby tak,
aby byly použitelné již i pro realizaci prototypů (3.4.1).
Poznámka: Výsledkem technologické přípravy výroby je určení výchozí podoby a
množství materiálu, vypracování technologických postupů (pro zhotovení, montáž, nastavení,
kontrolu), stanovují se časové normy na jednotlivé operace. Zadává se příp. výroba
speciálního nářadí, měřícího zařízení apod.
Podle požadavku zadání se vyrobí stanovený počet prototypů (3.4.2). Všechny poznatky a
připomínky z průběhu výroby prototypů se evidují. Připravují se všechny materiály, které
budou kontrolovány spolu s prototypem (prototypy) v průběhu typové zkoušky III (3.4.3).
Typová zkouška III prověřuje dosažení zadaných parametrů a vlastností včetně funkcí
interního a externího řízení, uživatelského SW, úplnost a správnost výrobní a uživatelské
dokumentace (návody, ...). Při kladném výsledku typové zkoušky jsou připomínky z jejího
průběhu spolu s připomínkami z výroby prototypů promítnuty do dokumentace (3.5), která se
tím stává konstrukční dokumentací pro výrobu (výrobní dokumentace v užším slova smyslu).
Jde o takový soubor podkladů, z nichž je možno přizpůsobením se instalovaným technologiím
začít vyvinutý výrobek vyrábět a dodávat na trh. Tím také končí etapa vývoje a nastává etapa
osvojení výroby.
4. Osvojení výroby
je procesem, jehož cílem je co nejekonomičtěji připravit výrobu a vyrábět produkt
předchozího vývoje.
4.1. Technologická příprava výroby (TgPV)
Podklady pro TgPV se skládají z
- technických podkladů - schémat, SW, konstrukčních výkresů a rozpisek (kusovníků), popisu
funkce, metody elektrického nastavení a kontrol (testování); prototypu(ů) vč. připomínek a
poznatků z jeho výroby,
- ekonomických a organizačních údajů - nákladového limitu konečného výrobku,
předpokládané sériovosti, stanovených termínů a nákladů pro etapu TgPv.
Správné stanovení podkladů v etapě TgPV působí výrazně na ekonomiku produkce (v
ovlivnění výše nákladů je TgPV hned za vlastním vyvojově-konstrukčním řešením výrobku).
Musí být proto voleny nejvhodnější výrobní postupy, optimální volba výrobního zařízení,
organizace práce a pracovišť, stanovení norem spotřeby materiálu a času.
4.1.1. Předběžná materiálová norma je souborem všech komponentů, které je nutno pořídit
(zakoupit) a které při výrobě vstupují do daného výrobku. Sestavuje se z konstrukční
dokumentace a je podkladem pro zajištění dodávek u dodavatelů a pro stanovení tzv.
materiálových nákladů výrobku.

12 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
4.1.2. Technologické postupy vycházejí z technologických postupů zhotovení jednotlivých
dílů až po technologické postupy kompletace celého výrobku vč. operací nastavení a
testování. Např. na úrovni dílu se stanovuje výchozí rozměr materiálu, pořadí výrobních
operací, použité nářadí, stroje, zařízení, pracoviště. Podobně se stanovují postupy montáží,
nastavení, kontrol. Podle potřeby zadává technolog úpravy či pořízení potřebných
technických zařízení a programového vybavení pro technologické a řídící procesy.
4.1.3. Normy času stanovují nutnou míru pracovního času k vykonání určité operace (dle
technologického postupu). Jejich objektivní stanovení provádí technologové-normovači, a to
technickým propočtem z údajů v technologickém postupu, využitím normativů nebo měřením
(tzv. snímkem pracovního času).
Poznámka Vypracované technologické postupy s normami času jsou základním podkladem
pro plánování výroby - kapacitní a ekonomické propočty, harmonogramy výroby, atd.
4.1.4. Konstrukce a výroba účelového nářadí (prostředků) patří mezi nákladově náročné
položky, proto se s požadavky technologa na konstrukci a výrobu nářadí prověřuje možnost
využití modifikovaného standardniho nářadí, typizovaných prvků, apod. Jeho výroba, úprava,
či nákup se uskutečňuje v termínech dle harmonogramu technologické přípravy výroby tak,
aby jeho konečné ověření proběhlo při výrobě ověřovací série.
4.1.5. Konstrukce a výroba měřících (testovacích, zkušebních) zařízení je "elektrickým"
ekvivalentem konstrukce a výroby nářadí pro zhotovení mechanických částí výrobku (tj. pro
výrobu elektrických bloků, sestav a finálního výrobku). Technolog určuje technologický
postup elektrického nastavení, kontrolní a testovací operace a určuje potřebná zařízení. Podle
ekonomických kriterií volí stávající nebo nákup nové měřící techniky, či zadává konstrukci a
zhotovení účelových přípravků a zařízení.
4.1.6. Příprava SW. Příprava programových prostředků technologického procesu závisí na
technologickém vybavení a vnitřní organizaci firmy. Zajišťuje se pořízení či úprava SW pro
jednotlivé programově řízené technické prostředky, příp. pro ucelené výrobní linky až po
přípravu dat pro úplné výrobní systémy.
Poznámka: Úplné výrobní systémy bývají organickou součástí systému technickoekonomického
řízení celé firmy. Jednotlivé relativně procesně autonomní subsystémy jsou
pak propojovány pomocí on-line datových sítí.
Např. subsystém materiálového hospodaření může automatizovaně zabezpečovat po zavedení
souboru výrobních podkladů výrobku a příkazu k jeho výrobě
- vystavení objednávek pro dodavatele vč. optimalizace rozložení dodávek
- evidenci dodávek, vč. propojení na subsystém ekonomiky (ceny, platby)
- evidenci pohybu materiálu a dispozice k jeho přesunu na výrobní pracoviště v potřebném
složení, množství a čase
Např. subsystém řízení výroby zajišťuje
- optimalizaci výrobního plánu (termíny, průchodnost, náklady)
- vlastní řízení výrobního procesu - dispozice k průchodu přes jednotlivé technologické
operace, evidence, provázanost se subsystémem ekonomiky (výrobní náklady, mzdy,...)
SW těchto systémů je produktem specializovaných firem. V procesu technologické přípravy
výroby hlavní náplň činností spočívá v přípravě dat předepsaným způsobem.
Po kontrolním aktu (4.1.7) je rozhodnuto o výrobě ověřovací série.
4.2 Ověřovací série (OS) má za cíl prověření konstrukční dokumentace, technologických
postupů, sledu a náplně jednotlivých operací, ověření nasazené techniky a programového
vybavení, postupů elektrického nastavení, kontrolních a testovacích operací a norem času na
výrobních pracovištích, včetně ověření předpokládaných ekonomických parametrů produkce.
V průběhu mechanické výroby (4.2.1), montáže (4.2.2) a elektrického nastavení a testování
(4.2.3) se vede evidence připomínek - optimalizují se technologické postupy, provádí se

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 13
operativní úpravy konstrukční a technologické dokumentace, nářadí, měřícího zařízení,
technických a programových prostředků. O průběhu OS se vypracuje technická zpráva
(4.2.4), provede se řádná úprava výrobní dokumentace (4.2.5) a definitivní úpravy nářadí a
měřícího zařízení (4.2.6). Podle průběhu a výsledku OS a z posouzení připravenosti pro
zahájení sériové výroby se rozhodne o uvolnění do opakované (sériové) výroby (4.2.7).
Tím byl ukončen celý proces technické přípravy výroby v širším slova smyslu. V praxi
úspěšných firem se ukazuje, že účinnou metodou rychlých inovací je vytvoření podmínek,
kdy schopný řešitelský vývojový tým neuzavírá svou činnost ukončením etapy "vývoj", ale
aktivně řídí proces přípravy výroby až po zahájení opakované výroby.
Vybrané metody a zásady výzkumně vývojových prací
a) Plánování práce. Termínová a obsahová náplň úkolu se rozplánovává až na úroveň
jednotlivých řešitelů. Formulace úkolů musí být jednoznačná, zadání písemné.
b) Studium a shromažďování informací. Základními zdroji informací jsou:
- patentové a literární rešerše,
- odborné časopisy a knižní publikace,
- konference, semináře a sborníky z nich,
- výrobní dokumentace výrobků vlastní produkce,
- obchodně technická a uživatelská dokumentace výrobků jiných výrobců,
- katalogy, aplikační návody a doporučení výrobců a dodavatelů součástek, dílů nebo
funkčních bloků,
- odborné konzultace.
Doporučuje se, aby si pracovník vedl vlastní kartotéku (lístkový systém - s uvedením tématu,
krátkého popisu, autora, pramene). Podrobnější informace nalezneme např. v knihách Jiřího
Tomana.
c) Vedení pracovní dokumentace. Propracování vlastního systému vedení pracovní
dokumentace je účinnou metodou pro dosažení potřebné efektivity práce. Pečlivé vedení
pracovních poznámek, teoretických výpočtů, výsledků experimentů, atd. formou pracovního
deníku urychluje vlastní řešení a usnadňuje vypracování konstrukční, uživatelské a servisní
dokumentace výrobku.
d) Ekonomika výrobku. Zahraniční prameny uvádějí, že podíl vývoje a konstrukce na
výrobních nákladech výrobku činí typicky 70%. Znalost cenových relací použitých prvků a
schopnost kvalifikovaného odhadu pracnosti (např. analogií se srovnatelnými výrobky) je
jedním ze základních požadavků na vývojového pracovníka, příp. konstruktéra. Typickým
trendem snižování výrobních nákladů je odstraňování podílu lidské práce - eliminací
dostavovacích operací, optimalizací obvodového řešení toleranční analýzou, automatizací
kontrolních a kalibračních prací apod.
e) Kvalita výrobku. Ovlivnění kvality výrobku ve fázi vývoje je podobné jako v d) a je dané
zejména
- výběrem a dimenzováním použitých prvků,
- volbou obvodového řešení,
- konstrukcí (technologičností) výrobku,
- metodami kontrol testování,
- použitím dynamického namáhání, resp. zahořování (stress screening).
Mezi základní postupy patří teoretické výpočty spolehlivosti (střední doby bezporuchového
chodu) výrobku, provádění typových zkoušek v jednotlivých vývojových etapách, praktické
provádění zkoušek spolehlivosti na skupině výrobků a komplexní metrologické zajištění
produkce.
Poznámka: Předmětem typové zkoušky jsou mimo jiné zkoušky mechanické (rázy,
chvění), zkoušky klimatické odolnosti, kontrola parametrů
na hranicích pracovních podmínek

14 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
(v okrajových teplotách, při mezních napájecích napětích ap.). Provádí se i interní zkoušky
bezpečnosti, odrušení, kontroly správnosti a úplnosti dokumentace.
Nejvyšším stupněm je zavedení úplného systému zajištění jakosti organizaci na úrovni
certifikace (dle ISO řady 9000) - viz kapitola Řízení jakosti.
f) Užitné vlastnosti výrobku rozhodují spolu s cenou (d) a kvalitou (e) o úspěšnosti výrobku
na trhu. Technické zadání nemůže plně postihnout všechny "prvky" úspěšnosti. Pro dosažení
co největší úrovně užitných vlastností je předpokladem především hluboká znalost potřeb
uživatele a stavu techniky - zejména znalost konkurenčních výrobků a vývojového trendu
trhu. Kromě technických parametrů sem patří zejména vzhledové provedení vč. důsledného
uplatňování zásad ergonomie - při volbě a rozložení ovládacích prvků a přípojových míst
(design přístroje).
g) Bezpečnostní požadavky musí vycházet ze splnění závazných předpisů a norem platných v
zemi uživatele. Typickým trendem je mezinárodní sjednocování normativních požadavků,
přičemž v oblasti technických vlastností mají charakter doporučení, kdežto v oblastech
bezpečnosti a ekologie jsou závazné. Jejich znalost je základním předpokladem pro úspěšné
prosazení na zahraničních trzích. Při konstrukci výrobků, zejména síťových částí, je nutno
počítat s použitím prvků, které jsou typovány u pověřených národních organizací - síťové
přívody, pojistková pouzdra a vložky, síťové spínače apod.
Úvodní kapitola měla za cíl objasnit souvislosti celého procesu vzniku nového výrobku v
rozsahu potřebných znalostí jeho tvůrců. Je zřejmé, že hluboká a komplexní znalost
problematiky nebude převážně soustředěna ve vědomostech jediného pracovníka, ale cíleně
rozdělena na členy řešitelského kolektivu. Vznik a organizace práce tvůrčího týmu -
typického představitele technického rozvoje - je neméně složitým úkolem než vlastní vývoj a
zavedení výroby nového produktu. Toto téma je již nad rámec této publikace, ale nemělo by
být opominuto.
2.1 Dokumentace elektronických zařízení
Výsledky vývojových prací musí být dokumentovány tak, aby další pracoviště mohla výrobu
připravit a aby nová zařízení mohla být vyrobena, vyzkoušena a uvedena do provozu. K
tomuto cíli slouží výrobní a uživatelská dokumentace. Tato dokumentace má části prováděcí,
definující výrobní proces, a části vysvětlující, které umožňují pochopení činnosti zařízení při
výrobě, provozu i údržbě. Dokumentace bývá značně obsáhlá (zvl. u velkých elektronických
zařízení), obsahuje tyto části:
1. Konstrukční dokumentace:
- výrobní výkresy a rozpisky sestav, podsestav a polotovarů včetně dokumentů pro výrobu
desek plošných spojů,
- výrobní dokumentace vnitřních propojovacích kabeláží, ev. zadních panelů,
- výkresy pro zhotovení vnějších připojovacích kabeláží,
- dokumentace pro balení,
- dokumentace definující kompletaci dodávky a její příslušenství.
2. Elektrická dokumentace:
- funkční, principiální a obvodová schémata,
- zkušební a různé další předpisy pro celek, díly, desky a kabeláže,
- elektrické rozpisky,
- tabulky a slovníky signálů,
- funkční a časové diagramy.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 15
3. Uživatelská a obchodně-technická dokumentace (stručně: Průvodní dokumentace):
- technický popis,
- návod k použití (návod k obsluze),
- servisní dokumentace,
- předpis pro instalaci
- katalogový list.
Vytvoření této dokumentace a její udržování ve stavu odpovídajícím měnícím se podmínkám
výrobního procesu i vzrůstající technické úrovni, představuje značný podíl objemu
vývojových prací. Některé činnosti při vytváření této dokumentace mají opakující se
charakter a jsou proto vhodné pro počítačové zpracování.
Zvláštní pozornost se musí věnovat uživatelské a obchodně-technické dokumentaci, jejichž
zpracování po obsahové stránce náleží tvůrci zařízení. Při zpracování
dokumentace musí být uplatněna zásada plné konkurenceschopnosti dokumentace v
- obsahové náplni - správná a úplná specifikace parametrů, perfektní textové (slohové)
zpracování i v cizím jazyce (prioritně angličtina a němčina),
- grafické úpravě a kvalitě tisku.
Podrobněji si nyní všimněme návodu k použití, jehož úroveň u domácích výrobců je obecně
nedostačující až špatná. Forma a obsah návodu nemohou být vždy stejné. Měly by však
záviset více na potenciálním uživateli výrobku a jeho vztahu k němu než na typu zařízení.
Složitost zařízení bude podmiňovat jen rozsah návodu. Z tohoto hlediska můžeme
dokumentaci k výrobku rozdělit do čtyř kategorií:
A. návod k obsluze spotřební elektroniky pro laického uživatele;
B. návod k obsluze laboratorní a speciální elektroniky pro odborné pracovníky neelektronické
(např. lékařská elektronika, mikropočítače);
C. návod ke speciálním využitím laboratorní a průmyslové elektroniky pro pracovníky
erudované v elektronice (např. přístrojové stavebnice);
Je třeba pouze zdůraznit, že z hlediska uživatele obvykle návod k obsluze velmi
znehodnocuje, jestliže je prolnut detailními konstrukčními popisy obvodů, mezi kterými je
nutno vlastní obsluhu zařízení složitě hledat. Technický popis je třeba uvádět samostatně.
Bez ohledu na typ (A až C) by měl každý návod obsahovat tyto složky:
1. Úvodní list (jméno nebo ochranná značka výrobce, název, typové označení a výrobní číslo
přístroje),
2. Úvodní údaje
2.1 Obsah, tj. seznam kapitol a odstavců s odkazy na strany.
2.2 Abecední rejstřík hlavních termínů a klíčových slov s odkazy na strany.
2.3 Výčet příslušenství dodaného se zařízením.
2.4 Základní technická data.
Všechny tyto informace je nejvhodnější uvádět na začátku návodu, kde se nejsnadněji při
časté potřebě vyhledávají. Jako by dnes neměla být vydána jakákoliv odborná kniha bez
věcného rejstříku, tak by měl být rejstřík i součástí každého rozsáhlejšího návodu k obsluze.
Je totiž nutno si uvědomit, že návod se obvykle systematicky studuje jen jednou, zato velmi
často je využíván pro vyhledání určité konkrétní
informace.

16 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Bod 2.4 obsahuje popis vlastností zařízení, zejména zaručované údaje o technických
vlastnostech zařízení, chybách a třídách přesnosti, vlivech vnějšího prostředí, referenčních a
pracovních podmínkách.
3. Princip a použití zařízení
3.1 Účel zařízení a rozsah jeho použití (druhy měření, rozsahy měřených hodnot, provozní
podmínky zařízení, příklady a schémata měřicích obvodů).
3.2 Teorie funkce nebo metody využití.
3.3 Principiální popis, blokové schéma.
Bod 3.2 nebude samozřejmě většinou nutný u návodů typu A, zato by neměl nikdy chybět u
dalších dvou typů. V případě, že zařízení umožňuje více funkčních režimů, ke kterým je
účelné uvádět příslušnou teorii (např. návod k měřiči impedancí), bude tento bod obsažen i v
odstavci 6.
4. Přehled ovládacích prvků a přípojných míst se stručnou charakteristikou jejich funkce
Tento přehled sice částečně supluje popisy uvedené v odstavcích 5. a 6., ale u složitějších
zařízení je nezbytný pro rychlé ovládnutí obsluhy a pro usnadnění dodatečného ověřování její
správnosti. Může být řešen formou tabulky a uspořádán nejlépe podle čísel označujících
jednotlivé prvky v obrázcích (viz dále).
5. Uvedení do chodu
5.1 Podmínky instalace, zapojení, požadavky na napájecí zdroje.
5.2 Příprava pro činnost, kontrola výchozích nastavení.
5.3 Zapnutí, principiální kontrola správnosti funkce.
6. Obsluha pro jednotlivé funkční režimy
Popisy v odstavcích 4. až 6. se musí odvolávat na obrázky zařízení (fotografie, schematické
kresby) s označenými ovládacími a přípojnými prvky, nejlépe čísly. Pokud jsou funkce
zařízení a s tím spojená obsluha značně složité, je výhodné jejich pochopení usnadnit pomocí
vývojových diagramů. Vzhledem k tomu, obrázky budou využívány vícekrát v různých
místech návodu, je možno je umístit na záložce tužšího obalu návodu tak, aby po vyklopení
byl obrázek trvale po straně všech stran textu. Sled dílčích úkonů obsluhy je účelné popisovat
v postupně číslovaných bodech, neboť se tak nejspolehlivěji zajistí jejich dodržení. (I v
návodech typu B a C: snad se ani nejkvalifikovanějšího pracovníka nedotkne, když obdrží
pokyny ve formě "proveď za prvé, za druhé, za třetí...). Pokud je funkčních režimů velmi
mnoho (např. analogový počítač), musí být u jejich popisů zajištěno logické a přehledné
rozdělení a jednotná struktura textů. Patrně nejpřehlednější je důsledně dodržovat označování
všech kapitol, odstavců a bodů desetinnými čísly.
7. Závěrečné informace
7.1 Pokyny pro bezpečnost obsluhy a provozu.
7.2 Údržba.
7.3 Přehled běžných funkčních závad zaviněných obsluhou nebo vnějšími vlivy a jejich
odstranění.
7.4 Seznam dalších možných doplňků zařízení s objednacími čísly.
7.5 Záruční podmínky (pokud se liší od běžných), adresy servisních míst.
7.6 Podmínky pro skladování.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 17
Po formální stránce je nezbytnou podmínkou návodu jeho přehlednost. Zahraniční výrobci se
často snaží jí dosahovat mezi jiným též nejrůznějšími typy tisku, včetně barevného. V tomto
srovnání těžko obstojí forma návodů s textem psaným na psacím stroji (byť elektronickém) či
zpracovaným běžným textovým procesorem a vytištěným 9ti jehličkovou tiskárnou..
Nepřehledný však může být i tištěný text, pokud nejsou využity možnosti, které tisk
poskytuje, a též vinou nemístného šetření papírem.
Nový přístroj je uživatele obvykle více či méně "černou" skříňkou. Jistě není žádoucí, aby k
jeho poznávání musel používat kybernetických metod identifikace, spočívajících např. v
hledání vztahů mezi podněty a reakcemi a vytváření hypotéz o jeho vnitřní struktuře. Bez
kvalitního návodu k obsluze však vlastně k podobnému postupu často dochází (točí se
náhodně knoflíky a zjišťuje se, co to udělá), což nepochybně nepřispívá hodnotnému využití
přístroje nebo jej dokonce ohrožuje. Na druhé straně špatná kvalita návodů spolu i další vlivy
vedly k formulaci tzv. Cahnova axiomu: "Selže-li všechno, přečti návod" (je z kategorie
Murphyho zákonů).
Úměrně platí výše uvedené i pro dokumentaci počítačových programů.
2.2 Ekonomický význam elektronického průmyslu
Aplikace elektroniky a mikroelektroniky v elektronických výrobcích v "neelektronických
oborech", působí dvojím směrem
- inovačním efektem (nové generace výrobků)
- racionalizačním efektem (změna výrobních prostředků a technologických procesů, tj. nový
způsob výroby a další tím vynucené změny)
Moderní elektronika umožňuje realizaci dosud obtížně řešitelných nebo vůbec neřešitelných
po žadavků uživatelů. Také pracnost se přesouvá od výrobců elektronických přístrojů a
zařízení k výrobcům součástek (integrovaných obvodů). Výrobci elektronických přístrojů a
zařízení se potom orientují na systémové řešení.
Racionalizační a inovační dopady nasazování IO velké integrace nepůsobí ve stejných
dimenzích jako běžné činitele hospodářského rozvoje, poněvadž v řadě případů dochází k tak
zásad nímu zvýšení užitné hodnoty výrobků, že vzniká dodatečná poptávka, která přesahuje
řádově potřebu původního výrobku, v jiných případech dochází na základě pronikavé
generační inovace k výrobě a nabídce zcela nových výrobků (jako příklad je možné uvést
digitální hodinky a kapesní kalkulátor nebo osobní počítač).
Důsledky mikroelektronických inovací pro podniky a pro trh
Průbě žným snižováním cen zařízení (relativním, někdy i absolutním) a rychlým inovačním
cyklem se urychluje proces morálního opotřebení výrobních prostředků a vytváří se značný
tlak na přezbrojení výrobních kapacit, ke kterému dochází v cyklech determinovaných ve
značné míře inovačním cyklem integrovaných obvodů.
Na jedné straně vzrůstá užitná hodnota výrobků a na druhé straně klesá jejich hodnota - to
vyvolává zvýšenou poptávku u spotřebitelů a tlak na rozšiřování výroby. Tím se na různé
výroby přenáší trend vznikající ve výrobě integrovaných obvodů a vzrůstá současně význam
mikroelektroniky
jako stimulátoru rozvoje průmyslu a celého hospodářství státu.
Důsledky mikroelektronických inovací na výrobní program podniků:
- snižuje se podíl vlastní výroby na finálním výrobku
- zvyšuje se závislost na kooperacích

18 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- v hodnotě finálního výrobku se zvyšuje podíl nehmotných dodávek (software)
- snižuje se stabilita výrobních programů
Další důsledky pro neelektrotechnické podniky: Snižuje se význam výrobní tradice. O
generační úrovni a funkci výrobku včetně jeho spolehlivosti rozhoduje elektronika a
programové vybavení (software) - tedy netradiční kooperace a netradiční profese. To
usnadňuje přístup na trh netradičním výrobcům, což vede k obohacení nabídky na trhu.
Inovace využívající výpočetní techniku, vyžadují změny celkové funkční kvality výrobku.
Nahrazení dosavadní řídicí části mikroelektronickým systémem při zachování dosavadní
užitné hodnoty je neperspektivní.
Důsledky mikroelektronických inovací pro řízení podniku
Zrychlený inovační rytmus a vyšší závislost podniku na vlivy z vnějšího prostředí vyvolávají
nutnost změn ve stylu řízení a podnikání vč. plánování výrobního programu a zabezpečování
výrobního procesu.
Řízení podniku přechází od zajišťování produkce, produktivity práce a nákladů v globálu
na vyhledávání a stanovení koncepce a odbytové strategie jednotlivých inovovaných výrobků.
Předmětem výrobkového plánování je cena, termín dodávek na trh, užitná hodnota,
spolehlivost a vnější vzhled.
V organizační struktuře podniků se vytvářejí předpoklady pro technické řízení výrobkových
projektů. Útvary, které jsou řízením projektu pověřeny, jsou vybaveny i příslušnými
kompetencemi.
U pracovníků větší význam než dlouholeté zkušenosti v oboru má tvůrčí přístup, důležitá je
schopnost týmové spolupráce. Plynule probíhá doškolování a přeškolování pracovníků na
všech úrovních.
Zcela novou problematikou je testování složitých přístrojů a zařízení. U finálních výrobců
těžiště testování leží na vstupní kontrole, protože platí, že náklady na testování a opravy
vadných dílů na úrovni: součástka - plošný spoj - zařízení = 1:10:100.
Zvláštní pozornost je nutno věnovat financování. Prodejní ceny relativně klesají. Pokud má
být udržena obvyklá míra zisku, je nutno zvyšovat objem výroby. K tomu je nutno zabezpečit
dodatečné finanční zdroje, a to buď dalšími úvěry nebo postupně dochází ke koncentraci
kapacit (převzetí finančně silnými podniky).
Obr. 3.2. Charakteristika japonských firem zabývajících se výrobou a prodejem
elektrotechnických výrobků z hlediska počtu zaměstnanců.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 19
Některé důležité pojmy:
1. Leasing. Je to úvěrový pronájem strojů, přístrojů, zařízení i budov. Ve světě je podíl
leasing na celkové hodnotě investic do strojů a zařízení kolem 20%. Výhoda: Nejsou
odpisy, ale nájemné (vyšší než odpisy), hradí se z nákladů, ne ze zisku (jako když si
vypůjčíme peníze z banky).
2. Joint venture. Je to rizikové společenství (podnikání), jako to odpovídá přibližnému
překladu "sdružené riziko". Do "podnikatelské" češtiny se překládá jako "společnost se
zahraniční účastí" nebo "smíšená společnost".
3. Logistika. Je to průřezová vědní a technická disciplína zabývající se optimalizací
materiálových, finančních a informačních toků ve složitých systémech. Logistika se
zabývá dopravou, obchodem, manipulací s materiálem, skladováním, financováním a
všemi doprovodnými informačními toky.
Původně byla rozpracována pro zásobování armády. V elektronickém průmyslu je základem
logistiky metoda JIT ("just-in-time") - způsob přísunu materiálu v přesně termínovaných
dodávkách, vytvářející materiálový tok synchronizovaný s potřebami dílčích operací a
především finální montáže. Tím se výrazně redukují výrobní zásoby. Dalším problémem
logistiky je organizace podniků, nové struktury mají delegovanou pravomoc i odpovědnost na
nižší složky.
2.3
Výroba programového vybavení (software)
Výroba (užívá se spíše termínu tvorba) programového vybavení (software) se stala v
posledních asi deseti letech průmyslovou činností a programové vybavení zbožím.
Hlav ní cíl vývoje software: vytvoření takového produktu, který by byl dobře prodejný a
přinesl zisk.
Aby software obstál na trhu, musí mít dostatečnou kvalitu a být na trhu včas. Při tvorbě
soft ware se uplatňují "průmyslové" postupy, což je předmětem oboru "softwarové
inženýrství".
Poznámka: "Výrobní" činnost je u software totožná s tím, co se u klasických výrobků nazývá
vývojem. Vlastní výroba, tj. vytváření kopií není
problémem.

20 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
3 METODIKA NÁVRHU ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ. SYSTÉMOVÉ
INŽENÝRSTVÍ.
V první kapitole jsme nastínili postup jednotlivých etap technické přípravy výroby: zadání
- výzkum - vývoj - funkční vzorek - vývojový vzorek - prototyp - ověřovací série - sériová
výroba (tj. z hlediska organizačního a časového).
V této kapitole pojednáme o postupu prací v jednotlivých etapách (především v etapě
vývoje) z hlediska věcného, tj. jako metodiku návrhu.
Chceme-li formulovat metodiku návrhu elektronických zařízení, je nejprve třeba sledovat
systémový aspekt elektronických výrobků. Již bylo uvedeno, elektronické zařízení můžeme
obvykle charakterizovat jako systém složený z řady funkčních prvků (subsystémů) spojených
definovanými vztahy. Navíc přistupují vztahy k okolí (žádoucí i nežádoucí). Proto také práce
spojená s vývojem a přípravou nového výrobku musí mít systémový charakter, tj. musí být
účelně řízena a organizačně rozdělena podle struktury a vzájemné závislosti dílčích problémů,
které je třeba řešit.
Elektronická zařízení, mezi něž patří několik tisíc druhů výrobků sloužících přenosu a
zpracování informací, k účelu měřícím a řídícím, k účelu dopravním, lékařským nebo k
účelům kulturním a zábavním, jsou vesměs zařízení relativně složitá, složená z řady
funkčních systémů a obsahující stovky až desetitisíce součástek.
Situaci ještě komplikuje hledisko prostorové: můžeme konstatovat, že v praxi se setkáváme
se třemi typy elektronických zařízení.
První typ tvoří prostorově rozlehlá zařízení (rozlehlé systémy, dálkové systémy), jejichž
podsystémy jsou navzájem geograficky vzdálené. Jde např. o telekomunikační zařízení,
zařízení pro sběr a zpracování dat, systém protivzdušné obrany státu apod.
Druhým typem jsou lokální zařízení (lokální systémy), jejichž podsystémy jsou umístěny v
rámci jednoho areálu, budovy či místnosti. Jsou to např. výpočetní centra, informační systémy
podniků, dispečerská centra, měřicí a řídicí zařízení pro experimenty v atomové fyzice apod.
Třetím typem jsou elektronická zařízení přístrojového typu, která jsou realizována jako
kompaktní celky. Jsou to např. přístroje spotřební elektroniky, měřící přístroje, osobní
počítače aj. V tomto textu se zaměřujeme právě na návrh elektronických zařízení
přístrojového typu. Je ovšem zřejmé, že zařízení zbývajících dvou typů zahrnují tyto přístroje
jako své podsystémy a při návrhu se navíc musí mnoho pozornosti věnovat systémovému
aspektu celého zařízení.
Konkrétně uveďme, že většina elektronických zařízení (přístrojového typu) obsahuje
následující systémové struktury vzájemně provázané a závislé:
- hlavní systém elektronických obvodů a funkčních dílů, zabezpečující požadovanou
funkci výrobku (výkon, citlivost, jakostní parametry přenosu, apod.)
- systém elektrických spojů, vedení, kontaktů apod, podmiňující funkci výrobku a
ovlivňující podstatně spolehlivost výrobku a výrobní náklady,
- systém mechanických nosných dílů a ochranných krytů, ovlivňující prostorové řešení
výrobku, mechanickou odolnost a výrobní náklady,
- systém zabezpečovacích a ochranných prvků, vytvářející podmínky pro nerušenou
činnost zařízení, tj. stínění, filtry, jističe, pojistky apod., ovlivňující spolehlivost provozu
a zajišťující bezpečnost obsluhy i zařízení,
- systém ovládacích a signalizačních
prvků, zabezpečující komunikaci mezi zařízením a
člověkem, který ovlivňuje podstatně spolehlivost a bezporuchovost provozu,

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 21
- systém chlazení, případně jiné tepelné funkce elektronického zařízení, který podstatně
ovlivňuje spolehlivost a
životnost zařízení.
Vidíme tedy, že elektronické
zařízení je ze systémového
pohledu paralelně strukturováno.
Obr.4.1. Elektronická zařízení
nalezneme na souši, na moři, ve
vzduchu i v kosmu
Nabízí se ještě další (tentokrát
hierarchická) strukturace zařízení:
1. Prvek (synonyma: součástka,
komponent, člen, element, struktura - např. tranzistorová struktura v IO)
2. Funkční blok. Na elektrické úrovni je to elektronický obvod -účelné spojení několika
prvků tak, aby celek plnil požadovanou funkci (angl. circuit, rus. cep). Synonyma: síť
(network), okruh (kontur).
3. Zařízení (tj. výsledný celek). Synonyma: přístroj, systém, soustava.
Z hlediska výrobního můžeme obvykle prvky a zařízení označovat jako výrobky.
V následujících odstavcích se budeme zabývat metodikou návrhu hlavní části
elektronického zařízení, tj. elektronických obvodů. To je úkolem vývojových inženýrů
(vývojářů, návrhářů, konstruktérů elektrické části). Zbývající subsytémy navrhují konstruktéři
- technologové. Je třeba poznamenat, že tímto způsobem technologové postatnou měrou
ovlivňují jakost, spolehlivost, provozní vlastnosti i výrobní náklady nového výrobku. Navíc
pak musí vytvořit systémovou koncepci potřebných výrobních procesů.
Návrh elektronického subsystému (méně přesně můžeme říci přímo návrh elektronického
zařízení - když zanedbáme další subsystémy) je také strukturován, probíhá jako
několikaúrovňový hierarchický iterační proces.
První fáze návrhu je dostatečně jasná specifikace požadavků na chování a další vlastnosti
navrhovaného zařízení. Následuje návrh na systémové úrovni (systémový návrh neboli návrh
architektury systému, kde se rozhoduje např. o tom, které z požadovaných funkcí bude
vhodnější zajišťovat analogově a které digitálně či programově, jak bude systém rozdělen na
subsystémy, jakým způsobem bude mezi subsystémy zajištěna vzájemná komunikace,
vlastnosti rozhraní (impedanční úrovně, napěťové úrovně), požadavky na elektromagnetickou
kompatibilitu apod.
Potom návrh pokračuje směrem "shora-dolů". Následuje bloková úroveň. Bloky mohou
mít charakter obvodů analogových, digitálních nebo impulsních, mohou to být i různé
převodníky apod. V případě čistě digitálních systémů (např. počítačů) se bloková úroveň
označuje jako logická.
Na obvodové neboli elektrické úrovni návrhu jsou chování a struktura jednotlivých bloků
již převedeny do podoby elektrických obvodů. Jako proměnné jsou zde uvažovány reálné
elektrické veličiny (na vyšších úrovních to bývají signály bez uvažování reálného elektrického
nositele).
Konstrukční úroveň návrhu se již týká konkrétního provedení desek plošných spojů,
kabeláží a příp. zakázkových integrovaných obvodů.
U složitých systémů systémů můžeme mezi úrovněmi systémovou a blokovou rozeznat
úroveň subsystémovou, což reprezentuje skutečnost, že systém může sestávat ze subsystémů.

22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Jednotlivé úrovně (systémová - (subsystémová) - bloková - elektrická - konstrukční) na sebe
hierarchicky navazují. Práce vývojáře spočívá v "přechodu" od systémové úrovně na úroveň
konstrukční. Tento postup není
přímočarý, ale má řadu smyček, kde se nevyhovující část
návrhu musí přepracovat (jde tedy o iterační proces, jak je uvedeno výše).
Je zřejmé, že nejvíce požadavků musí návrhář respektovat v etapě vývoje. Řešení v této
etapě tedy bude metodicky nejsložitější, poněvadž úkoly zde budou mít několik stupňů
volnosti nebo naopak budou přeurčené a bude nutno řešit rozpory mezi jednotlivými dílčími
požadavky.
V současné době jsou při návrhu používány počítačové metody. Různé typy programů (a
potřebné technické prostředky) jsou vydatnými pomocníky návrháře a osvobozují jej
především od rutinní práce. Dobře jsou zvládnuty programy pro analýzu a optimalizaci na
elektrické úrovni (např. PSpice, CIA, SIC) a na konstrukční úrovni (pro návrh desek plošných
spojů). Na blokové úrovni jsou k dispozici programy pro návrh digitálních obvodů. Další
činnosti musí vykonávat člověk; jde především o rozhodování.
Počítačové metody se označují zkratkou CAD (Computer Aided Design). Postupným
vývojem vznikla řada dílčích počítačem podporovaných disciplín. Obvykle je označujeme
zkratkami začínajícími písmeny CA (Computer Aided nebo také Computer Assisted), za
kterými následuje další písmeno (nebo písmena). Nejčastěji se vyskytují následující disciplíny
a zkratky:
CAD - původně systémy navrhování především elektronických obvodů za pomoci počítače
(Computer Aided Design),
- nyní převážně výklad užší Computer Aided Drafting (kreslení), tj. návrh na
grafické úrovni - tedy to, co lze vyjádřit ve formě výkresu
- někdy Computer Aided Dispatch (dispečink),
CAE - Computer Aided Engineering, obsahem je podpora tvůrčí inženýrské práce,
inženýrských výpočtů, analýz, ověřování platnosti návrhu; v oblasti návrhu
integrovaných obvodů jde o systémový, logický a elektrický návrh obvodu včetně
verifikace,
- existuje i širší výklad této zkratky; podpora technické práce vůbec, paralela pojmu
AIP a CIE,
CAW - Computer Aided Writing (kreslení dokumentace a výrobních podkladů),
CAM - Computer Aided Manufacturing (nebo Manufacture, výroba),
CAP - Computer Aided Production (výroba), ale též Programming (programování) nebo
Planning (plánování),
CAQ - Computer Aided Quality assurance (potvrzování jakosti),
CAR - Computer Aided Research (výzkum), ale též Retrieval (vyhledávání informací),
CAT - Computer Aided Testing (testování), ale též Training (výcvik) nebo ...Translation
(překlad).
Často nacházíme také kombinace těchto zkratek, např. CAD/CAM, nebo tvary vytvořené
ze čtyř písmen, např. CACA (Circuit Analysis), CADD (Design and Drafting), CAPP
(Process Planing, tj. plánování postupů) nebo CASC (System Design, tj. vývoj či konstrukce
systému).
Jak z předchozího vyplývá, vznik uvedených pojmů (zejména zkratek), byl včetně jejich
vnitřní náplně ve světě zcela živený a bez pokusu o systémové hierarchické členění. Vnitřní
náplň zaváděných pojmů má často různou interpretaci. Objevují se ovšem snahy o
hierarchickou systematizaci:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 23
- pojem CIE (Computer Integrated Engineering), který shrnuje základní počítačově
podporované činnosti do hierarchicky vyššího pojmu (CIE = CAE + CAD + CAT) a
- pojem CIM (Computer Integrated Manufacturing, integrovaná počítači řízená výroba)
shrnující všechny počítačově podporované systémy včetně systému automatizovaného
řízení (ASŘ) do jednoho komplexu (z věcného hlediska je to integrovaný systém řízení
výroby zahrnující celý komplex činností od návrhu a technologie výroby, technologické
přípravy a plánování výroby, vlastní výroby, zkoušení a měření výrobku až po ev. servis
u zákazníka), tj. CIM = CIE + CAM + ASŘ.
Poznamenáme ještě, že v Československu byl již asi od roku 1970 jako paralela pojmu
CAD zaveden pojem SAPR (Systémy Automatického PRojektování). Jako paralela k pojmu
CIE se užívá pojem AIP (Automatizace Inženýrských Prací).
Systémový přístup a systémové inženýrství. Potřeba systémovosti při řešení složitých
úloh je dána jejich podstatou. Kromě vlastní technické úlohy se musíme vypořádat s aspekty
ekonomickými, sociálními i ekologickými. Přitom ovšem nelze vydávat systémový přístup za
jediný správný a všechny ostatní za příliš zjednodušující. Systémový přístup musí být
uplatňován ve správných relacích k ostatním přístupům. Složité zkoumání prostého problému
komplikuje řešení; přílišné zjednodušování může ovšem způsobit řadu nesnází v dalších
etapách návrhu. Konkrétní řešení je vždy časově limitováno, volba adekvátního přístupu
závisí proto na kvalifikaci a osobnosti řešitele. Volba přístupu musí proto odpovídat jak
složitosti a chakteru problému, tak přípustné době řešení. Pokus o systematizaci jednotlivých
přístupů k řešení problémů je v tabulce č. 1. Jako klasifikační hlediska byla zvolena:
- po horizontální linii - způsob řešení, jmenovitě jeho úplnost, hloubka a postup;
- po vertikální linii - stupeň objektivizace, ukazující, zda se jedná o přístup subjektivní,
praktický či objektivní.

24 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Tab. 1.1. Systematizace různých přístupů k řešení problémů

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 25
Je třeba zdůaznit, že těžiště systémového inženýrství leží v metodologii a v koncepční
práci (především ve vývojové fázi). Existence systémového inženýrství je vlastně reakcí na
stále se prohlubující a diferencující specializaci. Proto se zabývá řešením vazeb mezi částmi,
zajištěním interdisciplinárního přístupu a týmového způsobu práce.
Systémové inženýrství chápeme jako metodologii návrhu (příp. též výstavby a provozu)
složitých a vícenásobně členěných (strukturovaných) úkolů. Přesná náplň tohoto pojmu není
ovšem ještě celosvětově ustálena, zejména nejsou dostatečně vymezeny jeho hranice vůči
dílčím disciplínám, ale zásadní náplň je jasná: jde o nauku, která má umožnit účelné a
efektivní řízení výzkumu a vývoje složitých systémů a zařízení pomocí analýzy strukturálních
vz tahů mezi prvky každého systému. Stručně lze říci, že systémové inženýrství je založené na
těchto principech:
- systémový přístup
- alternativnost řešení
- respektování časového hlediska (vč. požadavků modularity a adaptivity řešení)
- respektování okolí, vč. elektromagnetické kompatibility a humanizace systému
- ekonomická efektivnost systému.
Zabývá se též zabudováním cílů do chování složitých celků.
Systémové inženýrství tedy "řeší návrh celku na rozdíl od návrhu částí". Ve složitých
systémech bude často dominovat velký počet interakcí, ale stejně často překvapuje hromadění
individuálně významných činitelů, které má pak značný vliv na vlastnosti celku. Rozsáhlý
systém s mnoha relativně přesnými částmi se ve výsledku může ukázat jako nepřesný s
nesnadno zjistitelným zdrojem nepřesnosti. Systém z mnoha zdánlivě spolehlivých částí může
jako celek být nespolehlivý. Systém obvykle zahrnuje mnoho nezbytných zpětnovazebních
smyček. Jejich přítomnost také může vytvořit neočekávané jevy, které návrhář vůbec
nezamýšlel nebo neuvažoval.
Pojmy a metody systémového inženýrství mohou někdy působit jako samozřejmé a
vyplývající z prostého zdravého rozumu. Jejich systematizace a formalizace má však výhodu
v tom, že vytváří předpoklady pro vznik algoritmů pro jednotlivé dílčí úkoly a pro přechod k
počítačovým metodám návrhu.
V oblasti návrhu elektronických zařízení musí být nositelem systémové práce každý
pracovník, který se na řešení podílí. U rozsáhlých projektů bývá vyčleněna speciální funkce
systémových inženýrů. Např. se uvádí, že v USA byl program Apollo první nevojenský státní
program, v němž byla uznána funkce systémového inženýrství jako podstatná.
3.1 Inovační procesy v elektronice
Každý elektronický výrobek, každý jeho prvek i každý technologický proces se stane
jednou zastaralý, a bude nahrazen novým a dokonalejším. Takové nahrazovací procesy
(nazývají se inovace) probíhají v časových intervalech více-méně pravidelných a ekonomická
věda zkoumá jejich průběh a závislosti. Jde o tzv. teorii inovací, která uvádí, že
- inovace můžeme rozlišovat podle řádů, přičemž nejnižším řádem inovací jsou drobné
změny materiálů a součástí beze změny celkové sestavy výrobku, vyšší řády zavádějí
postupně hlubší a hlubší změny, nejvyšším řádem inovace je pak zavedení nové, dříve

26 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
neznámé třídy výrobků, užívající nově objevených fyzikálních jevů a plnící zcela nové
společenské potřeby (např. laserový koagulátor nebo družicový navigační systém);
- inovace se vzájemně podmiňují a stimulují, a to jak vertikálně (souvislosti mezi
inovacemi v materiálech, v součástech a systémech), tak i horizontálně (inovace v
materiálu vyvolá inovace ve výrobní technologii a ve výrobním zařízení) a mohou být
pomocí těchto vztahů předvídány a řízeny;
- primární inovace vznikají jednak aplikacemi nových objevů přírodních věd, jednak
vlivem změn ve společenských potřebách, souvisejících se změnami životního stylu
společnosti;
- inovace nižších řádů jsou v
elektronice velmi časté, s intervaly v
řádu 1 roku, zatímco inovace
zásadnější mají interval u většiny
zařízení 5 až 8 let;
- interval zásadnějších inovací určuje
tzv. dobu životnosti výrobku.
Obr.4.2 Životní cyklus inovace
V souvislosti s inovačními procesy výrobků rozeznáváme tyto charakteristické časové
údaje:
- doba fyzické životnosti výrobku - je doba, po kterou je technicky možné udržet výrobek v
uživání; u elektronických zařízení bývá 20 až 30 let,
- doba ekonomické životnosti výrobku - je doba, po kterou je ekonomicky výhodné
udržovat výrobek v užívání, tj. po kterou jsou úhrnné provozní náklady na jednotku
výkonu (včetně umořovacích) u starého výrobku nižší než u výrobku nového; u
elektronických zařízení bývá 5 až 8 let,
- doba výrobní (též morální) životnosti výrobku - je doba, po kterou je možno vyrábět a
prodávat určitý typ výrobku než se stane zastaralým (ve srovnání s jinými výrobci); u
elektronických zařízení bývá 5 až 8 let, ale u některých však pouze 2 až 3 roky,
- doba zpoždění nového výrobku - je doba uplynulá mezi prvním uvedením ekvivalentního
typu výrobku na světový trh a objevením se podobného nového výrobku u jiného výrobce
(např. v předlistopadové ČSSR bývala 3 až 8 let).
Bariéry při zavádění inovací. Při zavádění inovací (tj. např. i zcela nového výrobku) se
setkáváme s mnoha překážkami, které se staví mezi nápad, jeho rozpracování a realizaci
výrobku. Jde o tyto bariéry:
1.
2.
Motivační bariéra. V podstatě jde o nedostatek vůle prosazovat tvůrčí myšlenku. Realizace
každé tvůrčí myšlenky totiž vyžaduje od svého původce vynaložení námahy, času,
finančních prostředků a je obvykle spojena s mnoha riziky.
Komunikační bariéra. V podstatě jde o schopnost (resp. neschopnost) sdělit tvůrčí
myšlenku. Obvykle je někoho (např. vedoucího oddělení) potřeba přesvědčit o reálnosti a
užitečnosti projektu. V první fázi může jít také o získání tzv. grantu.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 27
3. Ekonomická bariéra. Jde o schopnost (resp. neschopnost) stanovit nutné, ale postačující
náklady a termín realizace projektu. Realizace každého tvůrčího nápadu vyžaduje určité
množství energie, která je směnitelná za hmotné (obvykle peněžní) prostředky. Realizací
projektu (nápadu) se získá (nebo má získat) určitá výhoda, materiální nebo ideální, obvykle
vyjádřitelná v peněžních jednotkách. Aby realizace projektu byla společensky prospěšná,
musí být zisk z realizace větší, než je součet nákladů na realizaci vynaložených. Tato
zákonitost je jasná a jednoznačná, ale méně jasné je, jak předem stanovit potřebný objem
prostředků, nutných pro realizaci projektu.
Práce při projektování jsou dvojího druhu: tvůrčí a netvůrčí. Při plánování týmové práce
je vhodné vycházet z netvůrčí části práce. Tvůrčí část se pak stanoví jako určitý násobek
doby potřebné pro netvůrčí práci. Objem netvůrčí práce se stanoví relativně snadněji podle
objemu práce na obdobných projektech porovnatelného rozsahu, realizovaných v
minulosti.
Například dobu potřebnou pro napsání pojednání, knihy nebo zprávy lze stanovit jako
určitý násobek doby potřebné pro strojopis předpokládaného počtu stránek. Doba potřebná
pro konstrukci určitého strojního zařízení bývá určitým násobkem doby potřebné k
nakreslení předpokládaného počtu konstrukčních výkresů. Dobu potřebnou pro sestavení
určitého programu (např. pro počítač) je možno sestavit jako násobek doby, kterou
vyžaduje zápis předpokládaného počtu řádek zvoleného programovacího jazyka. Zde např.
P.Bruks ("Datamation", 20, 1974, č. 12, s. 45-52) uvádí pro přípravu programů pro počítač
toto složení potřebné pracovní doby: 200% pro přípravu, 100% pro zápis programu (část
kvantitativně postižitelná), 150% pro kontrolu dílčích částí, 150% pro kontrolu programu
jako celku.
Častou příčinou zpožďování projektů je zcela nereálný předpoklad stoprocentního
využití pracovní doby. I pracovníci s velmi vysokou pracovní morálkou mohou využít za
příznivých okolností jen 50% pracovní doby a zcela výjimečně až 70% pracovní doby.
Kromě vlastní práce na právě realizovaném projektu musí obvykle pracovat na doplnění již
ukončených projektů, na přípravě budoucích projektů, zúčastnit se porad a schůzí, musí
zařizovat svoje osobní záležitosti, jsou někdy nemocní nebo jsou přechodně indisponováni.
Pokud není plán stanoven dostatečně bohatě a jsou-li náklady odhadnuty příliš nízko,
dochází nutně ke ztrátám; výsledné výdaje pak bývají mnohonásobně větší, než by byly
správně stanovené nutné, ale také postačující náklady na realizaci projektu. Neplnění
plánovaných termínů realizace vede často ke ztrátám, připravené prostředky, stroje a

28 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
materiál určený k realizaci projektu zůstanou nevyužity. Vzniklé ztráty jsou obvykle
mnohonásobkem "úspor", kterých bylo dosaženo nedostatečnou dotací projektu.
Přirozeným průvodním jevem plánování realizace každého projektu je optimismus
tvůrce, podcenění možných překážek a přecenění očekávaných výhod realizace. Tvůrčí
optimismus je přirozený - bez něho by se neuskutečnila většina tvůrčích záměrů. Jen zcela
výjimečně a shodou příznivých okolností bylo dosaženo realizace význačných projektů za
náklady a za dobu, jak je předpokládal jejich tvůrce (tvůrcové) na začátku práce.
Protože nedostatečná dotace projektů by se nakonec velmi prodražila, je nutné původně
odhadnuté náklady a dobu projektu násobit vhodným koeficientem, který kompenzuje
"tvůrčí" optimismus.
4. Časová bariéra. V podstatě jde o schopnost (ev. neschopnost) odhadnout a zajistit možnou
a postačitelnou dobu realizace projektu.
Objem práce na projektu se obvykle vyčísluje v pracovních hodinách (nověji i v
"člověko-dnech, člověko-týdnech nebo člověko-rocích"). To dosti často svádí k
předpokladu, že počet hodin potřebný pro realizaci je možno podělit počtem pracovníků,
kteří jsou k dispozici, a získat tak průběžnou dobu projektu.
A následně, je-li znám termín započetí práce na projektu, stanovit i termín jeho
ukončení. To je však představa naivní a nereálná. Neplatí plně ani pro činnost reprodukční
(viz. známou poučku: když 10 zedníků staví zeď ...), ale při činnosti tvůrčí je vztah mezi
počtem pracovníků, objemem práce a průběžnou dobou projektu značně nelineární.
Obecně platí, že nejmenší množství energie, tedy nejmenší počet pracovních hodin
vyžaduje projekt, který může realizovat jeden člověk, jež je zároveň původcem tvůrčího
záměru projektu. Tak tomu bývá u uměleckého díla. Při realizaci vědeckého nebo
technického projektu je však nutná spolupráce týmu odborníků - specialistů. Je tomu tak z
mnoha důvodů, ale především proto, realizace libovolného projektu je společensky
užitečná, jen je-li uskutečněna v určitém termínu. Je to dáno především tím, že to přinese
úspory proti dosavadnímu stavu, nebo protože existuje jiný, konkurenční projekt a
realizace má společenský význam jen tehdy, dosáhne-li se prioritního řešení. Obvykle je
možné více nebo méně přesně vyčíslit, jakých úspor se dosáhne, zkrátí-li se doba realizace.
Zkrácení termínu je užitečné, jen když úspory dosažené ze zkrácení průběžné doby
realizace jsou větší než náklady způsobené zkrácením realizace projektu. Obecně platí, že
náklady rostou (mnohem) rychleji, než se zkracuje doba realizace.
Vliv počtu pracovníků, daný především složitostí projektu, se projeví v účinnosti práce.
Účinnost práce v závislosti na složitosti projektu byla studována podrobně při realizaci
programů pro počítače. Literatura (Namus, B. - Farr, L.: Some cost contribution to largescale
programs. AFIPS Proceedings, SICC 25, 1966, s. 239-248) uvádí, že doba potřebná k
vytvoření programu vzrůstá přibližně podle vztahu
t = (C.N) 1,5 ,
kde T je doba vytvoření programu, C je konstanta určující typ práce, N je počet
instrukcí.
Podle J. Arona od firmy IBM je schopen jeden pracovník produkovat ročně při
jednoduchém programu (kdy pracuje na programu sám) 10 000 instrukcí, při středně
složitém programu, kdy dochází ke spolupráci několika programátorů, asi 5 000 instrukcí,
ale jen 1 500 instrukcí při realizaci velmi složitého programu, jako byl např. operační
systém pro počítače IBM 360, kdy spolupracuje několik set programátorů.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 29
Obvyklou chybou při plánování projektů je stanovení příliš malého počtu
spolupracovníků, a teprve když dochází k prodlužování plánovaných termínů, jsou pro
realizaci projektu nasazováni další pracovníci, kteří se musí začleňovat do práce "za
pochodu". Potom pracovníci, kteří pracovali na projektu od počátku, musí část své
kapacity věnovat na zaučování nových pracovníků a termíny se dále posouvají.
Další chybou, častou při složitých a rozsáhlých projektech, je práce na částech projektu,
které navazují na části dosud nevyřešené. To má za následek nutnost změn a výskyt chyb,
které se často kumulují. Zásadou má být postupné provádění prací, jak na sebe navazují.
Jen tak je zaručeno, že každá práce se dělá jen jednou.
I při vynaložení neomezených prostředků nelze průběžnou dobu projektu zkracovat bez
omezení. Naopak pro každý projekt existuje určitá minimální doba realizace; nasazení
většího počtu pracovníků, než je nutné pro dosažení tohoto minima, způsobí naopak
prodloužení průběžné doby nad minimální délku.
Jen velmi málo projektů připouští časově neomezený termín. Ale některé projekty
bývají realizovány dříve, než se pro jejich použití vytvoří ekonomické, technické nebo
společenské podmínky (např. při zásadních změnách - jako např. uplatnění elektroniky ve
zpracování dat apod. - dochází ve vývoji k jistému zvratu, až nové způsoby zvládne
přibližně čtvrtina těch, jichž se změny týkají; teprve potom pochopí i ti ostatní, že nezbývá
než se vžít do nových poměrů).
5. Bariéra směnnosti prostředků. V podstatě jde o schopnost (ev. neschopnost) získat za
pohotové finanční prostředky potřebnou živou práci, materiál a výrobní prostředky. Jde o
to, že zajištění finančních prostředků neznamená obvykle ještě zajištění realizace projektu.
Zajištění směnitelnosti finančních prostředků vyžaduje organizační schopnosti a umění
získávat lidi (a obvykle velkou dávku trpělivosti).
3.2
Concurrent engineering
V osmdesátých letech začaly velké firmy hledat nové metody vývoje svých výrobků.
Vedla je k tomu rychlá inovace výrobních technologií, vzrůstající složitost výroby a také
velikost vlastní organizace. V roce 1986 Institut pro obranné analýzy (Institute for Defense
Analyses - IDA) publikoval zprávu (Report R-338: The Role of Concurrent Engineering in
Weapons System Acquisition), kde byla následující definice: "a systematic approach to the
integrated, concurrent design of products and their related processes, including manufacture
and support. This approach is intended to cause the developers, from the outset, to consider all
elements of the product life cycle from conception through disposal, including quality, cost,
schedule, and user requirements." Tato definice je obecně přijímána. Bližší podrobnosti
nalezneme v literatuře, např.
SHINA, S.G.: Concurrent Engineering and Design for Manufacture of Electronics
Products. New York, Van Nostrand Reinhold Book 1991, ISBN 0-442-00616-0
CARTER, D.E. - BAKER, B.C.: Concurrent Engineering. The Product Development
Environment for the 1990s. Addison-Wesley, Reading (Mass.),
1992, ISBN 0-201-56349-5

30 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
4 ŘÍZENÍ JAKOSTI
4.1 Jakost v elektronice
Rozvoj elektronické výroby a vývoj trhu elektronických výrobků je úzce svázán s pojmem
řízení jakosti. Elektronika jako jeden z oborů průmyslové (materiální) výroby prošla také
historickými stadii sjednocování požadavků na výrobky až po dnešní stav, kdy požadavky na
jakost v největším slova smyslu jsou klíčovou podmínkou prosazení na trhu.
Pojmem jakost není v současnosti myšleno jen zajištění, aby výrobek splňoval udávané
parametry a funkčnost po dobu jeho předpokládané životnosti, i když je to jeden z hlavních
cílů.
Zajištění jakosti je složitým procesem probíhajícím od formulace záměru na vznik nového
výrobku (řada jeho parametrů a vlastností musí odpovídat určitým standardům - normám i
zvyklostem daných stavem techniky), přes etapy jeho realizace, kdy se uplatňuje řízení jakosti
zejména standardizací výrobních procesů, po dobu použití. Musí tedy být zajištěna jeho plná
funkce až k jeho zániku např. předepsaným způsobem likvidace.
Ve všech procesech se prolíná jakost s ekonomikou. Podobně jako v ekonomice její
systémové uplatnění neznamená aplikaci uzavřeného okruhu znalostí, ale způsob myšlení.
Hlavním znakem řízení kvality ve výrobním podniku je komplexnost - aby byly
podchyceny vlivy působící na výrobní proces. Klíčovou roli ve volbě, zavedení a provozování
systému řízení jakosti firmy sehrává její vrcholové vedení - management. Přes firemní
specifika, např. rozdíly výrobce součástek a výrobce elektronických zařízení obecně platí a
tedy i v elektronickém průmyslu - výstižný slogan firmy Volkswagen
JAKOST JE VÝSLEDEK ŘÍZENÍ
Současným trendem je uplatňování systémů řízení jakosti zasahujících do veškerých
činností firmy, označených TQM (Total Quality Management).
4. 2 Pojem standardizace
Termín řízení napovídá, že jde o proces, u kterého musí působit zpětná vazba. Tedy i v
procesu řízení jakosti nacházíme podobnost s fyzikálními či biologickými principy.
Každá činnost vychází z určité úrovně poznatků, které se opakováním optimalizují a
stávají se standardem (vzorem, normou) určité činnosti - princip nejen technického, ale i
biologického vývoje.
Elementární proces se v řízení kvality vždy opakuje (a řetězí) v návazných činnostech, na
mikro i makro úrovni. Je-li cílem kvalitní a ekonomický výrobek, zpětné vazby se uzavírají až
u uživatele - hlavním kritériem z hlediska podnikatelského subjektu je přitom zisk. Není-li
zajištěna jakost veškerých činností,, nelze dosáhnout plného zisku, přičemž samozřejmě
některé činnosti mohou mít vliv menší, některé zásadní.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 31
Čtenář sám může posoudit vliv špatně provedeného marketingového průzkumu, vývoje, při
kterém výrobek nedosáhne potřebných parametrů, použití nekvalitních, nespolehlivých
součástek, vlivem špatné organizace příliš nákladné výroby, důsledek podpisu kontraktu s
nevýhodně stanovenými cenami, vysoké náklady záručních oprav, neprodejnosti výrobku z
důvodu nesplnění ekologických norem apod. Nejúčinnějším prostředkem pro dosažení
nejlepších výsledků je na základě poznatků optimalizovat opakovaně prováděné činnosti -
vytvářet jejich vzor - standard.
Zatímco vliv standardizace předmětové po stránce výhod přinášejících uživatelům je
všeobecně znám - od historického stanovení jednotných uživatelských měr a vah, později
např. záměnnosti dílů zbraní, až po dnešní kompatibilitu výrobků výpočetní techniky díky
použití jednotných sběrnic - méně již je známo, že při řešení problému se až 60% času ztrácí
hledáním vhodného algoritmu řešení. Je zřejmé, že existuje velká pestrost standardů a také
jejich hierarchie - od prakticky celosvětové působnosti (fyzikální jednotky) až po např.
technologický postup, předpisující určitou technologickou operaci ve výrobku na konkrétním
stroji nebo vnitroútvarový formulář.
Tomu i odpovídá jejich rozsah použití, závaznost - na úrovni regionu . např. u Evropské
normy, nebo na úrovni firmy - vnitřní předpis, podniková norma.
Standardizace je tedy nástrojem řízení jakosti.
Protože jednotkou společnosti s legislativní pravomocí je stát, spadá na jeho území pod
jeho pravomoci standardizace. Na této úrovni význam slova standardizace zahrnuje oblasti
normalizace, metrologie a zkušebnictví včetně jejich institucí.
Pozn.: v užším slova smyslu se používá pojmu standardizace pro označení normalizace
(standardizace pochází z angličtiny, normalizace z francouzštiny). Státní správa v této oblasti
vykonává v rozsahu ministerstva hospodářství České republiky, Úřad pro normalizaci,
metrologii a zkušebnictví.
K tvorbě, vydávání a distribuci technických norem je zřízen Český institut pro technickou
normalizaci, pro akreditaci zkušeben a certifikačních orgánů podle mezinárodníéch předpisů
Český institut pro akreditaci, dále organizace pro legální metrologii a metrologický výzkum -
Český metrologický institut a šest státem autorizovaných zkušeben.
Hlavní náplň státní správy v normalizaci, metrologii a zkušebnictví, tvoří zejména
- vydávání, aktualizace státních technických norem
- zajištění správnosti měření, uchovávání a ověřování etalonů
- výkon funkce státních zkušeben a současně jejich provázanost v mezinárodním měřítku.
4.3 Technická normalizace
Technická normalizace je činností, kterou se pro opakující se technické úkoly stanoví
nejvýhodnější řešení zejména z hlediska hospodárnosti, jakosti a bezpečnosti. Výsledkem
normalizační činnosti je technická norma nebo normalizační doporučení.

32 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V praxi lze uvažovat o výskytu
- mezinárodních či zahraničních norem
- státních norem
- oborových norem
- podnikových norem
Trendem je sjednocování státní a mezinárodní normy, tzv. harmonizace vč. přímého
zavádění jeho normy státní a ústup od oborových mnorem tzn. základní struktura předchozí se
dvoustupňovou - podniková/státní norma.
Příkladem mezinárodních norem jsou evropské normy (EN), zahraničních - německé DIN.
Po rozdělení ČSFR byly akceptovány nástupnickými státy původní československé normy
ČSN. Typickými oborovými normami byly normy TESLA (NTN). Vnitropodnikové jsou již
firemně specifické včetně jejich označení.
V Evropě patřily k nejvýznačnějším normalizačním organizacím ISO (International
Organisation for Standardization) obnovená 1946 z původní ISA (International Federation of
the National Standardizing Associations) založené 1928 v Praze. a IEC (International
Electrotechnical Commission) založená 1906, nyní přičleněné k ISO.
Normalizační instituce vznikaly v důsledku potřeb technického rozvoje jednotlivých zemí
a mezinárodního obchodu. O jejich vážnosti svědčí skutečnost, že normativní produkty IEC
mají charakter doporučení, přesto se jimi výrobci prakticky automaticky řídí a soulad svých
výrobků s nimi je vždy v obchodně technických dokumentech uveden.
Integrační proces v Evropě - vytváření Evropského společenství - se odrráží i v
normalizační činnosti. Normalizační orgány Evropský výbor pro normalizaci (CEN -
European Committee for Standards) a Evropský výbor pro normalizaci v elektrotechnice
(CENELEC - European Committee for Electrotechnical Standardization) sjednocují
normalizační činnost v Evropě. V době jejího vzniku , v roce 1992, bylo vydáno již 1500 EN -
evropských norem. Členské státy ES a státy přidružené postupně uvádějí své národní normy
do souladu s nimi.
4.4 Metrologie
Zajišťuje jednotnost a správnost měření. Prostředkem tomu je systém návaznosti měřidel, v
němž jsou měřidla pravidelně porovnávána - kalibrována. Jednotlivé kontrolní prostředky jsou
opět kontrolovány vyššími úrovněmi kontrol () až po nějvyšší úroveň - státní etalon.
Udržování výchozí (primární) etalonáže a zajištění kalibračních služeb je hlavní funkcí státní
metrologie. Výkonnými místy provádějícími kalibraci měřidel jsou středisko kalibračních
služeb (SKS). Jako střediska kalibračních služeb podobně jako v zahraničí pracují i orgány
státní správy pověřená (akreditovaná pracoviště) vybraných organizací a podniků.
Střediska kalibračních služeb vystavují doklad o provedené kalibraci - kalibrační list, atest,
uvádějící i dobu platnosti. Po tuto dobu, tzv. mezikalibrační interval, nedojde-li k poškození
měřidla, může být používáno v hospodářské činnosti. Graficky vyznačená hierarchie
prostředků měření (etalonů, měřidel) - např. od státního etalonu až např. po výrobek - které
poskytuje rychlou informaci o zajištěné správnosti měření se nazývá schéma návaznosti
(Traceability Chart).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 33
Úplné schéma návaznosti - tj. včetně chyb navázání (kalibrací) na jednotlivých úrovních a
vč. metodik kalibrací prokazuje schopnost výrobce zajistit správnost měření vůči státnímu
orgánu.
Vzhledem k významu zajištění správného měření v hospodářské činnosti je řada povinností
orgánů a organizací a jiných majitelů zakotvena v legislativě - zákonu o metrologii.
Porušování zákona, zejména používání neověřených měřidel ve výrobě a obchodu je
sankčně postižitelné. Zvýšené nároky se proto kladou na výrobce, dovozce a opravce měřidel.
V praxi se na měřicích prostředcích vyznačuje, že byly zkalibrovány vhodnou značkou,
obsahující - termín/dobu platnosti používání do nového ověření.
4.5
Zkušebnictví
Na úrovni státu jde nejen o výkonnou složku - provádění legislativou předepsaných
zkou šek státními resp. státem autorizovanými zkušebnami, ale o řízení celého procesu
prosazování státní politiky v této oblasti a jejího souladu v mezinárodním měřítku.
Zkušebny mohou být současně místy certifikačními, homologačními apod. Příkladem jsou
homologační zkoušky telekomunikačních zařízení, bez kterých daný typ výrobku nesmí být
připojen do jednotné telekomunikační sítě. V oblasti certifikace má největší význam
certifikace výrobců a výrobků, dokládající splnění podmínek zavedení systému jakosti - viz
kap. 3.7.
Výkonná složka zkušebnictví v elektronice a v elektrotechnice má význam zejména při
legislativou stanovených zkouškách bezpečnosti - schválení výrobků před uvedením do
provozu (na trh). Jen u schváleného výrobku je možno uvádět, že prošel zkouškami s
odvoláním na konkrétní zkušební normu a označit jej schvalovací značkou.
Význam
dosažení schválení výrobku dle normativních předpisů platných v zemi užití má
dalekosáhlý dopad pro výrobce, resp. dovozce. V legislativě evropských států je dosažena

34 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
zákonná odpovědnost za škody. Není-li výrobce, resp. dovozce schopen prokázat, že výrobek,
který uvedl na trh, prošel úspěšně schvalovacími zkouškami a jakost a bezpečnost je zajištěna
v seriové výrobě (dodávkách), nemůže se žádném případě vyvinit z náhrady vzniklých škod z
užití výrobku, a to přímých i následných (při zapřičinění požáru - přímé škody, i např. ušlý
zisk).
Nejčastěji se v praxi vyskytuje problematika bezpečnosti u přístrojů napájených ze sítě. Je
třeba dbát na skutečnost, že při zkouškách se ověřuje, zda díly v síťových obvodech pro dané
použití vyhovují, jsou schváleny. týká se zejména síťových šňůr, přívodek, držáků
pojistkových vložek, síťových voličů, spínačů apod. Výrobci v technických údajích těchto
dílů vždy uvádějí odkazy, kterým národním předpisům výrobek vyhovuje (VDE...)
4. 6 Standardizační činnosti v podniku
a) normalizace
1. Provozování knihovny norem - státních, podnikových i jiných norem a předpisů,
opatřování, zápůjčky, průběžná aktualizace
2. Koordinace a řízení normalizačních činností
- typizace, unifikace - ve vývoji, konstrukci
- zpracování vnitropodnikových (technických ) norem (pozn. organizační normy
zpracovávají obvykle útvary organizace a řízení)
3. Kontrolní činnosti
- provádění normalizačních prověrek - shody výrobní dokumentace s normami
závaznými v podniku.
Organizačně zajišťuje zpravidla útvar normalizace
b) metrologie
1. Udržování hlavních podnikových etalonů vč. jejich
návaznosti na státní etalonáž

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 35
2. Provádění kalibrace měřidel používaných v podniku
3. Projektové a kontrolní činnosti - zpracování metodiky měření, rozbory, analýzy
Organizačně zajišťuje zpravidla útvar metrologie či kontrolního měrového střediska
c) zkušebnictví
1. Provádění zkoušek nových výrobků (typové zkoušky)
2. Provádění průběžných kontrol, zkoušek ve výrobním procesu
3. Statistiky, rozbory, analýzy
Organizačně zajišťují útvary Typové zkoušky a OTK (oddělení technické kontroly).
4.7
Komplexní systémy řízení jakosti
Komplexní systémy řízení jakosti se zakládají na realizaci organizačních a technických
opatření ve firmě, jejich výsledkem má být eliminace výskytu systémových a maximální
potlačení vzniku nahodilých poruch. Jeden ze systémů a nejvýznamnější v evropském regionu
byl zpracován normativně jako normy ISO řady 9000, (Převzatými jako Evropské normy řady
EN 29000), v českých zemích je systém zaveden státní normou jako norma přímo převzatá -
viz. obr.
Přičemž soubor norem tvoří:
ISO 9000 - Normy pro všeobecné řízení a zabezpečení jakosti -směrnice pro jejich volbu a
používání
ISO 9001 - Systémy zabezpečování jakosti - Model zabezpečování jakosti výrobků při
jejich navrhování, vývoji, výrobě, uvádění do provozu a servisu
ISO 9002 - Systémy zabezpečování jakosti - Model zabezpečování jakosti při jejich výrobě
a uvádění do provozu
ISO 9003 - Systémy zabezpečování jakosti - Model zabezpečování jakosti výrobků při
vstupní kontrole a zkoušení
ISO 9004 - Všeobecné řízení jakosti a prvky systému řízení jakosti - směrnice
Pozn: - ISO 9004 popisuje ucelený systém, jak by měl být zaveden uvnitř organizace k
dosažení co nejlepších výsledků
ISO 9001-3 charakterizuje požadavky na výrobce, ketré by měl splňovat z pohledu
zákazníka
Principy uplatňované v systému, praktické příklady:
a) jednoznačně popsaný obsah / náplň činností
b) adresná odpovědnost

36 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
c) dokladovanost činností
d) ověřování, kontrola procesů
Př. a) Jakost v opatřování materiálu
- vypracovaná kritéria výběru dodavatele
- správná formulace, specifikace požadavků, vlastností materiálu
- předepsané požadavky na pracovníky - odborná kvalifikace, zaškolení
- stanovená organizační struktura, zodpovědnosti na všech stupních
- vypracovaná metodika přejímky
- metodika vedení evidence, zpracování a přenosu dat apod.
Př. b) Jakost hlavní výrobní činnosti
- jakost manipulace s materiálem a výrobky, logistika
- jakost výrobního procesu (včetně stanovení způsobu, jak vyhodnotit proces, jak
postupovat při jištění rozporu), neshody
- požadavky na pracovníky, kvalifikace, zaškolení, praxe
- zpracování dokladů, popis, způsob ověřování
- použití předepsaných prostředků, ověřená měřidla
Certifikace výrobce
Nejvyšším cílem výrobce je dosáhnout po zavedení systému jakosti certifikace.
Certifikační orgán na základě úspěšného certifikačního řízení, při kterém detailně ověřit
splnění věcných i formálních podmínek a funkčnost systému, vystaví certifikát.
V tržním, vysoce konkurenčním prostředí, je certifikovaný výrobce výrazně zvýhodněn
proti ostatním dodavatelům. Zákazník při volbě dodavatele upřednostňuje certifikované firmy,
neboť jimi garantovaná jakost omězuje či vylučuje potřebu ověřování dodavatele. Podmínky
certifikace stanovují povinnost trvalého chodu systému jakosti včetně dalšího průběžného
ověřování certifikačním orgánem. Při neplnění kritérií výrobce certifikát pozbývá.
Certifikační řízení je relativně nákladné. Certifikující organizace (zpravidla s mezinárodní
působností) se často podílí na zpracování a zavedení systému jakosti v následně certifikované
firmě.
4.8 Standardizace v mezinárodním měřítku
Hlavními úkoly standardizace v mezinárodním měřítku jsou
- legislativní, organizační a technická opatření k odstraňování překážek obchodu
- zvyšování ochrany zákazníků s orientací zejména na bezpečnost a ochranu zdraví,
ochranu životního prostředí.
Vytvářením otevřených trhů s volným pohybem zboží je podporováno:
- sjednocováním norem a normativních materiálů s mezinárodními normami (např.
evropskými - EN)
- sjednocováním zkušebních metod
- vzájemným porovnáváním etalonáže

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 37
- vzájemným uznáváním výsledků zkoušek, zaváděním mezinárodních certifikačních
systémů ...
Činnost mezinárodních standardizačních organizací (ISO, IEC) je založena na zastoupení
všech zemí, které jsou v organizaci zapojeny. Nosnými organizačními jednotkami jsou sekce,
komise pro jednotlivé obory, podobory. Vypracováním návrhů normativních materiálů jsou
zpravidla pověřeny jednotlivé členské země. Normy poté procházejí připomínkovým řízením
dalších zúčastněných zemí.

38 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
5
DUŠEVNÍ VLASTNICTVÍ A JEHO OCHRANA
Jedním z klíčových podmínek úspěchu v hospodářské soutěži je nakládání s duševním
vlastnictvím.
V obecném pojetí je nutno do duševního vlastnictví podnikatelského subjektu zahrnout
nejen běžně známé instituty jako jsou majetková práva k patentům, průmyslovým vzorům, k
ochranné známce ..., ale veškeré souborné znalosti z oblastí hospodářské činnosti
oz načovaných jako "know how".
Je zřejmé, že v úspěchu na trhu bude hrát roli i například způsob vnitřní organizace a
říz ení firmy; metody získávání, zpracovávání a uchovávání informací o trhu, zákaznících,
dodavatelích, konkurenci, výrobní podklady výrobků, technologické postupy, příslušné
ekonomické údaje a další statky nehmotné povahy, o jejichž významu svědčí, nakolik jsou
předmětem otevřenějších či skrytějších forem průmyslové špionáže.
V dalším se budeme zabývat těmi instituty duševního vlastnictví, kterým je poskytována
legislativní ochrana konkrétními zákonnými normami (bývá označováno pojmem průmyslové
vlastnictví), zejména těmi, které jsou produktem tvůrčí technické práce.
Pozn. Ochrana ostatních je záležitostí výhradně hospodářského subjektu - jeho
organizačních a technických opatření. K narušení práva může ovšem dojít ve spojitosti s
tímto duševním majetkem nepřímo - např. získáním informací cestou kriminálního činu,
zneužití formou nekalé soutěže...
5. 1 Vývoj ochrany duševního vlastnictví - patentové právo
Nesporný přínos tvůrčí práce pro rozvoj společnosti vedl již v historii k vývoji právních
norem, poskytujícím původci vynálezu ochranu před cizím zneužitím.
Na svou dobu značně pokrokový zákon byl přijat 19. března 1474 v Benátské republice.
Stanovoval např. "ohlášení" vynálezu obecnímu úřadu, původce získával právo popohnat
před úřad kohokoli, kdo by porušil jeho výsadní právo platné po dobu 10 let a vyrobil
jakékoli jiné zařízení ve tvaru a podobě tohoto hlášeného zařízení.
Zákon nepřestoupil hranice Benátské republiky, na území Evropy se zatím uplatňovalo
udělování privilegií a monopolů.
V roce 1623 byl v Anglii přijat zákon o monopolech (Status of Monopolies), který k datu
nabytí účinnosti (květen 1624) zrušil všechny dosud udělené monopoly, přičemž neplatnost
se nevztahovala na v budoucnu udělené patenty a výsady - a to na ty, které "budou uděleny
na období 14 let nebo kraší prvnímu vynálezci na výlučné provozování nového druhu výroby
v tomto království; jiné osoby nesmí v této době patentů a výsad využívat, přičemž tyto
výsady nesmějí odporovat zákonu nebo být na újmu státu tím, že by doma vedly ke
zvyšování cen nebo poškozovaly podnikání nebo byly všeobecně nevhodné".
Toto ustanovení bývá někdy nazýváno "Chartou vynálezeckého práva" a vycházejí z něho
prakticky všechny moderní patentové zákony. Objevuje se zde nahrazení pojmů privilegium
či monopol pojmem patent (Letters Patent), vzniklým z latinského názvu "literae patentes",
otevřené listiny, kterými původně římští císařové pronášeli svou vůli, jež se měla stát obecně
závazným předpisem.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 39
Na území našeho státu byla původně též udělována privilegia, první doložené bylo
uděleno panu Konrádovi z Kamene roku 1315 na zařízení k odvodňování dolů .
První zákonnou úpravou však byl až císařský patent (literae patentes) vydaný 1832
Františkem II, dle nějž byla vydávána privilegia na vynálezy až do vydání patentového
zákona č. 30 říšského zákoníku z 11. ledna 1897. Ten v zásadě po aktualizaci zákonem č.
305/1919 Sb. platil až do 31.3.1952, kdy se uplatňuje zákon č. 6/1952 Sb.. V dalším období
byly základními legislativními akty zákon č. 34/1957 Sb. o vynálezech, objevech a
zlepšovacích návrzích, poté zákon č. 84/1972 Sb. o objevech, vynálezech, průmyslových
vzorech a zlepšovacích návrzích.
Aktuální právní úprava je dána zákonem č. 527/1990 Sb. o vynálezech, průmyslových
vzorech a zlepšovacích návrzích, schváleným 27. listopadu 1990. Zákon č. 527/1990 Sb.
přinesl zejména tyto změny:
- zavedl patent jako jedinou formu ochrany vynálezu (z toho plyne výlučné dispoziční
právo majitele patentu), odložený průzkum vynálezu, institut podnikového vynálezu a
průmyslového vzoru, úplatnost řízení, odměňování na smluvním principu ..
- vypustil ochranu objevů, původní definiční vymezení pojmu vynález, tématické
plánování ..
5.2
Vynálezy, průmyslové vzory a zlepšovací návrhy ve znění zákona č.
527/1990 Sb.
5.2.1 Vynálezy
Ochranným dokumentem na vynález může být výhradně patent.
Patentovatelnost vynálezu je vymezena splněním čtyř kriterií:
a) předmětu ochrany
b) novosti
c) vynálezecké činnosti
d) průmyslové využitelnosti
ad a) - předmětem ochrany je vynález, nutno tedy stanovit, jaké řešení je vynálezem.
Vymezení je dáno negativně tj. výčtem příkladů řešení, jež nelze za vynález
považovat :
- objevy, vědecké teorie a matematické metody ( ve vědeckém světě se ochrana resp.
přiznání autorství uplatňuje jejich publikací v odborném tisku )
- pouhé vnější úpravy výrobků
- plány, pravidla a způsoby vykonávání duševní činnosti
- programy počítačů ( Software splňující pojmové znaky autorského díla může být
chráněno dle autorského zákona resp. být předmětem zlepšovacího návrhu. )
- pouhé uvedení informace
ad b) - aby bylo splněno kriterium novosti, nesmí být vynález součástí stavu techniky.
Stavem techniky je vše, co bylo přede dnem, od něhož přísluší přihlašovateli právo
přednosti, zveřejněno ve vlastní zemi a v zahraničí. Do stavu techniky se zahrnuje i
obsah přihlášek vynálezů podaných do výše uvedeného data. (Případ, kdy by došlo

40 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
ke zveřejnění vynálezu zřejmým zneužitím vůči přihlašovateli nebo jeho právnímu
zástupci je ošetřen existencí tzv. ochranné lhůty ).
ad c) - vynález musí být výsledkem vynálezecké činnosti. Kriterium vylučuje z patentové
ochrany taková řešení, která nejsou skutečným přínosem ve smyslu obohacení
stavu techniky, z hlediska pohledu odborníka. (Řada řešení, byť nových a v
průmyslu použitelných, nemůže být patentovatelná, nejde-li o výrazný kvalitativní
posun vnášený právě vynálezeckou činností. Příkladně se uplatní pouze metody
agregace, ekvivalence, kinematického obrácení, analogie, zvětšení, zmenšení,
zmnožení, náhrada materiálu apod.)
ad d) - vynález je průmyslově použitelný, může-li být opakovaně využíván při
hospodářské činnosti. Posuzuje se obecná použitelnost, ne ojedinělá za jedinečných
podmínek a skutečná reprodukovatelnost efektu. (Důkazní břemeno splnění
kriteria leží na přihlašovateli, který ji musí řádně zdůvodnit, resp. vhodnou formou
prokázat.)
Výluky z patentovatelnosti
Řešení, která by jinak mohla splňovat výše vedená kriteria, ale která nebudou považována
za vynálezy, stanoví zákon takto:
- vynálezy, které jsou v rozporu s obecnými zájmy, zejména se zásadami lidskosti a
obecné morálky
- způsoby prevence, diagnostiky chorob a léčení lidí a zvířat
- odrůdy rostlin nebo plemen zvířat a na biologické způsoby jejich pěstování a šlechtění
(Omezení neplatí pro průmyslové mikroorganismy a biotechnologické postupy a jejich
produkty. )
Právo na patent
Vynález je výhradně dílem fyzické osoby (nebo skupiny fyzických osob), která je
označována zákonem jako původce vynálezu. Původci vynálezu vzniká právo na patent,
jehož základní uplatnění je přihlášení vynálezu k ochraně. (Vynález obecně k ochraně
přihlášen být nemusí, ale původce se vystavuje nebezpečí, že s vynálezem bude moci každý i
bez jeho souhlasu nakládat.) Původce může právo na patent převést na jinou osobu -
fyzickou i právnickou, totéž platí pro práva vyplývající z již podané přihlášky či již
uděleného patentu.
Realizace patentové ochrany
Výchozím aktem je podání přihlášky vynálezu na Úřadu průmyslového vlastnictví, který
je jediným přihlašovacím místem. Aby mohlo úspěšně probíhat následné řízení, musí být
splněny věcné i formální požadavky na její obsah. Uvedení základních údajů je zpravidla
splněno tím, že je úplně a správně vyplněn předepsaný tikopis přihlášky tj. tyto údaje:
- příjmení, jméno, bydliště, státní příslušnost přihlašovatele ( jde-li o právnickou osobu,
její název a sídlo)
- příjmení, jméno, bydliště, státní příslušnost původce vynálezu ( není-li přihlašovatelem )
- příjmení, jméno, sídlo zástupce ( je-li přihlašovatel zastupován )
- název vynálezu
- projev vůle přihlašovatele, že žádá o udělení patentu
- podpis přihlašovatele nebo jeho zástupce
Značný význam pak má popis vynálezu, který musí obsahovat takové náležitosti jako
charakteristiku dosavadního stavu techniky; vysvětlení podstaty vynálezu se specifikovanými
patentovými nároky a srovnáním se stavem techniky, min. jeden příklad aplikace atd. a to v
definované, relativně náročné formální
úpravě.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 41
Pozn. Prakticky se proto užívá, analogicky s praxí vyspělých zemí, služeb patentových
zástupců, poskytujících úplatně pomoc s vypracováním přihlášky až po možnost zastupování
v patentovém řízení.
Podáním přihlášky vynálezu na Úřadu průmyslového vlastnictví, kde je zaevidována s
datem podání v rejstříku přihlášek vynálezů (splnila-li stanovené náležitosti ), nabíhá
právo přednosti.
Úřad podrobí každou přihlášku tzv. předběžnému průzkumu, kterým prověřuje zejména
zda neobsahuje nepatentovatelný předmět vynálezu, nedostatky bránící jejímu zveřejnění,
zjevné vady obsahového a formálního charakteru, ale i zaplacení správních poplatků.
Neshledá-li nedostatků, zveřejní přihlášku po uplynutí 18 měsíců od vzniku práva
přednosti (na žádost přihlašovatele možno dříve) a toto zveřejnění oznámí v jím vydávané
veřejné publikaci (Věstníku). Od tohoto aktu může kdokoli vznášet připomínky k
patentovatelnosti.
Pozn. Do zveřejnění přihlášky neexistuje ochrana proti třetím osobám z hlediska
využívání předmětu vynálezu, proto je vhodné zachovat utajení. Po tomto termínu existuje
tzv. prozatímní ochrana (do doby kdy nastanou účinky uděleného patentu) a za využívání
vynálezu lze požadovat přiměřenou náhradu.
Pro udělení patentu je podmínkou provedení úplného průzkumu. Zákon podobně jako v
řadě jiných zemí kodifikuje odložený průzkum, tj. provedení úplného průzkumu se uskuteční
až na základě žádosti podané nejpozději do 36 měsíců od vzniku práva přednosti ( jinak se
řízení o přihlášce vynálezu zastavuje).
Pokud nejsou průzkumem shledány překážky a jsou splněny všechny náležitosti vč.
zaplacení správních poplatků, je udělen přihlašovateli patent. Je mu vydána patentová listina
a udělení patentu je oznámeno ve Věstníku. Aktem zveřejnění ve Věstníku nastává účinek
patentu.
Doba platnosti patentu činí 20 let (od podání přihlášky vynálezu) a zaniká překročením
této lhůty, nezaplacením stanovených poplatků za udržování v průběhu této lhůty, či
prohlášením majitele, že se patentu vzdává.
Jiný charakter má zrušení patentu, které Úřad provede, jestliže se dodatečně zjistí, že
nebyly splněny podmínky zákona pro jeho udělení.
Majitel patentu jej může využívat sám, nebo umožnit využití jinému zájemci formou
licence, ( ta musí mít písemnou formu a nabude účinnosti zápisem do patentového rejstříku),
případně svá práva převést na jiného - prodat.
Prohlásí-li u úřadu přihlašovatel resp. majitel patentu, že poskytne komukoliv právo k
využití vynálezu (tzv. nabídka licence), vznikne toto právo každému, kdo tuto nabídku příjme
a písemně mu to sdělí. Nabídka licence se vyznačuje v patentovém rejstříku, je
neodvolatelná; není však narušeno právo majitele na úhradu ceny licence.
Za určitých podmínek může Úřad udělit tzv. nucenou licenci. Jde však spíše o institut
bránící zneužití patentových práv.
Podnikový vynález
Institut podnikového vynálezu zavedl zákon pro ty případy, kdy původce vytvořil vynález
ke splnění úkolu z pracovního, členského, či podobného vztahu k zaměstnavateli. Právo na
patent v těchto případech přechází na zaměstnavatele, není-li smlouvou upraveno jinak, právo
na původcovství vynálezu není dotčeno.
Zákon ukládá původci písemně oznámit zaměstnavateli vytvoření vynálezu a poskytnout
potřebné podklady. Zaměstnavateli je poskytnuta tříměsíční lhůta pro posouzení vynálezu a
uplatnění práva na patent; přihlásit vynález k ochraně mu však neukládá, záleží pouze na jeho

42 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
uvážení např. z hlediska hospodářského efektu, existence konkurence apod. Původci také
náleží přiměřená odměna, která není na udělení patentu vázaná, a pro jejíž výši je rozhodný
technický a hospodářský význam, s přihlédnutím k materiálnímu podílu zaměstnavatele na
vytvoření vynálezu a rozsahu pracovních úkolů původce.
5.2.2 Průmyslové vzory
Zákon výslovně uvádí :
Za průmyslový vzor se považuje vnější úprava výrobku, která je nová a průmyslově
využitelná.
Průmyslovým vzorem není :
- technické a konstrukční řešení
- přenesení známé vnější úpravy z jednoho výrobku na výrobek jiného druhu, nebo vnější
úprava vytvořená zvětšením či zmenšením známé úpravy výrobku
- záměna materiálu pro vnější úpravu výrobku
- architektonické řešení stavby
- vnější úprava výrobku zjistitelná jen při zvláštní pozornosti
- barva, není-li jí užito ve spojení s tvarem, s obrysem nebo s kresbou
Vnější úpravou výrobku je plošná nebo prostorová úprava, spočívající ve tvaru, v obrysu,
v kresbě nebo v uspořádání barev či v kombinaci těchto znaků.
Jak je z uvedeného zřejmé, v průmyslové praxi jde převážně o ochranu ztvárnění výrobku,
které bývá hlavní náplní průmyslového designu.
Požadavek novosti je vázán tím, že nebyl znám doma nebo v zahraničí z veřejně
dostupných pramenů, zejména nebyl zobrazen nebo popsán ve zveřejněných tiskovinách,
veřejně využíván, vystaven, přednesen nebo předveden.
Požadavek průmyslové využitelnosti je splněn, mohou-li se podle něj opakovaně
zhotovovat výrobky.
(Není splněno např. u originálních uměleckých děl, neboť jejich vyrobení je podmíněno
individuálním schopnostmi určité osoby.)
Řízení je u průmyslového vzoru podobné jako u vynálezu. Vyžaduje se podání přihlášky
průmyslového vzoru s definovaným obsahem. Dnem podání se uplatňuje právo přednosti, lze
aplikovat i tzv. výstavní priority ( při splnění podmínek nebude zveřejnění vystavením před
podáním přihlášky na úkor novosti a ke dni vystavení se začne uplatňovat právo přednosti).
Přihlášku podrobí Úřad průzkumu, na rozdíl od vynálezu jednorázovému. V případě
ús pěšně proběhlého řízení zapíše průmyslový vzor do rejstříku průmyslových vzorů a
vy staví osvědčení o zápisu tj. doklad, který vydá majiteli.
Zápis průmyslového vzoru platí 5 let ode dne podání a lhůta platnosti může být až dvakrát
vždy o 5 let prodloužena.
S průmyslovým vzorem může majitel nakládat analogicky jako s patentem, tedy i
poskytnout licenci.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 43
Stejně jako u vynálezu rozlišuje zákon podnikový průmyslový vzor. Zaměstnavatel má
opět tříměsíční lhůtu na posouzení, neuplatníli však v této době své právo podáním přihlášky
prů myslového vzoru, může po jejím uplynutí průmyslový vzor přihlásit původce.
5.2.3 Zlepšovací návrhy
Zákon stanoví :
Za zlepšovací návrhy se pokládají technická, výrobní nebo provozní zdokonalení, jakož i
řešení problémů bezpečnosti a ochrany zdraví při práci a životního prostředí, s nimiž má
zlepšovatel právo nakládat.
Práva ze zlešovacích návrhů nevzniknou, brání-li jim práva z patentu nebo ze zapsaného
průmyslového vzoru.
Za zlepšovací návrh se tedy prakticky považuje každé zdokonalení, které zaměstnavatel
přijme. Hlavním kritériem je přínos pro zaměstnavatele. Zaměstnavatel má možnost upravit
resp. upřesnit pravidla zlepšovatelské činnosti vnitřním aktem řízení vydáním firemního
předpisu, např. zlepšovatelského statutu.
Zlepšovatel není oprávněn nakládat se zdokonaleními, která vytvořil plněním pracovního
úkolu vyplývajícího z uzavřené pracovní smlouvy se zaměstnavatelem; s těmi, která již jsou
majetkem zaměstnavatele, či která jsou předmětem obchodního tajemství zaměstnavatele.
Překážkou jsou samozřejmě práva vyššího účinku - u patentu a průmyslového vzoru v celé
zemi.
Zlepšovatel je povinen nabídnout zlepšovací návrh svému zaměstnavateli, jestliže se
zlepšovací návrh týká oboru práce nebo činnosti zaměstnavatele.
Zlepšovatel má právo se zlepšovacím návrhem nakládat bez omezení, jestliže s ním
zaměstnavatel ve lhůtě dvou měsíců od nabídky zlepšovacího návrhu neuzavřel smlouvu o
přijetí nabídky zlepšovacího návrhu a odměně za něj.
Právo využívat zlepšovací návrh vzniká uzavřením smlouvy se zlepšovatelem o přijetí
nabídky zlepšovacího návrhu a odměně za něj.
Z uvedeného vyplývá priorita smluvních vztahů, tedy i význam vnitřních předpisů, způsobů
řízení, jejichž kvalita a uplatněné metody určují, nakolik bude ve firmě vytvořeno tvůrčí
motivační prostředí, charakteristické pro úspěšné vedoucí firmy.

44 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
5.3
Užitný vzor
Užitný vzor je novým institutem v oblasti průmyslových práv, zavedený přijetím zákona
č.478/1992 Sb. o užitných vzorech z 24.září 1992.
Na rozdíl od patentového práva neexistují pro užitné vzory žádné mnohostranné
me zinárodní smlouvy, takže se jednotlivé národní úpravy dosti liší. Pro přípravu zákona byl
vz orem německý systém existující již více než 100 let.
Základní předností ochrany užitným vzorem, významným v konkurenčním prostředí
tržního hospodářství je, že umožňuje chránit taková technická řešení, která by z nedostatku
potřebné úrovně vynálezecké činnosti byla vyloučena z ochrany patentem, tedy např. širokou
oblast produktů firemních inovačních kroků - nových výrobků.
Analogicky s patentovým právem musí užitný vzor splňovat čtyři kriteria (viz 4.2.1) :
- předmět ochrany - musí jím být technické řešení
- novost - nesmí být součástí stavu techniky
- tvůrčí úroveň - požaduje se překročení rámce pouhé odborné dovednosti
- průmyslová využitelnost - možnost opakovaného využití v hospodářské činnosti
Z ochrany jsou vyloučena
- technická řešení, která jsou v rozporu s obecnými zájmy, zejména se zásadami lidskosti a
veřejné morálky
- odrůdy rostlin a plemena zvířat, jakož i biologické reproduktivní materiály
- způsoby výroby nebo pracovní činnosti
V případě vytvoření
užitného vzoru původcem v pracovním poměru musí zaměstnavatel
uplatnit právo na užitný vzor do tří měsíců, jinak přejde zpět na původce.
Přihláška definovaného obsahu a úpravy se podává na Úřadu průmyslového vlastnictví.
Řízení o přihláškách užitných vzorů je založeno na tzv. registračním principu, kdy Úřad
zapíše užitný vzor do rejstříku po úvodním formálním průzkumu (k vyloučení těch přihlášek,
která zjevně nesplňují požadavky na zápis), aniž zkoumá zda předmět přihlášky vyhovuje
kriteriím novosti a tvůrčí úrovně. Tento omezený průzkum zápisné způsobilosti vede k
rychlému zápisu a tedy dosažení účinků ochrany. To je výhodné např. u předmětů již
připravených k uvedení na trh.
Bez souhlasu majitele užitného vzoru totiž nikdo nesmí (analogie patentu) technické
řešení chráněné užitným vzorem při své hospodářské činnosti vyrábět, uvádět do oběhu nebo
upotřebit.
V některých případech je naopak v zájmu přihlašovatele, aby nedošlo k zápisu a tím
zveřejnění ihned po ověření zápisné způsobilosti. Může proto požádat o odklad zápisu až do
uplynutí 15 měsíců ode dne podání přihlášky.
Velmi zajímavým pro přihlašovatele může být institut tzv. odbočení. Umožňuje "odbočit"
z přihlášky vynálezu na přihlášku užitného vzoru s tím, že mu Úřad přizná právo přednosti z
původní přihlášky vynálezu. Podmínkou je, aby
- šlo o stejná technická řešení
- přihláška užitného vzoru byla podána nejpozději do dvou měsíců od rozhodnutí o
přihlášce vynálezu, nejpozději však do deseti let od jejího podání

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 45
- do dvou měsíců od podání přihlášky užitného vzoru předloží stejnopis přihlášky
vynálezu, jehož práva přednosti se dovolává
Prakticky je tak umožněno přihlašovateli reagovat v kterémkoli okamžiku během řízení o
přihlášce vynálezu na výskyt překážek patentovatelnosti nevylučujících však ochranu užitným
vzorem, změnu situace na trhu apod. Může však využít cíleně rychlé získání ochrany i tím, že
podá současně přihlášky vynálezu i užitného vzoru a až je např. dosaženo udělení patentu,
nechá užitný vzor zaniknout.
Užitný vzor platí čtyři roky ode dne podání přihlášky popř. od podání dřívější přihlášky
vynálezu se stejným předmětem. Dobu platnosti zápisu užitného vzoru prodlouží Úřad na
žádost majitele vzoru až dvakrát vždy o tři roky.
( Ve srovnání s patentem jsou náklady na udržování za toto období, tj. max. 10 let,
podstatně nižší. )
Výmaz užitného vzoru z rejstříku provede Úřad na návrh kohokoliv, pokud
- technické řešení není způsobilé k ochraně ( zejména z důvodů novosti a tvůrčí úrovně )
- předmět užitného vzoru je již chráněn patentem či užitným vzorem s dřívějším právem
přednosti
- přihlašovatelem byla osoba, která neměla právo na ochranu
- předmět užitného vzoru jde nad rámec původního podání přihlášky průmyslového vzoru
Výmaz užitného vzoru z rejstříku má účinek, jako by k zápisu nikdy nedošlo.
5.4 Práva na označování
Ochrana práv na označování má na našem území dlouhou tradici - již od roku 1858 ji
upravoval císařský patent.
U označování výrobků (nebo služeb) se užívají tři druhy označení :
- ochranné známky
- označení původu
- obchodní (firemní) jméno
5.4.1 Ochranné známky
Aktuální právní normou je v současnosti zákon č.174/1988 Sb. o
ochranných známkách.
Ochrannou známkou je slovní, obrazové, prostorové nebo kombinované označení, které je
způsobilé odlišit výrobky nebo služby od různých výrobců nebo poskytovatelů služeb a je
zapsáno do rejstříku ochranných známek.
Slovní ochranné známky jsou označení vytvořená z jednoho nebo více slov nebo souhrnu
písmen, které lze za slovo považovat, lze je vyslovit.
Obrazové ochranné známky jsou označení utvořená z realistického či abstraktního
zobrazení lidí, zvířat, věcí, různých symbolů či obrazových motivů. Tato označení nejsou
provázena textem.

46 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 47

48 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Prostorové ochranné známky jsou označení, která tvoří trojrozměrné (plastické)
vyobrazení.
Předmětem ochrany bývá např. zvláštní tvar výrobků či jeho obalů. Tvar prostorové
ochranné známky může být i chráněn jako průmyslový vzor.
Zápisným místem do rejstříku ochranných známek je Úřad průmyslového vlastnictví.
Přihlášku může podat každá fyzická nebo právnická osoba, která vykonává hospodářskou
činnost, a to pro výrobky nebo služby, které jsou předmětem její činnosti.
Řízení o přihlášce posuzuje splnění formálních a věcných požadavků. Nesplnění vede na
zamítnutí přihlášky, splnění na zápis do rejstříku, který je zveřejněn ve Věstníku a majiteli je
vydáno osvědčení, že je majitelem ochranné známky.
A bsolutními překážkami pro zápis jsou :
- pouhý běžný název, vyobrazení obecného charakteru
- úřední resp. všeobecně známé zeměpisné označení
- klamavé nebo nepravdivé označení
- označení shodné s proslulou ochrannou známkou (bez ohledu na výrobky, služby)
- označení shodné s již zapsanou ochrannou známkou na výrobky a služby téhož druhu
Relativními překážkami jsou označení :
- postrádající rozlišovací způsobilost zejm. běžně užívaná
- se spojitostí ke znakům svrchovanosti států
- obsahující úřední, zkušební, záruční, puncovní nebo dopravní značky
- název, jméno, vyobrazení osoby odlišné od přihlašovatele
- s údaji shodnými či zaměnitelnými s označením původu
Ochranná doba platí 10 let od data podání přihlášky, zápis lze obnovit v závěru platnosti
na dalších 10 let. Není-li známka používána, může být po 5 letech z rejstříku vymazána.
5.4.2 Označení původu
Základní ustanovení zákona č.159/1973 Sb. o ochraně označení původu výrobků jsou v
souladu s mezinárodní ochrannou podle Lisabonské dohody na ochranu označení původu a
jejich mezinárodním zápisu.
Zápisným místem je Úřad průmyslového vlastnictví.
Označení původu je institutem aplikovaným nejčastěji na výrobky zemědělského resp.
potravinářského charakteru, jak vyplývá z definice :
"Označení původu výrobků je zeměpisný název země, oblasti nebo místa, který se stal
obecně známý jako údaj o tom, odkud pochází výrobek, jehož jakost nebo znaky jsou dány
výlučně, nebo podstatně zeměpisným prostředím včetně činitelů přírodních nebo lidských."
Příklad - Pražská šunka,
Karlovarská hořká, ale i Vítkovická ocel.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 49
5.4.3 Obchodní jméno
Tvoří významný znak individualizace podnikatele. Má výrazný dopad v hospodářské
soutěži a hraje podstatnou roli v tržním ocenění firmy. V praxi se uplatňuje zejména u firem,
které si vybudovaly a dlouhodobě udržují dobrou pozici na trhu - zavedeným termínem je
"good will" - pověst, věhlas firmy.
Právní ochrana obchodního jména je dána obchodním zákoníkem č. 513/1991 Sb.,
narušení práv je postiženo převážně v ustanoveních o nekalé soutěži.
Obchodní jméno právnických osob je zapsáno při jejich ustavení v obchodním rejstříku
(vedeným místně příslušným rejstříkovým soudem) včetně jejich formy (akciová společnost,
komanditní společnost, veřejná obchodní společnost ..), sídla a dalších předepsaných údajů.
Smyslem ochrany obchodního jména je, že nesmí být zaměnitelné s obchodním jménem
jiného podnikatele. U fyzických osob postačuje k rozlišení uvedení jiného místa podnikání,
tedy nepřípustným stavem je podnikání dvou živnostníků stejného obchodního jména na
stejné adrese. U právnických osob rozlišení vyžaduje uvedení různého sídla firem, přičemž
firmy nesmí podnikat ve stejném oboru nebo v oborech zaměnitelných při hospodářské
soutěži.
Převod obchodního jména bez současného převodu podniku je nepřípustný - nelze tedy
prodat obchodní jméno bez firmy.
5.5
Ochrana topografie polovodičových výrobků
Zavedení právní normy - zákona č. 529/1991 Sb. o ochraně topografií polovodičových
výrobků - je příkladem právní úpravy, slučitelné se zeměmi ES - právním rámcem pro něj
byla Směrnice Rady ES o právní ochraně polovodičových výrobků ze dne 16. prosince 1986.
Základní principy vyplývají z výtahu vybraných částí zákona :
Předmětem ochrany jsou podle zákona topografie polovodičových výrobků, které jsou
výsledkem tvůrčí činnosti původce a které nejsou v průmyslu polovodičových výrobků
běžné. Ochrana se vztahuje rovněž na části topografie, které jsou využitelné samostatně,
jakož i na zobrazení sloužící k výrobě topografie.
Jestliže je topografie tvořena z prvků všeobecně známých, je chráněna pouze tehdy,
splňuje-li kombinace těchto prvků výše uvedené podmínky.
Topografií se pro účely zákona rozumí série jakkoli zafixovaných nebo zakódovaných
vzájemně souvisejících zobrazení, znázorňujících trojrozměrné trvalé uspořádání vrstev, z
nichž se polovodičový výrobek skládá, přičemž každé zobrazení znázorňuje vzor jedné
vrstvy polovodičového výrobku nebo jeho části, popřípadě povrchu polovodičového výrobku
v jednotlivých stupních výroby nebo jeho částí.
Polovodičovým výrobkem se pro účely zákona rozumí konečná nebo mezitímní forma
mikroelektronického výrobku, který je určen k plnění elektronické funkce a který se skládá
ze základního tělesa obsahujícího vrstvu polovodičového materiálu a opatřeného alespoň

50 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
jednou vrstvou vodivého, izolačního nebo polovodičového materiálu v předem daném
uspořádání.
Právo na ochranu topografie náleží jejímu původci nebo jeho právnímu nástupci.
Byla-li vytvořena ke splnění úkolu z pracovního poměru nebo obdobného vztahu, přísluší
prá vo na ochranu zaměstnavateli, nebo tomu, pro koho byla na základě smlouvy vytvořena,
pokud smlouva nestanoví jinak.
Kdo chce uplatnit právo na ochranu podá na Úřadu průmyslového vlastnictví přihlášku
topografie s následujícím obsahem :
- žádost o zápis do rejstříku topografií s uvedením názvu topografie
- podklady umožňující identifikaci topografie a případně i samotný polovodičový výrobek
obsahující topografii (část lze označit za obchodní nebo výrobní tajemství a definovaně
ve zveřejňovaných podkladech utajit)
- datum prvního, nikoli však skrytého obchodního využití topografie, je-li dřívější než
datum podání přihlášky (to určuje počátek platnosti ochrany, bez předchozího
obchodního využití je jím datum podání přihlášky)
- další doklady svědčící o právu přihlašovatele na ochranu topografie
Splňuje-li přihláška stanovené podmínky, zapíše Úřad topografii do rejstříku, vydá
přihlašovateli osvědčení o zápisu a zveřejní oznámení o zápisu ve Věstníku. Podklady
uvedené v předchozím odstavci jsou po zápisu zpřístupněny k nahlédnutí třetím osobám.
Bez souhlasu (licence) majitele topografie nikdo nesmí :
- reprodukovat topografii nebo její samostatně využitelné části
- vyrábět polovodičový výrobek, ve kterém je chráněná topografie obsažena
- obchodně využívat topografii nebo polovodičový výrobek, který obsahuje chráněnou
topografii nebo její samostatně využitelné části, jakož i zobrazení topografie, sloužící k
jeho výrobě (zákon specifikuje i případy, na které se účinky ochrany nevztahují, např.
využití k neobchodním účelům, studiu ...)
Na návrh kohokoli provede Úřad výmaz z rejstříku, jestliže není splněna některá z
vyjmenovaných podmínek. Doba trvání ochrany skončí uplynutím 10 let od konce
kalendářního roku, v němž vznikla.
5.6 Autorské právo
Autorské právo zahrnuje i ochranu děl, vzniklých jako tvůrčí produkt pracovníků
technického zaměření, jak to vyplývá z dále uvedených výtahů z ustanovení autorského
zákona.
Úplné znění autorského zákona, tj. zákona č. 35/1965 Sb. o dílech literárních, vědeckých a
uměleckých se změnami a doplněními provedenými zákonem č. 89/1990 je obsaženo v
zákoně
č. 247/1990 Sb.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 51
P ředmětem autorského práva jsou díla literární, vědecká a umělecká, která jsou výsledkem
tvůrčí činnosti autora, zejména díla slovesná, divadelní, hudební, výtvarná včetně děl umění
architektonického a děl umění užitého, díla filmová, fotografická a kartografická. Za předmět
ochrany se považují i programy počítačů, pokud splňují pojmové znaky děl podle tohoto
zákona.
Ustanovení tohoto zákona se nevztahují na právní předpisy a rozhodnutí, veřejné listiny,
úřední spisy, denní zprávy ani na projevy přednesené při projednávání veřejných záležitostí;
soubornému vydání takových projevů nebo k jejich zařazení do sborníku je však třeba svolení
toho, kdo je proslovil.
Pro autorské dílo je charakteristické, že je svou povahou individuálním, neopakovatelným,
takže nemohou existovat dvě shodná autorská díla. Jakmile by existovalo dvě a více shodných
děl různých autorů, pak jedno z nich je dílem autorským a další kopie či plagiáty. Z tohoto
pojetí autorského zákona vyplývá, že každé autorské dílo je nové, že nemohou být vytvořena
stejná autorská díla dvěma různými autory jako je tomu u vynálezů, kde může vzniknout
nezávisle na sobě dvě nebo více stejných řešení.
Znak jedinečnosti, neopakovatelnosti autorského díla má za následek, že v oblasti
autorského práva není třeba vymezovat pojem novosti a že autorské právo nezná pojem
priority, na rozdíl od patentového práva.
Předmětem autorského práva jsou také :
- nová díla původní, která vznikla osobitým tvůrčím zpracováním díla jiného
- překlady děl do cizích jazyků. Zpracování či překlad díla vyžaduje souhlas autora.
- souborná díla jako sborníky, časopisy, pásma, výstavy a jiná, je-li jejich uspořádání
výsledkem tvůrčí činnosti . Zařadit dílo do díla souborného lze jen se svolením autora.
Vznik autorského práva k dílu je definován okamžikem, kdy
písmem, náčrtem, skicou nebo v jakékoli vnímatelné podobě.
je dílo vyjádřeno slovem,
Vznik autorskoprávní ochrany je ochranou neformální na rozdíl od tzv. formální ochrany
u institutů , které procházejí řízením, jehož výsledkem je poskytnutí či odmítnutí ochrany.
Tato forma ochrany je charakteristická pro evropské státy, výjimku tvoří autorské právo
angloamerického systému, zejména USA, které stanoví určité formální podmínky pro vznik
ochrany (např. doložku o výhradě autorského práva, registraci díla, zaplacení registračních
poplatků...).
K usnadnění vzniku autorskoprávní ochrany v těchto státech došlo k dohodě, obsažené ve
Všeobecné úmluvě o právu autorském, podle které bude daný stát považovat požadované
formální podmínky za splněné, jestliže se na všech exemplářích prvního vydání autorského
díla uvede tzv. copyrightová
doložka, tj. C, jméno subjektu autorského práva a rok prvního
vydání. Všechny tyto tři údaje musí být uvedeny tak, aby byly dostatečně zřejmé. Nejčastěji se
proto uvádějí na první stránce publikace. Podmínkou je i uvedení na všech exemplářích
prvního vydání, jinak je ochrana nenávratně ztracena i pro další vydání.
Právo na ochranu autorství je nepřevoditelné, práva k užití jsou převoditelná formou
smlouvy a to jen na osobu oprávněnou uvádět díla na veřejnost příslušným způsobem (např.
smlouvou nakladatelskou, smlouvou o veřejném provozování díla apod ).
Zanikne-li právnická osoba nebo zemře-li fyzická osoba, na niž bylo převedeno právo užít
díla bez právního nástupce,
nabude opět autor práva rozhodovat o dalším osudu díla.

52 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Autorské právo tj. doba ochrany díla trvá pokud není stanoveno jinak po dobu života
autorova a 50 let po jeho smrti. Pro autorské právo u sborníků a časopisů vydaných
organizacemi
činí např. lhůta ochrany 10 let od uveřejnění díla a platí pro vydavatele -
práva autora obsažených článků nejsou dotčena.
Autorské právo přechází na dědice.
Za užití díla náleží autorovi autorská odměna ( logické je její stanovení ve smlouvě o užití
díla ).
Po uplynutí doby ochrany se stává dílo volným, k jeho užití není potřeba svolení a není
povinnost platit autorskou odměnu.
Právo na autorství je však třeba respektovat tzn. uvádět jméno autora (je-li znám), uvádět
dílo způsobem odpovídajícím jeho hodnotě.
Právní normy o ochraně duševního vlastnictví postihují i řadu specifických případů např.
spoluautorství, používaná terminologie může v některých případech vyžadovat seznámení s
úplným zněním zákona, které rozsah této kapitoly nemohl postihnout. Podobně je třeba vzít v
úvahu, že zákony jsou průběžně aktualizovány, jsou doplňovány dalšími právními akty
(vyhláškami, nařízeními...) a proto v konkrétních případech je třeba seznámit se s jejich
aktuálním zněním.
V těchto případech lze doporučit i využití služeb patentových zástupců sdružených v
Komoře patentových zástupců, vykonávajících svou činnost samostatně, nebo
specializovaných advokátních či komerčně právních kanceláří.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 53
6 ELEKTROMAGNETICKÁ KOMPATIBILITA
Elektromagnetická kompatibilita je (mezioborová) disciplína zabývající se otázkami
nežádoucího ovlivňování činnosti různých technických i biologických systémů účinky
elektromagnetického pole, přičemž jednotlivé systémy mohou, ale nemusejí mít vzájemnou
funkční souvislost. Disciplína zkoumá též cesty vedoucí k minimalizaci uvedeného
ovlivňování. Stejným termínem (tj. elektromagnetická kompatibilita) označujeme také
vlastnost charakterizující schopnost současné správné činnosti jednotlivých systémů daného
souboru, svázaných spolu prostřednictvím elektromagnetických vazeb. (Tato vlastnost
elektronických zařízení je dosažena konstrukcí těchto zařízení - to je hlavní důvod, proč se
zabýváme elektromagnetickou kompatibilitou jako vědní disciplínou.) Název
elektromagnetická kompatibilita pochází z angl. electromagnetic compatibility (rus.
elektromagnitnaja sovmestimosť, něm. Systemverträglichkeit nebo Elektromagnetische
Verträglichkeit), další možný překlad elektromagnetická slu čitelnost nepovažuje většina čs.
odborníků pracujících v této oblasti za vhodný. Mezinárodně uznávanou zkratkou je EMC
(příp. EMV v německy mluvících oblastech).
Základní schéma
strukturálních souvislostí
mezi elektrotechnickými
systémy
člověkem a
vytvořenými
přírodními
zdroji elektromagnetického
rušení ukazuje obr. 5.1.
Dráhy označené šipkami
představují nežádoucí
elektromagnetické vazby. Z
obecného hlediska se může
ovlivnění čili interference
(mezinárodně používaná
zkratka EMI, eletromagnetic interference) určitého systému projevovat v různých formách od
zhoršení kvality
přes částečné
nebo úplné
omezení funkce
až k havarijním
stavům, ať už z
hlediska
technologického
nebo
bezpečnostního. I
když EMC vždy
řeší vzájemné
vztahy dvou nebo
více systémů,
považujeme
postupně vždy
jeden z nich za
systém sledovaný

54 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
(ovlivňovaný, interferovaný). Ostatní systémy jsou pak systémy ovlivňující (interferující),
které též můžeme označit za interferenční zdroje.
Vznik EMC souvisí s rozšiřováním elektroniky v nejrůznějších oborech lidské činnosti.
Jedna z prvních aplikací se objevila v letectví a námořnictví, protože právě v letadlech a na
lodích se soustřeďuje v malém prostoru velké množství rádiových prostředků současně s
celou řadou elektronických a elektrických zařízení (vč. silových). Přitom bylo nutné zajistit
jejich spolehlivou činnost bez vzájemného rušení a nepříjemného ovlivňování, neboli vytvořit
stav jejich elektromagnetické kompatibility.
Členění problematiky EMC. Jakožto mezioborová disciplína má EMC značně široký záběr
zahrnující řadu oblastí. Z praktického hlediska je vhodné uvažovat elektromagnetickou
kompatibilitu
- na čipu integrovaného obvodu
- uvnitř jednoho přístroje
- ve složitějších systémech (viz obr. 5.4)
Elektromagnetickou kompatibilitou na čipu se v tomto textu nebudeme zabývat.
Ve všech těchto případech problematika EMC zahrnuje:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 55
1. zdroje rušivých signálů,
2. cesty přenosu rušivých signálů,
3. přijímače rušivých signálů,
4. snižování úrovně rušivých (interferenčních) signálů,
5. zlepšování odolnosti zařízení vůči rušivým signálům.
1. Zdroje rušivých signálů. V oblasti zdrojů rušivých signálů se zkoumají zejména
obecné otázky mechanismů vzniku rušení, jeho charakteru a intenzity. Z přehledu na obr. 5.3
vidíme, že rušivé signály mimo jiné vznikají všude tam, kde dochází k rychlým změnám
napětí nebo proudu.
Mezi přirozené zdroje rušení patří hlavně elektrické výboje v ovzduší, prudké změny
zemského magnetického i elektrického pole (elektromagnetické bouře, polární záře apod.) a
elektromagnetická vlnění produkované produkovaná kosmickými tělesy.
Tab. 5.1. Kmitočtový rozsah některých zdrojů rušivých signálů
Zdroj
Kmitočtové pásmo
poruch šířících se po
vedení
Kmitočtové pásmo
poruch šířících se
prostorem
zářivka 0,1 Hz až 3 MHz 100 Hz až 3 MHz
rtuťová výbojka
0,1 Hz až 1 MHz
kolektorové motory 2 Hz až 4 MHz 10 Hz až 400 kHz
síťové vypínače
0,5 Hz až 25 MHz
výkonové spínače 10 Hz až 25 MHz 0,1 Hz až 20 MHz
spínačové zdroje 0,1 Hz až 30 MHz 0,1 Hz až 30 MHz
koronový výboj
0,1 Hz až 10 MHz
klopné obvody
15 kHz až 400 MHz
kontakty termostatů
30 Hz až 1000 MHz
neuzemněné kovové
10 Hz až 10 MHz
skříně přístrojů
Pro velkou rozmanitost umělých
zdrojů rušení lze uvést pouze typické příklady.
V elektrických provozech jde hlavně o
generátory, vypínače, odpojovače a
transformátory velkých elektrických výkonů,
vedení velmi vysokého a vysokého napětí, ale
také o náhodné zdroje jako sršení na
znečištěných izolátorech a uvolněných
připojovacích svorkách, korona, různá jiskření
apod. V průmyslových provozech k tomu
přistupují usměrňovače, obloukové pece,
zařízení pro vf ohřev, stykače, svářecí agregáty
a zvláště výkonové polovodičové měniče. Z
dalších zdrojů možno jmenovat některé
lékařské přístroje, zářivkové osvětlení,
spalovací motory, elektrickou trakci, ale i
domácí elektrické spotřebiče a některá zařízení
spotřební elektroniky. Řadí se k nim též zdroje
vytvářející magnetostatická i elektrostatická pole. Všechny zmíněné zdroje je pak možno

56 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
třídit podle různých hledisek, jako je kmitočtová oblast, časový průběh rušivého napětí, doba
trvání, aj. Kmitočtový rozsah některých zdrojů je v tab. 5.1. Obr. 5.5. ilustruje typy poruch,
které se šíří po napájecí síti.
Závažné mohou být i vnitřní zdroje rušení. Jako "vysílací antény" slouží veškeré dlouhé
přívody, podlouhlé konstrukční díly zařízení, ale i dlouhé vodiče na deskách plošných spojů.
Jsou-li na deskách rychlé integrované obvody, potom proudové impulsy na takové desce

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 57
vyzařují signály se spektrem až v oblasti GHz. Dalším zdrojem rušení jsou spínané napájecí
zdroje používané běžně pro napájení digitálních obvodů. Obr. 5.6. ilustruje vliv tvaru pulsů na
spektrální hustotu.
Zcela zvláštní zdroj rušení by představoval nukleární elektromagnetický impuls (EMP,
častěji NEMP = Nuclear Electromagnetic Pulse). Každý jaderný výbuch je kromě běžně
známých účinků provázen i vznikem intenzívního elektromagnetického impulsu. Jeho
parametry jsou závislé především na velikosti nálože a místě výbuchu vůči zemskému
povrchu. Při pozemním jaderném výbuchu je nutno počítat s rušivými i destruktivními účinky
na elektrická i elektronická zařízení v okruhu 10 až 100 km od epicentra. Strmost vzrůstu
NEMP je 20 až 100-krát vyšší než strmost nárůstu elektromagnetického pole vyvolaného
bleskem. Indukované proudy, ať již v pláštích letadel, či dlouhých pozemních vedeních,
mohou dosáhnout i stovky, ba dokonce i několik tisíc ampérů.
2. Cesty přenosu rušivých signálů. Vazba mezi zdrojem a příjemcem může být
galvanická, kapacitní, induktivní nebo elektromagnetická (nebo jejich kombinace).
Galvanické vazby se uplatňují na společných vodičích, kterými jsou nejčastěji vodiče
napájecí nebo uzemňovací. Průtokem proudu, který je zdrojem rušení (např. impulsy ze
střídačového zdroje, z hodinového oscilátoru, apod.), vzniká na odporu a při vyšších
kmitočtech i na indukčnosti vodiče parazitní napětí, které se tak dostává do rušeného obvodu,
má-li tento obvod s rušícím obvodem část společného vedení.
Kapacitní vazby vznikají mezi vodiči vedenými blízko sebe, hlavně pak mezi vodiči
vedenými ve větší délce paralelně, např. ve svazcích vodičů, v kabelech nebo na deskách
plošných spojů.
Induktivní vazbu pozorujeme tam, kde rušící proud protéká smyčkou a rušený obvod
obsahuje také smyčku (prostorově blízkou). Vazba je tím silnější, čím je větší plocha obou
smyček. Induktivní vazba však také vzniká, když přijímací smyčkou prochází rozptylové
magnetické pole transformátoru nebo tlumivky.
Elektromagnetickou vazbu působí šíření elektromagnetické vlny buď po vedení nebo
volným prostorem. Jako vedení poslouží elektromagnetické vlně elektrovodná síť, napájecí
vodiče, ba někdy i vodiče uzemňovací nebo signálové (které přenášejí žádaný signál z jedné
části do jiné). Jako anténa fungují jednak vodiče, jednak proudové smyčky. Elektromagnetická
vazba je typická pro přenos rušivých signálů mezi prostorově oddělenými zařízeními,
zatímco vazba galvanická je spíše typická pro přenos rušivých signálů v rámci jednoho
zařízení (tato problematika bude probrána v kapitole o elektrické konstrukci).
3. Přijímače rušivých signálů. Na cesty přenosu rušivých signálů úzce navazuje
problematika přijímačů rušení. Jde především o klasifikaci jednotlivých typů a podrobnou
specifikaci rušivých účinků. To spolu s rozborem konstrukčních a technologických parametrů
umožňuje např. objevovat příčiny malé odolnosti.
Nejcitlivější na rušení jsou elektronická zařízení, která zpracovávají malé analogové
signály. Jedná se především o rozhlasové a televizní přijímače, jejichž antény zachycují vedle
žádaných signálů i signály poruchové, které se šíří prostorem ve formě elektromagnetických
vln. Poruchy se šíří i po elektrorozvodné síti a pronikají do vf a nf obvodů elektronických
zařízení, které jsou ze sítě napájeny (především elektroakustická zařízení a měřící přístroje).
Méně citlivé na rušení jsou zařízení digitální techniky. Tato odolnost byla jedním z hlavních
důvodů digitalizace v elektronice (přístrojů i přenosových cest). Intenzivní zdroje rušení však

58 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
mohou rušit i digitální přístroje tím, že silná jednorázová porucha změní hodnotu některého
přenášeného bitu.
Další dvě důležité oblasti EMC řeší otázky směřující ke zvýšení elektromagnetické
kompatibility elektrotechnických systémů (tj. metody omezování působení rušivých signálů a
omezením cest, kterými se rušivé signály šíří).
4. Snižování úrovně rušivých signálů. V této podkapitole se budeme zabývat dvěma
problémy: jednak snižováním úrovně generovaných rušivých signálů v místě jejich vzniku a
jednak na jejich cestě od zdroje k přijímači. Jde tedy o oblast odpovídající prvním dvěma
bodům výše uvedené klasifikace (nemělo by praktický smysl vyšetřovat tyto dvě oblasti
odděleně).
Oblast zabývající se způsoby snižování úrovně (omezování) rušivých napětí a polí
produkovaných zdroji rušení se často označuje jako odrušování zdrojů rušení. Zmíněná činnost
se prakticky projevuje ve dvou hlavních směrech. Prvním z nich je snaha omezit vznik
parazitních produktů přímo vhodnou konstrukcí. Ukazuje se, že v řadě případů se při
zachování požadované funkce může docílit podstatného snížení rušivých produktů jen za cenu
poměrně jednoduchých úprav a nepatrně zvýšených výrobních nákladů. Tato opatření závisí
na druhu odrušovaného zařízení. V napájecích obvodech může pomoci použití spínačů
spínajících v nule, změna režimu fázového řízení výkonových měničů, použití síťového

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 59
transformátoru s toroidním jádrem (který má malé rozptylové pole) apod. Startéry zářivek
jsou přemostěny odrušovacími kondenzátory, které zkratují vysokofrekvenční složky,
vznikající při rozpojení startérového kontaktu. Další šíření do sítě pak omezuje tlumivka, jejíž
hlavní funkcí je udržování stabilního výboje. Obdobně potlačujeme rušení od komutátorových
motorků (jiskření kartáčů) zapojením kondenzátoru přímo mezi kartáče, další dva
kondenzátory spojují kartáče s rušivým signálem s ochranným vodičem, statorové vinutí bývá
rozděleno na dvě části, které svou indukčností dále brání šíření poruch. I jiné spínací kontakty
přemosťujeme kondenzátory nebo členy RC. Přístroje rozdělujeme na zóny s různou úrovní
rušení (často navzájem stíněné - viz další bod).
Druhým směrem je doplnění již vyráběných zařízení vhodnými filtry. Největším
problémem bývá samotný návrh filtru, vzhledem k obvyklému širokopásmovému charakteru
zdroje rušení a značně se měnící impedanci zátěže a i vlastní realizace, v důsledku nedostatku
vhodných součástek.
Zvláštní pozornost se věnuje hospodaření spektrem (spectrum management) a otázkám
spektrální čistoty signálu (kmitočtová syntéza a analýza, šum oscilátorů, synchronizace,
filtrace). Snížení vzájemného rušení může vést i ke snižování vysílaných výkonů u
sdělovacích systémů.
Snahy po zmenšování zařízení i součástek, stejně jako zvyšování jejich operační rychlosti
a snižování signálových úrovní ztěžuje úspěšné odrušování.
Oblast zahrnující problematiku omezování nežádoucích elektromagnetických vazeb se
štěpí do mnoha různorodých směrů. Zkoumají se tu účinky elektromagnetických polí na
konkrétní rozmístění interferovaných systémů, způsoby stínění a materiály pro stínění, vazby
vznikající souběhem dálkových silnoproudých a telekomunikačních vedení, šíření rušivých
napětí distribučními energetickými i trakčními sítěmi, vazby mezi napájecími a signálovými
obvody v objektech, redukční účinky jednotlivých druhů sdělovacích kabelů, způsoby uzemnění
a vytváření uzemňovacích sítí ap.
Nezbytný je také pečlivý návrh spojů a desek plošných spojů. Rušivé signály, pronikající
galvanickými vazbami od zdroje k přijímači, se omezí nejlépe tím způsobem, že uspořádáme
vodiče tak, aby rušící a rušený okruh neměly žádnou společnou část. Jedná se nejčastěji o
okruhy napájecí a zemnicí. Když není úplné oddělení okruhů možné, musí mít společná část
minimální impedanci, tj. ohmický odpor a indukčnost. Odpor vodiče snížíme zvětšením jeho
průřezu, přičemž na tvaru průřezu příliš nezáleží. Indukčnost se sníží použitím vodiče většího
průměru. Lepšího efektu však dosáhneme použitím třeba i tenkého, ale širokého vodiče s
průřezem obdélníkovým.
Kapacitní přenosové cesty se omezí jednak umístěním rušeného okruhu co nejdále od
okruhu rušícího, jednak použitím kovového stínění. Vestavění stínící přepážky z mědi nebo
hliníku představuje účinné přerušení cesty rušivého signálu, ale bývá prostorově náročné.
Použití stínících krytů nebo stíněných vodičů je z hlediska účinnosti rovnocenné, avšak
zpravidla dochází ke zvýšení kapacit stíněných prvků proti zemi, což může nepříznivě
ovlivňovat funkci zařízení.
Zdrojem induktivních vazeb jsou jednak rozptylová pole transformátorů nebo tlumivek,
jednak magnetická pole generovaná proudovými smyčkami. Pole smyček se omezí
zmenšením jejich plochy. To platí pro smyčku "vysílací" i "přijímací". Při hledání přijímacích
smyček si musíme uvědomit, že každý proud teče uzavřeným okruhem (nezapomenout na
zemní a napájecí vodiče), tedy zpětné vodiče mají vést v těsné blízkosti vodičů přívodních (a
z hlediska parazitní zpětné vazby by zemní část smyčky měla být samostatná, neměl by tu
protékat žádný jiný proud). Na DPS se napájecí vodiče navrhují co nejširší, vedou se
planparalelně nebo těsně vedle sebe, jejich součástí jsou blokovací kondenzátory.

60 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Rozptylová pole transformátorů a tlumivek se dají potlačit např. použitím hrníčkových
nebo ještě lépe toroidních jader. Magnetickou vazbu lze omezit rovněž vhodným natočením
zdroje rušivého pole tak, aby napětí indukované tímto polem do rušeného obvodu bylo
minimální. Konečně je možné i magnetické stínění. Pro nízké kmitočty vyhovuje stínění z
materiálu s velkou permeabilitou, pro kmitočty vysoké je často účinnější stínění měděné,
které brání průniku vysokofrekvenčního magnetického pole tím, že se ve stínění indukují vířivé
proudy. Nejdokonalejší stínění pro magnetické pole je pak vícenásobné stínění pomocí
přepážek či krytů, sestavených z několika vrstev střídavě vodivých a magnetických.
Aby mohlo docházet k přenosu rušivých signálů pomocí elektromagnetických vln, musí
být jednak kmitočet dost vysoký, jednak musí být jak vysílač, tak přijímač vybaven anténou.
Jako anténa ovšem funguje každý vodič, který vede od zdroje poruch a také každý vodič,
který vede k místu citlivému na poruchy. Anténa, která je na opačném konci otevřená
(samozřejmě pro vysílaný nebo přijímaný kmitočet), rezonuje na vlnové délce odpovídající
lichému počtu čtvrtvln na anténě a na svých rezonančních kmitočtech vysílá i přijímá nejlépe.
Naopak anténa, která je na opačném konci uzemněna, rezonuje na vlnové délce, odpovídající
sudému počtu čtvrtvln. Rovněž vodivá smyčka může působit jako tzv. rámová anténa.
Elektromagnetické rušení se pokusíme odstranit řádným stíněním. Elektromagnetické vlny
se ovšem mohou šířit i po vedení, např. po elektrovodné síti. Zde si pak pomáháme síťovými
filtry, které jsou zapojeny v síťovém přívodu zařízení a chrání před vnějším rušení (a naopak
u vysílačů omezuje výstup rušení - viz dříve).
Obvody, kterými protékají střídavé proudy je nutno umístit tak, aby zabíraly co nejmenší
plochu a aby veškeré spoje byly co nejkratší. Tyto obvody (oscilátory, zesilovače) odebírají i
z napájecího zdroje střídavou složku, je třeba tuto střídavou složku co nejblíže u odebírajícího
obvodu vyfiltrovat blokovacím kondenzátorem. Podobně se omezuje šíření poruch od
spínaných zdrojů nebo od regulačních obvodů tyristorových regulátorů elektrických pohonů.
5. Zlepšování odolnosti zařízení vůči rušivým signálům je vlastně jedním z důležitých
směrů obecné problematiky zvyšování spolehlivosti elektronických zařízení. Zahrnuje nejen
způsoby filtrace napájecích přívodů a přepěťové ochrany na vstupech, ale též konstrukční a
technologické uspořádání částí elektronických zařízení omezující vnitřní interferenci
(naznačené v předchozí kapitole) a také zkoumá vlastnosti jednotlivých elektronických prvků
z hlediska odolnosti proti rušivým vlivům (např. účinky statické elektřiny a náhodných
přechodových jevů na polovodičové součástky).
Měření rušivých polí a rušivých napětí. Velmi rozsáhlou a důležitou je oblast měření
rušivých polí a rušivých napětí. Zabývá se kvantitativním zjišťováním vybraných parametrů,
které reprezentují elektromagnetické pole na všech třech základních článcích EMC (zdroj -
cesta - přijímač). Rušivá elektromagnetická pole je nutno z hlediska metod měření zásadně
rozdělit na pole krátkodobého a ustáleného charakteru.
Rušivá pole krátkodobého charakteru (elektrické výboje přirozeného nebo umělého
původu) se měří buď přímými nebo nepřímými metodami. Přímé metody využívají nejčastěji
čítačů rušivých impulsů s rozlišením podle amplitudy, doby trvání či kmitočtového pásma,
někdy spřažené se záznamovým zařízením časového průběhu (paměťový osciloskop, rychlá
digitální paměť). Nepřímé metody využívají ke zhodnocení interference, např. speciální
měřiče krátkodobých přerušení okruhů a měřiče krátkodobých poklesů úrovně.
Rušivá elektromagnetická pole ustáleného charakteru dělíme na časově neproměnná
(statická) pole a časově proměnná (střídavá) pole. Magnetostatická pole nejčastěji hodnotíme
pomocí měřičů intenzity magnetického pole, elektrostatická pak obvykle pomocí měřičů
intenzity elektrického pole.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 61
Při měření střídavých elektromagnetických polí se v praxi užívá různých druhů měřicích
přístrojů. V nízkofrekvenční oblasti jsou to zejména selektivní voltmetry či měřiče úrovně a
analyzátory, dále pak voltmetry se zhodnocovacími (psofometrickými) filtry. Měřicí přístroje
a metodiky nejsou pro zmíněnou oblast jednotně definovány a jsou závislé na tom, zda slouží
pro odvětví energetiky, spojů, automatizačních zařízení ap.
Z hlediska měření rušení rádiového příjmu je oblast kmitočtově definována od 10 kHz do
1000 MHz (a nověji až do 12,5 GHz). V pásmu od 10 kHz do 30 MHz se měří magnetická
nebo elektrická složka intenzity elektromagnetického pole pomocí přesně definovaných antén
a tzv. měřičů rušení. Jsou to v podstatě selektivní elektronické voltmetry cejchované v
decibelech se vztažnou hodnotou 1 µV.m -1 . V pásmu 30 až 1000 MHz se měří pouze
elektrická složka intenzity rušivého pole.
Přímé měření intenzity elektromagnetického pole se však vždy nehodí pro hodnocení
vysokofrekvenčních rušivých napětí, zejména pak v podmínkách průmyslových závodů. Proto
je též definována zjednodušená měřicí metoda, která vychází z toho, že působení vnějšího
elektromagnetického pole se projevuje vznikem rušivého napětí na svorkách sledovaného
elektrického systému. Měří se stejnými měřiči rušení jako v předchozím případě. Metoda
přirozeně předpokládá, že rušivá napětí vstupují do sledovaného systému pouze definovanými
cestami. Přitom se však může jednat o svorky vstupní, výstupní, napájecí, zemnicí ap. Její
použití je tedy závislé na konkrétním konstrukčním a technologickém uspořádání přijímače
rušení. V případech měření na síťových svorkách, používá se obvykle zvláštní měřicí doplněk
- umělá síť. V principu je to speciální výkonový filtr s přesně definovanou impedancí, který
zaručuje srovnatelnost měření v různých bodech napájecí sítě.
Kromě měření se rozvíjí v současné době velmi rychle oblast testování odolnosti
potenciálních přijímačů rušení (převážně elektronických přístrojů). Metoda testování je založena
na tom, že zkoušený objekt je ovlivňován rušivým napětím, generovaným tzv.
simulátorem rušení. Ten simuluje působení skutečných rušivých napětí na svorkách reálných
přístrojů a umožní tak ověřovat jejich funkci ať už z kvantitativního nebo kvalitativního
hlediska.
Simulují se např. rušivá napětí generovaná mechanickými spínači či napodobující statické
výboje (rušivé impulsy s krátkým čelem, nízkým energetickým obsahem a s měnitelnou
amplitudou, šířkou a polaritou). Podobně se simulují napěťové impulsy s velkou energií
superponované na síťové napětí, dále pak krátkodobé výpadky a kolísání síťového napětí, syna
signálové vedení, souběh rušícího napájecího a
metrická a nesymetrická interference
rušeného signálového vedení aj. Simulátory rušení se vyrábějí buď jako jednoúčelové testery
nebo jako stavebnicové testovací soupravy. Uvedená zařízení se stávají čím dále, tím více
nepostradatelnou pomůckou jak při vývoji a výrobě elektronických zařízení, tak i při jejich
uvádění do provozu.
Na všechny dosud popsané oblasti úzce navazuje oblast tvorby norem a předpisů EMC.
Podobně jako v jiných oborech, jedná se i tady o soubor norem podnikových, resortních,
státních i mezinárodních. Nejdůležitější bývají normy určující metodiky měření rušivých
vlivů a přípustné hladiny rušivých polí i napětí v jednotlivých prostředích. (Poznamenejme, že
tyto normy a předpisy se netýkají EMC na čipu integrovaného obvodu nebo uvnitř jednoho
zařízení, ale pouze chování zařízení jako zdroje nebo přijímače rušení).
Prudce vzrůstající množství zařízení produkujících rušení a také rostoucí počet zařízení
citlivých na rušivé signály vedou k potřebě mezinárodního sjednocení požadavků na
elektromagnetickou kompatibilitu. Státy Evropského společenství proto v roce 1985 ustavily
komisi, která vypracovala základní směrnice pro elektromagnetickou kompatibilitu. Směrnice
dostala jméno EMC Directive 89/336 EEC a budou jí muset vyhovovat veškerá elektronická
zařízení z hlediska minimalizace vzájemného rušení nebo nepříznivého ovlivňování.

62 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Direktiva obsahuje kromě technických i řadu právních požadavků. Nejvýznamnější je
předpis, vyžadující od každého výrobce jmenovat pracovníka, který je osobně zodpovědný za
to, že zařízení dodávané na trh odpovídá všem odrušovacím předpisům. Nedodržení
uvedených podmínek bude mít za následek stíhání zodpovědného pracovníka. Výrobek
nebude možné uplatnit na trhu a používat ho. EMC se musí respektovat již při návrhu
výrobku. Dodatečné odrušení bude velmi drahé, protože si často vyžádá rozsáhlou
rekonstrukci.
Rekonstrukce bude nutná u mnoha starších zařízení, která bude chtít výrobce prodávat od
roku 1996 (původně uvažováno od 1992). Právě tak nebude možné uvést na trh žádné
zařízení z dovozu, které by nebylo úspěšně vyzkoušeno podle norem. Direktiva dovoluje dvě
cesty.
Prvá cesta spočívá ve vlastní certifikaci. Ta je možná, spadá-li výrobek do příslušné
euronormy EN. Výrobce je v tom případě povinen:
a) vyzkoušet výrobek podle příslušné normy vlastními prostředky nebo v oprávněné
specializované laboratoři mimo podnik a vyzkoušení zaplatit,
b) vydat prohlášení o tom, že výrobek stanovené normě vyhovuje; prohlášení podepíše
zodpovědný pracovník,
c) opatřit výrobek značkou CE v oválu (Certified Europe).
Druhá cesta je vytvoření tak zvaného "technického file", což je detailní technický popis
výrobku. Podrobné údaje od počátku vývoje až po výrobu jsou doplněny výkresovou
dokumentací, diagramy a podrobnými výsledky měření jednotlivých částí zařízení, z nichž
jednoznačně vyplývá, že výrobek splňuje požadavky EMC. Měření provádí k tomu akreditovaná
osoba a soulad s technickým file kontroluje zástupce nadřízeného národního úřadu.
Požadavky Direktivy se nutně musí projevit také na našich výrobcích, zejména budeme-li
je chtít vyvážet do zemí ES. Nebude to ovšem pro nikoho záležitost levná.
Uveďme příklad vybavení laboratoře pro kvalitativní sledování rušivých signálů. Takové
měření vyžaduje analyzátor spektra s kmitočtovým rozsahem 2 GHz, sondu na detekování
rušivých polí a napěťovou sondu ke zjišťování rušivých signálů na vedení. Kvalifikované
měření emisí v definovaných podmínkách vyžaduje pracoviště rozšířit o antény (pro pásmo
30 až 300 MHz bikonická anténa, pro rozsah 300 až 1000 MHz anténa logaritmickoperiodická).
Pracoviště musí být dostatečně prostorné a ploché, s kovovou základnou z plného
materiálu nebo z mřížky s oky, menšími než 30 mm (0,1 # pro 1 GHz). Předpisy stanoví, že
základna přesahuje nejméně 1 m za měřený objekt na jedné straně a 1 m za anténu na straně
druhé. K měření rušivých signálů po vedení jsou také nutné filtry. Těmi se zajistí stálá
definovaná impedance měřeného objektu v místě připojení na síť.
Nejmodernější centrum pro měření EMC v Evropě bylo vybudováno v roce 1988 v
Grendingu, SRN. Má k dispozici řadu stíněných prostor (stínící účinek je asi 100 dB), které
mají výrazně sníženu odrazivost pomocí absorbérů (na 30 MHz 16 dB a na 1 GHz více než 40
dB). Centrum může sledovat vyzařování do 40 GHz a odolnost proti rušení do 18 GHz. V
centru se ověřuje i odolnost zařízení proti bleskům a odolnost munice proti působení
elektromagnetického rušení. Největší hala má rozměry 45 x 20 x 18 m! Podobnou zkušebnu
postavila v Japonsku firma TOYOTA, ve Francii DESSAULT.
Domácí pracoviště, které se dlouhodobě zabývá elektromagnetickou kompatibilitou,
působí ve Výzkumném ústavu silnoproudé elektrotechniky v Praze 9-Běchovicích. Rozsah
měření v kmitočtové oblasti je od 0 do 1000 MHz, napěťové od 50 mV do 400 kV. Pracoviště
se zaměřuje především na silnoproudé aplikace.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 63
Odrušování zásahem u zdroje
Jak již bylo uvedeno, rušení lze (více či méně) omezit několika cestami (záleží na zdroji
rušení a přenosové cestě). Ovšem potlačení rušivé energie v místě jejího vzniku je zpravidla
nejsnazší a nejúčinnější cestou.
Podle charakteru rušivého zdroje je možné cíle dosáhnout různými způsoby. Rušivé
vyzařování komutátorových motorků lze odstranit například připojením složitého
odrušovacího filtru nebo úpravou mechanického stavu (výměnou ložisek, uhlíků, kotvy) a
ponecháním původního jednoduchého odrušení. Rušící termostat je snazší nahradit typem,
který rozepíná mžikově než dodatečně zapojovat do obvodu odrušovací filtr. Jindy, zejména u
složitých elektronických zařízení, je nejefektivnější cestou stínit celé zařízení, což omezí
rušivé vyzařování a funkci zařízení neovlivňuje. Souhrnně to můžeme charakterizovat jako
udržování zařízení v náležitém technickém stavu.
Použití odrušovacích prostředků je však hlavním způsobem jak potlačit rušení. Důležitá je
nejen volba odrušovacího prostředku, ale především způsob a místo připojení v rušícím
zařízení. Moderní elektronická zařízení (především ta, která obsahují mikropočítače) mohou s
odrušením obstát jen tehdy, když se tato problematika sledovala již při jejich vývoji.
Dodatečné zásahy jsou nejen složité a nákladné, ale mohou nekontrolovatelně ovlivnit jejich
spolehlivost i funkci.
Zdroje rušení lze rozdělit na dvě charakteristické skupiny. Širokospektrální zdroje
produkují souvislé rušivé spektrum v širokém kmitočtovém rozsahu jako nežádoucí produkt
funkčních pochodů. Patří sem tyristorová zařízení, spínané zdroje, komutátorové motorky,
kontakty, linky vysokého napětí, rozkladové části televizních přijímačů a řada dalších.
Úzkopásmové zdroje produkují vf energii v úzkém kmitočtovém pásmu kolem základního
kmitočtu, případně jeho násobků. Takovými zdroji jsou oscilátory přijímačů, rádiové vysílače
všeho druhu, výkonové průmyslové generátory. Vf energie v nich vzniká v souvislosti se
základní funkcí. Při odrušování se k oběma skupinám přistupuje specificky.
Odrušení mechanických kontaktů
V technické praxi jsou mechanické kontakty častým zdrojem rušení. Lokalizace tohoto
druhu rušení nebývá jednoduchou záležitostí a ani odrušení není jednoduché. Příčinou rušení
je jiskření na kontaktech, které vzniká přerušováním proudového obvodu se zátěží indukčního
charakteru. Rušivá vf energie zabírá široké spektrum od akustických kmitočtů někdy až do
IV. TV pásma.
Na obr. 5.9a je jednoduchý obvod s cívkou L a spínačem S. Po sepnutí spínače protéká
obvodem proud a v cívce L se hromadí magnetická energie úměrná vztahu LI 2 /2. Po
rozpojení obvodu se na kontaktech s objeví indukované napětí
di
U
L
≈ L
dt
Ze vztahu vyplývá, že napětí je úměrné indukčnosti cívky a rychlosti rozpojení. Vzniklé
jiskření nebo i oblouk mezi kontakty jsou vlastní příčinou vzniku vf rušení. Aby se
nežádoucímu jevu zabránilo, je třeba pro energii nahromaděnou v cívce nalézt jinou, paralelní
cestu. V jednoduchých případech k tomu stačí rezistor (obr. 5.9b). Při stejnosměrném proudu
lze výhodně místo odporu zapojit polovodičovou diodu (obr. 5.9c). Při sepnutí S neteče
diodou "paralelní" proud, jako v předchozím případě. Při střídavém proudu a malém napětí se
využívá Zenerových diod (obr. 5.9d).

64 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Nejčastěji se k potlačení jiskření na kontaktech používá článek RC (zhášecí obvod), který
se připojuje buď ke kontaktu, nebo k cívce (obr. 5.9e). Při rozpojeném kontaktu S se
kondenzátor C nabíjí a vytváří pro magnetickou
energii cívky paralelní cestu, při sepnutém kontaktu
se přes něj vybíjí, čímž by přispíval k většímu
jiskření. Proto se do série zařazuje odpor R, který
vybíjecí proud omezuje. Zhášecí obvod RC tedy není
odrušovacím prvkem v pravém slova smyslu.
Vzniklou vf energii netlumí, ale mění charakter
spínacího pochodu. Optimální kapacita kondenzátoru
a hodnota odporu a zejména jejich vzájemný poměr
závisí na indukčnosti a odporu cívky, na materiálu
kontaktů, na proudu v obvodu i na velikosti
indukovaného napětí. Pro odrušení kontaktů členem RC podle obr. 5.9e se volí C v mezích
0,05 až 1 uF a R 5 až 200 X. V síťových obvodech 220 V, 50 Hz se potom nejčastěji používá
kombinace 0,1 uF/380 V + 50 X (vyráběla se v n. p. TESLA pod označením TC 11108). Na
obr. 5.10 je zhášecí obvod použit k ochraně kontaktů a k omezení rušení u spínače
transformátorové pájky.
Na obr. 5.11 je tzv. Larsenovo zapojení pro odrušení kontaktů. Proti členu RC má výraznější
odrušovací účinek. Velmi účinného odrušení kontaktu na obr. 5.12 je dosaženo kombinací
odrušovacích prostředků a stínění. Používá se při zvláštních nárocích na odrušení.
Odrušování komutátorových motorků
Tyto motorky patří k nejčastějším zdrojům průmyslového rušení, protože jsou v
nejrůznějších zařízeních v průmyslu, kancelářích, ústavech i obchodech; jsou i základní
součástí většiny domácích spotřebičů. Komutátorové motorky nalezneme ve vysavačích,
šicích strojích, holicích strojcích, pračkách, odstředivkách, mixerech, ručním elektrickém
nářadí, vysoušečích vlasů, leštičích parket nebo i dětské autodráze. Jimi vyvolané rušení má
širokospektrální charakter se složkami až do TV pásem.
Předpokladem úspěšného odrušení je dobrý mechanický stav samotného motorku.
Zkontroluje se nejdříve opotřebení uhlíků; při náhradě se dodrží původní typ. Příčinou
zvětšeného rušení mohou být také opotřebovaná ložiska, vystupující lamely nebo
mezilamelová izolace, případně neokrouhlý komutátor. Je-li k tomu možnost, vyplatí se
přetočit kotvu v hrotech na soustruhu. Z elektrických závad podstatně zvětšují úroveň rušení
závitové zkraty v kotvě nebo svody vinutí na kostru, což se však obvykle zjevně projeví na
funkci. Zde pokusy o odrušení zpravidla ztroskotají. K samotnému odrušení lze přejít až po
odstranění mechanických závad. Prvým a velmi účinným zásahem je přepojení statorových
vinutí, často zapojených podle obr. 5.13a. symetricky podle obr. 5.13b. Dále lze rušení
zmenšit nejjednodušeji zapojením širokopásmového kondenzátoru 50 až 100 nF + 2x 2,5 nF
podle obr. 5.14. Tuto kombinaci dodává výrobce v pouzdru s pěti vývody, např. pod
označením TC 240 (dříve WK 724 21 nebo WK 724 92). Náhrada třemi samostatnými
kondenzátory je možná na úkor širokopásmovosti. Kondenzátory 2,5 nF však musí být na
provozní napětí 220 V, 50 Hz. U těchto tzv. bezpečnostních kondenzátorů je třeba dodržet
kapacitu vzhledem k velikosti proudu, unikajícího do kostry
zařízení.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 65
Širokopásmový kondenzátor tohoto typu účinně potlačuje jak symetrickou, tak
nesymetrickou složku rušení, takže postačí k dokonalému odrušení řady domácích spotřebičů,
např. vysavačů a ručního nářadí. Rušivé složky v I. až III. TV pásmu se výrazně potlačí
rozšířením obvodu o další kondenzátor a vf tlumivku s indukčností řádu desítek uH podle obr.
5.15. Tlumivky lze realizovat navinutím 15 až 20 závitů lakovaného drátu o o 0,5 mm na
feritovou tyčinku o o 2 až 3 mm. Optimální je vf ferit (postačí však i materiál pro nízké
kmitočty). Změníme-li předchozí zapojení podle obr. 5.16, můžeme použít k účinnému
odrušení filtr vyráběný pod označením TC 241 (dříve WK 724 22, WK 724 23).
Na obr. 5.13 je zapojení odrušovacích
prostředků komutátorového motoru v
rotátoru směrové antény. Odrušení je
širokopásmové.
Při montáži odrušovacích součástek je
třeba dodržovat zásadu co nejkratších
přívodů. Doporučuje se používat
keramické kondenzátory, umožňující
účinné odrušení tam, kde je nedostatek
místa pro svitkové. Při odrušovacích

66 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
pracích je třeba vždy sledovat i hlediska bezpečnostní, tj. po odrušení kontrolovat střídavý
proud unikající do kostry zařízení a odrušovací prostředky zapojovat až za síťový spínač.
Odrušování polovodičových usměrňovačů, regulátorů apod.
Vznik rušení u křemíkových usměrňovacích diod. Depletiční vrstva polovodičové diody je
při průtoku v propustném směru "zaplavena" nosiči nábojů obojího znaménka. Při průchodu
napětí nulou proud nepřestává téci, po několik mikrosekund prochází v závěrném směru.
Tento zpětný proud se přeruší a přejde do závěrného proudu, až když jsou nosiče nábojů,
shromážděné v hradlové vrstvě "odsáty" přiloženým záporným napětím. Špička zpětného
proudu je tím větší, čím větší byl procházející proud. Zpětný proud při začátku půlvlny
závěrného napětí velmi rychle mění svou velikost. Polovodičová dioda se v tomto okamžiku
chová jako rozpojující se spínač, což má za následek při indukčním charakteru obvodu prudké
zvětšení indukovaného napětí (které může diodu i poškodit) a vznik vyšších harmonických
složek proudu spektrálního charakteru až k rozsahu krátkých vln.
Vznik rušení u tyristorů a triaků
Triaky a tyristory jsou nejčastěji používány jako regulátory příkonu různých, ze sítě
napájených silnoproudých zařízení. Princip regulace spočívá v tom, že zátěž je tyristorem
(triakem) připojována k síti jen po část půlperiody. Střední hodnota proudu, a tím i odebíraný
výkon, lze tak v širokých mezích měnit. Toto tzv. fázové řízení se vyznačuje velkou účinností
a možností regulovat výkon spojitě. Tyristor (triak) pracuje jako elektrický spínač a vytváří vf
rušivé složky spektra právě tak, jako spínač mechanický. Krátké spínací časy polovodičových
prvků jsou příčinou vzniku složek spektra i nad 30 MHz.
Jak je známo, tyristor sepne, převedeme-li krátký proudový impuls do řídicí elektrody. Při
střídavém proudu vypne tyristor těsně před průchodem proudu nulou samočinně, u
stejnosměrného obvodu je nutný vnější zásah pomocí "zhášecího" zařízení; takové zařízení
zpravidla obsahuje rovněž tyristor. K zapnutí a vypnutí proudu do zátěže působí nejméně dva
tyristory, střídavě otevírané řídicími impulsy.
Vf rušení vzniká při otevření a při opětném uzavření tyristoru. Amplituda a šířka rušivého
spektra při otevření tyristoru je dána dynamickými vlastnostmi spínacího prvku i elektrickými
parametry vnějšího obvodu. Vf rušení vznikající při vypnutí má stejné příčiny jako u
křemíkových diod. U tyristorů a triaků se zpravidla sleduje rušení vznikající při spínání
prvku, protože je podstatně větší, než rušení při vypínání. Při zapnutí a vypnutí vzniká i
napěťová špička (zakmitávání vnějšího obvodu; tyristor je také ohrožován napěťovým
průrazem). To, co bylo řečeno o tyristorech, se vztahuje i na triaky.
Na obr. 5.18 jsou různé možnosti odrušení stmívače s triakem. Zleva doprava se zlepšuje
úroveň odrušení. [2/80].

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 67
Odrušení elektronických přístrojů
Zdrojem rušení u elektronických přístrojů bývá hlavně spínaný zdroj. Dále ruší přístroje,
které obsahují oscilátory. Běžné je rušení osmibitovými
domácími mikropočítači s jednou deskou ve skříni z
plastu (známý Sinclair ZX-Spectrum i další typy). Ruší
také amatérské vysílače, různá průmyslová zařízení (pro
vf ohřev apod.), lékařská zařízení atd. Problémy bývají i
s televizními přijímači. Staré typy rušily pouze
neúměrným vyzařováním koncového stupně řádkového
rozkladu nebo oscilátoru kanálového voliče, nové
televizory však mají další obvody, z nichž se může šířit
nežádoucí vf energie. Je to nejen spínaný zdroj,
ovládání řízené mikroprocesorem, modul teletextu,
obvody pro digitální zpracování signálu, ale i např.
směšovač pro druhou zvukovou normu.
Mezi základní podmínky malého vyzařování patří
solidní kovová skříň (problém u zařízení spotřební
elektroniky), kterou nelze plnohodnotně
nahradit pokoveným krytem z plastu. Je-li skříň
dělená, doporučuje se pro zmírnění vyzařování
styčné plochy dobře očistit a po celé délce
spáry vložit měděnou fólii (tzv. gasket).
Užitečné je také vnitřní stínění funkčních
bloků kovovými fóliemi (též tenkým plechem).
Propojovací kabely mezi jednotlivými díly
mají být co nejkratší a vždy stíněné. Napájecí
přívody je vhodné blokovat na obou stranách
keramickými kondenzátory 100nF (TK 782),
velkou úroveň rušivých signálů na ostatních
propojovacích vodičích lze omezit protažením
svazku vodičů nebo jednotlivých drátů
feritovým toroidem a vytvořením 2 až 5 závitů
(obr. 5.19).
Prvním předpokladem omezení rušivého
vyzařování je síťový filtr. Obr. 5.19 ukazuje,
jak má být síťový filtr do skříně počítače
vestavěn.
Z obr. 5.20 je zřejmé zapojení typického filtru,
který dnes používá většina výrobců. Obsahuje
tři kondenzátory a dvojitou proudově
kompenzovanou tlumivku. Kondenzátor C 3
potlačuje symetrickou složku, kondenzátory
C 1 , C 2 a tlumivka zabraňuje šíření
nesymetrické složky rušení. Je-li filtr umístěn
ideálně, je účinný až do 100 MHz. Příkladem
provedení je filtr na obr. 5.21. Je konstruován

68 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
jako jednofázový s maximálním proudem 6 A ve společném pouzdře se síťovou zástrčkou
IEC (obr. 5.23). Kovový kryt umožňuje ideální spojení se skříní rušícího zařízení. Podobný
filtr má i televizor TESLA Color 110 (obr. 5.22).
Filtr WN 852 02 (TESLA) je rozměrově podstatně větší, má však dobré elektrické
vlastnosti. Je uložen v krabici ze zinkohliníkové slitiny a ucpávkovými přírubami.
Bezpečnostní kondenzátory jsou spojeny s krabicí filtru (obr. 5.25).
Popsané filtry vyhoví u těch přístrojů, které jsou umístěny v kovové skříni a mají klasický
(tj. nespínaný) síťový zdroj. Spínané zdroje vyžadují náročnější odrušení.
Na obr. 5.26 a 5.27 jsou odrušovací filtry z výrobků firmy HYUNDAI (Jižní Korea). Filtr
na obr. 5.28 může být jednodušší, protože daný fax má další odrušovací prostředky v
jednotlivých blocích.
Vzhledem k tomu, že v odrušovacích filtrech se běžně používá proudově kompenzovaná
tlumivka, pokusíme se objasnit její funkci.
Uvažujme konfiguraci podle obr. 5.29 (a odpovídající rozkreslené náhradní schéma dle
obr. 5.30). Zdroj rušení produkuje vf rušivou energii, která se šíří po napájecím přívodu
jako symetrická a nesymetrická složka. Symetrická složka vytváří rušivé napětí mezi oběma
přívody, které vyvolává rušivé proudy tekoucí shodně s napájecím proudem. Kondenzátory
C 3 , C 4 , případně samostatné tlumivky, zařazené v každém přívodu, tuto složku potlačují.
Nesymetrická složka se projevuje jako rušivé napětí mezi nulovým vodičem nebo zemí a
jedním nebo oběma napájecími vodiči. Na odrušení se podílejí kondenzátory C 1 , C 2 , C 5 , C 6 ,
protože však z bezpečnostních důvodů je jejich kapacita omezena na několik nF, není jejich
účinek veliký. Volí se proto jiná cesta a nesymetrická složka rušení se potlačuje sériově
zařazenými tlumivkami L 1 a L 2 . Při jejich návrhu však narazíme na další problém.
Aby byla tlumivka účinná v celém kmitočtovém rozsahu 0,15 až 30 MHz, musí mít feritové
jádro, a to nejlépe ve tvaru toroidu. Pro nejnižší kmitočty však vychází velký počet závitů a
jimi protéká celý napájecí proud. Bude-li jádro nesprávně dimenzováno, přesytí se, jeho
indukčnost se značně zmenší a tlumivka ztratí odrušovací účinek (obr. 5.31).
U spotřebičů s velkým odběrem proudu by správně navržená feritová toroidní tlumivka vyšla
neúměrně velká. Navinou-li se však obě cívky L 1 a L 2 na společné toroidní jádro podle obr.
5.29 a zapojí tak, aby se magnetický tok v jádře, vyvolaný napájecím proudem, vzájemně
kompenzoval,
může mít tlumivka velmi malé rozměry. To však není zadarmo. Ideálně
navinutá proudově kompenzovaná tlumivka nebude potlačovat symetrickou složku rušení,
protože ta se šíří stejnou cestou jako napájecí proud.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 69
Vrátíme-li se k obr. 5.30 a sledujeme-li směr nesymetrické složky, potvrdí se, že
odrušovací účinky L 1 a L 2 se sčítají a dvojitá tlumivka na společném jádře je pro tuto složku
účinná. I při velmi pečlivém vinutí dvojité toroidní tlumivky se nedosáhne úplné kompenzace
magnetického pole od napájecího proudu.
Vždy existuje rozptylové magnetické pole, které v obr.
5.30 představují rozptylové indukčnosti L 3 a L 4 . To
však nemusí být na závadu. Vhodným konstrukčním
uspořádáním lze rozptylových indukčností využít ke zvětšení odrušovacího účinku pro
symetrickou složku rušení. Pokud jejich indučnost nestačí, doplňuje se odrušovací obvod jen
malými tlumivkami s indukčností 10 až
100 uH na feritových tyčinkách.

70 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Odrušování dalších zařízení
Zdrojem rušení mohou být i zářivková svítidla,
neonové reklamy a výbojky. K odrušení použijeme vhodné filtry. Dalším zdrojem rušení
mohou být výboje statické elektřiny (např. u hnacích řemenů z plastických hmot). Také
vedení vn a vvn může být zdrojem rušení (obvykle kapacitní výboje). Všeobecně známe je
také rušení pocházející ze zapalovací soustavy zapalovacích motorů. Podrobnosti lze nalézt v
[2/80] a [4/92].
Odrušování zásahem u přijímače rušení
Při návrhu nových přístrojů musíme věnovat velkou pozornost možnému vnějšímu rušení.
S potřebou odrušení se můžeme setkat také u přístroje již vyrobeného a příp. i používaného.
Obecně můžeme potom hovořit o odolnosti přístroje vůči rušení (je tím myšlena schopnost
pracovat v daném elektromagnetickém prostředí, aniž by se významně zhoršila funkce).
Především je třeba si uvědomit, že opatření, která zmenšují rušivé vyzařování přístroje (viz
dříve), přispívají také ke zlepšení odolnosti přístroje proti vnějšímu elektromagnetickému poli
a/nebo poruchám přicházejícím po síti.
Pro účely odrušování hovoříme o přijímači rušení, přičemž termín přijímač je chápán
široce (nejenom jako rozhlasový nebo televizní). Při řešení konkrétního případu se snažíme
nejdříve nalézt mechanismus, kterým rušení proniká do přístroje. Běžně rušivý signál proniká
po síťových přívodech, bráníme se zařazením vhodného filtru. Rušivé signály mohou vnikat i
cestou s užitečným signálem, např. anténním vstupem do přijímačů, vstupními přívody nebo
reproduktorovými přívody do zesilovače.
Při odrušování zařazujeme vhodné filtry do anténních přívodů nebo konektorů nf přívodů
zesilovačů. Napájecí
přívody blokujeme na obou stranách keramickými kondenzátory. Velkou

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 71
úroveň rušivých signálů lze omezit protažením vodičů feritovým toroidem, na rozdíl od obr.
5.19 zde není obvykle nutné vinout několik závitů, spíše se použijí 2 až 3 toroidy za sebou
(nebo feritová trubička).
Na obr. 5.32 je také několik příkladů odstranění rušivého ovlivňování nf stupňů vf
signálem. Další informace budou uvedeny v příslušných částech skripta.
Zde ještě uvedeme poznámku k institucionálnímu odrušování rádiového příjmu.
Vzhledem k častým případům rušení rozhlasového a televizního příjmu je v ČR zřízena
odrušovací služba, která řeší stížnosti posluchačů. V praxi této služby se rozlišují pojmy
rušení a rušivé ovlivňování.
Podstata rádiového rušení spočívá v tom, že rádiový příjem na daném kmitočtu je
omezován elektrickým zařízením, jehož vf energie spadá do vf přenosového kanálu. Při
rušivém ovlivňování elektrická zařízení (hlavně vysílače) omezují příjem ve své blízkosti,
aniž by jejich pracovní kmitočet ležel v příjímaném kanálu. Rušený příjem může být
způsoben nedostatečnou odolností nebo jiným funkčním nedostatkem přijímacího zařízení.
V této souvislosti ještě poznamenejme, že rádiový příjem může být omezen nejen
provozem elektrických zařízení, ale i tzv. rádiovým zastíněním, kdy je příjem omezen v
důsledku překážky mezi vysílací a přijímací anténou, čímž dojde ke zhoršení odstupu mezi
užitečným a rušivým signálem.
6.1 Elektrostatické výboje
Nebezpečí ze statické elektřiny je známé již dávno [ST 8/65]. Elektrostatické problémy se
objevují takřka ve všech odvětvích. Nejvíce jsou vidět v textilním, papírenském a tiskařském
průmyslu, jakož i všude tam, kde se zachází se snadno výparnými hořlavinami a jednak se
snadno zápalnými jemnými prachy (uhlí, mouka, cukr). Vznik statických nábojů a případných
jisker je v praxi záludný a těžko předvídatelný. Objevují se i bez zjevného tření (např. při
čerpání benzínu - proto používané kanystry nemají být z plastických hmot). Novou oblastí
jsou destrukční vlivy statické elektřiny na spolehlivost a parametry polovodičových
součástek, ta nabývá s rozvojem mikroelektroniky stále více na významu. Hlavním
problémem zde je elektrické nabíjení osob. Poznamenejme, že v elektronice se přetěžování
součástek vlivem elektrostatických výbojů (a i jiných rychlých přechodných jevů) označuje
jako stres. Značný vliv v této oblasti má zejména rozsáhlé (a stále rostoucí) používání nových
nových druhů umělých vláken a hmot (oblečení, podlahy, dekorace, nábytek, koberce apod.),

72 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
zvláště při používání ústředního topení, které zajišťuje trvale teplý a suchý vzduch v
prostorách, kde se provozují elektronická zařízení (sklady, dílny, byty apod.). Značný význam
má měrný elektrický odpor jednotlivých látek - obr. 5.33. V elektronice se tato problematika
označuje jako ESD (electrostatic discharge), příklady vidíme na obr. 5.34.
a) Podmínky určující velikost náboje
Elektrické náboje vznikají (resp. oddělují se) při některých fyzikálně chemických
procesech. Zvláštní význam má případ dotyku a následujícího oddálení dvou materiálů, z
nichž alespoň jeden je izolant.
Velikost náboje je přímo úměrná kvalitě opracování povrchu, rychlosti oddalování a
velikosti styčné plochy.
Elektrické náboje vznikají dále při tření dvou látek o sebe, při dělení materiálů, drcení,
mletí, rozprašování, změně skupenství, průtoku potrubím, výtokem kapalin a plynu z potrubí,
při plnění a vyprazdňování nádob, pohybu obuvi po podlaze, tření šatů o tělo a o nábytek
apod.
Vzniklé náboje se shromažďují na předmětech, které mají vysoký odpor vůči zemi.
Současně s procesem nabíjení obvykle probíhá i proces vybíjení, a to přes svodový odpor
do země.
Jako příklad uveďme vzrůst náboje při chůzi člověka po koberci ze syntetických materiálů,
kdy napětí může dosáhnout až hodnoty 30 kV - obr. 5.35.
Pohyby člověka na židli
(nekovové) v oděvu ze
s yntetických tkanin vyvolá
vznik napětí až 10 kV, napětí
řádu kV stačí vyvolat pouhé
pohyby člověka takto
oděného.
Lidské tělo je z hlediska
elektrostatistiky
vodičem
proto, že při napětí vyšším
než 50 V dochází k
elektrickému
průrazu
položky, takže se na
celkovém odporu těla výrazně nepodílí - obr. 5.36.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 73
K apacita lidského těla se obvykle pohybuje mezi 100 až 500 pF, při napětí 10 kV a
kapacitě 200 pF je tedy náboj člověka roven 2 µC.
Vliv vlhkosti vzduchu na rychlost vybíjení náboje lidského těla ukazuje obr. 5.35.
Při dotyku nabitého lidského těla s
uzemněným vodičem dojde k
rázovému vybití, energie je dána
známým výrazem
W = 1 2
2 CU
(7.21)
V našem případě (C = 200 pF, U =
10 kV) je W = 10 mJ. Typický
průběh rázového vybití lidského
těla (U = 5 kV) ukazuje obr. 5.37.
Z obrázku je zřejmé, že (při napětí 5 kV) se strmost náběhu vybíjeného proudu pohybuje
mezi 0,5 až 50 ns a jeho špičková hodnota může být až 60 A. Špičkový výkon pak může
dosáhnout i řádů jednotek až desítek kW.
b) Přetěžování polovodičových součástek statickou elektřinou
Pro toto přetěžování (a pro podobné přechodové děje s rychlostmi řádově us a většími) se
v literatuře ujímá pojem "stres".
Jde o přetěžování součástek, jehož následkem jsou mikroprůrazy funkčních oblastí
aktivních prvků IO nebo odpaření tenké vrstvy Al spojující (či spoluvytvářející) funkční
oblasti. Náchylnost k závadám IO se zvyšuje při jejich nedokonalé výrobní technologii
(základní materiál IO je nehomogenní, okraje elektrod elementů a spojů čipu neodpovídají
přesně předloze apod.).
Nehomogenity mají za následek mikroprůrazy v důsledku lokálních změn gradientu
intenzity elektrického pole.
Nerovné okraje spojů a elektrod tranzistorů
způsobí nehomogenní proudové rozložení
(zesilovací činitel tranzistoru je v různých
místech různý), tj. růst proudu v místě s větším
zesilovacím činitelem až na hodnotu, která
přetížené místo nadměrně ohřeje (až k bodu
varu či k odpaření tenké Al vrstvy).
Velmi rychlý průběh výboje vyžaduje
uvažovat i rychlost šíření impulsu po vedení
(zemnícím vodiči).
Je-li např. uvažovaná doba 10 ns a rychlost
šíření po vedení 20 cm/ns, pak je uzemňovací
vedení délky větší než 1 m účinné jen tehdy, je-li jeho charakteristická impedance menší než
cca
200 Ohm.

74 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Zacházení s elektrostaticky citlivými součástkami.
Moderní polovodičové součástky,
zejména vyrobené technologií MOS, v diskrétní nebo integrované formě, mohou být
elektrostatickým napětím při dotyku nabitého povrchu zničeny. Takové součástky
označujeme jako elektrostaticky citlivé. Za napětí, ohrožující funkci součástek, považujeme ss
napětí 50 V nebo střídavé napětí s vrcholovou hodnotou nad 50 V nebo efektivní hodnotu nad
35 V. S elektrostaticky citlivými součástkami mají pracovat pouze oprávnění pracovníci ve
vyhrazeném prostoru a v předepsaném oděvu. Vyhrazený prostor je prostor, v němž je
omezen vznik elektrostatického napětí pod hodnotu napětí, ohrožujícího funkci součástek.
Podrobně je otázka zacházení s elektrostaticky citlivými součástkami řešena v BS 5783 -
"British Standard Code of Practice for Handling of Electrostatic Sensitive Devices" z roku
1984 a v NT 8551 "Předpisy pro zacházení s elektrostaticky citlivými součástkami", platné od
r. 1987, ze které budeme dále čerpat.
NT 8551 určuje technické požadavky na dokumentaci a konstrukci pro vyhrazený prostor,
oblečení pracovníků, dodávání, balení, skladování, zpracování, měření součástek, oživování a
opravy zařízení, provoz ve vyhrazeném prostoru. Prostředky, zajišťující ochranu součástek,
jsou podle ČSN 34 1382 tříděny na elektrostaticky vodivé, které nechrání před úrazem
elektrickým proudem o průchozím nebo povrchovém odporu menším než 50 kW,
elektrostaticky vodivé s odporem 50 kW až 1 MW, které lze užít jako součást
elektrostatického svodu a antistatické s odporem 1 až 1000 MW, které se nenabíjejí, ale
nemohou být součástí elektrostatického svodu. Označení součástí, zařízení a pracovišť
citlivých na elektrostatický náboj udává norma NT 1051. Základní výstražný symbol podle
této normy ukazuje obr. 5.38.
Zacházení se součástkami a jejich skladování. Součástky mají být co nejdéle (do okamžiku
montáže) ponechány v původním elektrostaticky vodivém obalu výrobce nebo dodavatele.
Správný obal musí zabraňovat hromadění statické elektřiny. Může být ze speciální
elektrostaticky vodivé hmoty, kovové fólie nebo se zkratovacími spojkami. Jednotlivé
součástky se z balení, v němž jsou dodávány, oddělují včetně ochranného obalu, mimo
vývody součástky. Citlivé součástky mají být skladovány odděleně od ostatních součástek.
Nesmí se používat běžné polyetylénové sáčky (mají povrchový odpor větší než 1011 W).
Oblečení pracovníků. Vrchní oděv má být z elektrostaticky vodivých nebo alespoň
antistatických materiálů a nemá být vlající (raději kombinézy, než pracovní pláště).
Vyhovující jsou látky bavlněné a lněné. Obuv má být elektrostaticky vodivá s průchozím
odporem 5.104 až 106W. Rukavice, pokud musí být použity, mají být bavlněné.
Pracoviště. Na pracovištích se používá nábytek a podlahová krytina elektrostaticky vodivé.
Všechny předměty jsou vhodným způsobem připojeny do společného referenčního bodu.
Doporučuje se větší vlhkost (>60%) a užití ionizátorů vzduchu. Na elektrickou instalaci jsou
přísné požadavky. Podstata spočívá ve vytvoření dokonale izolačně odděleného síťového
rozvodu ve vyhrazeném prostoru. Napájecí napětí je odděleno ochranným oddělovacím
elektrostaticky stíněným transformátorem. Páječka nesmí být transformovaná. Musí být na
malé napětí a hrot musí být přes rezistorovou sérioparalelní kombinaci 100 kW, složenou ze
čtyř rezistorů, připojen izolovaným lankem ke společnému referenčnímu bodu.
Pro udržení elektrostatického napětí blízkého k nule používají pracovníci elektrostaticky
vodivý náramek s rezistorovou kombinací 100 kW. Připomínáme, že síťový rozvod
vyhrazeného prostoru nelze improvizovat a musí být proveden přesně podle NT 8551, aby
nemohlo dojít k úrazu elektrickým proudem.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 75
Před vstupem do vyhrazeného prostoru se pracovník zbaví případného elektrostatického
náboje vybitím rezistorovou kombinací 100 kW. Pracovníci musí mít patřičné školení.
Při montáži se doporučuje rozmísťovat citlivé součástky jako poslední. Součástky se
vyjímají z obalů, umístěných na elektrostaticky vodivé ploše jednotlivě, bezprostředně před
montáží, uchopením za pouzdro. Holé vývody se nesmí dotknout žádného nevodivého
předmětu (zvl. ne prstů rukou).
Vývody součástek mají být zkratovány, a to i během montáže. Doporučuje se používat
zkratovací konektory. K čištění se nesmí používat utěrky z textilu nebo plastu ani štětce.
Nářadí se odkládá na elektrostaticky vodivou plochu stolu. Citlivé součástky nezkoušíme
ohmmetrem.
Při užití (provozu) však již musí být hotové výrobky odolné proti působení elektrostatické
elektřiny, která má ke svému vzniku v současných bytových, kancelářských a laboratorních
prostorách velmi vhodné podmínky. Je to dáno širokým použitím plastů, tkanin z umělých
hmot, malou vlhkostí v prostorách s ústředním topením atd. Hotový výrobek musí vestavěné
elektrostaticky citlivé součásti chránit vhodným zapojením, konstrukcí a zapouzdřením
(krytováním) - viz později.
Poznámka: Tyto zásady musíme úměrně dodržovat i v improvizovaných podmínkách, např. v
amatérské praxi. Např. praktici někdy před vyjmutím součástky do sáčku dýchnou.

76 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7 ELEKTRICKÁ KONSTRUKCE
7.1 Součástky a jejich vlastnosti
Při návrhu elektronických přístrojů je třeba mít podrobnou představu o vlastnostech a
činnosti součástek a obvodů. Správná volba použitých součástek a dodržení aplikačních
pravidel je nezbytnou podmínkou úspěšné konstrukce.
Pro volbu typů součástek je mnoho hledisek. Je požadovaná funkce, cena, dostupnost,
parametry, rozměry, atd. Podrobné údaje o jednotlivých součástkách poskytují příslušné
konstrukční katalogy výrobců. Ovšem obecné základní vlastnosti jednotlivých skupin prvků
je třeba znát (pamatovat si) a využívat je.
Vlastnosti součástek je třeba znát i při opravách přístrojů nebo jejich úpravách či
modernizaci. Je zapotřebí rozumět funkci obvodu, vědět, proč je použita ta či ona součást a
jak ovlivňují její vlastnosti celkovou funkci obvodu.
Velký pokrok se v posledních letech dosahuje nejen u aktivních součástek, ale i u
součástek pasivních, kde vývoj je zaměřen na zmenšení rozměrů při zlepšení užitných
vlastností, delší životnost, přizpůsobení montážní technice, která rovněž prodělává vývoj
(nástup povrchové pájivé montáže), a dosažení nízké ceny.
Podrobné informace o součástkách nalezneme v katalozích výrobců. Celkový přehled lze
získat v práci [21] a některé další informace v [22] až [282].

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 77
7.2 Konstrukce signálových spojů
Při realizaci zařízení musíme velkou pozornost věnovat konstrukci spojů mezi součástkami a
vzájemné poloze součástek. Vlivů, které mohou ovlivnit nebo dokonce ohrozit elektrickou
funkci přístroje či zařízení je celá řada, avšak nejčastější příčinou jsou nežádoucí vazby mezi
jednotlivými stupni a funkčními celky.
Ke správnému pochopení zásad elektrické konstrukce je třeba si především uvědomit
rozdíly v účincích mezi stejnosměrným signálem, signálem
síťového kmitočtu a vysokofrekvenčním signálem. V
zařízeních, která pracují se stejnosměrnými signály, příliš
nezáleží na tom, jak jsou součástky a vodiče vůči sobě
vzájemně uspořádány a jednotlivé prvky lze téměř
libovolně sestavovat do různých bloků podle potřeby a dbát
na úhlednost zapojení. Naproti tomu u zařízení pracujících
se signály o vyšších kmitočtech je základní podmínkou
nutnost dosáhnout při daném kmitočtu, daných rozměrech a
dané součástky základně co nejmenšího vzájemného
působení mezi jednotlivými částmi zařízení.
Vzájemné ovlivňování se může nežádoucím způsobem
projevit v kterékoli části zařízení, kde se pracuje se
zesílením signálu. Může se uplatnit ve vysokofrekvenčních,
mezifrekvenčních či nízkofrekvenčních obvodech a může
působit i přes několik stupňů zařízení, pokud pracují na
stejném kmitočtu a nejsou od sebe dostatečně vzdáleny
nebo stíněny. Specifickým způsobem se projevuje
vzájemné ovlivňování v číslicových obvodech. Při
konstrukci je potom třeba dodržet řadu opatření, která se týkají způsobu provedení spojů mezi
jednotlivými obvody, způsobu umístění těchto obvodů v systému, vlastností napájecích zdrojů
systému, jeho zemnění, stínění, popř. dalších podrobností konstrukčního uspořádání systému.
Nutný rozsah takových opatření není jednoznačný, ale záleží velmi na druhu systému. Obecně
lze říci, že roste se zvyšováním pracovního kmitočtu.
7.2.1 Konstrukce spojů
V zařízení je možno rozlišit obvykle dvě soustavy spojů (vodičů). Je to soustava
napájecího rozvodu a soustava signálových spojů (nazývaná také soustavou funkčních spojů).
Na obě soustavy jsou kladeny rozdílné požadavky. Soustavy napájecího rozvodu si
povšimneme později. Nyní probereme některé vlastnosti signálových spojů, způsoby jejich
realizace a související doporučení pro realizaci.
V praxi se používá pro rozvod signálu řada způsobů:
a) Jednodrátové vodiče. Používají se běžné druhy měděných spojovacích drátů nebo lanek o
průměru asi 0,3 až 0,5 mm v obvyklé izolaci (měkčený PVC, silikon, teflon aj.).
Někdy se užívají i vodiče holé (tj. bez izolace), obvykle pocínované, nebo s pájitelnou
smaltovou izolací. Jednoduchý vodič může být i stíněný (viz později).
Jednodrátový vodič má z hlediska vztahu k zemnící rovině 3 varianty: volný vodič
(nedefinovaně vzdálený od zemnící roviny), vodič v blízkosti zemnící roviny a vodič v
páskové vedení (nebo můžeme přímo říci páskové vedení).

78 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
b) Dvojlinka, trojlinka a plochý kabel (který nahrazuje klasické svazky jednodrátových
vodičů).
c) Kroucený dvojitý vodič (kroucený pár, kroucená dvojlinka). Je realizován pomocí dvou
zkroucených jednodrátových vodičů. Obvykle jedno otočení proběhne v délce 1 až 2 cm.
Jinak je třeba zkroucený vodič řešit podle požadavku na charakteristickou impedanci, neboť
pro vf signály se zkroucený vodič chová jako vedení. Užívá se v telefonních kabelech i v
digitální technice. Pro svoji odolnost proti rušení (viz později) je v mnoha
případech dobrou
(a levnější) náhradou koaxiálních kabelů.V literatuře je označován názvem twisted pair,
zkráceně twist. Na větší vzdálenosti se užívá ve stíněném provedení.
d) Koaxiální kabel. Nejčastěji se používá miniaturní (tenký) koaxiální kabel s polyetylenovým
nebo teflonovým dielektrikem. Koaxiální kabel je z řady příčin nejlepším druhem vodiče pro
delší spoje. Pro značnou cenu a problémy s připojováním (nelze použít techniku ovíjených
spojů) se však používá jen tam, kde je to nezbytně nutné a nelze jej nahradit zkrouceným
dvojitým vodičem. Je třeba rozlišovat mezi koaxiálním kabelem a stíněným vodičem (viz.
obr. 6.5). Stíněný vodič nemá definován vztah mezi vnitřním vodičem a stíněním. Stínění
bývá často násuvné (je vytvořeno na izolační bužírce, někdy i samonosné), nemá vnější
izolaci.
e) Plošné spoje. Klasické je použití neohebných plošných spojů (desek). Ohebné plošné spoje
(film wire) se používají v řadě aplikací namísto plochých vodičů a nahrazují i klasické plošné
spoje pro montáž součástek (většinou při nedostatku místa - letectví, kosmický výzkum,
fotoaparáty).
f) Optické spoje, což je speciální problematika.
Při volbě použitých signálových spojů vycházíme z následujících hledisek:
1. Signálové (elektrické) parametry: charakteristická impedance, útlum signálu a interakce s
okolím (rušení a přeslechy).
2. Konstrukční složitost a cena.
Z hlediska buzení a příjmu se v praxi užívají dva systémy spojů: nesymetrické (nevyvážené,
jeden vodič je uzemněn) a symetrické (vyvážené, rozdílové). Volíme je především z hlediska
odolnosti proti rušení.
Materiál pro vlastní vodiče je výhradně elektrolytická měď, povrchově často upravená
pocí nováním. Smyslem povrchového pokrytí je lepší technologická zpracovatelnost. Pro
vedení nepohyblivá (nenamáhaná na ohyb a krut) se používá vodič v průřezu homogenní
(plný), nejčas těji kruhového profilu. Ploché tvary mají své zdůvodnění v parametrech
elektrických i mechanických. Pro ohebné kabely je třeba použít (zpravidla kroucené) lanko z
řady tenkých vodičů (tzv. licna).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 79

80 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Materiál izolantu zahrnuje širokou škálu zejména
plastů, které se liší vlastnostmi elektrickými (svod,
dielektrická konstanta, elektrická pevnost),
mechanickými (pevnost, ohebnost), odolností proti
ohřevu (při pájení) a taky cenou.
Signálové spoje uvažujeme v rámci jedné desky
plošných spojů, mezi deskami (kabeláž) a spoje v
částech bez plošných spojů.
Při šíření elektrických signálů (elektromagnetické
vlny) po metalických spojích dochází obecně ke třem nežádoucím jevům.
1. K útlumu signálu (část jeho energie se mění v teplo nebo jinou formu energie, které není
přiřazena informace),
2. K disperzi (dílčí harmonické vlny se šíří různou rychlostí, což vede k deformaci signálu,
změně jeho časového a prostorového rozložení,
3. K rozptylu energie signálu do okolního prostoru.
Poslední jev znamená kromě poklesu intenzity signálu i nárust rušení. U optických spojů jsou
významné jen první dva jevy.
U signálových spojů požadujeme, aby se signál šířil po předepsaných trajektoriích (směrové
vedení) a aby jeho vedení v prostoru bylo možno technologicky jednoduchými prostředky
zaručit. Ideálně by měla být intenzita signálu různá od nuly (u digitálních obvodů dokonce
rovná jen dohodnutým úrovním pro 0 a 1) jen v místech na spojové cestě, v ostatních místech
prostoru nulová. Spojová cesta (spoj) je charakterizována odlišnými látkovými parametry
prostředí (vodivost, index lomu, permitivita aj.)
Směrové vedení elektromagnetických vln v prostoru lze zajistit tím, že se vlna šíří v prostoru
mezi dvěma vodiči s nulovým odporem (bezeztrátové vedení). Relativně dobrého vedení
signálu v prostoru lze dosáhnout koaxiálním uspořádáním spoje. Za určitých podmínek se
tomuto uspořádání blíží 2 zkroucené vodiče - twist.
V integrovaných
obvodech a deskách PS nelze jednoduše koaxiální provedení ani zkroucenou
dvojlinku použít; snadno se ale realizuje páskový nebo válcový vodič nad zemí nebo mezi

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 81
ekvipotenciálními rovinami. U těchto uspořádání není ovšem intenzita signálu v okolí spojové
cesty nulová, takže montážní hustota je v důsledku rušení omezena. Další nepříznivý faktor u
všech spojů (vedení) jsou odrazy, k nimž dochází vlivem nedokonalého přizpůsobení (např.
digitální obvody jsou nelineární, proto přizpůsobení obecně není možné). Odrazy zvyšují
úroveň rušení.
Při konstrukci zařízení s integrovanými obvody má konstruktér elektrické části velmi
usnadněnou práci tím, že přebírá hotovou a velmi výkonnou stavebnici logických členů.
Problémy se však objeví na jiném místě: jaké zvolit provedení spojů, aby bylo využito
vlastností logických členů z hlediska jejich vysoké rychlosti a nedošlo k znehodnocení jejich
vlastností vlivem přeslechů, odrazů a vnitřního rušení na velkém množství dlouhých spojů.
7.2.2 Klasifikace spojů v digitálních systémech
Požadavky na spoje vyplývají z vlastností číslicových signálů. Horní mezní kmitočet ve
spektru impulsových signálů s dobou hran tr je běžně určován jako:
fmax = 0,35/tr
Tento vztah je odvozen z integračního článku RC, kde 2pfmax = 1/RC, tr = 2,2RC. Spoj
musí přenášet ideálně, tj. s nulovým útlumem a fázovým posuvem úměrným kmitočtu,
všechny kmitočty až do fmax, aby nedošlo ke zkreslení tvaru impulsu. Pokud je délka vlny l
min odpovídající kmitočtu fmax alespoň 100-krát větší než fyzikální délka přenosové cesty h,
stačí spoj realizovat jednodrátovým vodičem vedeným vzduchem, který nemá definovanou
vzdálenost od zemnícího vodiče a tudíž nemá definovanou impedanci (případ soustředěných
parametrů). Jelikož lmin = v/fmax, kde v je rychlost šíření signálu (v £ 0,3 m/ns), je kritická
doba náběhu
0,35 35
t r
= = . hmax
= 116. hmax
[ns, m] (6.1)
f 0,3
max
Tato závislost je znázorněna na obr. 6.9 v logaritmických souřadnicích. U obvodů TTL je
tr = 10 ns, takže propojování "vzduchem" vyhoví dle (6.1) do délek několika cm (funkční
vzorky malých celků z několika IO). Nad přímkou v obr. 6.9 jsou problémy se spoji
minimální, vyhovuje konvenční propojování bez definované impedance.

82 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Používají se běžné druhy měděných spojovacích drátů o průměru d = 0,4 až 0,5 mm. Pod
přímkou se dostáváme do oblasti rozložených parametrů, kde je nutné použít spojů s
definovanou impedancí - vedení. Vedení nezkresluje příliš tvar impulsů, pouze je zpožďuje.
Současně se přiblížením signálového a zemního vodiče k sobě do malé definované
vzdálenosti zmenší plocha smyčky tvořené těmito vodiči, takže se i výrazně zmenší přeslechy
z podobných sousedních smyček. Kdyby se v oblasti pod plnou přímkou na obr. 6.9.
nepoužilo propojení pomocí vedení, chovaly by se běžné spoje zcela nevyhovujícím
způsobem - zkreslení impulsů by bylo nepřípustně velké.
Při analýze vlivu spojů na celkovou činnost zařízení je důležité trvání hran přenášených
impulsů v relaci k celkovému zpoždění vedení T. Je-li T kratší než délka hrany tr, zaniknou
odražené vlny již v době této hrany. V tomto případě stačí vedení popsat soustředěnou
kapacitou C = T/Zo (když RG > Zo , RZ > Zo ) nebo indukčností L =Zo.T (když RG < Zo ,
RZ < Zo ), anebo jejich kombinací, kde RG a RZ jsou odpory zdroje signálu a zátěže na
vedení a Zo je charakteristická impedance vedení. Taková vedení nazýváme krátkými. Ve
většině případů je není nutno zakončovat. Obvykle se mezní délka krátkého vedení hmax bere
tak, aby doba šíření tam a zpět byla právě rovna délce hrany,
tr = 2 t hmax (6.2)
kde t je zpoždění na jednotku délky. Přímka (6.2) rozděluje oblast krátkých a dlouhých
vedení; na obr. 6.9 je vynesena čárkovaně pro t = 5 ns/m, což je typické zpoždění většiny
vedení. Pro obvody TTL je tr = 10 ns, takže hmax = 1,0 m, zatímco u obvodů ECL bude
hmax = 0, 1 m.
7.2.3 Vedení
Signálové spoje (vodiče) je třeba v
mnoha případech (jsou-li elektricky
"dlouhé") posuzovat jako vedení. Z
hlediska analýzy i syntézy lze použít
poznatky známé z vysokofrekvenční
techniky, tedy z techniky analogových
obvodů. V technice digitálních obvodů
však řada aspektů nabývá většího,
někdy naopak zanedbatelného významu.
Vedením nazýváme soustavu dvou
(nebo více) vodičů, jejíž jeden rozměr
(délka) je podstatně větší než ostatní
rozměry. Vlastnosti vedení závisejí na
jeho tvaru a geometrických rozměrech i
na vlastnostech prostředí (dielektrika),
obklopujícího vodiče, především na
jeho permitivitě e=eoer a permeabilitě
m=momr, kde
F/m
10 −9
ε =
36. π
−7
µ
0
= 4π
. 10
H/m
jsou permitivita a permeabilita vakua, er mr jsou relativní parametry prostředí.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 83
Vedení představuje systém s rozloženými parametry; indukčnost, kapacita, odpor a svodová
vodivost jsou rozloženy spojitě podél vedení, udáváme proto jejich hodnoty na jednotku délky
(L, C, R, G).
Vedení se popisuje buď těmito prvky náhradního schématu R, L, C a G (obr.6.10), jež
označuje jako primární veličiny, nebo charakteristickou impedancí Zo a mírou přenosu gama
(zvaná též konstanta šíření).
Reálné složce míry přenosu říkáme měrný vlnový útlum nebo též konstanta útlumu (dB/km),
imaginární složka se nazývá měrný fázový posuv nebo též fázová konstanta (rad/km). Tyto
veličiny se nazývají sekundární a jsou uvedenými vztahy vázány na veličiny primární.
Vedení dělíme na elektricky krátké, dlouhé a nekonečně dlouhé také podle útlumu (obr. 6.11).
Z hlediska aplikací (vedení zajišťuje přenos signálu mezi vysílačem a přijímačem, které jsou
umístěny na jeho koncích), tj. z hlediska kvality přenosu signálu, definujeme tzv. signálové
parametry vedení (odvislé od elektrických parametrů): zkreslení, zeslabení a zpoždění signálu
podél vedení a interakce okolí (rušení). Zkreslení signálu způsobuje deformaci časového
průběhu signálu (měřeno porovnáním výstupu a vstupu). Je zapříčiněno jednak odrazy signálu
na nepřizpůsobených koncích, eventuálně nehomogenitách samotného vedení (energie signálu
se v místě nepřizpůsobení nepředá, ale odrazí), jednak vlivem ztrát (energie signálu je
převedena na teplo, zejména v odporu vedení). Ztráty ve vedení v prvé řadě způsobují
frekvenční omezení signálu - mezní přenášený kmitočet je určován délkou vedení. Vliv
odrazů na zkreslení signálu je odvislý od vzájemného poměru celkového zpoždění na vedení a
charakteru samotného odrazu. Kvalitativní odlišení dvou mezních případů je nejlépe patrné
při nespojitém charakteru budicího signálu. V jednom krajním případě nelze na výstupu
nespojitosti prakticky pozorovat (jako by vedení frekvenčně omezovalo; i zde je mezní
frekvence odvislá od délky vedení), v opačném případě jsou na výstupu patrné dílčí skokové
změny až do ustálení. Po zkreslení signálu je třeba uvažovat vedení s rozloženými parametry,
odrazy se zpravidla vyšetřují na bezdrátovém vedení. Tato analýza však nemá smysl tehdy, jeli
délka náběžné i sestupné hrany reálného sigálu delší než doba každého z výše uvedených
přechodných dějů.
Zpoždění signálu podél vedení je dáno konečnou rychlostí šíření elektromagnetického
signálu (interval mezi vysláním a přijetím jmenovité hodnoty). Pro vodič i zemnicí rovinu
umístěné ve vakuu (vodič od zemnicí roviny "dostatečně" vzdálen) je rychlost šíření největší
(odpovídá rychlosti šíření světla c). Reálné prostředí má permeabilitu µ = µr.µ o a permitivu
1
ε = εr.εo, ε
0
µ
0
= a εr.µ r>1. Zde je rychlost šíření menší. Celkové zpoždění signálu od
c

84 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
vysílače k přijímači, umístěných na opačných koncích vodiče, je pak určené nejen celkovou
délkou vodiče, ale také charakterem zkreslení (např. počtem odrazů potřebných k dosažení
jmenovité úrovně). Pro určení zpoždění signálu je opět třeba uvažovat vedení s rozloženými
parametry.
Rušení signálu je superpozice rušivých složek cizím elektromagnetickým polem (tj. buzeným
od jiného zdroje než je připojen na sledované vedení). U "dosti krátkého" vedení lze pro
usnadnění výpočtu uvažovat soustředěné parametry vedení i parazitních vazeb.
Zeslabení signálu (útlum) je zmenšení úrovně nebo logického zdvihu signálu. U dlouhých
vedení se předpokládá, že signál vysoké i nízké úrovně na přijímací straně může být mimo
"běžné" toleranční pásmo. Zeslabení signálu a zkreslení vlivem ztrát spolu úzce souvisí.
Vyšetřuje se na velmi dlouhém vedení s rozloženými parametry.
Elektrické parametry vedení jsou určovány na jednotku délky - odpovídá to jednak jejich
spojitému rozložení podél vedení, jednak lze snadno určovat charakteristické zpoždění t (jako
zpoždění signálu vztažené na délkovou jednotku). Parametry homogenního bezdrátového
vedení jsou jednoznačně určeny geometrickým uspořádáním a dále relativní permitivitou µr a
permeabilitou µr prostředí, ve kterém se vodič nachází. Při uvažování ztrát je podstatný
měrný odpor vodiče r, svod dielektrika je zpravidla zanedbatelný. Pro drtivou většinu aplikací
je také mr = 1.
Zanedbáme-li ohmické parametry homogenního vedení R a G, což je oprávněno zejména u
krátkých vedení, dostáváme bezeztrátové vedení, charakterizované parametry L, C a
popřípadě též charakteristickým odporem Z o
= L / C a zpožděním na jednotku délky t,
které jak dále uvidíme je = LC. Dá se ukázat, že u vedení s homogenním dielektrikem
jsou kapacita a indukčnost vedení reciprokými funkcemi geometrických rozměrů průřezu
vedení. Je-li indukčnost L = m.F(x,y), kde F je bezrozměrná funkce geometrických rozměrů,
pak kapacita je C = e/F(x,y), takže jejich součin LC a tedy i zpoždění
ε
rµ
r
τ = LC = εµ = ε
oµ
o
⋅ ε
rµ
r
= = 3, 3 ε
rµ
r
[ns/m] (6.3)
c
je na rozměrech (na geometrickém uspořádání) nezávislé a je určen pouze vlastnostmi
dielektrika kde c =1/
o o
310 8 m/s je rychlost šíření elektromagnetických vln ve vakuu.
Vlivem rozložených kapacitních zátěží s celkovou hodnotou Cext se měrné zpoždění zvětší na
hodnotu t'
( C + C / h) = τ 1+
C h ⋅C
τ ′ = L
/
Charakteristický odpor Zo je
kde
Z
ext
0
0 r
r
r
0
= . F = . . F = η0
. F = 377. . F(
x,
y)
C ε
0
ε
0
ε
r
ε
r
ε
r
ext
L µ µ µ µ
µ
= (6.4)
µ
0
η
0
= = 377Ω
je vlnová impedance vakua. Pro většinu dielektrik je r
=1.
ε
0
Parametry obvykle používaných vedení jsou uvedeny na obr. 6.12.
Měrné zpoždění lze ve všech uvedených případech počítat jako =3,3 ef
ns/m, jelikož
mr = 1. V praxi bývá eef = 5 až 8. Pouze v případě 1, 6 a 7 (na obr. 6.12) je dielektrikum
homogenní, v ostatních případech nehomogenní. Používáme proto efektivní relativní
permitivity eef.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 85
Vodič ve větší vzdálenosti od země reprezentuje vedení o velké charakteristické
impedanci, které je velmi citlivé na přeslechy (velká plocha smyčky). Vodič by měl být blízko
země, aby Zo bylo malé. Typické vedení typu drát ve vzduchu nad zemí s Zo = 100 W, H/d
@1,3 má L = 3,6 nH/cm a C = 0,3 až 0,4 pF/cm. Kapacita je malá ve srovnání s kapacitou
zátěží
(8-10 pF na vstup hradla). Proto se uplatňuje hlavně indukčnost spojů.
Hlavním konstrukčním prvkem pro realizaci funkčních spojů a umístění IO jsou laminátové
desky. Nevýhodou běžně používaných dvoustranně plátovaných desek je nedefinovaná
vzdálenost od zemnícího vodiče; spoje jsou totiž umisťovány na obou stranách desky a chybí
souvislá zemní rovina. Při délce spojů v rámci desky o rozměrech 100 x 200 mm (kdy

86 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
nejdelší spoj bude vždy kratší než 300 mm) a standardní řadě obvodů TTL lze toto propojení
ještě připustit. U rychlejší řady S-TTL však spoje již vyžadují homogenní mikropáskové
vedení realizované s pomocí dalších vnitřních, pokud možno souvislých, kovových vrstev.
Signální vodič pak tvoří se souvislými rovinami buď nesymetrické nebo symetrické vedení.
Nejuniverzálnější druh vedení používaný pro delší spoje je kroucená dvojlinka, twist. S
běžnými izolovanými vodiči lze získat impedanci Zo kolem 100 W, s tenkou izolací až 50 W.
Tolerance Zo ve svazcích bývá kolem 8%. Kroucená dvojlinka je málo citlivá na přeslechy,
jejich kompenzace je tím lepší, čím lépe se kroucené dráty vzájemně dotýkají. Počet zkrutů na
jednotku délky nemá při dotyku výrazný vliv na charakteristickou impedanci (Zo = 70 - 120)
W, ovlivňuje hlavně měrné zpoždění. Poněkud větší útlum kroucené dvojlinky proti
koaxiálnímu kabelu nevadí při délkách použití do několika metrů. Doba šíření je v rozmezí 4
až 5,25 ns/m ± 5%. Dobře se kroucená dvojlinka hodí pro ovíjené spoje.
U většího počtu paralelních spojů je nutno dbát na dovolené meze přeslechů. Není např.
možné spojovat kroucené dvojlinky v těsné svazky, neboť pak míra přeslechů překročí
přípustné hodnoty.
Používají se proto ploché ohebné kabely, které jsou mechanicky úhlednější a levnější na
instalaci. Tyto kabely se vyrábějí buď s kruhovými nebo plochými vodiči. Dielektrikum bývá
různé, od PVC až po telefon. Charakteristická impedance ná užší tolerance než u kroucených
dvojlinek. Dá se použít řada různých konfigurací (obr. 6.13). V nejjednodušší verzi sdílí
sousední signálové vodiče zemní vodič. Přeslechy lze dále snížit použitím oddělených
zemních vodičů nebo ještě dále přidáním zemních vodičů nebo zvětšením rozestupů mezi
trojlinkami.
U sdílených zemních
vodičů je úroveň přeslechů
až pouhých 1,5%, se
dvěma zemními vodiči
mezi signálovými vodiči i
méně než 1%.
Ploché kabely s vodiči
o kruhovém průřezu mají
rozsah charakteristických
impedancí od 50 do 200 W
, s plochými vodiči nebývá
však Zo menší než 90 W.
Výhodou plochých vodičů
je lepší chlazení, které
dovoluje pro daný proud
použít 2-3 krát menší rozměr než u kruhového průřezu. Také u kmitočtů nad 1 GHz je plochý
vodič výhodnější, má při stejném průřezu asi 2 krát větší povrch než vodič kruhového
průřezu. Vyskytují se také ploché kabely vytvořené z řady kroucených dvojlinek
(zalisovaných např. do polyethylenového pásu nebo příčně protkaných jako textilní stužka).
Rozteč vodičů v plochých kabelech bývá přizpůsobena konektorům, nejčastěji bývá 1,25 mm
(1,27 mm vychází-li se z palcové míry).
Nejlepší z hlediska přeslechů, ale také nejdražší vedení pro delší spoje je koaxiální kabel.
Používá se miniaturní koaxiální kabel o celkovém průměru 3 až 3,5 mm s polyethylenovým
nebo
teflonovým dielektrikem. Koaxiální kabely lze spojovat v těsné svazky. Útlum je menší
než u ostatních druhů vedení. Doba šíření je asi 4 - 4,5 ns/m. Charakteristická impedance
bývá opět v rozmezí 50 až 200 W.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 87
Poslední poznámka se bude týkat provedení rozvodu řídicích a synchronizačních signálů v
číslicových zařízeních, kdy je na jeden zdroj (vysílač) napojen větší počet přijímačů. Vlastní
spoj je realizován jako ostatní funkční spoje nejlépe mikropáskovým vedením. Zátěže jsou
umístěny buď podél vedení nebo vějířově (obr. 6.14). Nemají-li u rozvodu s odbočkami
vznikat značné odrazy, musí být impedance zátěže mnohem větší než charakteristická
impedance vedení. Postupné odrazy podél vedení v místech připojení jednotlivých zátěží a
tvar signálu na těchto zátěžích je úloha řešitelná pouze na číslicovém počítači. Nejhorší
poměry jsou v místě první zátěže od zdroje, neboť na ní se uplatní všechny odrazy a časový
rozptyl odrazů bude největší.
Vějířový rozvod je vhodné použít tam, kde přijímače mají nízkou vstupní impedanci a na
rozvodu s odbočkami by vznikaly příliš velké odrazy. K přijímačům je ev. možné připojit
přizpůsobovací odpor optimální velikosti, zatímco odpor zdroje by měl být Rg = Zo/n.
Jsou-li spoje krátké nebo dlouhé je důležité především v impulsních a digitálních
obvodech. U krátkého spoje odražený signál zanikne ještě v době trvání hrany budicího
signálu. Termín "krátký vodič" je vázán na vzájemný poměr jeho délky a doby náběhu signálu
tr. "Délka l v palcích nesmí přesáhnout dobu náběhu tr měřenou v ns. Pro obvody typu TTL
(tr = 20 ns) je většina vodičů na desce krátkých (1 < 50 cm). Pro rychlejší obvody (STTL,
ECL) je však třeba uvažovat kritickou délku 10 cm. Všechny vodiče, které nejsou krátké, je
třeba ošetřit z hlediska odrazů a přeslechů.
7.3 Rozvod napájení
Jak již bylo uvedeno, spoje v elektronických přístrojích jsou dvojího druhu. Po signálových
spojích se předává informace, zatímco napájecí vodiče přivádějí k prvkům energii ze zdrojů
konstantních napětí. V případě zdroje jednoho napětí se
napájení přivádí k prvkům pomocí přímého a zpětného vodiče;
je-li se obvykle skládá ze dvou částí. Jednou
napájecích napětí několik, spojují se zpětné vodiče do
jednoho společného zemního vodiče (s určitými riziky - viz
později).
Napájecí rozvod
částí je vedení napájecího napětí od zdroje k jednotlivým dílům
systému nebo k jednotlivým montážním deskám. Přechod k
těmto částem se obvykle děje pomocí vhodných konektorů,
kte ré musí mít zanedbatelný přechodový odpor a musí být
dimenzovaný
tak, aby byly schopny přenést značné proudy (někdy se kontakty konektorů
spojují paralelně). Druhou částí je pak vedení napájecího napětí k jednotlivým obvodům.

88 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Napájecí rozvod má mít obecně co možná malou impedanci; zejména zemní vodič.
Impedance vedení má především odporovou a induktivní složku. Z pohledu minimální
impedance jsou optimální rozvodové pásnice obdélníkového profilu (obr. 6.15), které jsou
typické pro rozvod v rámu. Pásový rozvod má příznivé vlastnosti nejen proto, že samotný
profil zajišťuje minimalizací indukčnosti (osamoceného) vodiče, ale umožňuje také snadnou
montáž dvojice vedení, což k minimalizaci indukčnosti napájecí smyčky rozvodu jen přispívá.
Poznámka: Pro lepší představu, proč obdélníkový profil má menší hodnotu vlastní
indukčnosti než stejný průřez kruhového tvaru je postačující zakreslit siločáry magnetického
pole
několika
rovnoběžných vodičů
protékaných stejnými
proudy:
Siločáry mezi vodiči
se vzájemně ruší.
Pro homogení montáž
se dvojice pásnic izoluje
pouze tenkou izolační
vrstvou, tzv. páskové
vedení. Páskové vedení
má velmi malou
charakteristickou
impedanci Zo a je tedy
pro rozvod napájecích
napětí nanejvýš vhodné.
Nedodrží-li se malá
impedance napájecích
vodičů může být
ohrožena správná funkce
digitálních
i
analogových obvodů. Na
ohmickém odporu
rozvodu vzniká ss
úbytek napětí, který
snižuje napájecí napětí digitálních obvodů vzdálenějších od zdroje; úbytek na zemním vodiči
navíc snižuje odolnost proti rušení v úrovni L. U analogových obvodů vede nenulový odpor
napájecích vodičů ke vzniku parazitních vazeb (viz. kap.6.4).
Kromě těchto statických rušivých napětí vznikají provozem digitálních obvodů v
napájecím rozvodu dynamické (impulsní) poruchy vlivem špiček v odběru proudu. Rozvod
napájecího napětí musí mít proto i malou impedanci pro vf signály. Jde hlavně o indukčnost
přívodů. Indukčnost napájecí soustavy je dána výhradně geometrickou konfigurací
jednotlivých částí. Proto se snažíme, aby napájecí a zemní vodič vedly blízko sebe, aby
plocha smyček napájecích obvodů a tím jejich indukčnost byla malá. Smyčky se pak ještě
zmenšují zapojením kondenzátorů, které působí na vysokých kmitočtech jako zkrat a tím
zmenšují velikost smyček. Pro tento účel je třeba vybrat kondenzátor s malou seriovou
indukčností a odporem na vysokých kmitočtech. Z tohoto důvodu se užívají tantalové
elektrolytické kondenzátory nebo se běžné elektrolytické kondenzátory přemosťují
keramickými kondenzátory o velikosti desítek nF. Napájecí a zemní vodič vedené blízko sebe

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 89
lze pak chápat rovněž jako vedení s určitou rozložnou indukčností a kapacitou (včetně
zmíněných blokovacích kondenzátorů).
V první části rozvodu požadavek malé impedance realizujeme kromě již uvedených pásnic
použitím dostatečně tlustých měděných vodičů (viz obr. 6.16a), v některých případech pásem
oboustraně plátovaného plošného spoje (obr. 6.16b - je to varianta pásnicového rozvodu),
šířky cca 10 mm. Při konstrukci složitých digitálních zařízení s velkou hustotou součástek
vzrůstají nároky především na kvalitní rozvod zemních vodičů. Je to dáno tím, že rušivé
napětí na zemním rozvodu může snadno dosáhnout rozhodovací úrovně klopených obvodů a
změnit jejich stav. Proto je někdy u těchto zařízení zemní vodič tvořen tzv. potenciálovou
mříží (obr. 6.16c).
Ve druhé části napájecího rozvodu na deskách plošných spojů se musíme zabývat
dynamickým rušením vlivem indukčnosti napájecích vodičů a rychlých změn v odebíraném
proudu. Záporné napěťové špičky na sběrnici +UCC jsou při tom méně nebezpečné než
kladné napěťové špičky na zemním vodiči, které mohou snadno překročit hodnotu prahového
napětí (1,35 V). Jde o proudové špičky při nabíjení parazitních kapacitorů z napětí logické
"O" na "l", změny v odběru při změně stavu (ICC(0) ¹ ICC(1)), proudové špičky při průchodu
vstupního napětí rozhodovací úrovní (1,35V) a konečně i přechodné proudy do vedení. Nemáli
následkem takto vzniklých proudových špiček dojít k rušivým úbytkům napětí na napájecím
rozvodu, je třeba v maximální blízkosti integrovaných obvodů připojit kondenzátory, které
potřebný proud po jeho krátkou dobu trvání zajistí. Jsou to vlastně individuální zdroje
napájecího napětí pro jednotlivé IO nebo malé skupinky IO. Uvažujeme-li např. proudovou
špičku DICC = 50 mA po dobu Dt = 20 ns a připustíme-li rušivé napětí DUCC = 0,1 V,
vychází hodnota kapacity 10 nF. Přívod napětí od
takového kondenzátoru k digitálnímu obvodu musí
mít malou impedanci a nesmí být příliš dlouhý. Jinak
⎛ ∆i
⎞
se totiž zase uplatní indukčnost přívodu ⎜ L ⎟ .
⎝ ∆t
⎠
Použitý kondenzátor musí mít sám zanedbatelnou
indukčnost (keramický). Přibližně se můžeme řídit
pravidlem, že na každé synchronně pracující hradlo je třeba počítat s kapacitou 10 nF (5 nF na
asynchronně pracující). Nejlépe je umístit několik blokovacích kondenzátorů (např. o
velikosti 68 nF) v pravidelných vzdálenostech po celé desce. Kromě toho je ještě třeba na
vstupu desky blokovat napájení větším kondenzátorem (10-50 uF), nejlépe tantalovým
(vyznačuje se malou parazitní indukčností). Tyto kondenzátory potlačují kmitavé děje při
změnách odběru desky (obr. 6.17), omezují také případné rušivé signály, které se indukují do
první části rozvodu. Napájecí přívody desky jsou reprezentovány prvky R, L. Aby přechodný
děj při změně proudu desky dI měl aperiodický charakter, je třeba volit CB ³ 4 L/R2.
Při konstrukci napájecího rozvodu na deskách se vyskytuje v praxi několik řešení, jejich
společným znakem je dosažení co nejmenší impedance (malého odporu a indukčnosti)

90 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
napájecího a zemního vodiče. V zásadě platí, že čím je systém rychlejší, tím je konstrukce
desek náročnější.
Optimální napájecí rozvod je na čtyřvrstvých deskách plošných spojů (obr. 6.18c). Na
rozvod jsou vyčleněny dvě vnitřní vrstvy. Ponechává se vodivá celá plocha desky (až na
izolační prstence). Výhodou je také, že vnější (signálové) vrstvy jsou stíněny a signálová
vedení mají definovány zemnící rovinu. Vzájemná kapacita vnitřních vrstev je řádu nF a
zpravidla nejsou potřebné blokovací kondenzátory.
Tzv. nepravé čtyřvrstvé desky používají pro rozvod napájení páskové sběrnice (tzv.
hřebínky), umístěné vně desky (ze strany součástek). Běžné uspořádání je znázorněno na obr.
6.19 - toto uspořádání zjednodušuje pouze spoje, ale nikoliv problematiku rušení (hřebínky
jsou daleko od sebe). Lepší uspořádání má páskové sběrnice těsně vedle sebe (oddělené jen
izolací). Páskové sběrnice mohou být vedené i pod pouzdry IO (obr. 6.18a,b). Ovšem
nesprávné čtyřvrstvé desky nejsou vhodné pro strojové osazování a pájení.
Na montážní úrovni bloku (modulu) je možno analogicky použít vodivou plochu, ke které
se připojují zpětné vodiče a zemní špičky všech konektorů. Signální spoje vedené těsně nad
touto rovinou mají charakter vedení, což je rovněž žádoucí.
Složitější je realizace
rozvodu napájení v jedné
nebo dvou vrstvách. Možné
řešení jsou na obr. 6.20. K
zajištění malé impedance je
nutné zamezit vzniku
impedančních smyček. To je
možné při důsledném
souběžném rozvodu
napájecích větví, jak je
znázorněno na obr. 6.20a (tzv.
dvoukmenový
rozvod).
Možné umístění pouzder IO
je vyznačeno čárkovaně.
Pouzdro umístěné napříč
vodičů nedovoluje větší
průřezy. Rozvod lze snadno
modifikovat na síťové uspořádání, viz obr. 6.20b.
Jiné možné umístění pouzder je na obr. 6.20c. V tom případě se však vyžaduje důsledné
používání blokovacích kondenzátorů. Zapojení uvedené na obr. 6.20d je ze všech uvedených
po elektrické stránce nejkvalitnější, zajímá všek relativně velkou plochu. Typografickým
zjednodušením varianty c) v uspořádání uvedeném jako e) je sice rozvod realizován v jediné
vrstvě, úplně se však ztrácí výhoda důsledného dvoukmenového rozvodu. Na jednu stranu
plošného spoje (stranu součástek) se umístí širší vodiče pro rozvod napájení (a také signálové
vodiče v tomto směru) a na druhou stranu plošné ve směru kolmém. Tento rozvod je znám od
rok u 1965 pod názvem "Weinberger layout" a byl navržen pro rozvod napětí na čipu IO. Na
obr. 6.20g je nakresleno chybné umístění blokovacích kondenzátorů pro tuto variantu, kdy
vzniká velká smyčka a blokování je neučinné.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 91

92 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7.4 Ochrana proti pronikání nežádoucích signálů (parazitní jevy a jejich
potlačení)
Při návrhu elektronických zařízení se zabýváme vždy v prvé řadě návrhem obvodů a
funkčních dílů zařazených do hlavní cesty primárního signálu. V průběhu dalšího
konstrukčního a vývojového propracování návrhu musíme však řešit ještě úlohu další, stejně
důležitou: zajistit, aby se signál nešířil jinými cestami než je třeba, a zabránit dalším
nežádoucím signálům, polím a radiačním vlivům v jejich rušivém působení. Tato obecná
úloha se nám pak v praxi rozpadá na řadu konkrétních problémů:
- odstranění nežádoucích galvanických vazeb (conductance interference) na napájecích a
zemních vodičích,
- odstranění induktivních a kapacitních cest nežádoucího přenosu signálu (radiated
interference),
- odstranění vlivů nežádoucích elektromagnetických polí
- odstranění vlivů magnetických polí stálých a nízkofrekvenčních,
- odstranění vlivů vnějších rušivých signálů, přicházejících po přívodech napájecího napětí,
- odstranění termoelektrických napětí, přechodových odporů apod.
Je třeba znát tyto jevy, jejich příčiny a následky a konstrukci přístroje od počátku
navrhovat tak, aby byly potlačeny na co nejmenší míru. Tím omezíme dlouhé a časově
náročné laborování na nesprávně pracujících vzorcích, případně nutnost větších úprav vzorků,
než se dosáhne požadované funkce a parametrů.
Všechny tyto jevy jsou v jádře jednoduché a dají se řešit pomocí základních vztahů z
teoretické elektrotechniky a teorie obvodů. V dalších odstavcích si připomeneme jejich
zákonitosti a to v souvislosti s konkrétními praktickými úlohami a potřebami.
Poznamenejme ještě, že studium těchto parazitních jevů je také důležitou částí
elektromagnetické kompatibility, proto jsou již zmíněny v kap. 5. Na obr. 6.21 je pokus
zachytit souvislost mezi jednotlivými parazitními vazbami a cestami na jejich odstranění.
V jednotlivých kapitolách uvidíme, že celým komplikovaným výkladem parazitních jevů s
táhne problematika správného zemnění. Navíc z praktických důvodů budou problémy
induktivních a kapacitních přeslechů znovu probírány v kapitole o vázaných vedeních.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 93
7.4.1 Jevy vyvolané nenulovým odporem spojů
Nenulový odpor spojů (signálových i napájecích) event. jejich impedance (indukčnost) je
zdrojem mnoha problémů. Jednak se nepříznivě projevují (nebo mohou projevovat) úbytky
napětí na vodičích (výstupní obvody zesilovačů, přechodové odpory), jednak vznikají tyto
parazitní vazby:
- vazba signálových a napájecích obvodů na společném rezistoru,
- vazba signálových obvodů na společném rezistoru,
- vazba přes napájecí rozvody a zdroje.
1. Vazba obvodů na společném rezistoru. Odpor vodičů může způsobit nežádoucí vazby.
Zvláště je to zřetelné u vodičů, přes které tekou napájecí proudy, a to především zemních
vodičů (obr. 6.22). Je třeba si uvědomit, že zem není totéž co nulový potenciál. Půl metru
měděného drátu o průměru 0,5 mm má odpor 45 mW a proud 5 mA na něm vyvolá napěťový
úbytek 225 mV. Je-li tento úbytek na výstupní straně zesilovače, obvykle nevadí. Objeví-li se
však na vstupních obvodech (obr. 6.23a), způsobuje
- rušivé ss napětí, je-li rušivý úbytek stálý,
- přídavný šum, mění-li se náhodně,
- zápornou nebo kladnou zpětnou vazbu, je-li nějak úměrný zpracovávanému (vstupnímu)
signálu, tj. vyskytne-li se v obvodu část zemního vodiče společná pro vstupní i výstupní
obvod zesilovače.
Ochrana před touto vazbou je v tom, že
nedovolíme, aby různé proudy (vstupní a
napájecí, vstupní a výstupní) procházely stejnou
částí společného vodiče.
Rušivý napěťový úbytek ur, vyvolaný
průtokem cizího proudu přes společný zemní
vodič, se odstraní změněným uzemněním (obr.
6.23b). Na obr. 6.24a je ukázáno, jak špatným
zeměním mohou vzniknout nežádoucí vazby ve
vícestupňovém zesilovači. Napájení v bodech A a
B není vhodné. Vidíme, že střídavý okruh třetího
stupně je uzavřen přes části zemního vodiče 1, 2,
3, které jsou společné pro tranzistory T1 a T2, ... Je třeba, bby proudy stupňů s vyšší úrovní
signálu neprotékaly vstupními obvody. Takové řešení je na obr. 6.24b. Obecně můžeme říci:
signálovými vodiči má procházet jen proud signálu (pokud možno jen jednoho), napájecí
obvody mají mít pokud možno samostatné vodiče. V rozsáhlejších zařízeních se vyplatí
paralelní rozvod signálové a výkonové země (obr. 6.25c, 6.26b). Obě země se pak propojí na
zemní svorce napájecího zdroje.

94 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
U digitálních obvodů procházejí zemním vodičem při spínání hradel tytéž špičky jako
napájecím vodičem (viz později). Při přechodu digitálního obvodu ze stavu H do L se vybíjí
mimo to to přes zemní vodič i parazitní kapacitor, jehož kapacita je dána součtem kapacity
spojů a vstupní kapacity členu, který je z tohoto obvodu buzen. Vybitím tohoto kapacitoru se
proud společným zemním vodičem zvětší na dobu asi 10 ns na trojnásobek až čtyřnásobek
klidové hodnoty, může být až 20 mA u jednoho logického členu. S počtem synchronně
pracujících obvodů se tento proud opět zvětšuje a může pak způsobit další úbytek napětí na
společném zemním vodiči. Takovým úbytkem pak může nepřípustně narůst úroveň na
vstupech obvodů připojených přímo na zemní vodič. Požadavky na malou impedanci jsou
tedy u společného zemního vodiče ještě přísnější než u vedení napájecího napětí. Obdobné
problémy přináší spínání výkonových členů připojených k digitálním obvodům. Kromě
rozdělení země na digitální a výkonovou se přijímají i takové úpravy zapojení, které snižují
prudké měny odběru z napájecího zdroje (na obr.26 "předžhavení" žárovek).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 95
Složitý systém je možno rozdělit na dílčí části, které vykonávají určitou účelovou činnnost.
Typické zařízení průmyslové regulace se může např. skládat z těchto dílů: zdroj signálu, který
je zpracováván (snímač, čidlo), přizpůsobovací obvod (např. zesilovač s tvarovačem signálu,
převodník), číslicový systém (logické členy, paměti, čítače, převodníky kódů), zesilovač
(např. výkonové spínací tranzistory, tyristory, lineární zesilovače) a výkonový orgán (relé,
stykač, ventil, signalizace atd.). Doporučuje se, aby každý z těchto nebo podobných dílů byl
řešen jako samostatný blok, opatřený vlastním zdrojem. Zásadně není vhodné, aby z
napájecího zdroje číslicové části byly napájeny ještě jiné díly, zejména elektromagnetické
součástky (relé, stykače, motory) a polovodičové spínače. Stejně tak není vhodné, aby z
napájecího zdroje analogové části byly napájeny číslicové obvody.
Všechny díly řetězce zařízení (příp. i jejich stínící skříně) je třeba spojit do společného
bodu, který se uzemní. Svod do společného bodu a svod zemnění je třeba provést vodiči o
extrémně malé impedanci (tlusté měděné vodiče, měděné pásy, lana apod.). Jako společný
bod se obvykle volí vstupní zemní svorka výkonově nejvíce namáhaného napájecího zdroje.
Poněvadž je zemnění u každého dílu samostatné, nemohou se úbytky vzniklé na zemnících
spojích projevit pro sousední díly rušivě.
Někdy je účelné rozdělit rozsáhlé zařízení na několik sekcí, které nemají společné zemnění
a které jsou signálově vázány způsobem nevyžadujícím galvanické propojení jejich
společných (zemních) vodičů. Signálová vazba je v těchto případech zprostředkována obvykle
magnetickým polem (nízkofrekvenční popř. impulsový transformátor), elektromechanickými
prostředky (elektromagnetické relé) anebo světelnými paprsky (optoelektronický vazební
člen, optron). Tímto způsobem se za cenu větší složitosti zařízení obcházejí potíže spojené s
propojováním zemních vodičů především v soustavách prostorově značně rozlehlých a
propojovaných dlouhými signálovými kabely. Každá ze sekcí zpracovávajících signál může
přitom být připojena na libovolný "zemní" potenciál. Taková sekce (část) zařízení, která je jak
napájením, tak i signálem galvanicky oddělena od ostatních částí zařízení, se často označuje
jako "plovoucí" sekce (část).
2. Vazba přes napájecí rozvody a zdroje. Odpor a impedance přivodů k napájecím
zdrojům a také odpor (impedance) vlastního zdroje (především elektrolytického
kondenzátoru na výstupu) mohou být dalším zdrojem nežádoucích vazeb. Obtíže jsou

96 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
způsobeny tím, že výstupní proud zesilovače musí vždy protékat smyčkou, uzavřenou přes
napájecí zdroj. Proud vyvolává úbytky na odporech napájecího vedení, které jsou
superponovány na napájecí napětí a mohou se přenášet do nežádoucích míst zapojení.
Abychom se zbavili těchto obtíží, snažíme se zmenšit možnost výskytu nežádoucí vazby
některým z následujících opatření:
a) citlivé vstupní stupně
napájíme ze samostatných
zdrojů nebo stabilizátorů,
b) každý zesilovač napájíme
po samostatném vedení od
napájecího zdroje,
c) každý zesilovač napájíme
ze samostatného zdroje,
d) pro střídavé signály
použijeme
transformátorovou
vazbu.
Volba vhodného opatření závisí na složitosti a citlivosti zařízení. Ve velkých a náročných
přístrojích se nedá šetřit na napájecích zdrojích, jejich provedení a stabilizaci, má-li být plně
využito dosažitelných vlastností.
Stále více se používají zesilovače (včetně integrovaných obvodů), které jsou svým
principem širokopásmové. Jejich vlastnosti jsou definovány při napájení ze zdrojů s malým
vnitřním odporem. Běžné stabilizátory napětí mají pro kmitočty vyšší než 100 kHz výstupní
impedanci indukčního charakteru, která se proti impedanci na nižších kmitočtech zvětšuje. Je
to způsobeno zmenšením zisku v elektronické části stabilizátoru, který již nestačí udržet malý
výstupní odpor zdroje, a indukčním charakterem reaktance elektrolytických kondenzátorů na
vyšších kmitočtech. Také přívody od zdroje delší než 10 cm se mohou projevit u
širokopásmových zesilovačů svým indukčním charakterem. Abychom se vyhnuli
nekontrolovatelným vazbám na výstupní impedanci zdroje na vyšších kmitočtech, blokujeme
vývody napájení každého operačního zesilovače (co nejblíže pouzdru) keramickými
kondenzátory s kapacitou 100 nF (kapacita 10 nF může vyvolat rezonanci s indukčnostmi
přívodů v kritické oblasti 1 až 10 MHz a
způsobit rozkmitání zesilovače přes napájecí
zdroje), obr. 6.28, příp. u hybridních
operačních zesilovačů se doporučují
tantalové kapacitory s kapacitou 1 µF. U
obvodů s diskrétními součástkami se obvykle
blokuje napájení jednotlivých funkčních
celků elektrolytickými kapacitory, náročnější
celky pak kapacitory tantalovými.
Mimořádně závažná je otázka napájecích
rozvodů pro digitální obvody, které při
spínání hradel a vybíjení kapacitních zátěží
vyvolávají v napájecích rozvodech proudové
špičky. Podle impedance napájecího rozvodu
vyvolávají tyto proudové špičky i změny
napětí na napájecích svorkách součástek (obr. 6.29). Poznamenejme, že v literatuře se pro
"namáhání" součástek přechodnými ději s rychlostmi ř ádově µs a většími ujímá
název "stres".
K omezení těchto stresových změn je třeba v těsné blízkosti integrovaných obvodů připojit do
napájení kapacitory, které představují zkrat pro vysoké kmitočty (obr. 6.30). Doporučená

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 97
kapacita blokovacího kapacitoru je 1 až 10 nF na jeden obvod. Při návrhu desek plošných
spojů pro číslicové systémy se doporučuje, aby bylo blokováno bezindukčními kapacitory s
kapacitou 10 až 100 nF (keramika) u každých 5 až 10 pouzder integrovaných obvodů.
3. Úbytky napětí na vodičích mohou být na závadu, i když se nejedná o zemní vodič.
Typickým příkladem je zpětnovazební zesilovač podle obr. 6.31. Podle připojené zpětné
vazby mohou nastat dva základní případy:
a) zpětná vazba je vedena z bodu připojeného co nejblíže k zátěži, obr. 6.31a. Je potlačen
vliv impedance přívodů.
b) zpětná vazba je vedena z vnitřního bodu zesilovače, zátěž je oddělena oddělovacím
rezistorem Rv, obr. 6.31b. Toto řešení se používá u koncových stupňů generátorů k
dosažení definovaného výstupního odporu na výstupních svorkách. Rv obvykle slouží
také jako ochrana zesilovače.
Na
obr.
6.32 je

98 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
konkrétní zapojení s operačním zesilovačem, které realizuje principy podle obr. 6.31.
Výstupní odpor Ro je dán vztahem (pro obr. 6.32a)
R
o
≅
Rv
⎛ R
⋅
⎜
− A ⎝ R
2
1
⎞
⎟
⎠
Např. pro Rv = 10 W, A = -105 a R2/R1
= 10, je Ro = 1 mW pro zpětnou vazbu
vztaženou až na výstupní svorky. Je-li Rv
mimo smyčku zpětné vazby, pak určuje
převážnou část výstupního odporu celého
obvodu. Proto, chceme-li definovat
výstupní signál zesilovače nebo např.
výstupní napětí stabilizátoru v určitém
bo dě, vedeme zpětnou vazbu z tohoto bodu (obr. 6.33).
4 . Přechodové odpory se vyskytují u rozpojitelných spojů, nejčastěji u přepínačů a relé.
Činí problémy, protéká-li jimi větší proud. V měřící technice se proto užívá čtyřdrátového
připojení rezistorů s malým odporem nebo bočníky k ampérmetrům typu Ayrton-Perry.
Velmi závažná je také problematika čištění, konzervace a mazaní kontaktů přepínačů
(čelních i smykových) a relé. Materiálem kontaktů jsou slitiny stříbra s mědí nebo niklem a
další měděné slitiny, které se často postříbřují.
Za skladování nebo provozu se kontakty po určité době pokryjí černou nevodivou
vrstvičkou oxidů nebo sirníků stříbra, popřípadě mědi. Toto černání je působeno oxidem
siřičitým, jímž je znečištěna každá průmyslová atmosféra, nebo sirovodíkem.
K čištění se v praxi používá nejčastěji benzin, trichloretylén nebo tetrachlormetan. Tato
rozpouštědla sice kontakty částečně vyčistí, současně je však i vysuší, a to je nežádoucí
zejména u smykových kontaktů, které pak nejsou vůbec mazány. Potom dochází ke
zvýšenému odírání stříbrného povlaku přepínačů a u potenciometrů ke zvýšenému odírání
odporové dráhy (což se potom projevuje tzv. chrastěním). Proto je lépe používat přípravků
typu KONTOX a RENOL, které mají účinky čistící, mazací a konzervační.
7.4.2 Termoelektrická napětí
Při zpracování velmi malých stejnosměrných napětí se mohou rušivě projevit
termoelektrická napětí. Vznikají na místě styku dvou různých kovů vlivem teploty. Teplotní
rozdíl může být způsoben ohřevem ztrátovým výkonem použitých součástek, ale také např.
třením v přepínači při přepínání. Termoelektrická napětí vztahujeme proti mědi a jsou
přibližně -0,5 µV/K pro zlato, stříbro, manganin,-2,5 µV/K pro mosaz a fosforbronz, -3,2
µV/K pro cín, ale např. -41,5 µV/K pro konstantan. Vliv termoelektrického napětí
potlačujeme použitím vhodných materiálů a zamezením teplotních rozdílů v citlivé části
obvodu.
7.4.3 Reaktance vodičů
Dosud probírané parazitní jevy můžeme v podstatě považovat za "jevy s odporovým
charakterem", a to dvojího druhu: jednak jsou založeny na existenci parazitního odporu
vodičů (kterým protéká jeden proud), jednak na existenci parazitní odporové vazby (vodičem
s nenulovým odporem protéká více proudů). Podobně existují parazitní reaktance vodičů

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 99
(indukčnost vodiče, kapacita a vzájemná indukčnost mezi vodiči), které mohou vést ke vzniku
parazitních vazeb.
Příkladem může být indukčnost vodičů, které vadí na vysokých kmitočtech a také např. u
napájecích vodičů digitálních integrovaných obvodů (jak již bylo uvedeno). Parazitní kapacity
vůči zemi mají za následek pokles zesílení na vyšších kmitočtech. Pokud bude existovat
parazitní kapacita mezi vstupem a výstupem invertujícího zesilovače, uplatní se Millerův jev.
V praxi proto na vysokých frekvencích zkracujeme přívody součástek jen na nezbytnou
délku, volíme krátké spoje, zapojujeme několik rezistorů paralelně, neužíváme drátové
rezistory. Snaha zmenšit Millerovu kapacitu vedla k vývoji nových aktivních prvků (např.
pentody místo triody), tranzistorů řízených polem se dvěma elektrodami G, speciálních typů
bipolárních tranzistorů se zmenšenou kapacitou kolektor-báze (jako např. KF167 a KF173 aj.)
nebo zapojení, v nichž je vliv nežádoucí kapacity potlačen (např. kaskódové zapojení stupně s
uzemněným emitorem a uzemněnou bází). Možností, jak zmenšit vnější parazitní
zpětnovazební kapacity (za cenu zvětšení méně nebezpečných kapacit proti zemi), je použít
stínění (viz dále).
Problematiku kapacitních a induktivních vazeb mezi vodiči probereme vzhledem k jejich
závažnosti samostatně v následujících dvou kapitolách (a potom zmíníme ještě v souvislosti s
vázanými vedeními).
Pro správný odhad vlivu parazitních reaktancí je třeba umět odhadnout řádově parazitní
vlastnosti vodičů. V tab. 6.1 jsou uvedeny tyto orientační údaje pro měděné vodiče podle [58].
7.4.4 Parazitní kapacitní vazba
Existuje-li mezi dvěma vodiči prostor, kudy mohou procházet siločáry elektrostatického
pole, pak je možno též definovat kapacitu mezi nimi. Tato
kapacita se pak může uplatnit jako

100 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
přenosová cesta signálu z jednoho vodiče na druhý.
Kapacitní vazby vznikají mezi vodiči vedenými blízko sebe, hlavně pak mezi vodiči
vedenými ve větší délce paralelně, např. ve svazcích vodičů, v kabelech nebo na deskách
plošných spojů.
Obr. 6.34 ukazuje kapacitní vazbu mezi dvěma volnými vodiči (abychom potlačili úvahy o
možné induktivní vazbě, není napájený vodič uzemněn). Jde ukázat, že pro parazitní přenos
napětí (přeslech) platí
U
2
jωR2C12
=
≅ jωR2C12
(6.5)
U + jωR
C + C
1
1
2
( )
12
Důležitý je vztah pro přenos při nízkých kmitočtech, kdy podle obr. 6.34c můžeme tento
pře nos popsat proudovým zdrojem j• C 12 U 1 Vidíme, že rušivé napětí na obou koncích
ovlivňovaného vodiče má stejnou polaritu. To je typický rys kapacitní parazitní vazby (na
rozdíl od induktivní).
V praxi je také častý případ, kdy se váže zdroj rušivého napětí, pracující na kmitočtu wo, s
laděným obvodem naladěným rovněž na kmitočet wo Potom jde ukázat, že přenos rušivého
napětí je vyjádřen výrazem K = QC12/C2G, kde C2G je kapacita v paralelním laděném
obvodu LC.
Ze vztahu (6.5) je zřejmé, že pro zmenšení
parazitní kapacitní vazby je třeba
- udržovat vazební kapacitu C12 co možno
nejmenší,
- udržovat ekvivalentní odpor zátěže R2 též
co nejmenší.
Na obvodu podle obr. 6.35 lze ukázat, jak i
malé parazitní kapacity již mohou zhoršit
vlastnosti zesilovače. Uvažujme vstupní obvod zesilovače, který má zpracovat vstupní signál
10 mV s odstupem alespoň -60 dB. Odpor zdroje signálu uvažujme např. 10 kW. Odstupu -60
dB od 10 mV odpovídá největší přípustný rušivý signál 10 uV. Zkusme zjistit, jaká může být
největší kapacita mezi napájecími obvody, v nichž je napětí 10 V/50 Hz, aby byl dodržen
odstup -60 dB. To znamená, že 10 V z napájecího zdroje může vyvolat na 10 kW vnitřního
odporu zdroje úbytek napětí nejvýše 10 uV. Úbytku 10 mV na 10 kW odpovídá proud 1 nA.
Reaktance kapacity, kterou protéká při kmitočtu 50 Hz proud 1 nA, musí být 1010 W. Z toho
vyplývá, že kapacita C = 1/ ωX
C
může být až 0,3 pF. Vidíme, že přípustná kapacita je velmi
malá i u zesilovače s běžnými středními impedancemi. Proto se většinou v náročnějších
vstupních obvodech neobejdeme bez speciálních opatření, popsaných dále.
Výše uvedené se týkalo kmitočtové oblasti. Dále je třeba se zabývat kapacitní vazbou v
časové oblasti, při uvažování pulsního signálu. Ze vztahu (6.5) plyne, že rušivé napětí je
úměrné časové derivaci vstupního napětí; objeví se tedy jen při časových změnách vstupního
signálu (při změnách logických úrovní digitálního signálu). Obvykle se uvažuje aproximace
lichoběžníkovým signálem s délkou hrany tr. Rušivý signál narůstá i klesá exponenciálně se
stejnou časovou konstantou τ = ( C C )
R2 12
+
2G
. Pro praxi je důležité, že digitální obvody jsou
většinou nízkoohmové, takže s kapacitním rušením počítáme jen u vodičů v tzv. třetím stavu.
Z praxe je známo, že kapacitní přenosové cesty se omezí jednak umístěním rušeného
okruhu co nejdále od okruhu rušícího, jednak použitím kovového stínění. Vestavění stínící
přepážky z mědi nebo hliníku představuje účinné přerušení cesty rušivého signálu, ale bývá
prostorově náročné. Použití stínících krytů nebo stíněných vodičů je z hlediska účinnosti
2G

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 101
rovnocenné, avšak zpravidla dochází ke zvýšení kapacit stíněných prvků proti zemi, což může
nepříznivě ovlivňovat funkci zařízení ( např. snížení mezního kmitočtu). Na deskách
plošných spojů a v plochých kabelech z důvodů stínění vedeme často mezi "živými" vodiči
vodiče uzemněné.
V některých případech je stínění neproveditelné, např. uvnitř aktivních prvků apod. V
takových případech je třeba pomoci tzv. neutralizací, tj. umělým zavedením stejně velké
kapacitní vazby opačně působící. K tomu je ovšem nutné, aby alespoň jeden z obvodů, buď
vstupní nebo výstupní, dával souměrné napětí. V obvodech určených pro přenos úzkého
pásma kmitočtu je možné neutralizovat vliv vazební kapacity paralelně zapojenou cívkou,
naladěnou do rezonance na středu pásma; pak souměrné napětí není nutné.
V každém případě a při návrhu jakéhokoli zařízení je však nutné posoudit všechny
možnosti kapacitních vazeb mezi jednotlivými stupni zařízení, vyčíslit přípustné velikosti
vazebních kapacit a podle toho pak rozhodovat o zásadním rozložení součástí a způsobech
stínění. Obvykle stíníme nejpečlivěji vstupní obvody s nejnižší úrovní signálu, a pak obvody s
největší úrovní, kde je nebezpečí vyzařování.
7.4.5 Parazitní induktivní vazba
Každý vodič protékaný proudem vytváří magnetické pole; je-li v jeho dosahu jiný vodič,
vytváří společná část magnetického pole
mezi nimi vzájemnou indukčnost. Ta se
ovšem uplatňuje též jako cesta
nežádoucích přenosů signálu (a to
samozřejmě za předpokladu, že jde o
časově proměnný proud, obvykle střídavý).
Princip vazby ilustruje obr. 6.37.

102 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Ve vodičích, které jsou v časově proměnném magnetickém poli, se indukuje napětí,
vzrůstající se zvyšováním kmitočtu. Je-li takový vodič součástí uzavřené smyčky, prochází
touto smyčkou střídavý proud takového směru, že magnetické pole vyvolané tímto proudem,
působí proti původnímu poli (princip vzájemné indukčnosti).
Φ12
Vzájemnou indukčnost můžeme definovat vztahem M
12
=
I
1
Potom indukované napětí v rušeném obvodu (smyčce) bude
di2
() t
u2 () t = M
12
dt
nebo pro případ harmonického napětí U
2
= jωM
12
I1
(6.5)
Jde ukázat, že platí M12 = M21 = M a z rovnic podle druhého Kirchhoffova zákona pro
obě smyčky dostaneme pro harmonické signály
U
2
2
= (6.6)
1 +
jωM
/ R
jωL
2
/ R
2
kde R2 = R21+R22. Formálně jde o stejný vztah jako platí pro kapacitní vazbu (6.5).
Ovšem v tomto případě jsou napětí na rezistorech R11 a R22 opačné polarity.
Jak již bylo uvedeno, induktivní vazbu pozorujeme tam, kde rušící proud protéká smyčkou
a rušený obvod obsahuje také smyčku (prostorově blízkou). Vazba je tím silnější, čím je větší
plocha obou smyček. Induktivní vazba však také vzniká, když přijímací smyčkou prochází
rozptylové magnetické pole transformátoru nebo tlumivky. Induktivní vazba se uplatňuje
nejvíce v obvodech s malými impedancemi.
Podobně jako v předchozím případě, také zde můžeme těmto vlivům čelit jednak stíněním,
které působí jako zkratový závit a zmenšuje činitel vazby, jednak účelným rozmístěním
obvodů. Hlavní zásadou je ovšem takové vedení spojů, aby plochy vymezené každým
proudovým obvodem (smyčkou) byly co nejmenší, tj. spoje co nejkratší a co možno blízko
sebe, pokud patří k téže proudové smyčce.
Na obr. 6.38 je znázorněna induktivní vazba na deskách plošných spojů. Jako stínění zde
působí uzemněný vodič mezi dvěma souběžnými vodiči. Souvislá zemnící plocha výrazně
zmenší vazbu magnetickým polem.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 103
Obr. 6.38. Parazitní induktivní vazba na deskách plošných spojů

104 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Např. na obr. 6.32b musí být co nejmenší plocha smyčky 1-2-3-4-5-1. Každá změna
magnetického pole, procházející smyčkou, je zesilovačem zpracovávána jako vstupní signál.
Proto se má vést zpětnovazební vodič 1-2 přes R2 blízko s vodičem 4-5.
Na obr 6.39a vidíme, že smyčka ve vstupním obvodu vlivem nesprávného umístění
kapacitorů C 1 a C 2 je velká. Správné řešení ukazuje obr. 6.39b.
Při hledání přijímacích smyček si musíme uvědomit, že každý proud teče uzavřeným
okruhem (nezapomenout na zemní a napájecí vodiče), tedy zpětné vodiče mají vést v těsné
blízkosti vodičů přívodních (a z hlediska parazitní zpětné vazby by zemní část smyčky měla
být samostatná, neměl by tu protékat žádný jiný proud). Na DPS se napájecí vodiče navrhují
co nejširší, vedou se planparalelně nebo těsně vedle sebe, jejich součástí jsou blokovací
kondenzátory.
Na obr. 6.40 vidíme, jak v napájecích obvodech pro
dvě a více desek plošných spojů mohou vzniknout
smyčky. Plocha smyčky S by měla být co nejmenší.
Obdobně velikost společné impedance Z2 (na ní může
vzniknout parazitní galvanická vazba).
Velmi důležitá je problematika uzemnění stíněných
vodičů. Zde se držíme zásady, že spojnice stínícího
pláště se zemí nesmí tvořit uzvřenou smyčku a musí
být co nejkratší. Viz příklad na obr. 6.41a,b. Pro
magnetické stínění ovšem musí být spojeny oba konce
se zemí. Nebo může jít o spojení přes napájecí síť (viz
kapitola o souosé tlumivce).
Druhou zásadou je pak patřičná vzdálenost mezi
obvody, které nemají na sebe působit. Další možnost snížení vazby je takové uspořádání
obvodů, aby jejich magnetická pole probíhala vzájemně kolmo; tato možnost se ovšem nedá
realizovat na běžných jednovrstvových plošných spojích (je to typické pro transformátory a
tlumivky, zde se navíc snažíme potlačit jejich rozptylová pole použitím hrníčkových nebo
ještě lépe toroidních jader). Poslední možností je pak řešení podobné neutralizaci, kdy jeden z
obvodů v části působící vazbu rozdělíme na dvě stejné části a spoje prokřížíme, aby se
indukční účinky obou částí vzájemně rušily. Zde je třeba zdůraznit použití kroucené dvojlinky
(obr. 6.42).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 105
V těchto dvou kapitolách jsme uvažovali kapacitní a induktivní parazitní vazbu odděleně.
V praxi působí obě společně. Záleží na geometrické konfiguraci (C12 a M) a na odporech
vodičů, která z těchto vazeb se více projeví. Poznamenejme, že v řadě případů, musíme tyto
vazby vyšetřovat jako vazby vázaných vedení (kap. 6.7). Na nižších kmitočtech lze mnoho
obtíží odstranit užitím symetrického vedení signálu a diferenciálních zesilovačů.
Metoda je založena na použití diferenčního stupně na vstupu příjmače. Symetrický přenos
se realizuje dvěma vázanými vedeními, přičemž užitečný signál je diferenční a veškeré rušení,
i kapacitní, má charakter součtového signálu (obr. 6.43). Induktivní rušení je reprezentováno
zdroji napětí , kapacitní rušení je reprezentováno zdroji u4 C = . Při úplné
symetrii nevyvolá rušení diferenční signál. Příjmač zesiluje diferen 〉〉1 a
zeslabuje součtový signál
u
1
= u 2
(
1
C 2
)
ční signál ( )
( 〈1)
A .
diferenčních zesilovačů typicky 80 dB.
s
Činitel potlačení součtového signálu
A
s
A d
d
H = bývá u
A

106 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Stíněný vodič v magnetickém poli
Jak bude později uvedeno, často se užívá stíněných vodičů. Je-li stínící obal ("punčoška")
na obou koncích uzemněna, působí
jako elektromagnetické stínění.
Situaci ilustruje obr.6.44. Účinnost
stínění závisí na zpětné cestě proudu
(zemí, stíněním). Obě smyčky
(vnitřní vodič, stínění) mají svoji
indukčnost (Li,Ls) a existuje také
jejich vzájemná indukčnost M. Dá
se ukázat, že platí M = Ls. Z
uvedeného vztahu plyne, že v
případě, že RG = 0 (ideální země) se
pro kmitočty vyšší než
(RG + Rs)/Ls
všechen proud vrací stíněním. Obr. 6.43. Symetrické vedení signálu
Kmitočet Rs/Ls se nazývá mezním kmitočtem stínění.
Na DPS se nevyhneme paralelně vedeným spojům. U nízkoimpedančních obvodů (např.
digitálních obvodů) se bude objevovat rušení (přeslechy) převážně prostřednictvím vzájemné
indukčnosti. Velikost přenosu se zmenšuje s poklesem charakteristické impedance obou
vzájemně vázaných vedení. Charakteristická impedance je tím menší, čím menší je vlastní
indukčnost a čím větší je vlastní kapacita na jednotku délky vedení, čili čím větší je šířka
spojové dráhy. Proto není vhodné užívat zbytečně úzkých spojů, pokud to vzhledem k
okolnostem není zcela nevyhnutelné. Velmi účinného zmenšení vzájemné induktivní vazby
mezi signálovými spoji lze dosáhnout umístěním vodivé roviny rovnoběžně s rovinou spojů,
ve vzdálenosti od roviny spojů rovné nejvýše dvojnásobku šířky mezery mezi spoji. Působí
zde dva vlivy současně: jednak zmenšení charakteristické impedance jednotlivých vedení

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 107
zvětše ním kapacity na jednotku délky, jednak zmenšení vzájemné indukčnosti soustředěním
elektromagnetického pole signálu do prostoru mezi spojem a vodivou rovinou.
7.4.6 Filtrace napětí ve vodičích
Rušivé signály mohou do zařízení vnikat vstupními vodiči, napájecími vodiči (ze síťového
rozvodu nebo z jiných obvodů téhož zařízení), výjimečně také po výstupních vodičích. Proto
bývá nutné opatřit tyto vodiče filtry zadržující nežádoucí pásmo kmitočtů. Návrh filtrů zde
nebudeme uvádět, je již znám z teorie obvodů. Zde stačí připomenout, že obvykle užíváme
RC nebo LC nesouměrných filtrů v zapojení T nebo p s charakterem dolní propusti,
jednočlenných až tříčlenných, podle požadovaného činitele útlumu rušivého signálu.
U síťových přívodů užíváme často filtrů souměrných, zejména tam, kde vytváříme pro
zemnění přístrojů zvláštní zemní systém, nespojený přímo s nulovým vodičem sítě.
Pokud je kmitočet rušivého napětí různý od kmitočtů pracovních (užitečných) signálů,
můžeme i zde navrhnout a realizovat potřebné filtry např. typu pásmových propustí a zádrží.
Je-li však rušivý kmitočet přímo v pásmu signálů pracovních, je nutné především zabránit
jeho vniknutí do vstupního signálu. K tomu nám slouží opět stínění a zemnění.
Typickým příkladem rušivého signálu přicházejícího po vstupních vodičích je příchod vf
signálu na vstup nf zesilovačů. Pokud je amplitudově modulován, může se usměrnit
nelinearitou vstupního tranzistoru a z reproduktoru slyšíme signál silného místního vysílače.
V jiných případech může jít o rušení TV přijímačů jiskřením komutátorových motorů apod.
Nelze také zanedbávat parazitní vazby, kterými přichází rušivé signály mimo
zpracovávané pásmo kmitočtů. Moderní (i nízkofrekvenční) křemíkové tranzistory, ať již v
diskrétní formě nebo jako součást integrovaného obvodu, mají mezní kmitočty řádu desítek až
stovek MHz.
Vstupní obvody citlivějších zařízení obvykle pečlivě stíníme (viz další kapitolu). Praktické
a často užívané jsou filtry RC na vstupu citlivých obvodů. Skládají se z rezistoru, zařazeného
v sérii se vstupem a všech kapacit proti zemi (včetně parazitních), uplatňujících se za tímto
rezistorem.
Máme-li odstranit vf nežádoucí rušení z nf nebo ss vstupních přívodů, nestačí přívody
spojit mezi sebou nebo se zemí kondenzátorem, představujícím pro vysoké kmitočty malou
impedanci. Na vstupní vedení musíme pohlížet jako na vf vedení, v němž se energie
šíříelektromagnetickým polem okolo vodičů. Jakákoli nehomogenita vedení, např. zmíněným
blokováním vodičů, způsobí odrazy vf energie a její šíření v různých formách po celém
obvodu. Přitom nežádoucí vf energie proniká do přístroje nejen ze strany vstupů, ale
pozornost je nutno věnovat i napájecímu rozvodu.
Na obr. 6.45 je filtr zamezující pronikání nf
rušení do přístroje. Charakteristická impedance
napájecích a vstupních vedení bývá 50 až 1000 W.
Pro 1 M Hz pak součástkám na obr. 218 odpovídá L
= 10 µH a C = 1 nF.
K blokování se používají průchodkové
kondenzátory, upevněné v kovové stínicí stěně. Tato
stěna se nemá používat současně k zamezení šíření
vf signálů a k elektrostatickému stínění signálu.
Správné je použít dva paralelní stínící systémy;
první proti vf rušení a druhý pro signálové stínění.

108 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Vf stínění může být uzemněno v několika bodech, kdežto signálové stínění pouze v jednom
bodě (viz dále).
Filtry RC se také užívají v napájecím rozvodu, kde oddělují jednotlivé stupně nebo jejich
skupiny (obvykle první stupeň zesilovače a zbývající obvody). Čím jsou pracovní kmitočty
vyšší, tím menší sériovou indukčnost smí mít použité filtrační a zemnící kondenzátory, ovšem
tím menší může být jejich kapacita. Proto užíváme kondenzátorů keramických pro VKV v
průchodkovém provedení (protože jednotlivé stupně jsou odděleny stínícími přepážkami).
Obdobnými filtry také řešíme opačnou úlohu, tj. zabránění odchodu rušivého signálu z
obvodu nebo z celého zařízení. V prvním případě často filtrujeme vývody ze stíněných částí,
abychom zabránili pronikání rušivého signálu ven (do jiných obvodů). V druhém případě jde
o již zmíněné odrušování.
Poznámky k návrhu filtrů
Návrh filtrů zde nebudeme probírat, ovšem je třeba připomenout nutnost jejich pečlivého
návrhu a především vlastního sestavení. Zvláštní pozornost si zasluhují tlumivky. Jak je
známo, mají
tlumivky vlastní rozloženou kapacitu a vlastní rezonanční kmitočet. Proto
impedance tlumivky m á induktivní charakter pouze do určitého kmitočtu, od něhož má potom
charakter kapacitní. Tento kmitoče t je vlastní rezonanční kmitočet tlumivky. Vlastních
rezonančních kmitočtů zjistíme na určité tlumivce několik, proto filtr s tlumivkami může být
na některých kmitočtech neúčinný.
Aby byl filtr účinný v celém potřebném pásmu
kmitočtů, nemáme volit jeho indukčnosti příliš
velké. Volíme proto takové tlumivky, jejichž vlastní
rezonanční kmitočet leží výše než nejvyšší kmitočet
filtrovaný. Pro kmitočty v oblasti horního konce
krátkých vln a vln metrových se používají
jednovrstvové cívky s malým průměrem, které mají
minimální kapacitu. Je-li tlumivka navinuta na
tělísku z izolátoru, je (v souhlase s pokusy) její
vlastní vlnová délka lo dána vztahem
kde l je délka vodiče vinutí.
λ
o
≈ 3⋅l
(6.7)

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 109
Často se používají jednovrstvé cívky, navinuté na tyčince z feromagnetického materiálu
(práškové železo, ferit). Tyto tlumivky mají při stejné indukčnosti podstatně menší rozměry
než tlumivky vzduchové, bez jádra.
Při konstrukci tlumivky nesmíme zapomínat na délku přívodů, která se připočítává k
celkové délce vinutí [viz vztah (6.7)]. Na kmitočtech blízkých vlastnímu rezonančnímu
kmitočtu tlumivky nezlepší funkci sériové spojení tlumivek; naopak, toto spojení může vést
ke zmenšení podélné impedanc e filtru. Aby tento jev nenastal, je zapotřebí k oběma koncům
každé tlumivky připojit svodový kondenzátor.
Jako příčné větve filtru se používají kondenzátory s pokud možno minimální impedancí.
Při výběru kondenzátoru není důležitá jenom kapacita, nýbrž i parazitní indukčnost, neboť za
určitých podmínek se tato indukčnost uplatňuje více než žádoucí kapacita kondenzátoru. Pro
nízkofrekvenční oblast a pro oblast dlouhých vln vyhoví každý svitkový kondenzátor. V
oblasti vln krátkých a velmi krátkých pracují uspokojivě kondenzátory slídové, keramické,
speciální bezindukční svitkové a kondenzátory ze syntetických folií. V této oblasti kmitočtů
se používají průchodkové kondenzátory (keramické a svitkové), které nemají přívody. Při
filtraci v široké oblasti kmitočtů se používá několik kondenzátorů různých typů, spojených
paralelně.
Stejný útlum lze získat různou velikostí indukčností a kapacit filtru. Při racionálním výběru
indukčnosti a kapacity se vychází z předpokladů, že
a) konstrukce tlumivek je jednodušší a levnější pro malé proudy,
b) konstrukce kondenzátorů je jednodušší a levnější pro malá napětí.
Z toho vypl ývá, že pro filtrování obvodu s velkým proudem při malém napětí se hodí filtr s
malými indukčnostmi a velkými kapacitami. Pro filtrovaný obvod s vysokým napětím se
naopak hodí maximální přípustné indukčnosti a malé kapacity.
Při návrhu schématu a konstrukce filtru usilujeme o nejmenší počet součástek. Je to nutné
jak z ekonomických důvodů, tak i proto, že každá zbytečná součástka, pájecí bod, kontakt,
izolátor, snižují spolehlivost přístroje, neboť čím je víc součástek, tím větší je
pravděpodobnost, že dojde k poruše některé z nich.
Správné sestavení filtrů je nejdůležitější. Při špatné montáži i velmi složitý filtr netlumí
filtrované napětí. Jako příklad probereme nesprávně sestavený dvoučlánkový filtr (obr. 6.47),
pracující na kmitočtu f0 = 6 MHz přitom L1= L2 = L = 100 µH; C1 = C2 = C = 50 000 pF;
vnitřní odpor generátoru R1 = 100 W.
Vypočítáme útlum
Z Z Z
b ω
Z Z Z
2 4 6 5 3 2
10 10
= = C L Ri
≈
1
3
5
tzn. útlum filtru na kmitočtu 6 MHz je 200 dB. V praxi zjistíme útlum mnohem menší, což
je způsobeno některou z níže uvedených chyb.
1. Celé filtrované napětí je přivedeno k obvodu a, b, c. Má-li spoj b-c délku 30 mm, je jeho
indukčnost rovna přibližně 0,03 µH a reaktance ω L C
= 1Ω
. Jestliže při vnitřním odporu
zdroje 100 • zanedbáme reaktanci kondenzátoru 0,5 W, je úbytek napětí na spoji b-c 1%
napětí generátoru. Toto napětí se přivádí kondenzátorem C3 (jehož reaktanci lze zanedbat)
na výstup filtru. Potom je útlum filtru jen 40 dB. Vinou jediného nesprávně voleného spoje
klesá útlum filtru až o 160 dB, což ovšem nelze připustit.

110 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
2. Mezi tlumivkami L1 a L2 je induktivní vazba. Proud procházející tlumivkou L1 vybudí v
tlumivce L2 přídavné napětí a útlum filtru dále klesá.
3. Mezi body A a D s největším potenciálním rozdílem je parazitní kapacitní vazba, která také
zhoršuje účinnost filtru. Snadno vypočítáme, že při parazitní kapacitě 5.10-3 pF (5 fF)
klesne útlum filtru o 60 dB.
4. Kondenzátory v příčných větvích filtru, zvláště kondenzátory, se kterými jsou spojeny delší
vodiče, nejsou správně zamontovány. Protože reaktance kondenzátorů je 0,05 W a
reaktance 10 mm spojovacího vodiče je 0,3 W, postačí spoj délky 20 až 30 mm, aby se
zvětšila impedance kapacitní větve a zhoršil se út lum filtru (ob r . 66) .
5. Vodič f-h, zamontovaný podle chybných úvah o zmenšení proudu, procházejícího kostrou
přístroje, prochází v blízkosti bodů s velkým vysokofrekvenčním potenciálem. Vzhledem
ke kapacitní vazbě se ve vodiči indukuje střídavé napětí, procházející přímo na výstup
filtru. Tak se dostává na vysokofrekvenční potenciál nejen vodič vedoucí proud, nýbrž i
vodič spojený s kostrou.
Obr. 6.49 znázorňuje správnou montáž dvoučlánkového filtru, bez popisovaných vad. Tato
konstrukce může při správném výběru tlumivek a kondenzátorů a při respektování parazitní
kapacity mezi vstupem a výstupem filtru zajistit útlum vysokofrekvenčního napětí v řádu 120
až 160 dB.
Při montáži filtrů a také při montáži celých přístrojů se dost často obvody spojují s kostrou
v jednom bodě (obr. 6.50), a to podle chybného názoru, že kostrou přístroje nemá procházet
proud. Jak je známo, následkem povrchového jevu procházejí kostrou přístroje proudy po
povrchu a za stejných podmínek jako vodičem. Proto takové uspořádání nepředstavuje žádné
zlepšení. Abychom naopak mohli spojit všechny součástky s kostrou v jediném bodě, musíme
prodloužit vývody kondenzátorů, což zhoršuje účinnost filtru. V literatuře vůbec, zvláště v
radioamatérské, se často doporučuje uzemnit různé výhodné kombinace v jednom bodě. Ve
většině případů tyto kombinace nemají účinek, neboť je téměř nemožné určit hlavní směr
proudu v přístroji (tj. proudu, procházejícího vodiči a součástkami) a směr proudu,
vznikajícího parazitními vazbami. Proto je základním pravidlem montáže připojit součástky a
vodiče v nejbližším bodě. Při připojování ke kostře se nesmí zapomenout na indukčnost
pájecího očka, ať je vytvořeno jakkoli. Tato indukčnost může vyvolat nevypočitatelnou a
nežádoucí vazbu typu znázorněného na obr. 6.47 (spoj b-c), proto má mít každý spoj s kostrou
své vlastní pájecí očko.
Z hlediska správného sestavení filtru je tedy radno připomenout tyto zásady
- vývody součástek volit co nejkratší,
- příčné kondenzátory filtrů zapojovat tak, aby indukčnost spojů společná různým
článkům filtru, byla co nejmenší (obr. 6.48, 6.49),
- uzemňování a stínění jednotlivých článků filtru provést tak, aby nevznikaly společné
proudové cesty nebo aby byly co nejkratší,
- cívky různých článků filtru vzájemně stínit nebo otočit tak, aby vzájemná vazba byla co
nejmenší (viz obr. 6.49),
- hrubý návrh filtrů tohoto druhu (příčkových článků LC) vychází z poznatku, že útlum
jednoho článku filtru s rezonančním kmitočtem f0 při kmitočtu f je přibližně
U
2 =
celkový útlum se pak rovná součinu dílčích útlumů jednotlivých článků.
U
1
f
2
2
f o

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 111
7.4.7
6.4.7 Souosé tlumivky
Kovové skříně přístrojů, napájených ze sítě, jsou přes síťové přívody spojeny se zemí. Při
tom většinou svorka nulového potenciálu přístroje bývá spojena s kovovou kostrou přístroje.
Spojíme-li takové dva přístroje mezi sebou, vznikne zemní smyčka ze síťových přípojek a
zemních spojů v cestě signálu (obr. 6.51). Smyčka má malé impedance a velkou plochu.
Nejsou-li oba přístroje napájeny z jedné síťové rozvodky, rozměry smyčky se ještě podstatně
zvětší. Zemní smyčkou obvykle protéká indukovaný rušivý proud. Může to být např. proud
indukovaný rozptylovým magnetickým polem transformátoru do uzavřené zemní smyčky,
nebo proud způsobený filtračními kondenzátory v síťových přívodech, tedy proud o kmitočtu
50 Hz. Dále to může být rušivý proud zemními obvody vznikající ve výkonovém stupni
některého z přístrojů, tedy s kmitočtem odlišným od kmitočtu sítě. Všechny tyto vlivy
znázorňuje zdroj UG.
Matematicky lze situaci podchytit takto:
1.Uvažujme, že zemí protéká proud IG, který na odporu RG odpovídající části země vyvolá
rušivé napětí.
2. Uvažujme, že rušivé magnetické pole B = B0 exp(jwt) prochází smyčkou, kde se indukuje
napětí U = jωB
A ⋅ cos( Θ ) ⋅ exp( jωt)
G o
, kde A je plocha smyčky a Q je úhel pod kterým
siločáry protínají smyčku. Výsledky rozboru jsou na obr. 6.51. Rušivé napětí se objevuje
jako symetrické (common mode), proto k jeho odstranění můžeme použít symetrického
přenosu, optoizolačního prvku nebo použít souosé tlumivky (common mode choke).
Mezi přístroji A-B na obr.156 je dvouvodičové vedení, vytvářející cestu pro přenos
signálu. Toto vedení (nejčastěji je to souosý kabel) navineme na jádro s velkou magnetickou
vodivostí. Volba materiálu jádra závisí na kmitočtu rušivých proudů, protékajících zemními
spoji. Při síťovém nebo nízkofrekvenčním rušení je nejvhodnější jádro z permalloye, při
vyšších kmitočtech vyhoví ferit.
Pro nižší kmitočty se snažíme navinout na jádro co nejvíce závitů, u vysokých kmitočtů
může pomoci i jediný průvlek kabelu feritovým kroužkem. Vznikne zapojení naznačené na
obr. 6.52. Vinutí souosým kabelem vytváří vlastně transformátor s převodem 1:1, jehož
primární vinutí je tvořeno uzemněným pláštěm kabelu, sekundární vinutí tvoří vnitřní vodič
kabelu, přenášející užitečný signál. Rušivé napětí uG, mezi konci primárního vinutí se
přetransformuje do sekundárního vinutí a mezi svorkami 3-6 se neprojeví. Země 1 a 2 jsou
tedy střídavě odděleny. Předpokladem správné funkce je, že reaktance primárního vinutí na
kmitočtu rušení je podstatně větší než odpor zemní smyčky.
Popsaného principu souosé tlumivky je možno využít i uvnitř složitějšího přístroje,
tvořeného několika funkčními bloky. Je však nutno vždy uvážit, že tento princip může
pomoci jen tam, kde se uplatňuje rušení vznikající ve smyčce
s malou impedancí. Je-li např.
rušení způsobeno nedokonalým stíněním obvodu s velkou impedancí, je použití souosé
tlumivky neúčinné.
Jednou z aplikací je připojení zátěže ve vysokofrekvenčních aplikacích. Zde se (obr.6.53a)
jen část proudu vrací pláštěm kabelu, zbytek se vrací různými parazitními cestami. Při použití
vyrovnávacího transformátoru 1:1 musí celý proud téci zpět pláštěm kabelu (obr.6.53b).
Poznamenejme, že stejného principu (cívka z koaxiálního kabelu, nyní však bez jádra) se
užívá u anténních svodů k potlačení nesymetrických proudů.

112 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 113
7.5 Přenos impulsů vedením
Přenos impulsů elektricky dlouhým vedením je složitý děj - vedení způsobuje zpoždění
signálu, dochází k odrazům, vedení se nabíjí a vybíjí, někdy se objevují přeslechy z jiných
vedení. Bohužel v mnoha případech se použití vedení (dlouhých spojů) nelze vyhnout.
Přivedeme-li na vstup vedení impuls, neobjeví se na výstupu vedení okamžitě, ale až po
určité době - dojde ke zpoždění impulsu. U koaxiálních kabelů je možné počítat s největší
dobou zpoždění asi 5 ns na metr délky, u krouceného dvouvodiče je zpoždění asi o 20 %
větší. Za vedení musíme považovat i plošné spoje, protože již u dvouvrstvé desky s hustě
rozmístěnými spínacími saturačními logickými obvody je dostatek plošných vodičů s malou
impedancí proti zemi, tedy vodičů představujících dobrou aproximaci zemnicí vrstvy. U
vícevrstvých desek, u kterých obvykle bývá jedna celá vrstva u kterých obvykle bývá jedna
celá vrstva vyhrazena zemnění, je souvislost s vedením zcela zřejmá. Typická hodnota
kapacity činí řádově 0,1 pF na 1 cm délky vodiče, hodnota indukčnosti řádově 1nH/cm. Např.
pro C = 0,6 pF/cm a L = 4 nH/cm je Zo = 80 • a zpoždění t = 5 ns/m. Zpoždění doby
průchodu signálu u desek plošného spoje s uzemňovací vrstvou lze orientačně určit z grafu
uvedeného na obr. 6.54.
Přenáší-li se signál prostřednictvím vedení, dochází
k přenosu signálu bez odrazu jen v těch případech, kdy
vedení je zakončeno rezistorem s odporem rovným
charakteristické impedanci vedení Zo. V ostatních
případech dochází k odrazům.
Vlastnosti odraženého signálu záleží na impedanci
vedení a na druhu zakončení vedení. Signál odražený
na výstupu vedení se vrací na vstup vedení, odtud zpět
na výstup atd. Velikost odraženého signálu se
postupně zmenšuje, až je zanedbatelně malá. Odražené
signály se superponují s užitečným signálem a
zkreslují jeho tvar. Toto zkreslení může dosáhnout
takové velikosti, že signál může překročit na určitou
dobu rozmezí povolených napěťových úrovní.
Fyzikální podstatu odrazu signálu na vedení lze (značně zjednodušeně) vysvětlit z chování
sériového RLC obvodu na obr. 6.55. K nejrychlejšímu ustálení výstupního napětí u (po
sepnutí spínače S) dojde na mezi aperiodicity, kdy
napěťové a proudové poměry v obvodu zajišťují v
celém sledovaném časovém intervalu rovnost energií
WC na kondenzátoru a WL na induktoru. Podmínkou
tedy je, aby i
2
2 u
L = u C , tj.
i
1
= R =
Je-li L / C 〈 R , přebytek energie na kondezátoru
je příčinou napěťového překmitu. Část energie WC se
musí vracet do induktoru. Naopak pro L / C >R
musí být chybějící energie kondenzátoru průběžně
hrazena z přebytku na induktoru (opět na úkor zátěže).
L
C
.

114 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
U vedení s rozloženými parametry je hodnota
L
o =
vedení (viz později), a situaci, kdy Zo > R odpovídá překmit proudové i napěťové vlny, pro
Zo < R je narůstání výstupního napětí i proudu postupné. V obou případech dochází jen k
částečnému předání energie do zátěže R - na nep řizpůsobeném zakončení se nepředaná
energie vrací vedením ve formě odražené proudové a napěťové vlny. V ideálním případě
přizpůsobeného zakončení se do zátěže předá celková energie dílčího obvodu LoCo v
C
o
Z
o
charakteristickou impedancí
intervalu τ = L o
C úměrnému jedné periodě kmitání nezatíženého obvodu. Tolik pro náš
o
jednoduchý model.
Pro další výklad uvažujeme bezeztrátové homogenní vedení (odpor nulový, svod nulový).
Za tohoto předpokladu bude analýza přenosu impulsů jednoduchá.
Na obr. 6.56 je elementární výsek délky Dx homodenního bezeztrátového vedení s
vyznačenými proudovými i napěťovými poměry při přenosu signálu.
Charakteristická impedance vedení je určena
definováno zpožděním signálu na jednotku délky a platí τ =
délky x a času t takové, že
d
dt
d
dx
dt
L
o
Z
o
= a charakteristické zpoždění t je
Co
L o
Co
1
= , platí v souřadnici x = konst ± t / τ
τ
( u + Z
o
i)
= 0 pro x = konst + t / τ
(6.8)
. Pro zvolené jednotky
( u − Z
o
i)
= 0 pro x = konst − t / τ
(6.9)
dt
Součet (u+Zoi) se nazývá přímá vlna, při šíření ve směru x se její velikost nemění (nejsou
ztráty!). Rozdíl (u-Zoi) je tzv. zpětná vlna, její velikost se nemění při šíření ve směru -x.
Odvození vychází ze základních vztahů proudu a napětí na elementárním úseku
∂i
∂u
∂u
∂i
= −C
= −L
(6.10)
∂x
o ∂t
∂x
o ∂t
Platí
di ∂i
∂i
dx du ∂u
∂u
dx
= + ⋅ a = + ⋅
dt ∂t
∂x
dt dt ∂t
∂x
dt
∂i
∂u
Po dosazení do (6.10) za a vyjde
∂t
∂t
di ∂i
dx 1 ∂u
du ∂u
dx 1 ∂i
= ⋅ − ⋅ , = ⋅ − ⋅
(6.11)
dt ∂x
dt L ∂x
dt ∂x
dt C ∂x
o
o
Po zavedení hodnot Zo, t a vzájemným odečtením (6.11) se určí
d
dt
∂i
⎛ dx 1 ⎞ ∂u
⎛ dx 1 ⎞
( u + Z
o
i)
= Z
o
⋅ ⎜ − ⎟ + ⎜ − ⎟
(6.12)
∂x
⎝ dt τ ⎠ ∂x
⎝ dt τ ⎠

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 115
d
∂i
⎛ dx 1 ⎞ ∂u
⎛ dx 1 ⎞
( u − Z
o
i) = −Z
o ⎜ + ⎟ + ⎜ + ⎟ (6.13)
dt
∂x
⎝ dt τ ⎠ ∂x
⎝ dt τ ⎠
Rovnice (6.12) a (6.13) korespondují s (6.8) a (6.9).
Na obr. 6.57 je vyznačen celý úsek vedení délky l mezi body A a B (A - začátek, B - konec
vedení).
Celkové zpoždění signálu mezi body A, B je T = 1⋅τ
. Pokud tedy přímá vlna startuje v A
v čase t-T, dorazí do bodu B právě včase t. Obdobně i pro vlnu zpětnou. S ohledem na (6.8) a
(6.9) platí pro přímou vlnu z A do B:
u Z
o
i = u + Z
x t T
o
i
, − x+1,
t
+ (6.14)
a zpětnou vlnu z B do A
neboli
u
u
u
Z
i
u Z i
(6.15)
,
−
o
= −
x t
o x+
1,
t−T
B
A
() t u
A
( t − T ) = −Z
o
⋅ [ iB
( t) − i
A
( t − T )]
() t u ( t − T ) = Z ⋅ [ i ( t) − i ( t − T )]
− (6.16)
− (6.17)
B
o
A
B
pro u,i(x+1,t)=uB, iB(t) a u, i(x,1)=uA, iA(t)
formálního přepisu na konci a začátku vedení. Grafická
interpretace (4.7) a (4.8) se nazývá Bergeronův diagram.
Rovnice (4.16) a (6.17) jsou vhodné pro výpočet
přechodných dějů na počítači. Z rovnic (A) a (B) můžeme
také konstatovat náhradní obvod vedení podle obr. 6.58.
Napěťové zdroje e1(t) a e2(t) jsou závislé na
předchozích hodnotách proudů, napětí nebo napětí zdrojů
e
1
= u −
t 2
Z
o
i = e Z
t T
o
i
− 2
−
2 t−T
2
2 (6.18)
e2 2 (6.19)
= u
t 1
+ Z
o
i1
= e + Z
t T
o
i
− 1 1 t−T
7.5.1 6.5.1 Metoda Bergeronova diagramu
Uvažujeme situaci podle obr. 6.59. Vedení má charakteristiku impedanci Zo a celkové
zpoždění t. Z hlediska vedení je obvod na začátku vedení vysílačem, obvod na konci vedení
příjmačem. Z rovnic (6.16) a (6.17) je vidět, že v rovině u-i leží body odpovídající starým a
novým hodnotán proudů a napětí na přímkách se sklonem ± Zo. Z toho plyne jednoduchá

116 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
grafická konstrukce přechodného děje (tzv. Bergeronův diagram): je-li vedení
zakončenonesetrvačnými (lineárními nebo nelineárními) dvojpóly A, B (obr. 6.67), stačí
vynést jejich voltampérové charakteristiky v souladu s orientací proudů a napětí podle obr. 3.5
a potom z bodu daného počátečními podmínkami přejít po paprscích se sklonem střídavě ±
Zo, jejichž sklon se mění v průsečících s charakteristikami zakončovacích dvojpólů, do
průsečíku charakteristik, který odpovídá ustálenému stavu (obr. 6.60). Časové průběhy napětí
ua a ub snadno sestrojíme časovým rozvinutím Bergeronova diagramu. Na obr. 6.61 - 6.65
jsou odvozeny časové průběhy napětí výstupu vysílače a vstupu příjmače při sepnutí spínače
v čase t = 0 pro různé podmínky. Z grafické analýzy vidíme, že kmitové průběhy dostáváme
pro případ, že
R1 < Zo < R2 nebo R1 > Zo > R2
a monotonně narůstající průběhy pro případ R1 < Zo, R2 < Zo nebo R1 > Zo, R2 > Zo.
při Z = R2 (přizpůsobení na konci - viz. obr. 6.66b).
Je zřejmé, že na
velikosti Zo závisí
charakter ustálení
signálu
nejen
kvantitativně, ale i
kvalitativně. Nejmenšího
zpoždění výstup - vstup
je dosažen při Z = R1
(přizpůsobení na začátku
- viz. obr. 6.66a anebo
Z toho ovšem k ustálení na začátku kabelu při nepřizpůsobeném konci dojde až po době 2 t
.
Naopak
mnohonásobke
m T je doba TK
= (TK = k.t, k
>> 1) potřebná k
ustálení napětí
na obou koncích
vedení pro
hodnotu Zo >>
R1, R2 (viz obr.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 117
4.8) Zkreslení signálu způsobené mnohanásobnými odrazy se ovšem nemůže projevit, je-li
délka náběžné/sestupné hrany (tr/tf) podstatně delší než doba t přeběhu signálu z jednoho
konce vedení na opačný.
Jednoduchý vodič (např. volný drátový spoj) v nedefinované vzdálenosti od zemnící
roviny (H >> d - viz obr. 4.1) má τ → 1/ c (tj. 3,3 ns/m). Nárůst signálu na konci vodiče se
kvalitativně téměř neliší od frekvenčního omezení jednokapacitního článku. Pomalý nárůst je
dán velkým počtem odrazů (koeficient k řádově desítky až sta).
Krátký
(vedení)
vodič
má
definovanou hodnotu
vzdálenosti H od
zemnící roviny (např.
plošné spoje), vlivem
vloženého izolantu je
typicky t @ 5 ns/m a Zo
se pohybuje v rozmezí
50 až 200 W. Vedení je
zpravidla
nepřizpůsobené a je
možné bez újmy na
rychlosti několik málo
odrazů (k

118 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pro úplnost se
ješ tě zmíníme o
vypnutí vedení
(vysílače), viz. obr.
6.68. Odrazy na
vedení a časový
průvěh napětí
ukazuje obr. 6.69.
Půjde-li o vedení
přizpůsobené na
konci, napětí
okamžitě klesne na
nulu. Dále častým
případem v praxi je
buzení ze
dvoustavového
vysílače -tj. je
střídavě
připojováno nulové
napětí (zkrat) a
nenulové napětí,
obr. 6.70.
Konkrétně se takto
chovájí výstupy
digitálních obvodů
(v příští kapitole
budeme zkoumat
včetně uvažování
nelinearit). Situaci ilustruje obr. 6.71, kde je zachyceno vybíjení vedení.
7.5.2 Metoda Bergeronova diagramu pro nelineárně zakončené
vedení
Přednosti Bergeronova diagramu vyniknou při nelineárních charakteristikách vysílače resp.
přijímače. Zde se budeme zabývat případem, kdy vedení je buzeno a zatěžováno digitálními
obvody (obr. 6.72). Budeme uvažovat digitální obvody typu 74AS, závěry jsou samozřejmě
platné obecně. Na obr. 6.74 je grafická analýza přechodných dějů na začátku a na konci
vedení, budičem (vysílačem) i přijímačem je běžné hradlo TTL. Vstupní i výstupní
charakteristiky mají orientaci zvolenou tak, aby bylo možné časové průběhy kreslit v ustálené
konvenci (časová osa vodorovně). Spojovací vedení na uvedeném obrázku má Zo = 50 W.
Z obr. 5.5 a 5.6 lze učinit některé praktické závěry. Nejprve si všimněme přechodu L ® H.
Optimální hodnota je Zo = 50 až 100 W (kolem 90 W pro TTL, kolem 50 W pro AS), tato
hodnota je optimální i z hlediska realizovatelnosti. V tomto případě se jedná o přizpůsobení
na začátku vedení. Napětí na vysílacím hradle má prodlevu trvající dvojnásobek průchodu
signálu vedením. Proto není vhodné připojovat na vysílací hradlo další logické členy - neměly
by v době prodlevy žádnou odolnost proti rušení. Příliš malá anebo příliš velká hodnota Zo je
příčinou mnohonásobných odrazů, jak je uvedeno na obr. 6.76.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 119

120 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 121

122 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 8.75. Odrazy na vedení pro přechod a) L → H a b) H→ L
Obr. 8.76. Mnohonásobné odrazy na nepřizpůsobeném vedení (přechod L→ H)
Na opačný přechod (H ® L) má impedance Zo malý vliv, výstup vysílače je totiž
nepřizpůsoben. Výstupní i vstupní impedance hradla TTL ve stavu L je výrazně menší než ve
stavu H a současně obojí přizpůsobení není takto jednoduše možné. Dále je pro tento přechod
typický záporný podkmit na vstupu přijímacího hradla, jehož velikost (asi -1,5 V) je určena
substrátovou diodou na vstupu. Podkmit by mohl být nebezpečný v případě ostatních vstupů
připojených na + UCC. (Přechody EB těchto vstupů by v záporném překmitu (podkmitu)
mohly být namáhány napětím vyšším než odpovídá jejich průraznému napětí - tj. standardní
připojení nepoužitých vstupů na UCC není vhodné). Proto se raději vstupy přijímacího hradla
spojují paralelně a ještě se připojuje ochranná spínací dioda (KA 206, KA 207), která
zápornou špičku omezí asi na 0,8 V. Některé typy integrovaných obvodů mají přímo tyto
diody zabudovány uvnitř (74S).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 123
Po záporném podkmitu se na vstupu přijímacího hradla může objevit překmit (na obr.
6.75b není), který může znamenat snížení imunity, případně chybu přijímacího hradla.
Z grafické analýzy lze také snadno najít velikost přechodných proudů nabíjejících a
vybíjejících vedení. Na obr. 6.77 vidíme proudy nabíjecí (i01 při přechodu L ® H) a vybíjecí
(i10v, i10p vysílače a přijímače při přechodu H -> L). S ohledem na relativně velké amplitudy
těc hto proudových špiček (s dobou trvání 2T) je potřeba impedanci i plochu odpovídajících
proudových smyček minimalizovat zapojením blokovacích kondenzátorů. Blokovací
kondenzátor C1 na vysílací straně má typickou hodnotu 100 nF, navíc je třeba oboustranné
připojení zemnícího vodiče k zemnícím (napájecím) svorkám hradel. Amplitudu proudů na
str aně vysílače lze zmenšit sériovým rezistorem R - to ovšem za cenu zhoršení úrovně L. Na
přijímací straně je vhodné ke vstupu zapojit spínací diodu D, obvody v Schotkyho provedení
ji již mají na čipu.
7.5.3 Zakončovací (přizpůsobovací) články pro vedení
Spoje mezi obvody TTL o délce větší než asi 1 m (twisty, ploché kabely a pod.) musí být
přizpůsobeny pro oba přechody signálu, aby se vyloučily odrazy. Vlivem odrazů může totiž
docházet k dočasnému zvýšení úrovně L nebo snížení úrovně H o nepřípustnou hodnotu. Při
délce spojů 1 m je doba "stupínků" napětí již 10 ns, takže takové dočasné výkyvy začínají být
nebezpečné i z hlediska statické odolnosti proti rušení. Záleží také na zatížení vedení, při
malém zatížení je nutno ošetřit i kratší spoje (0,7 m). Zhruba se vedení, která je nutno
zakončovat, kryjí s oblastí dlouhých vedení na obr. 6.
Jednoduché zakončení vedení pomocí rezistoru R = Zo na zem, obr. 6.78a nelze použít,
když je vedení buzeno běžným hradlem. Výstup v úrovni H by byl totiž zatížen odporem Zo,
čímž by došlo k poklesu úrovně H pod minimální přípustnou hodnotu 2 V, potřebnou na
vstupu přijímacího hradla. Stačí však použít hradlo následované tranzistorem (75451) s
externím rezistorem (20 W na +5 V) a bude vše v pořádku. Další možnost, připojení rezistoru
na +5 V místo na zem na konci vedení by představovalo mezní zátěž výkonového hradla v
úrovni L a nelze je proto rovněž doporučit. Situaci při přizpůsobení pomocí rezistoru ukazuje
obr. 6.79.
Používáme-li na za čátku i konci vedení logická hradla, je vhodné nezatěžovat výstup
vysílacího hradla v úrovni H, kde je zatížitelnost malá, ale raději v úrovni L.
Použijeme-li např. děliče R1/R2, obr. 6.78b., můžeme jeho napětí naprázdno nastavit na
hodnotu typické úrovně H. Současně pro přizpůsobení je třeba, aby R1||R2 = Zo. Máme tedy
dvě podmínky (Zo = 100 Ω):
R1
R2
R + R
1
2
= 100 Ω
U CC
R2 ⋅ = 3,5 V
(6.20)
R + R
1
Vzhledem k normalizovaným hodnotám odporu je nejlépe vybrat R1 = 180 W, R2 = 220
W takže R1||R2 = 99 W a napětí naprázdno je 2,75 V. Ve stavu L teče do výstupu vysílacího
hradla proud kolem 2,5 V/100 W = 25 mA, takže je nutné použít výkonového hradla, které
má zatížitelnost 48 mA. Uvedený odporový dělič zajistí dokonalé přizpůsobení vedení s Zo
=100 W (pro obvody 74N) a odstraní všechny překmity i prodlevu na začátku vedení při
změně L ® H.
2

124 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 125

126 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Nevýhodou děliče R1/R2 je trvalý odběr 12,5 mA ze zdroje UCC = +5 V a snížení logického
zisku o 17-20. Situaci na vstupu příjmacího hradla ukazuje obr. 6.80.
Obvody TTL mají dosti velkou šumovou im unitu (obr. 6.81), lze tedy volit neúplné
(částečné) přízpůsobeví, volit rezistory s větším odporem, čimž dojde k úspoře napájecího
R − Z
příkonu a také logického zisku. Dobře lze připustit činitel odrazu 20 %, tj. o
= 0, 2 ,
R + Z
o

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 127
z toho R = 1 , 5⋅
Z o
. Průběhy napětí pro toto nepřizpůsobení 20% jsou na obr. 6.82. Pro
obvody TTL se užívalo částečné přizpůsobení děličem 390/470 W (snížení logického zisku
jen o 8-10) anebo dvou diod dle obr. 6.78c. Diody sice nezabrání odrazům, ale omezí je na
přijatelnou míru. Na rozdíl od odporového děliče však v žádném stavu nerozptylují výkon a
nesnižují logický zisk, což může být někdy důležité.
Zakončení vedení pomocí seriového rezistoru na začátku, obr. 6.78d, nevyžaduje užití
výkonového hradla. Seriový odpor včetně výstupního odporu hradla má být roven Zo. Změnu
(posuv) charakteristik vysílacího hradla ukazuje obr. 6.83. Nevýhodou tohoto přizpůsobení je
zvýšení úrovně L a snížení logického zisku (N = 4). Při překlopení vysílacího hradla se šíří po
vedení signál poloviční amplitudy a po odrazu na konci (rozpojený obvod) se teprve

128 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
amplituda zdvojnásobí na plný logický rozkmit. Zakončení na začátku vedení je vhodné jen u
kratších spojů, jinak dáváme přednost děliči R1/R2 na konci vedení.
Na obr. 6.78c je zakončovací článek pro vedení, jehož funkcí je nepřipustit na vstupu
přijímacího hradla záporná napětí. Používá se k tomu dvou diod, jedné jako spínače
s úbytkem napětí 0,7 V, druhé jako zdroje napětí 0,7 V, kterým se úbytek na spínači

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 129
kompenzuje. Záporné podkmity jsou tak likvidovány a kladné překmity po přechodu H -> L
sníženy. Podobně jako v případě na obr. 6.78c, nejde však o přizpůsobení vedení.Úroveň H je
také možno vyrovnat na 2,6 - 2,8 V pomocí čtyř diod zapojených v serii ke vstupu přijímacího
hradla. To má význam tehdy, když se na úrovni H objevují kmity. Hrany impulsů se přitom
nezhorší.
Následující obrázk y ukazují Bergamontovy diagramy pro různé
druhy přizpůsobení, a to
pro obvody 74AS00. Obr. 6.90 a 6.91 ukazují přizpůsobování obvodů ECL.

130 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7. 6 Rušení v digitálních systémech
Elektronické přístroje pracují se signály, které by se měly šířit po předepsaných
trajektoriích. Energie elektrických signálů se však šíří v prostoru mezi vodiči a není tudíž
zcela přesně lokalizována. Může tedy docházet k různým nežádoucím interakcím s dalšími
vedeními nebo součástkami. Jde o problematiku elektromagnetické kompatibility (jak již bylo
uvedeno).
Přenos rušivého signálu mezi dvěm a vedeními závisí na vzájemném poměru vazební a
vlastní kapacity vedení (vůči zemi) při přenosu napěťového signálu anebo poměru vzájemné a
vlastní indukčnosti při přenosu signálu proudového. Přenesenému rušivému signálu se pak
říká kapacitní resp. induktivní přeslech. Pokud je být zdrojem rušení silnoproudé vedení, je
rušení typicky jednosměrné.
Rušení je důsledkem šíření energie prostřednictvím elektromagnetického pole, určeného
vektory E, H elektrického a magnetického pole. Vektorový součin S=ExH je mírou
vyzařování energie do daného prostoru a nazývá se Poytingův vektor. Výkon, který pronikne
do daného objemu je určen integrálem Poytingova vektoru po celém povrchu tohoto objemu.
Převažuje-li v součinu složka intenzity magnetické nad elektrickou, je zdrojem rušení rušivý
proud, v opačném případě jde o napěťové rušení. Průniku energie lze zabránit pomocí stínění,
což je uzavření prostoru do elektricky vodivého krytu (známá Faradayova klec). Povrch
vodivých těles je ekvipotenciální plochou a uvnitř (ideálního) dutého vodiče není
elektromagnetické pole. Je-li opatřen rušený vodič vodivým (kovovým) pláštěm, je vodič
odstíněn i tehdy, když tento plášť není uzemněn. Na kapacitě mezi vodičem a stíněním
nebude žádné napětí. Jiná situace je u stínění rušícího vodiče, které (pokud není uzemněno)
nemá nulový potenciál, ale potenciál určený poměrem kapacity stínění k rušícímu vodiči a
kapacity stínění k okolí. Vzhledem k tomu, že signálový vodič může plnit obojí funkci (rušící
i rušený), je žádoucí stínění vždy uzemnit.
Vhodným stíněním vodiče je např. plášť koaxiálního kabelu. Z konstrukčních důvodů je
však třeba používat i jiné typy vedení, které nejsou stíněny. V tomto případě je třeba rozlišit,
zda vazební indukčnosti resp. kapacity jsou soustředěny do krátkého úseku vedení (tj. na
délce, kdy se ještě neuplatní zpoždění signálu), anebo v opačném případě rozloženy podél
dlouhého vedení (tehdy jsou vedení vázaná). U krátkého vedení stačí vyšetřovat amplitudu a
časový průběh přeslechu, u vázaných vedení je třeba vyšetřovat amplitudu a časový průběh
přeslechu, u vázaných vedení je třeba vyšetřovat navíc odrazy na nepřizpůsobených koncích a
eventuálně stanovit, jak jim zabránit.
Cílem dalších podkapitol je analýza přeslechů a rušení v číslicových systémech,
prob
lematika vazebního media, tj. způsob přenosu rušivého signálu (induktivní, kapacitní
nebo galvanická vazba) a způsoby potlačování rušení. Téma je důležité zejména pro návrh a
oživování číslicových systémů.
7.6.1 Přeslechy u jednoduchých spojů
Krátké funkční spoje v rámci jedné desky integrovaných
obvodů představují buď vodiče s
proměnnou vzdáleností od zemního vodiče nebo krátká nezakončená vedení s dobou šíření
signálu T

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 131
Uvažujeme okruhy dvou různých signálů podle obr. 6.92 a nechť K a M je celková
vzájemná kapacita a indukčnost obou okruhů.
Budeme hledat poruchu v pasivním okruhu
vyvolanou signálem v aktivním okruhu. Pro
jednoduchost budeme analyzovat kapacitní a
induktivní rušení odděleně a zanedbáme zpětný vliv
pasivního okruhu na aktivní (přeslech je proti
signálu malý).
Náhradní schema pro kapacitní rušení je na obr.
6.93. Rezistoryna vstupu i výstupu hradla
uvažujeme lineární RB (blízký) a RD (daleký).
Nahradíme-li zdroj napětí ua v sérii s
kondenzátorem K ekvivalentním zdrojem proudu,
získáme obvod podle obr. 6.93b. Kapacita C' označuje součet vazební kapacity K a vlastní
kapacity pasivního okruhu proti zemi včetně parazitních kapacit na vstupu a výstupu hradel.
Přeslechové napětí up = uB = uD je na obou rezistorech RB a RD stejné polarity.
Podobně pro induktivní přeslech máme náhradní obvod na obr. 6.94a a po transformaci
zdroje proudu ia na zdroj napětí získáme ekvivalentní obvod podle obr. 6.94b.
Záměnou konců rušícího vedení lze zjistit, který přeslech dominuje (u kapacitního
přeslechu je přeslechové napětí uB i uD stejné polarity, u přeslechu induktivního polarity
opačné).
Obrátí-li se popsanou záměnou konců vedení polarita mapětí uB i uD, převažuje

132 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
přeslech induktivní, v opačném případě je přeslech kapacitní. Průběh napěťového a
proudového přeslechu popisují diferenciální rovnice
du u
du
a p
p
K ⋅ = + ( K + C)
⋅
(6.21)
dt R R
dt
B
D
di
di
a
p
M ⋅ = ( RB
+ RD
) ⋅ ip
+ ( L + M ) ⋅ (6.22)
dt
dt
kde C, L, K a M jsou dány primárními parametry a délkami aktuálních úseků vedení.
Průběh přeslechového napětí up u
kapacitního přeslechu a přeslechového proudu
ip u induktivního přeslechu je shodný
(rovnice (6.21) a (6.22) mají kvalitativně
shodné řešení) a pro lineární náběh
odpovídajících veličin u a, ia
v aktivním
obvodu je znázorněn v obr. 6.95. Největší
hodnotu dosahuje přeslechový proud či napětí
na konci náběžné hrany průběhu aktivní
ve ličiny. V mezním případě, když je doba
náběžné hrany delší než trojnásobek časové
konstanty náhradních obvodů, bude téměř
dosaženo ustáleného stavu, takže
∆i a
1
ip
max
= M ⋅
t R + R
u
h
∆u
B
D
( R R )
a
p max
= K ⋅
D B
(6.23)
th
(Stejný výsledek získáme pro L' = C'= 0). Jelikož u všech logických obvodů je Rvst >>
Rv yst, platí
RB
RD
≅ Rvýst
RB
RD
≅ Rvst
+ (4.2)
takže maximální hodnoty přeslechových veličin jsou
∆ia
ip
max
= M
t R
u
h
∆u
vst
a
p max
= K ⋅ Rvýst
(6.25)
th
Pro obvody TTL můžeme použít Rvst = 1 kW , Rvyst (0) = 15-30 W, Rvyst (1) = 100-200
W. Při úrovni H na pasivním okruhu bude tedy u p < 0 a hodnota |u max| zhruba 10-krát větší
než při úrovni L na pasivním okruhu a up > 0. Záporný kapacitní přeslech je tedy mnohem
nebezpečnější než kladný. Pro konečné zhodnocení vlivu rušení by bylo nutné uvážit šířku
rušících impulsů Dt v obr. 6.95 a přihlédnout k dynamické odolnosti proti rušení. U obvodů
TTL ani impulsy amplitudy větší než 400 mV nemusí vadit, jsou-li dostatečně úzké.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 133
Zůstaňme však raději u pesimističtějšího odhadu a požadujeme, aby rušivá napětí byla menší
než statická odolnost proti rušení obvodů TTL, tj. 400mV.
Vychází
th
0, 4V
K〈
⋅
R ∆u
výst
a
th
M 〈
∆i
a
⋅ 0,4V
(6.26)
Bereme-li Rvýst = 150 W, u a = 3,5 V, t h = 10 ns, Di a = n . 1,6 mA, dostáváme K < 7,6
pF, M < 2,5 mH/n.
Z rozboru také plynou následující podmínky, které jsou příznivé při vzniku přeslechu:
- kapacitní přeslech: velký rozkmit napětí ua, malé C, velké Zo, velké RB
- induktivní přeslech: velký rozkmit proudu ia, malé L, malé Zo, malé RD
Zatím jsme uvažovali oba přeslechy izolovaně. Ve skutečnosti dochází k oběma současně a
vhodný náhradní obvod se soustředěnými parametry, který by věrně modeloval situaci
neexistuje. Často se celkový přeslech bere jako součet dříve odvozených dílčích přeslechů.
Nejhorší případ vzniká při úrovni H na pasivním okruhu a změně H -> L v aktivním. Pak je
up < O, Dia > 0 a ip > 0 v obr. 6.94a, takže na rezistoru RB se sčítají přeslechová napětí up a
RBip záporné polarity. Je-li tedy R B = R vst (tzv. nesouběžné zapojení), může být výsledný
přeslech na vstupu blízkého hradla pasivního okruhu
1
u
p max
+ RBip
max
= ( M∆ia
+ K∆uaRvýst
() 1 )
(6.27)
t
h
Při souběžném zapojení (R B = R vyst, R D = R vst) se na vstupu hradla pasivního okruhu
přeslechly částečně kompenzují, takže jde o příznivější případ. Jelikož parametry M a K jsou
při dané konfiguraci spojů přímo úměrné délce spojů, lze pro zadanou velikost přeslechového
napětí najít z rovnice (4.5) maximální přípustnou délku spojů.
U obvodů TTL je kapacitní rušení vzhledem k malému výstupnímu odporu hradel obvykle
zanedbatelné (snad jen s výjimkou hradel s otevřeným kolektorem, když je použito většího
externího odporu), ale významný je induktivní přeslech. Ke zmenšení induktivního rušení je
třeba omezit propojování jednoduchými vodiči na délku 20 cm, resp. do 50 cm, pokud jde
vodič těsně nad zemí (platí i pro plošné spoje). Pro delší spoje je nutno použít plochý kabel,
kroucenou dvojlinku (do 3 m), nebo koaxiální kabel (do 30 m), kde je induktivní přeslech
víceméně potlačený (nejlépe u koaxiálního kabelu).
Základní způsoby potlačení přeslechu jsou
- vedení spojů v sousedních vrstvách ve směrech na sebe kolmých
- používají souběžného zapojení obvodů
- zvětšení vzdálenosti mezi paralelními vodiči
- zmenšení délky paralelních úseků vodičů
- změnšení společné plochy signálových smyček
Poslední vazební impedance, na které může vznikat rušení, je ohmický odpor společných
vodičů dvou nebo více signálních okruhů, nejčastěji zemních nebo napájecích vodičů. Např.
již proudový impuls o velikosti 100 mA vyvolá na odpor 4 W úbytek 400 mV, který může
způsobit chybné překlopení hradla. Proto je nejlepším řešením souvislá zemnící rovina a
funkční spoje umístěné v jiné rovině (rovinách). Totéž co bylo řečeno o zemním vodiči, platí i
o napájecím vodiči +UCC. Podrobněji bylo o napájecím rozvodu pojednáno v kap. 6.3.

134 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7.6.2 Přeslechy u vázaných vedení
Uvažujeme přenos signálů po dvou blízkých vedeních, přičemž vzájemné ovlivňování
nelze vyšetřovat metodou soustředěných parametrů. Uvažujeme také, že vedení jsou
bezeztrátová.
Poznámka: Interakci většího počtu vedení s vedením jediným pak lze určit prostou
superpozicí. Tomuto zjednodušení dobře odpovídá i uspořádání plochého kabelu, který je v
konstrukci číslicových zařízení stále více prosazován.
Na obr. 6.96 je elementární výsek délky x dvojice 1, 2 (homogenních, rozměrově
sh odných) vázaných vedení. Parametry K, C, M a L jsou uvažovány na jednotku délky
vedení. Základní vztahy na elementárním výseku lze popsat soustavu diferenciálních rovnic
(C' = C + K značí paralelní kombinaci měrné kapacity vlastní a vzájemné):
∂i
∂u
∂u
1 1
2
C K
∂x
∂t
+
∂i
∂u
∂u
= − ′
2 2
1
= −C′
K
∂t
∂ x ∂
+ t ∂t
∂u
∂i
∂i
1 1
2
L M
∂x
∂t
−
∂u2 ∂i2
∂i1
= −
= −L
− M (6.28)
∂t
∂x
∂t
∂t
Sečtením a odečtením těchto rovnic vyjde
∂ ( i1 i2
) ∂ ( u1
+ u2
)
= −(
C′
− K)
⋅
∂x
∂t
(6.29)
∂ ( i1 i2
) ∂ ( u1
− u2
)
= −(
C′
+ K)
⋅
∂x
∂t
+ ( u + u ) ∂ ( i + i )
− ( u − u )
∂
1 2
1 2
= −(
L + M ) ⋅
∂t
∂t
( i i )
∂
1 2
∂
1
+
2
= −( L − M ) ⋅
∂x
∂t
Srovnáme-li rovnice (6.29) s rovnicemi ( ), vidíme, že místo dvou vázaných vedení stačí
uvažovat dvě jednoduchá nevázaná vedení, ve kterých se nešíří reálné signály, nýbrž tzv.
diferenční (d) a součtový (s) signál

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 135
us = u1 + u2, is = i1 + i2
ud = u1 - u2, id = i1 - i2
Analogicky s řešením jednoduchého (bezeztrátového) dlouhého vedení také po dvojici
vedení vázaných šíří se (se zpožděním t) vlny přímé:
E ( u + Z i ),
E = u + Z i ( (6.30)
zpětné:
E
s
s
= ( )
s
os s
d
d
od d
= ( u − Z i ),
E = ( u − Z i ) (6.31)
s
os s
d
d
od d
součtového a rozdílového signálu, které si zachovají svoji amplitudu. Odpovídající
charakteristické impedance jsou
(6.32)
Z
od
=
L − M
C + K
= Z
o
⋅
1 − k
1 + k
a zpoždění na jednotku délky vedení
τ
d
s
( L − M ) ⋅ ( C + K ) = ⋅ ( 1 − k ) ⋅ ( 1 + )
= τ
L
C
Z
os
L
k C
( L + M ) ⋅ ( C − K ) = τ ⋅ ( 1 + k ) ⋅ ( − k )
L
C
=
L + M
C − K
= Z
o
⋅
1 + k
1 − k
τ = 1
(6.33)
L
C
kde Z
o
= Lo
/ C′
o
, τ = LoC′ o
a kde k
C
= Ko
/ C′
o
značí koeficient kapacitní vazby a kde
k = M / L značí koeficient induktivní vazby.
L
o
o
Obecně je Zos > Zod, td ¹ ts, pouze pro kL = kC dostáváme td = ts. Celkové zpoždění obou
vedení označíme td = htd, ts = hts, analogicky jako u jednoho vedení, h je délka buzeného
vedení.
Rychlost šíření součtového a rozdílového signálu je zpravidla různá a nemá-li na konci
vedení dojít k odrazu signálu, musí být zakončení přizpůsobenou oběma signálům. Možná
bezodrazová zakončení pomocí trojice rozistorů jsou na obr. 6.97. Hodnoty odporu těchto
rezistorů se najdou tak, aby vztahy mezi proudem a napětím při šíření diferenčního a
součtového signálu,
u1 - u2 = Zod (i1 - i2)
u1 + u2 = Zos (i1 + i2)
platily současně i na zakončovacím obvodu.
Šíří-li se vázanými vedeními pouze diferenční signál (zdroj signálu mezi body 1, 2), je i1 =
-12 = i, takže na konci musí platit
( i − i ) = ⋅ Z ⋅ i
u − u = Z 2
1
2
od
1
2
od
takže mezi body 1, 2 je zřejmě odpor (u1 - u2)/i = 2 Zod. Podobně, šíří-li se vázanými
vedeními pouze součtový signál (zdroj signálu mezi spojenými body 1, 2 a zemí), je u1 = u2
= u a na konci vedení musí platit

136 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
u
1
+ u2
= 2
( i i )
⋅ u = Zos +
1
2
takže mezi spojenými body 1,2 a zemí je odpor u/(i1 + i2) = Zos/2. Z uvedených podmínek
dostaneme pro dvě varianty článek p a T, vztahy uvedené na obr. 6.97.
Jestliže vázaná vedení nejsou zakončena uvedenými články, objevují se odrazy a také
konverze jednoho signálu na druhý. Např. jestliže diferenční signál dosáhne konce vedení,
vznikne jak diferenční, tak součtový odražený signál a oba se šíří různou rychlostí zpět na
začátek vedení. Pro přenos údajů na delší vzdálenosti používáme diferenční signál, rušení má
charakter součtového signálu. Jde o tzv. symetrický přenos údajů, zatímco přenos pomocí
jednoduchého vedení se označuje jako nesymetrický.
Uspořádání vedení a obvodů při indikaci přeslechů na vstupu do přijímače je na obr. 9.98a
u přímého a na obr. 6.98b u zpětného přeslechu.
Průvod přeslechů u vázaných vedeních je v podstatě týž, jako u vedení se soustředěnými
parametry. Jsou způsoby signálovou změnou u1, i1, která se šíří podél rušícího vedení a
vlivem vazby obou vedení se přenáší i do vedení rušeného. Ve fázi se signálem vedení
rušícího (ve směru šíření vlny u1 + Zo .i1) tak vzniká přímý přeslech, v opačném směru
přeslech zpětný.
Vzhledem k tomu, že skutečné (měřitelné) hodnoty napětí a proudů na vedení jsou
u1 = (us + ud)/2
u2 = (us - ud)/2
i1 = (is + id)/2
i2 = (is - id)/2
(6.34)
je třeba k jejich určení znát hodnoty součtového (us, is) a rozdílového (ud, id) napětí i
proudu v daných souřadnicích času a délky.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 137
Poznámka: Vlivem vzájemné vazby napětí u1, u2 a proudu i1, i2 obou vedení dojde při
libovolné změně (napětí či proudu) k interakci s ostatními signály. Prvotní příčinou takové
změny je buď signálová změna u1, i1 anebo odraz signálů us, ud, is, id na nepřizpůsobeném
konci. Při odrazu v důsledku uvedené vazby pak dochází i ke vzájemné konverzi mezi
součtovým a rozdílovým signálem, vznikají podružné součtové a rozdílové signály. Při
roz dílné rychlosti šíření (td ¹ ts) je však jejich vznik vzájemně časově posunut. I při relativně
jednoduchém výpočtu jsou poměry na vedeních natolik nepřehlené, že řešení v celém
časovém intervalu (až do ustálení po signálové změně u1, i1) je naopak poměrně obtížné.
Naštěstí v praxi je zapotřebí znát především největší amplitudu signálu rušeného vedení, tj.
zpravidla až do prvního odrazu na konci nepřizpůsobených vedení.
Poznámka: Výjimečná situace vzniká např. na nepřizpůsobeném vedení délky l takovém,
že zpoždění 2t = 2tl @ t r, kdy u zpětného přeslechu dochází k rezonanci se signálovou
změnou.

138 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Náhradní zapojení dvojice vázaných vedení (uspořádání z obr. 6.96, na koncích vedení
uk ončena impedancemi R1, R2, R3, R4) je na obr. 9.99. Na začátku Z i na konci K je zde
dv ojice vedení nahrazena bezodrazovým T článkem (podle obr. 6.98). Jedno vedení je buzeno
zdrojem e; skutečná napětí u1, u2 pak určují jeho náhradu zdroji fiktivními
e
e
d
s
= u
1
− Z
= u − Z i
2
2 d odi t −T d
d1
d 2 od d t −Td
= u + Z i
1
2 s1
os s t −T s
s1
s2
os s t −Ts
e
e
= u + Z i
2
Hodnoty us, ud podle (6.34) svou časovou změnou jsou prvotní příčinou vzniku (nejprve)
přímé (a poté) i zpětné vlny součtového a rozdílového signálu s hodnotami určovanými (6.30)
a (6.31).
Poznámka: Náhradní zapojení z obr. 6.99 neplatí pro stejnosměrnou složku signálu.
du
Předpokladem je ≠ 0.
dt
Zpětný přeslech u2 (Z, t) je závislý na signálové změně e(t) (předpokládané v čase t = 0) a
poměrech impedančního děliče na začátku vedení (R1, R2, Zod, Rt)
Pro kC @kL @ 0 je Rt = 0 a u2 (Z, t) = 0 v celém intervalu t Î(0, ∞)
Pro kC . kL > 0 je u2 (Z,t) podílem amplitudy signálu e(t).
Tuto hodnotu podrží až do příchodu zpětné vlny součtového resp. rozdílového signálu.
Délka pulzu zpětného přeslechu je tedy přibližně 2lt(pro běžná kC, kL l×t
0, ∞ , přičemž
tj. přenos ideálním, nevázaným vedením.
Pro kC ¹ kL je rychlost šíření součtové a rozdílové vlny různá a jejich superpozicí dochází
k deformaci čela přenášeného signálu u1 a ke vzniku přímého přeslechu, který má tvar pulzu s
polaritou závislou na charakteru vazby. Pro typické kC, kL td a přímý přeslech je záporné polarity
s maximem

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 139
u2 (K)max = -u2(K, Ts) v okamžiku t = Ts = ts.l příchodu vlny e = 0 :
u2 (K)max = ed(Ts).k/2; k = R4/(R4 + Zo)
s
Při dominující kapacitní vazbě (kC > kL) platí td > ts a přímý přeslech je kladný s
maximem
u2 (K)max = es(Td).k/2 v okamžiku t = Td = td.l příchodu vlny e = 0 . Při uvedeném kC,
kL lkrit s délkou l dále narůstá pouze šířka pulzu,
amplituda je na délce nezávislá. Kritická délka je přímo úměrná hodnotě
tr/(kL-kC), tr doba náběhu rušícího pulzu. Z toho je vidět, že je nevhodné užívat rychlejší
rodiny digitálních obvodů (AS, ECL) než je pro dané zařízení potřeba (neboť s kratšími
hranami vzrůstá
amplituda přímého přeslechu).

140 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Jiná možnost je zařídit rovnost vazebních koeficientů kL = kC (tj. Td = Ts), kdy tyto
impulsy zcela vymizí. Např. u plošných páskových vedení toho lze dosáhnout pokrytím
tištěných spojů další vrstvou dielektrika.
Na obr. 6.101. jsou typické průběhy napětí
na aktivním a pasivním vedení při převládajícím
induktivním přeslechu.
Ještě ukážeme, že absolutní hodnotě
k − k , k , k 〈〈 1 je úměrný rozdíl zpoždění
L
Tq.
q
C
L
C
( 1− k ) ⋅ ( 1+
k ) − ( 1−
k ) ⋅ ( 1+
k ) ≅ τ ⋅1/
2 ⋅ ( 1−
k + k ) − ( 1−
k k )
T = l ⋅ τ −τ
= l ⋅τ
+
s
d
L
C
C
L
L
C
C
L
Při přenosu informace na větší vzdálenost je
tře ba volit vedení mezi nimiž navzájem existují
jen malé induktivní vazby - např. kroucené
dvojlinky nebo koaxiální kabely. U koaxiálních
kabelů jsou přeslechy téměř úplně odstraněny,
ovšem tyto kabely jsou relativně drahé. Hodí se
proto jen pro největší rušení. Jinak vesměs
vyhovují kroucené dvojlinky nebo plochý
kabel. Jsou levnější a lépe se s nimi
pracuje.
Obr.6.101. Typické průběhy napětí na
aktivním a pasivním vedenípři
převládajícím induktivním přeslechu
(k L =0,5, k C =0,4, Z 0d =0,84, Z 0s =0,95,
R 1 =0, R 2 =R 3 =R 4 =Z 0 )

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 141
8 MECHANICKÁ KONSTRUKCE
Při návrhu mechanické konstrukce se uplatňují hlediska: provozní, výtvarné (tzv. design),
technické a technologické. Zde si všimneme jen některých hlavních problémů.
Konstrukční koncepce zařízení znamená v zásadě prostorové a mechanické uspořádání
všech funkčních dílů zařízení ve vymezeném prostoru příp. ve vhodné skříni, kostře ap.
Vyřešit konstrukční koncepci tedy znamená uspořádat účelně všechny díly zařízení a vytvořit
k tomu vhodnou konstrukci nosných dílů, skříní, mechaniku ovládacích prvků, převodů,
chlazení atd. Technologická koncepce zařízení pak znamená určení způsobu výroby
funkčních i mechanických dílů zařízení s ohledem na minimální výrobní náklady a na
technologické možnosti uvažovaného výrobního podniku. Technologická koncepce tedy úzce
souvisí s konstrukční koncepcí a musí být vytvářena současně s ní.
Konstrukční a technologická koncepce elektronického zařízení musí splňovat tyto
požadavky:
- jednotlivé funkční díly zařízení musí být umístěny v takové vzájemné poloze, která
umožňuje jejich optimální funkci (minimální délka spojů)
- funkční díly, které by se mohly vzájemně nepříznivě ovlivňovat, musí být vzájemně
vzdáleny nebo vhodně odděleny stíněním
- celkový objem zařízení má být co nejmenší
- přitom však musí být jednotlivé díly dobře přístupné v zájmu snadné údržby a oprav
- vnější tvar a úprava zařízení musí být přizpůsobeny požadavkům uživatele a jeho provozu
(mechanická odolnost)
- umístění ovládacích, signalizačních a indikačních prvků musí vyhovovat ergonomickým
zásadám
- odvod tepla ze zařízení musí být vyřešen s ohledem na maximální teploty okolí v místě
použití
- technologická koncepce musí respektovat klimatické vlivy v místě použití
- konstrukční koncepce musí zajistit bezpečnost provozu zařízení (respektovat příslušné
normy)
- musí být respektována ekonomie výroby (využití materiálů, pracnost montáže, dědičnost
součástek ap.).
Z tohoto souboru požadavků je zřejmé, že celkovou konstrukční a technologickou
koncepci zařízení je možno řešit až po vytvoření konstrukční koncepce všech funkčních dílů
zařízení, po ergonomickém vyřešení jeho ovládacích a indikačních prvků, po vyřešení otázek
odvodu tepla, potřebných stínění a po vyřešení systému bezpečnostních opatření. Při vývoji
zařízení, které se funkčně príliš neliší od zařízení dosavadních, může ovšem zkušený
konstruktér a technolog vytvořit celkovou koncepci zařízení předem, ale její upřesnění a
detailní propracování probíhá pak současně s vývojem a konstrukcí funkčních dílů.
Vytváření konstrukční a technologické koncepce probíhá obecně v těchto etapách:
- soustředění vstupních informací o jednotlivých funkčních dílech a jejich rozměrech a
vzájemných vztazích
- soustředění informací o ovládacích a indikačních prvcích a jejich ergonomicky optimálním
uspořádání na čelních plochách zařízení, a o odpovídajících ovládacích prvcích
(potenciometrech, kondenzátorech ap.) ve funkčních dílech
- vytvoření několika možných variant prostorového a mechanického uspořádání funkčních
dílů a k nim příslušné koncepce nosných prvků, skříně a ovládacích převodů

142 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- srovnávací hodnocení vytvořených variant z hlediska využití prostoru, přístupnosti, délky
spojů, odvodu tepla, jednoduchostí mechan. převodů a výrobní pracnosti
- volba optimální varianty příp. sestavení optimální varianty kombinací jednotlivých
vhodných částí vytvořených variant, a její konstrukční a technologické propracování
Při této práci se řídíme zásadami systémového iženýrství.
Zvolená koncepce provedení přístroje sestává z dílčích konstrukčních řešení
- přístrojové skříně
- vnitřní zástavby
- umístění obslužných prvků
8.1 Přístrojová skříň
Podkladem pro volbu/řešení přístrojové skříně je rozsah použití přístroje, provozní
podmínky, specifické požadavky - zákaznické i promítání výsledků elektrické konstrukce
(vývoje). Příklady hledisek ke kterým se přihlíží:
8.1.1 Hledisko mobility
Základní členění - stacionární, mobilní, přenosná zařízení
a) Zástavba do jednotných stojanů, rámů. Přístroj řešen jako zásuvná jednotka, s jednotnou
šířkou čelního (ovládacího) panelu. V přístrojové technice je nejrozšířenější použití šířkového
modulu 19". Výškový rozměr je již variabilní - často v násobcích zvoleného výškového
modulu.
b) Samostatné přístroje. Kritériem řešení je především mechanická pevnost v závislosti na
hmotnosti přístroje. Tomu odpovídají i manipulační prvky - vlastní tvar přístroje, použití
držadel, úchytek u rozměrných zařízení i jeřábových ok resp. pojezdových koleček.
U souborů přístrojů laboratorního typu (stolní provedení) se přístroje vestavují do skříní
(jednotek) typizovaných řad/systémů přístrojových skříní. Tj. přístrojových skříní jednotného
vzhledu, jednotné koncepce nabízených specializovanými výrobci. Zpravidla je možno volit z
řad s odstupňovanou výškou, šířkou či hloubkou skříně.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 143
8.1.2 Provozní hlediska
Chlazení - přirozeným prouděním vzduchu přes větrací otvory v plásti - dolních, horních či
bočních stěnách je možné u přístrojů, které jsou umístěny v prostoru, který proudění nebrání a
umožňuje odvedení veškerého nežádoucího tepla. Při větších ztrátových výkonech, omezené
zástavbě, kumulovaných sestavách přístrojů se umístí přídavné prvky - profilované chladiče
na zadní panel, využívá se nuceného vzduchového chlazení (ventilátory), příp. kapalinové
chlazení.
Elektromagnetická kompatibilita - u přístrojů, které jsou zdroji elektromagnetického
vyzařování nebo které jsou jeho účinky ovlivňovány, se vyžadují od přístrojové skříně stínící
účinky. Pro nízké kmitočty se proto jako konstrukčního materiálu používají magnety měkké
oceli, jinak především z důvodů hmotnosti hliníkové slitiny. Při požadavcích na vf stínění
musí být zajištěno vodivé propojení všech dílů, krytů - nepřípustná je nevodivá povrchová
ochrana v místech styku; výskyt větracích otvorů s rozměry srovnatelnými s vlnovou délkou.
Nelze-li docílit požadovaných stínících účinků pouze provedením přístrojové skříně, řeší se
další doplňkové stínění v rámci vnitřní zástavby.
Konstrukční a mechanické požadavky - přístroj musí odolávat mechanickému namáhání v
souladu s jeho používáním. Jeho skříň musí svým konstrukčním řešením chránit vestavěné
části a díly před vnějšími vlivy (např. před znečištěním prachem nebo mechanickým
poškozením) jak při provozu ve jmenovitých podmínkách, tak i při dopravě a skladování.
U přístrojů s dynamickým namáháním, požadavky na mobilitu, s nebezpečím pádu apod.
se volí mechanická pevnost pro nejnevýhodnější provozní stav. Tj. tuhost konstrukce, volba
konstrukčních materiálů. Odolnost proti nežádoucím poškozením/ deformacím se ověřuje
zkouškami.
8.1.3 Jiné specifické požadavky
E stetické hledisko - vzhledové stránce přístrojů - tvarovému i barevnému řešení se věnuje
z hlediska provozních i konkurenčních důvodů velká pozornost. Profesionálně přísluší řešení
do oboru průmyslového designu, který také zahrnuje i řešení obslužných prvků vč. grafiky -
popisu a značek použitých na přístroji - viz dále.
Doba provozu. Přístroj by měl být schopen pracovat při stanovených podmínkách a
přípustné zátěži bez přerušení nejméně 8 hodin.
8.2
Přístrojová zástavba
Konstrukční provedení vnitřní zástavby odpovídá charakteru přístroje a vývoji techniky.
Typickými požadavky jsou:
- vysoká hustota zástavby k dosažení minimálních celkových rozměrů
- vnitřní elektromagnetická kompatibilita - potlačení vzájemného nežádoucího ovlivňování
obvodů
- snadná efektivní montáž při výrobě, demontáž při opravách, údržbě
- přístup k vnitřním nastavovacím, kalibračním prvkům

144 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.2.1 Základní koncepce vnitřní zástavby
Vývoj techniky prošel následujícími stadii:
a) chasis nesoucí většinu
elektromechanických prvků
vč. součástek upevněných na
samostatných nebo
skupinových pájecích
bodech. Vnitřní propojení
jednotlivými vodiči.
b) nosný systém pro
upevnění jednotlivých
funkčních bloků na deskách s
plošnými spoji (DPS).
Vzájemné
propojení
kabeláží.
c) použití velkoplošných
desek s plošnými spoji
- koncentrující prakticky
všechny elektrické obvody
- nebo tvořící nosnou
jednotku a současně propojovací pole pro jednotlivé moduly vnitřní zástavby (DPS)
- resp. kombinace - obsahuje jak elektronické obvody, tak k ní upevněné moduly/jednotky
Pozn. používá se termínu matečná deska - motherboard.
Specifické požadavky - např. ve vf technice - vedou na zástavbu samostatných funkčních
bloků (uzavřené, stíněné jednotky) nebo samotný princip modulové stavby přístroje

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 145
(uživatelsky volitelná konfigurace jednotek - viz obr 7.3) - v tomto případě vertikálního
zesilovače, časové základny apod.
8.2.2 Topologie vnitřní zástavby
Topologie vnitřní zástavby musí respektovat signálový tok, dostatečné odstupy zdrojů
rušení (např. magnetické pole síťového transformátoru,
rušivé pole obvodů číslicové techniky, vyzařování
oscilátorů...), odstupy zdrojů tepla a teplotně závislých
obvodů.
Řešení vnitřní zástavby vychází i z designového
řešení tj. z jím stanoveného rozložen ovládacích a
indikačních prvků, vstupů, výstupů. Stanovuje způsob
jejich upevnění a propojení.
Dále je třeba sledovat některé doplňující požadavky.
Především jd e o přístupnost kontrolních měříc
ích bodů a
nastavovacíc h (příp. kalibračních) prvků .
Nastavo vací prvky je třeba umístit tak, aby byly dobře
viditelné a především rozlišitelné, je-li jich více. Jsou-li
velmi blízko sebe, je velká pravděpodobnost, že dojde k manipulaci s jiným prvkem než je
potřeba.
Prázdné desky. V některých zařízeních je nutné vytvořit určitý volný prostor pro budoucí
rozšiřování jejich funkčních možností. Proto se ponechávají v kostře (vaně) volná místa, kam
lze dodatečně osadit novou desku PS. Aby nemohlo dojít k nežádoucímu zasouvání desek do
těchto neobsazených míst, je vhodné je vyplnit krytem, panelem nebo výplňovou jednotkou.

146 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.3 Volba, rozmístění a grafické označení obslužných prvků
Obsluha elektronických zařízení v podstatě říd í a kontroluje činnost těchto zařízení. Proto
tyto mají na různých úrovních signalizační světla (žárovky, svítící diody), výchylkové
indikátory a měřicí přístroje se stupnicemi a v poslední době i různé druhy číslicových
displejů, alfanumerických a grafických zobrazovacích jednotek. Patří sem i různé druhy
bzučáků, zvonků a mechanických signalizačních prvků. Všechny shora uvedené moduly
můžeme nazývat souhrnně "sdělovače". Podle smyslu, kterým informace sdělovačů
přijímáme, dělíme je na: optické, akustické a dotykové.
Na druhé straně elektronická zařízení obsahují "ovladače", kterými obsluha zařízení
za píná, vypíná, nastavuje potřebné hodnoty veličin a reaguje na údaje výše uvedených
sdělovačů.
Designový návrh v této oblasti patří k nejnáročnějším tvůrčím činnostem při vývoji
přístroje. Mimo designera se na něm podílí i konstruktér a vývojový pracovník. Jde o hledání
optimálního řešení z hlediska:
- technického
- ergonomického
- estetického
Obor ergonomie - vědě o práci - se uplatňuje v přístrojové technice v optimalizaci
uživatelských vlastností, v efektivno sti, subjektivním hledisku snadné, ale i bezpečné obsluhy.
Jde o to, že téměř všechna elektronická zařízení jsou při svém praktickém nasazení
obsluhována člověkem, a je účelné, aby uspořádání styčných prvků mezi zařízením a
člověkem bylo přizpůsobeno co nejvíce přirozeným schopnostem a vlastnostem člověka. Je to
tím důležitější, čím delší je pracovní doba člověka u těchto zařízení a čím větší je objem
vzájemně předávaných informací a povelů. Přizpůsobení zařízení člověku je třeba sledovat
hlavně ve třech směrech:
- přizpůsobení zařízení a jeho prvků rozměrům lidského těla
- přizpůsobení indikačních a ovládacích prvků lidským rukám
- přizpůsobení pohybu ovládacích prvků lidským zvyklostem

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 147
Pokud jde o rozměry lidského těla, máme k dispozici data antropometrických tabulek.
U průměrného muže máme tato data:
Vstoje: výška těla 170 cm, očí 157 cm, dosah ruky od osy těla 65 cm vpřed, 87 cm na
stranu, 208 cm do výšky.
V sedě: výška těla 135 cm, očí 122 cm, dosah ruky od osy těla 65 cm vpřed, 87 cm na
stranu, 173 cm do výšky.
Optimální výška pracovní plochy 70-80 cm v sedě, 90-110 cm ve stoje, dle druhu práce.
Pro ženy platí všechny rozměry zmenšené o 8%.
Při návrhu indikačních a ovládacích prvků elektronických zařízení je třeba dále respektovat
způsob a časovou náročnost jejich obsluhy (občas neb stále, laický nebo školený pracovník),
psychologický stav pracovníka (jeho další povinnosti) a běžné zvyklosti lidí. Většina lidí
např. podvědomě počítá s tím, že:
- při otáčení ovládacího prvku doprava ovládaná veličina roste
- při posunu ovládací páky vzhůru nebo od sebe ovládaná veličina roste
- při otáčení ovládacího prvku doprava se ovládaný ukazatel pohybuje též doprava nebo
nahoru
- barvy signálních světel připomínají význam daný dopravními předpisy
- světlé a modravé odstíny barev se podvědomě spojují s pohybem dolů
- červená a žlutá připomínají teplo, modrá a bílá chlad
- hlasité a kolísavé tóny a mihotavá světla budí pocit nebezpečí
- řeč působí přirozeně, přichází-li zepředu v úrovni hlavy

148 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- sedadla a schody budou mít všude stejnou výšku
- ovládací prvky vyžadující velké síly se budou ovládat spíše nohou než rukou pevnost
dorazů v mezních polohách ovládacích prvků vydrží i největší sílu, kterou jsme schopni na
prvek působit.
Přistupujeme-li tedy k úkolu řešit vnější úpravu elektronického zařízení, musíme
především analyzovat, za jakých podmínek bude zařízení provozováno, jaké požadavky
kladou lidé na zařízení a jaké požadavky klade zařízení na lidi. Je třeba poznat všechny běžné
i méně běžné provozní
situace, roztřídit je z
hlediska četnosti a
důležitosti a přizpůsobit
konstrukci výrobku a
jeho ovládací a
indikační prvky tak, aby
prvky nejčastěji
potřebné byly též
nejsnáze přístupné, aby
všechny provozní
situace byly řešitelné
bez zbytečných
komplikací, a aby
uspořádání prvků na
pracovní ploše mělo
snadno pochopitelnou
logiku, vyplývající např.
z posloupnosti členů v
přenosové cestě signálu
nebo nejčastějšího
pořádku obvyklých
pracovních úkonů. Je
třeba též brát v úvahu
činitele pracovní
psychologie, počítat i s
únavou obsluhujícího
pracovníka a zmenšovat
pravděpodobnost
chybných úkonů např.
tím, že ovládací prvky
budou označeny nejen
symboly a nápisy, ale
také odlišeny barevně i
tvarově, že počet
ovládacích prvků bude
co nejmenší, že zařízení
bude vybaveno pojistnými opatřeními apod.
Posuzujeme též pořadí důležitosti zobrazovaných nebo indikovaných stavů, popřípadě
hodnot obvodových veličin. Je nutno také zvážit, jak rychle se sledované hodnoty mění a zda
je bude operátor schopen sledovat. V případě neúnosných požadavků na člověka uvážit
možnosti změny koncepce zařízení. Moderní mikroprocesorová technika umožňuje

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 149
automatické sledování kritických veličin a stavů a jejich zapisování do protokolů
prostřednictvím připojené tiskárny.
Vnější úprava zařízení musí též svým stylem a estetickým řešením odpovídat prostředí, v
němž bude zařízení provozováno. Charakteristické barvy a konstrukční styly zařízení např.
pro účely vojenské nebo lékařské jsou dostatečně
známy a mají svůj účel. Totéž platí v menší míře o všech zařízeních ostatních, v neposlední
řadě o spotřební elektronice, kde musíme brát v úvahu současný styl v nábytku, v bytovém
textilu, v životním stylu různých skupin lidí atd. a okolnost, že tento styl se neustále vyvíjí a
mění.
U ovládacích prvků požadujeme, že musí být dobře ovladatelné, pohodlně uchopitelné a
uspořádány tak, aby umožňovaly snadnou obsluhu.
Mimořádný význam nabývá ergonomika při řešení složitých systémů, např. v pilotní
kabině letadla. Pilot - umístění, dostupnost a provedení ovládacích prvků musí respektovat
fyziologické schopnosti organismu. Podobně množství poskytovaných optických informací
musí provedením indikačních prvků a jejich rozmístěním v zorném poli respektovat význam,
informační hodnotu, provozní potřeby. Moderní systémy umožňují mnoho informací
integrovat na obrazovk u a uživatal nebo systém sám může vybírat hlavní informace (např.
ve lín elektrárny, personální měřicí přístroj, osciloskop).
I v méně náročných provozních podmínkách užití přístrojové techniky je třeba při
designovém řešení přihlédnout k následujícím kritériím:
8.3.1 Kritérium četnosti manipulace
- prvky s největší četností zásahů, nejčastější manipulací mají být:
- snadno přístupné (tj. na čelní straně přístroje)
- rozměrově, vizuálně odlišené
Příklady:
a) prvek jemné regulace s nejvyšší četností použití ladění přijímače - viz obr. 7.8. Velký
průměr a povrch točítka navržen pro citlivé ovládání 2 - 3 prsty pravé ruky (poloha zcela
vpravo).
b) jednorázově použitá přípojná místa a ovládací prvky - síťová přívodka, pojistková
pouzdra, konektory, propojení apod. Jsou převážně rozmístěny na zadní stěně (zadním
panelu).
U přístrojů určených k vestavění do skříní nebo stojanů musí být všechny prvky určené pro
ovládání přístroje umístěny na jeho čelní straně. U větších zařízení (např. elektrárna) se
ovládací prvky i sdělovače zpravidla umisťují na řídicí panely nebo pult operátora.
8.3.2 Kritérium významu
- prvky s největší informační hodnotou či prioritou ovládání tvoří dominanty zorného pole
Příklady:
a) síťový vypínač

150 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- z důvodů bezpečnosti zvýrazňován velikostí, barevným odlišením. Požadavek na rychlou
identifikaci, snadné ovládání, rozlišení stavu (vypnuto/ zapnuto) i při výpadku signalizace
provozního stavu - viz dále.
Tlačítkové spínače
- výškové rozlišení stavu
zamáčknutý/ vymáčknutý a
vyznačením stavu na popisu
nebo viditelná značka O ve
vymáčknuté/ vypnuté poloze
na boční straně hmatníku.
Podobně u kolébkového
vypínače. Jiná verze - dvojice
spřažených tlačítek se
vzájemnou aretací - jedno
spíná, druhé vypíná.
b) Indikace provozního stavu
- zejm. zapnutí přístroje. Převážně zvýrazněno barevně, jasově. Běžný provozní stav -
zeleně; poruchový stav, výstraha - červeně; ostatní indikace např. oranžově. Pokud je indikace
zapnutí provedena signálkou, napomáhá rychlé identifikaci vypínače v ovládacím poli, je-li
umístěna v jeho těsné blízkosti vč. grafického vyznačení.
c) Disple j multimetru
- hlavní údaj tj. měřená hodnota odlišená velikostí od vedlejších údajů - zvolených
jednotek, rozsahů. Podobně je dominantní obrazovka osciloskopu vůči dalším indikačním
prvkům.
Polohy ovládacích prvků jsou předepsány takto:
- "zapnuto" nebo "start" - stisknuté tlačítko, poloha páčky nahoru, napravo nebo od sebe;
- "vypnuto", "odpojeno" nebo "stop" - uvolněné tlačítko, poloha páčky dolů, nalevo nebo k
so bě;
- zvětšení v nastavení veličiny - pootočením ovládacích, regulačních a nastavovacích prvků
ve směru hodinových
ručiček;
- zmenšení v nastavení veličiny - pootočením ovládacích, regulačních a nastavovacích
prvků proti směru hodinových ručiček.
Jsou-li polohy ovládacích prvků vyznačeny čísly nebo písmeny, musí růst čísel nebo
abecední sled písmen souhlasit se zvětšováním regulované veličiny (výjimky z tohoto
ustanovení jsou dovoleny jen tehdy, jsou-li stupnice kalibrovány v řadě převrácených hodnot
nebo záporných čísel nebo vyžaduje-li to konstrukční řešení).
Zajištění poloh ovládacích prvků:
- u ovládacích prvků nesmí dojít k samovolnému přestavení nebo ke změně nastavené
polohy; je účelné, aby ovládací prvky byly opatřeny zarážkami. U přepínačů musí být výrazná
aretace jednotlivých poloh.
Trvanlivost ovládacích prvků
- musí být taková, aby vydržely při běžném používání přístroje po dobu jeho použitelnosti.
Obvykle se žádá, že musí vydržet nejméně 10 000 pracovních cyklů přepnutí, změn nebo
přestavení.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 151
8.3.3 Kritérium kolize
při ovládání je nežádoucí kolize ovládacích prvků resp. ovládacích indikačních prvků.
Příklady:
a) umístění zobrazovacích a indikačních prvků (displejů, obrazovek, ručkových měřidel,
signálek) nad ovládacími prvky případně stranově tak, aby při manipulaci zůstaly v zorném
poli, nerzakrývány rukou.
b) vzdálenosti ovládacích prvků, velikost tlačítek, hmatníků voleny tak, aby vzájemně
nebránily snadné obsluze.
c) umístění přípojných míst - do prostorů, kde nezpůsobují překážku v pracovním prostoru
přímo ani přípojnými vodiči (konektory, kabely)
Přípojná místa pro vstupní signály (např. u měřících přístrojů - tedy často používané - viz.
též 7.3.1.b) mají být umístěna pokud možno vlevo na čelní straně přístroje, přípojná místa pro
výstupní signály vpravo na čelní straně přístroje, pokud toto řešení nezhoršuje použitelnost
nebo elektrické vlastnosti přístroje. Je-li třeba, lze přípojná místa umístit i na ostatních stěnách
přístroje (např. přímé vývody u vychylovacích desek obrazovek osciloskopů, rozebíratelné
souosé a vlnovodné vedení).
Pokud by záměnou konektorů mohlo dojít ke škodě, musí být zajištěna jejich nezáměnnost.
U konektorů vestavěných uvnitř přístroje stačí, jsou-li jednoznačně označeny. Konektorová
spojení je možné kromě identifikačních označení (např. štítků) označit i barevně, např.
barevnou návlečkou. Barevný odstín této návlečky na kabelovém konektoru souhlasí s
barevným odstínem pole kolem panelového kolektoru. Barevné označení se nedává přímo na
konektory, protože při jeho výměně by došlo ke zrušení barevného kódu.
Délky
vnějších přívodů musí být úměrné jejich používání, délka síťového přívodu musí být
nejméně 1,5 m.

152 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.3.4 Kritérium subjektivního vjemu
můžeme demonstrovat na následujících příkladech:
a) přiměřený mechanický odpor otočných prvků - přepínačů, potenciometrů. Tj. vhodnou
volbou typu otočného prvku, točítek správné velikosti a provedení.
b) prvky ovládané stlačením
Přednostní ovládání nízkozdvižnými tlačítky s vjemem sepnutí/ přepnutí.
Příklad koncepce vnitřní zástavby: Jako příklad uvedeme stručný popis řešení dnes již
klasického počítače CRAY 1S.
Integrované obvody zde použité jsou z 95% stejného typu - dvojitý NAND v zapojení ECL
s dobou přenosu impulzu 750ps a se ztrátovým výkonem 2 x 60 W na křemíkovém plátku 1
mm2, v keramickém pouzdru 10 x 7 x 2 mm se 16 vývody v rastru 1.25 mm. Dále se zde
požívají dvojité D-klopné obvody, registry 16 x 4 bity a paměti RAM 4 kB v keramických
plochých pouzdrech s 18 vývody; rezistory se užívají tenkovrstvové s vrstvou nitridu tantalu,
o rozměrech cca 1 x 2 x 2 mm a se zatížením 20 mW. Tyto součástky jsou umístěny na
pětivrstvových deskách s plošnými spoji, kde na desce 15 x 20 cm je až 144 pouzder s
integrovanými obvody. Svrchní a spodní strana desek obsahuje signálové spoje, mezilehlé 3
vrstvy jsou zemní a napájecí. Prokovené otvory mají vnitřní průměr 0,55 mm.
Poněvadž náběhové časy impulzů jsou kratší než nanosekunda, musí být signálové spoje
(pokud jsou delší než 2 cm) zakončeny charakteristickou impedancí, tj. bezodrazově.
Signálové spoje mají šířky i mezery 0,2 mm, tloušťka izolantu mezi nimi a zemnící plochou je
též 0,2 mm, takže charakteristická impedance je cca 60 W, a zpoždění signálu cca 60 ps/cm.
Tyto pětivrstvé desky jsou spojeny po dvou do zásuvných modulů tak, že jejich spodní
strany (kde nejsou součástky0 jsou přitmeleny zalévací izolační hmotou k oběma stranám
střední měděné desky silné 2 mm, která slouží jako společná zemní plocha a současně
zajišťuje odvod tepla do okrajů desky, které jsou chlazeny. Řadový konektor každého modulu
má 2 x 96 kontaktů.
Propojení modulů se provádí symetrickými zkroucenými dvojlinkami, kde vodiče mají
vzájemně opačnou polaritu signálu. Tím se podstatně sníží rušivé přeslechy a vazby mezi
spoji. Celé zařízení má téměř 1600 modulů, propojovací vodiče mají celkovou délku cca 100
km.
Zajímavé je též řešení napájení a chlazení počítače. Každý modul zde popsaný má ztátový
výkon 25 až 38 W, paměťové moduly se 64 obvody RAM 4 KB mají ztrátový výkon cca 70
W, takže celkový výkon převyšuje 100 kW. Celý tento výkon se odebírá ze sítě a prochází
stabilizovaným měničem, dávajícím stabilizované napětí 200 V 400 Hz. Jednotlivé funkční
díly počítače mají pak jednoduché napájecí zdroje s lehkými transformátory, usměrňovači a
filtry pro 400 Hz bez stabilizace napětí.
Jednotlivé moduly jsou pak zasouvány do koster z masívních dutých hliníkových profilů,
které jsou protékány chladící směsí. Moduly jsou orientovány svisle s mezerami cca 1 cm.
Chladící směs je udržována na teplotě cca 18°C, takže teplotra okrajů modulů nepřestoupí 25
°C a teplota pouzder IO je pak max. 55°C.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 153
8.4 Klimatická a mechanická odolnost
Na celá zařízení i na jejich součásti působí v provozu řada vnějších vlivů. Ke klimatickým
účinkům řadíme vliv vlhkosti, prašnosti, exhalátů, extrémně nízkých nebo vysokých teplot,
příp. střídání teplot. Může jít také o vliv tlaku vzduchu, deště, plísní, slaného aerosolu, písku,
slunečního záření, hmyzu a různých zvířat. Patří k nim i působení větru a tvoření námraz
Klimatické vlivy lze analyzovat podle míst na povrchu Země. Tyto vlivy jsou
charakteristické a jen pomalu proměnné.
Problémem mohou být tzv. umělé klimatické vlivy,
obvykle způsobené dopravou (změny tlaku a
teploty při pohybu letadla nebo družice), nebo již
zmíněné exhaláty (nejenom v průmyslu, ale i v
kravíně apod.), samostatnou kapitolou jsou i
zařízení v armádě a námořnictvu. Působením
klimatu na technická zařízení a řešením jejich
klimatické odolnosti včetně třídění do jednotlivých
kategorií se zabývá klimotechnologie (u nás
uvedená pod normou ČSN 03 8203).
Eliminace těchto vlivů se provádí následnými opatřeními:
1. Povrchová úprava. Jedná se o nanesení chránícího povlaku - chemicky, elektrochemicky,
mechanicky a termomechanicky. Do této kategorie patří například zlacení kontaktů.
2. Technologické úpravy.
a) Sušení a impregnace jsou typické zejména při výrobě transformátorů.
b) Zalévání (či zalisování) je použito např. při výrobě IO.
c) Těsnění se používá ve spojení s rozebíratelným uspořádáním, schématicky podle obr.
7.13.
d) Hermetizace je zatavení do skla. Typické použití je pro elektronky a kontakty relé. .
3. Klimatizace. Zabezpečuje pro zařízení žádoucí okolní klima - v uzavřené budově,
místnosti, skříni (obecně v prostorách). Je to opatření nákladné.
Pro omezení vlivu vodních par se vkládají do utěsněných prostor vysoušedla, která vážou
vodní páry. Známým vysoušedlem byl porézní kysličník křemičitý (silikagel). Je schopen
pojmout až 40% vody své suché váhy. Dnes se hojně užívá molekulových sít a bentonitu.
Nejnáročnější je výroba zařízení pro vlhké tropické klima, jde o tzv. tropikalizaci. V
posledních letech se situace zjednodušuje - jak se ustupuje od užívání organických materiálů,
především na bázi papíru. Odpadá tím nebezpečí plísní, zmenšuje se vliv vlhkosti i střídání
teplot.
Mechanická pevnost a otřesuvzdornost
Z hlediska mechanických účinků je třeba sledovat
- vnitřní pnutí
- manipulaci při dopravě a provozu
- chvění při vlastním provozu
Vnitřní pnutí je vnitřní mechanické napětí, které vzniká technologickými operacemi,
zejména při deformaci a lokálním ohřevu. Vyžaduje se proto vhodná montáž pájených
součástek.

154 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Vliv mechanických otřesů a rázů (způsobených vnějšími vlivy při dopravě či při provozu)
může být několikerý. Jejich působením může dojít k prasknutí nebo zlomení některých
součástí, při provozu pak může dojít k vibracím součástí, které působí periodické změny
přenosových vlastností zařízení nebo vznik rušivých signálů (tzv. mikrofoničnost).
Máme-li se těmto poruchám vyhnout, musíme konstruovat zařízení tak, aby bylo jednak
dostatečně pevné, jednak otřesuvzdorné, tj. aby v něm nebyla taková uspořádání (upevnění)
součástí, která by byla schopna samostatného kmitání a rezonance s vnějšími otřesy. Uvádí se,
že každá součást má být (pokud možno) montáží upevněna tak, aby upevnění vydrželo sílu
rovnou stonásobku její tíhy.
Pokud jde o otřesuvzdornost, je třeba ji zajišťovat doslova při každém konstrukčním kroku
tím, že sledujeme možnosti vlastních mechanických kmitů každé součásti a jejího upevnění a
volíme taková konstrukční uspořádání, která nám v daných podmínkách zaručují patřičnou
odolnost.
Chvění vzniká při vlastním provozu zařízení (větrání, transformátory, motory). Vliv chvění
a rázů je možné do jisté míry potlačit pružným uchycením modulů například pomocí
gumových tlumičů.
8.5 Chlazení polovodičových součástek a konstrukčních celků
Při návrhu elektronických zařízení se musíme vypořádat s vlivem vnějších a vnitřních
zdrojů tepla, přitom v naprosté většině případů půjde o chlazení součástek a konstrukčních
celků.
Vnější zdroje tepla jsou především klimatické podmínky, které mohou způsobovat tepelné
změny v rozsahu až ± 70°C. Těmto extrémním podmínkám čelíme umístěním zařízení do
uzavřených, víceméně klimatizovaných prostor s teplotou okolo 20°C. To je typické pro velké
počítače, laboratorní měřicí přístroje apod.
Nebezpečí nízkých teplot je především v možnosti selhání (zamrznutí) mechanických dílů
zařízení. Na druhé straně kryogenní prvky musí být provozovány při teplotě blízké 0K, také
některé mikrovlnné zesilovače bývají chlazeny kapalným dusíkem.
Vyhřívání modulů je užíváno u krystalových oscilátorů a u zařízení pro provoz v oblastech
s velkou vlhkostí, aby se zabránilo kondenzaci vlhkosti uvnitř. Snad i někdy na satelitech v
kosmickém prostoru.
Vnitřním zdrojem tepla je ztrátové teplo součástek, vznikající při jejich činnosti.
Chlazením budeme rozumět proces odvodu tohoto tepla při provozu zařízení. "Klasické"
způsoby chlazení jsou založeny na principu samovolného přestupu tepelné energie ve směru
teplotního gradientu. Provozní teplota součástek a konstrukčních celků pak musí být vyšší než
teplota okolí. Tento druh chlazení je v anglické literatuře označován jako "cooling" nebo
"thermal management". Opačný případ, tj. kdy provozní teplota součástek je nižší než teplota
okolní se nazývá "refrigerating" (tímto případem se zde nebudeme zabývat).
Chlazení má rozhodující vliv nejen na funkční vlastnosti zařízení, ale i na jeho životnost a
provozní spolehlivost, spoluurčuje tedy konstrukční koncepci každého elektronického
zařízení, a to tím více, čím větší výkon zařízení má a čím větší je množství tepla, které je třeba
odvádět.
Vývojový trend směřuje k používání složitých digitálních obvodů VLSI a tyto obvody je
třeba spojovat na deskách plošných spojů nebo nosičích čipů co nejkratšími plošnými vodiči
(aby nevzniklo další přídavné zpoždění). Nepříznivým důsledkem je pak značné soustředění
ztrátového výkonu. Obdobně se rozšiřuje používání výkonových polovodičových součástek.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 155
Technické možnosti odvodu tepla se v takových případech stávají omezujícím faktorem při
elektrickém návrhu.
8.5.1 Základní způsoby přenosu tepla
Teplo se přenáší z jednoho bodu prostoru do druhého vlivem rozdílu jejich teplot a to z místa
vyšší teploty do místa s nižší teplotou (dle druhé věty termodynamiky).
Přenos (odvod, přestup, sdílení) tepla je zásadně možný těmito způsoby :
a) vedením (kondukcí),
b) prouděním (konvekcí)
c) zářením (radiací, sáláním)
Fyzikální princip kondukce spočívá ve vzájemném předávání kinetické energie sousedících
molekul. Při konvekci dochází k přemisťování zahřáté hmoty. Radiace je elektromagnetické
záření. První dva způsoby jsou vázány na hmotné prostředí. Záření je možné i ve vakuu.
Množství přeneseného tepla je obecně funkcí teplotního spádu DJ, činné plochy S a
součinitele přenosu, specifického pro každý jednotlivý způsob.
Kvalitativně pro všechny uvedené způsoby lze nalézt analogii s Ohmovým zákonem. Ve
shodném pořadí výše uvedených způsobů platí :
dϑ
P = −λ
⋅ S ⋅
Fourierův zákon (7.1a)
dx
P = α ⋅ S ⋅ ∆ϑ Newtonův zákon (7.1b)
P = C ⋅ S ⋅ f ( ∆ϑ)
Stefanův-Boltzmannův zákon (7.1c)
I = σ ⋅S⋅
dU Ohmův zákon (7.1d)
dx
o 2 o
2 o
o
W , W / m⋅
C , m , C / m,
W / m ⋅ C , m
2 , C
[ ( ) ( ) ]
V (7.1a), (7.1b), (7.1c) je P = dQ/dt tepelný tok plochou S při teplotním gradientu dJ/dx < 0
x 1
dx
resp, teplotním spádu DJ. Hodnota integrálu Rt
= ∫ se nazývá tepelný odpor, na kterém
λ ⋅ S
x 1
∫
je při toku P úbytek teploty ∆ϑ
= dϑ , měřeno mezi souřadnicemi x0, x1 předpokládaného
x o
lineárního uspořádání. Koeficient l se nazývá tepelná vodivost, a je součinitel přenosu tepla.
Pojem tepelného odporu je sice abstrakcí pro přenos tepla vedením, avšak v tomto pojetí je
možné zobecnění i pro ostatní způsoby přenosu. Při přenosu prouděním představuje tepelný
odpor hodnotu (a×S)-1 a v případě vyzařování je tepelný odpor nelineární, vyjádřený funkcí f.
V praxi se na odvodu tepla podílejí různou měrou všechny uvedené způsoby. Tepelné odpory
je možné řadit podle pravidel shodných pro ohmické odpory.
Pro hlubší pochopení je zapotřebí jednotlivé zákony vysvětlit detailněji.
Přenos tepla vedením
K vedení tepla dochází uvnitř tuhého tělesa nebo na styčné ploše tuhých těles. Teplo se
sdílí působením vzájemného dotyku jednotlivých molekul. V kapalinách nepředstavuje vedení
tepla hlavní složku jeho přenosu.
x
o

156 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Tepelný tok P[W] je určen množstvím tepla dQ [J], které projde plochou S [m2] za dobu dt
[s]. Množství tepla prošlé za jednotku času jednotkovou plochou udává hustotu tepelného
toku p, která je určena
Fourierovou rovnicí ve tvaru:
P ⎛ dϑ
⎞
p = = -λ⎜
⎟
(7.2)
S ⎝ dn ⎠
⎛ dϑ ⎞
kde ⎜ ⎟ je gradient teploty ve směru kolmém k ploše S.
⎝ dn ⎠
Měrná tepelná vodivost l [W/m.K] je mírou schopnosti dané látky vést teplo, tj. přenášet
kinetickou energii neuspořádaného pohybu mezi molekulami bez proudění látky. Je funkcí
teploty a materiálu prostředí, nezávisí na gradientu teploty.
Integrací vztahu (7.2) pro průchod tepelného toku jedním směrem prostředím délky l [m] o
stálém průřezu S [m•] dostaneme pro rozdíl teplot vztah:
l
∆ϑ = ⋅ P
(7.3)
λ ⋅ S
Na základě tohoto vztahu je pak tepelný odpor Rt prostředí definován rovnicí :
l
R t
= [K/W] (7.4)
λ ⋅ S
Fourierův zákon je speciálním případem obecné rovnice šíření tepla vedením. V
třírozměrném prostředí charakterizovaným tepelnou vodivostí l, měrnou hustotou r [kg/m3] a
měrným teplem c [J/(kg.K)] platí v objemu dx.dy.dz:
dQ ∂ϑ
e = ρ ⋅C
⋅ − ∇( λ ⋅∇ϑ)
(7.5)
dt ∂t
Poznámka: Operátor Ñ v třírozměrném prostoru souřadnic symbolizuje následující operaci
∂a
∂a
∂a
∇ a = + + ; Qe je teplo produkované v objemu dx.dy.dz. První člen výrazu (7.5)
∂x
∂y
∂z
respektuje akumulaci tepla ve hmotě, druhý člen respektuje vlastní odvod tepla do směrů
všech tří souřadnic.
K prvnímu zjednodušení dojde za předpokladu, že teplo Q se šíří převážně jedním směrem.
Dále je vhodné tepelný odpor i akumulované teplo diskretizovat na jednotku délky. Připadá-li
na jednotku délky hmotnost m a úbytek teploty DJ, přejde obecná rovnice šíření tepla do tvaru
obyčejné diferenciální rovnice
dQ dϑ
∆ϑ
= m ⋅ c ⋅ +
(7.6)
dt dt
Pokud je dQ/dt konstantní, je řešení (7.6) triviální. Plný výkon je odváděn až poté, kdy se
tepelný vodič ustálí na teplotě zdroje - viz (7.1a).
Z hlediska návrhu elektronického obvodu je podstatná aplikace (7.6) při analýze tepelného
režimu tranzistoru v rámci čipu IO. Hmotnost m je určena křemíkovou podložkou čipu,
tepelný odpor Rt reprezentuje vnitřní uspořádání a zajištění odvodu tepla z čipu do pouzdra. V
dQ
tomto
případě je = f ( ϑ ) ≠ konst.
dt
R t

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 157
U bipolárního tranzistoru se vzrůstající teplotou narůstá i vodivost (teplotní koeficient
kolektorového proudu je záporný) a při daném kolektorovém napětí také ztrátový výkon na
2
d Q 1
tranzistoru. Hranici tepelné stability představuje hodn ota = . Pro hodnoty větší jak
dϑ ⋅ dt R t
1/Rt nastane tepelný průraz tranzistoru - teplota přechodu tranzistoru narůstá až do zničení
tranzistoru. Vzhledem k tomu, že hmota křemíkové destičky způsobuje zpoždění 1. řádu,
nedojde k tepelnému průrazu okamžitě. Krátkodobé přetížení tranzistoru nemusí tedy vést k
jeho zničení.
Unipolární tranzistory mají při běžných pracovních teplotách teplotní koeficient
kolektorového proudu kladný. Tato skutečnost zajišťuje autostabilní režim - vzrůstáním
teploty se tranzistor přivírá.
Uvedené vlastnosti omezují možnost libovolného řazení tranzistorů. Bipolární tranzistory
nelze snadno řadit paralelně, unipolární sériově.
V ustáleném režimu přenosu tepla je dJ/dt =0 a rovnice (7.6) přejde do tvaru (7.1a).
Hodnoty vodivosti l některých vybraných materiálů nalezneme v tabulce.
Přenos tepla prouděním
Přenos tepla prouděním je charakterizován přestupem tepla mezi povrchem tuhého tělesa a
kapalinou či plynem (chladicí medium), který je obklopuje. Volným prouděním (konvekcí)
nazýváme děj, při němž dochází k pohybu jednotlivých částic chladicího media v důsledku sil
způsobených rozdílem hustot teplejšího a chladnějšího místa tohoto media. K nucené
konvekci dochází, použijeme-li k vytvoření rozdílu tlaků v mediu vnější zařízení, jako je
ventilátor nebo čerpadlo.
Hraniční vrstva plynu (resp. kapaliny) je vlivem molekulárních sil nepohyblivá a přenos
tepla v ní se děje vedením. Součinitel a výrazu (7.1b) zahrnuje jednak tepelnou vodivost v této
vrstvě, jednak vliv její tloušťky e. Teplotní rozdíl DJ je měřen mezi povrchem chladiče a
chladicím mediem.

158 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Průběh teploty a rychlosti chladicího media jako funkce vzdálenosti od ochlazované stěny
tělesa pro volné proudění je schématicky znázorněno na obr. 7.13. Při samovolném proudění
je pohyb chladicího media laminární a hraniční vrstva je nepříznivě tlustá. Vynuceným
prouděním se tloušťka hraniční vrstvy zmenšuje až k extrémnímu případu turbulentního
proudění.
Poznámka: Rozeznáváme tedy dva druhy proudění. Při laminárním proudění se jednotlivé
částice pohybují paralelně, tzn. vektory popisující rychlost částic jsou v každém okamžiku
rovnoběžné. Ke sdílení tepla dochází vedením mezi molekulami kapaliny (plynu) a povrchem
tělesa a vzájemně mezi molekulami chladícího media. Turbulentní proudění se naopak
vyznačuje neuspořádaností pohybu molekul. Vznikají víry, jejichž působením se medium
stále promíchává, takže se zvětšuje intenzita sdílení tepla a množství tepelné energie
přenášené do míst vzdálených od chlazeného předmětu.
Rozdíl teplot mezi povrchem tělesa a chladicím mediem je pro daný tepelný tok P a povrch
tělesa S dán vztahem:
P
∆ϑ = [K] (3.4)
α ⋅ S
a je součinitel přestupu tepla [W/(m2.K)]. Vyjadřuje vlastnosti rozhraní dvou látek
odlišných skupenství z hlediska šíření tepla, které se zde uskutečňuje převážně prouděním.
Závisí na druhu látek, jejich skupenstvích, teplotách a na tvaru rozhraní. Hodnotu tepelného
odporu lze pak vypočítat jako

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 159
1
R t
= [K/W] (3.5)
α ⋅ S
Pro použití rovnice (7.7) k výpočtu tepla přeneseného prouděním je nutné znát velikost
součinitele přestupu tepla a. Jeho velikost závisí na vlastnostech chladicího media, typu
proudění, geometrickém uspořádání a jakosti povrchu. Přímé určení jeho velikosti je obtížné.
V následující tabulce jsou uvedeny prakticky používané intervaly velikosti součinitelů
přestupu tepla pro některá chladicí media.
Je zřejmé, že největší účinnosti odvodu tepla z povrchu chladiče (pevné látky) lze
dosáhnout při odpařování varem chladicí kapaliny.
Podmínka pro vznik turbulentního proudění je vázána na vzájemný poměr rychlosti
pohybujícího se media, jeho hustoty a viskozity při daném průřezu SP a kvalitě povrchu
obtékané plochy. Vyjadřuje se tzv. Reynoldsovým kriteriem.
Přenos tepla zářením
Přenos tepla zářením ze zdroje umístěného v nekonečném vyprázdněném prostoru je přímo
úměrný čtvrté mocnině jeho absolutní teploty (Stefanův-Boltzmannův zákon). Ve skutečnosti
je zdroj umístěn v prostředí, které rovněž vyzařuje teplo a tepelný tok zdroje je určen
rozdílem těchto dvou složek. Pro přenos zářením platí
4 4
( T 1
− T )
P = c ⋅ ε ⋅ S ⋅ , kde
T1 ... absolutní teplota vyzařujícího povrchu [K],
T 2 ... absolutní teplota povrchu ozařovaného [K],
S ... plocha povrchu [m2],
2
c ... konstanta 5,67.10-8 W/m2K4,
konstanta e je nazývána hodnota pohltivosti (emisní schopnosti, sálavosti) povrchu -
relativní míra "černoty" povrchu (pro absolutně černé těleso je e = 1), některé hodnoty jsou v
tabulce 7.6.
Termoelektrické chlazení
Termoelektrické chlazení je založeno na tzv. Peltierově jevu. Jeho podstatou je absorbce
nebo generace tepla elektrickým proudem ve styku dvou kovů s různým koeficientem
termoelektrického napětí nebo polovodiči s různým typem vodivosti. Prochází-li
stejnosměrný elektrický proud spojem dvou různých vodivých materiálů A a B, dochází na
jednom spoji těchto materiálů (např. A-B) k pohlcování tepla, na druhém spoji (s opačným
směrem průtoku proudu (tj. B-A)) k uvolňování stejného množství tepla.

160 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Směr převodu tepla závisí tedy na směru průtoku proudu. (Poněvadž však tyto materiály
mají nenulový elektrický odpor R, vzniká na nich též Jouleovo teplo, které se šíří oběma
směry a odvádí se do okolí též oběma zmíněnými spoji.)
Materiály, které se dnes nejčastěji používají, jsou v zásadě polovodivé sloučeniny typu P a
typu N na bázi teluridu vizmutu a selenu a dosahují maximálního ochlazení (DJ)max = 40oC.
Chladicí účinnost je tedy nižší než u chladicích soustav kompresorových nebo absorpčních,
ale hlavní výhoda je v možnosti realizace malých chladicích jednotek bez pohyblivých
součástí a bez kapalného nebo plynného media.
Další výhoda je pak v možnosti snadné záměny směru funkce (chlazení za ohřívání)
pouhým přepnutím směru napájecího proudu. Optimální hustota napájecího proudu bývá v
řádu 1 A/mm 2 průřezu aktivního materiálu, spád napětí na jednom článku je asi 0,08 V. Proto
zapojujeme obvykle větší počet článků do série, aby napájecí napětí této chladicí baterie bylo
alespoň 1-2 V a dalo se hospodárně získat z galvanických článků nebo usměrňovačů.
Schematický řez jednostupňové baterie několika článků je na obr. 7.14. Kostky z
chladicích materiálů typu P a N, které jsou na protilehlých stranách pokoveny pro lepší
kontakt nebo alespoň zabroušeny a leštěny, se podkládají na obou stranách plastickými
vložkami z olova nebo vizmutu a propojují měděnými foliemi s dilatačními záhyby. Celá
baterie se vkládá mezi dvě hliníkové desky, které jsou na styčné straně eloxované, aby byly
elektricky izolovány vůči proudu, který prochází články a na volné straně jsou opatřeny žebry
pro lepší převod tepla. Obě desky jsou k sobě staženy mírným tlakem pomocí pružin tepelně
izolovaných, které nejsou na obrázku znázorněny (byly by totiž před a za nákresnou, aby
jejich spojnice byla rovnoběžně se směrem žeber, pro nejmenší průhyb desek).
Seriové řazení článků je pro znásobení napájecího napětí, Optimální hodnota
procházejícího proudu Iopt je určena na obr. 7.15 tak, aby z chladného konce byl maximální
odvod tepla. Efekt chlazení je zmenšován Jouleovým teplem.
Převodní účinnost (činitel ochlazení) h stanoví poměr mezi odváděným teplem a
přiváděnou energií. Maximum dosahuje činitel chlazení pro I -> 0. Jednostupňovou baterií lze
dosáhnout h = 30% a DJ = 40°C (nikoliv současně).
V současné době je však použití termoelektrických chladičů omezeno pro jejich velkou
váhu, rozměry, velký příkon a cenu. Jde hlavně o chlazení polovodičových laserů.
8.5.2 Konstrukční uspořádání chlazení
Konstrukční uspořádání chlazení (chladicí soustavy) závisí zejména na následujících
parametrech:
1. Hustota tepelného toku. Tato určuje odváděný tepelný výkon jednotkou plochy. Je
zpravidla úměrná hustotě montáže.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 161
2. Celkový odváděný výkon.
3. Provozní teplota.
4. Cena.
Celkové schéma chladicí soustavy zpravidla kombinuje více způsobů chlazení. Součástka
specializovaná na vyzáření (resp. jiný způsob odvodu) tepla se nazývá chladič. Volba způsobu
chlazení vychází buď jednoznačně nebo s variantami. Schematické znázornění možných
variant celkového chlazení je na obr. 7.16. Výjimečnou situací kryogenních prvků se na tomto
místě nezabýváme. Pořadí jednotlivých variant na uvedeném obrázku 7.17 je podle
dosahované hustoty tepelného toku. Kvantitativni orientaci pro volbu chlazení ukazuje
obr.7.17.
Přehled nejčastěji se vyskytujících případů odvodu tepla ze zařízení je uvedeno na
obr.7.18. U každého způsobu je připojen řádový odhad objemové hustoty tepelného toku, se
kterou lze počítat při teplotním rozdílu 40°C mezi vlastním zařízením a okolním prostředím.
Podle způsobu odvodu uvolňovaného tepla z povrchu systému a způsobu předání tepla
mimo zařízení můžeme chladicí systémy rozdělit takto :
a) přirozené chlazení,
b) chlazení nuceným oběhem vzduchu,
c) chlazení kapalinou a odpařováním kapaliny,
d) termoelektrické chlazení.

162 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Přirozené chlazení
Přirozené chlazení elektronických součástek je nejjednodušším, spolehlivým a levným
chlazením. Odvod tepla je zejména volným prouděním. Nosné desky PS a rovněž i plochy
chladičů je třeba umístit svisle. Část tepla je vyzařována a je účelné tedy vhodně upravit
povrch chladicích ploch. Chlazení předpokládá odvod relativně malých ztrátových výkonů
(řádu jednotek až desítek Wattů), vysoké mezní teploty součástek a zpravidla i použití
chladičů.
Teplo se odvádí ze skříně větráním, k němuž se využívá přirozeného oběhu vzduchu ve
skříni s větracími otvory. Horní a spodní kryt přístroje (obvykle i boční a zadní kryt) musí být
opatřeny dostatečným počtem otvorů pro přívod a odvod chladicího vzduchu. Přístroj musí
být konstrukčně řešen tak, aby byl zajištěn potřebný přívod studeného vzduchu (např.
použitím nožiček).
Při návrhu vnitřní
zástavby ve skříni musíme
dbát na to, aby desky
plošných spojů, příp. použité
chladiče a konstrukční prvky
nebránily přirozenému
proudění vzduchu a aby
(pokud možno) umožnily
vznik tzv. komínového
efektu, který zvyšuje
ventilační účinky. Především
se snažíme odstranit

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 163
vodorovné plochy a přepážky v cestě proudícího vzduchu. Na deskách plošných spojů
(nejlépe svisle umístěných) je potřeba rozměrnější součástky umístit tak, aby nebránily
proudění vzduchu. Možné rozložení teplot na desce PS (dva možné návrhy) je na obr. 7.19.
Při rozmisťování jednotlivých součástek je vhodné respektovat osvědčenou zásadu co
nejlépe vzájemně tepelně izolovat součástky, které pracují s velkými ztrátami a součástky,
které jsou citlivé na zvýšení své teploty. Postupuje se dvěma způsoby: buď se součástky s
velkým ztrátovým výkonem umístí do větší vzdálenosti, aby teplý vzduch, který kolem nich
proudí, neovlivňoval nepříznivě součástky citlivé na zvýšenou teplotu, nebo se výkonové
sou částk y (tj. zdroje tepelného výkonu)
umístí přímo na zvláštní kovový chladič, připevněný
na šasi přístroje, čímž se jednak zlepší sdílení tepla vedením, jednak zvětší celková plocha
přestupu tepla volnou konvekcí a sáláním.
V současné době je ovšem tato osvědčená zásada obtížněji aplikovatelná vzhledem ke stále
rostoucí snaze umístit do daného objemu čím dál větší počet součástek. Tím se jednak
zmenšuje objem chladicího vzduchu, jednak vyvolává vznik teplotních spádů, které způsobují
v různých případech větší či menší obtíže.
Všimněme si jako příkladu velmi
často se vyskytujícího uspořádání z praktických
aplikací - rovnoběžně svisle umístěných desek PS (obr.7.20a). Pomocí grafů uvedených na

164 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
obr. 7.20b je možno stanovit maximální oteplení vzhledem k okolnímu prostředí při zvolené
vzdálenosti od sousedních desek dané výšky h a při různé hustotě tepelného toku p [W/m2].
Přitom se předpokládá, že teplo se rozptyluje na všech místech plochy desek rovnoměrně,
hustota tepelného toku je tedy na obou stranách stejná (p1=p2). Dále se předpokládá, že výška
desek h = 180 mm. Z naznačených průběhů vyplývá, že oteplení se rychle zvětšuje, jestliže se
vzdálenost sousedních desek zmenšuje. Na druhé straně se oteplení i při různé hustotě
tepelného toku p příliš nemění, jestliže vzdálenost d zvolíme dostatečně velkou, cca d ³ 20
mm.
Konstrukce "malých" zařízení používá jednoúčelové skříňky nebo vychází z vhodné
modulové stavebnice. Uzavření prostoru vznikne potom prostým zakrytováním standardního
panelu. Pro umožnění proudění vzduchu jsou nutné ventilační otvory ve dnu a horním krytu.
Markantní rozdíl v rozložení teplotního pole zcela uzavřené a ideálně větrané skříňky je na
obr.7.21.
Při montáži do stojanu se musí zajistit přívod chladného vzduchu ke každému zásuvnému
bloku (obr. 7.22b). Musí se však dbát na to, aby spodní zásuvné bloky nebyly zdrojem
nadměrného tepla, které by zbytečně ohřívalo horní zásuvné jednotky. Lepších výsledků se dá
dosáhnout při použití rozváděcích plechů (obr. 7.22c), které zabraňují, aby ohřátý vzduch z
dolních částí soustavy přicházel do styku s horní zásuvnou deskou. Tvar rozváděcích plechů
musí být zvolen tak, aby nezhoršoval podmínky pro proudění chladicího vzduchu.
Doporučuje se sklon plechů < 20°.
Odvod tepla z uzavřeného provedení elektronického zařízení
Uzavřené provedení se používá tehdy, jestliže se vyžaduje stínění před elektrickým nebo
magnetickým polem nebo jestliže obvody musí být chráněny před prašným nebo chemicky
agresivním prostředím. Hovoříme o hermetickém uzavření.
Vzduch v bezprostřední blízkosti součástek obvodu předává pohlcené teplo vnitřním
stěnám krytu. Teplo se sdílí prouděním a sáláním. Stěnou krytu prostupuje teplo účinkem
vedení, kdežto do vnějšího okolí se sdílí vnějším povrchem krytu opět prouděním a sáláním.
Z celkového tepelného toku odváděného vnějším povrchem krytu ve tvaru krychle
přechází sáláním do vnějšího okolí asi 40 až 50% tohoto toku. Odvod tepla je výrazně
ovlivněn tvarem krytu. Nejvhodnější jsou plochá pouzdra (skříně), např. kryt, u něhož poměr

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 165
mezi výškou a délkou je 0,17, odvede do okolí o 30% více tepla než kryt tvaru krychle
stejného objemu. Povrch skříně je možné zvětšit žebrováním.
V praxi tedy volíme skříně tvaru rovnoběžnostěnu, jehož vodorovné stěny mají co největší
plochu. K tomuto poznatku lze snadno dojít i prostým fyzikálním názorem, protože tepelný
tok odváděný prouděním má snahu se pohybovat vzhůru, je pro odvedení tepla do okolí
nejdůležitější horní stěna krytu. Z hlediska systému pracujícího v krytu je proto značně
nevýhodné, jestliže nad touto stěnou je vedena kabeláž elektrického vedení či rúzná potrubí
nebo je-li tu uložena další nosná konstrukce. V tom případě totiž dochází k tepelnému stínění
horní plochy krytu.
Při konstrukci přístroje určeného k provovu v uzavřené skříni musíme dbát na to, aby v
soustavě nevznikla tzv. horká místa. Jejich vzniku lze zabránit několika způsoby: Výkonové
sučástky se umístí pokud možno odděleně od součástek, které pracují s menšími tepelnými
ztrátami. Uvnmitř uzavřeného prostoru stoupá chladný vzduch vzhůru, proto je výhodné
uložit výkonové součástky do horní části krytu, kdežto ostatní rozmístit ve spodní části, kde je
poměrně nízká teplota. Jestliže je z nějakého důvodu žádoucí, aby v celém uzavřeném
prostoru byla pokud možno stejná teplota, rozmístí se součástky opačně, tzn. výkonové v
dolní části.
Z hlediska chlazení celého zařízení (skříně) i z hlediska rozložení teploty uvnitř je
nejúčinnější umístění výkonových součástek přímo na stěny skříně (např. přes připevňovací
chladič, viz str. ), eventuálně největší zdroje tepla pospojovat tepelným vodičem, vyvedeným
na vnější chladič. Zvětší se tak množství tepla sdíleného vedením a omezí se tepelný tok,
který přenáší prouděním teplo do vnitřního prostoru zařízení. Schématické znázornění je na
obr. 7.23.
Konečně lze využít nucené
konvekce ve vnitřním prostoru.
Je potvrzeno praktickými
zkouškami, že ventilace uvnitř
pouzdra či skříně, kde je
umístěno elektronické zařízení,
snižuje teplotu v bezprostřední
blízkosti součástek a poněkud
snižuje (asi o 10%) i průměrnou
teplotu prostředí. Je-li třeba
odvést do okolí přístroje větší
tepelný výkon, musíme do
vnitřního prostoru uložit vhodné
výměníky tepla, které ochlazují
pohybující se vzduch, či jiné
chladicí medium.
Chlazení s nuceným oběhem
vzduchu
Tento způsob výrazně zlepšuje
chlazení a je typický u
otevřených
provedení
elektronických zařízení. Nucenou
ventilací se zvětšuje součinitel přestupu tepla prouděním a zlepšuje se výměna chladicího
vzduchu v prostoru zařízení. Existuje totiž určitá hranice pro množství tepla, které může být z

166 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
omezeného prostoru odebráno způsobem přirozeného chlazení (více než 400 W/m2).
Zmenšování rozměrů elektronických zařízení a zvětšování počtu aktivních součástek vyžaduje
od konstruktérů stále častěji používat účinných nucených způsobů chlazení. Při nuceném
proudění se činitel tepelného přenosu určuje aerodynamickými podmínkami obtékání tělesa a
je závislý na rozdílu teplot mezi prostředím a tělesem, na rychlosti pohybu chladicího media a
na jeho hustotě.
Vliv hustoty v otevřených skříních nevyužijeme (v uzavřeném prostředí můžeme použít
vodík, helium nebo fluorid sírový SF6, ten hlavně v silnoproudé elekrotechnice ke zhasínání
výbojů), tento vliv oceníme u kapalinového chlazení (viz příští podkapitolu).
Jsou tři základní způsoby proudění plynu: laminární, turbulentní a přechodový od
laminárního k turbulentnímu. Činitel přenosu tepla při turbulentním pohybu chladicího
vzduchu je mnohem větší než při laminárním
proudění a proto je nutné dosahovat při chlazení
turbulentního pohybu. K vytvoření tahu potřebného
k nucenému proudění vzduchu se používají buď
axiální (obr. 7.24a) nebo radiální (obr. 7.24b)
ventilátory.
Při návrhu je potřeba určit potřebnou konfiguraci
skříně a určit průtok (m3/min) a rychlost proudícího
vzduchu. Také je potřebné vědět, jaké rychlosti
vzduchu jsou maximálně dosažitelné s ohledem na
účinnost, ekonomická a další hlediska. Na obr. 7.25
vidíme změřenou závislost teploty přechodu Si
tranzistoru v závislosti na rychlosti proudícího
vzduchu. Při prvním hodnocení je zřejmé, že přínos
nízkých hodnot rychlosti v je je výraznější než
přínos vyšších hodnot. Při rychlosti 2 m/s se
dosáhne zhruba 80% poklesu teploty přechodu.
Volba větších rychlostí než 2 až 3 m/s bude v praxi
s ohledem na průvodní nepříznivé okolnosti (značná
hlučnost, cena) přicházet v úvahu jen ojediněle.
Ovšem pouhá instalace ventilátoru - bez zajištění
potřebného směrování proudícího vzduchu,
zamazení nežádoucích ztrát apod. - nemusí ještě znamenat ekonomický přínos, který se
očekává od nuceného vzduchového chlazení. Zvláštní pozornost se musí věnovat pečlivému
těsnění proti vnikání falešného vzduchu do skříně.
U jednodušších přístrojů lze použít jen jeden ventilátor, bývá umístěn v zadní části
přístroje. Proud vzduchu má působit na součástky, které jsou v přístroji největším zdrojem
tepla. V moderních přístrojích to bývá napájecí zdroj (viz osobní počítač). U malých přístrojů
nevadí, že vynucené proudění je napříč přirozenému proudění (tj. kdy teplý vzduch stoupá
nahoru). Složitější je situace u zařízení ve stojanech.
Klasické uspořádání je při svislém proudění, ventilátor je společný pro rám (stojan) a je
umístěn dole. Chladný vzduch nasávaný při podlaze ventilátorem (který je ve funkci
kompresoru) napomáhá přirozenému proudění, viz obr. 7.27. Toto uspořádání je nevýhodné z
následujících důvodů:
1. Chlazení je nerovnoměrné. Chladicí vzduch se ohřívá ve spodních partiích a část uniká
netěsnostmi skříně. Rozdíl teploty horní a dolní části skříně
může činit desítky °C.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 167
2. Odsávaný vzduch vstupující do skříně je třeba pečlivě filtrovat. Nečistoty, které nejsou
filtrem zachyceny se vlivem turbulentního proudění usazují za hranami a ostrými přechody
(napříč proudění).
Umístění ventilátoru nahoře (ve funkci
vysavače) částečně zlepšuje nerovnoměrné
chlazení, zejména se však snižuje usazování
nečistot. Získání potřebného podtlaku je však
oproti předchozímu případu energeticky
náročnější. Používá se proto v kombinaci s
ventilátorem dole (obr. 7.27b).
Při velkých rozptylových výkonech je
nejvhodnější používat samostatné chlazení každé
zásuvné jednotky (obr. 7.28), nebo uspořádat ve
stojanu rozvod chladicího vzduchu dodávaného
centrálním ventilátorem tak, aby nedocházelo k
jeho ohřívání v jiných zásuvných jednotkách (obdobně jako na obr. 7.22c).
Chlazení kapalinou a odpařováním kapaliny
Tyto způsoby se používají spíše výjimečně. Ovšem vzhledem k tomu, že se stále zvětšuje
počet zařízení a součástek s velkým výkonem v daném objemu, jsou kapalinové chladiče stále
atraktivnější. Jejich nevýhody jsou zřejmé - chladicí kapalina musí být přivedena ať už v
otevřeném nebo uzavřeném chladicím systému. Je-li systém otevřený, musí být k dispozici
stálý zdroj a jímač. Je-li systém uzavřený, musí obsahovat výměník tepla, sekundární chladič
a pumpu.
Nicméně však výhody ve smyslu maximálního rozptylu tepla na jednotku objemu
nemohou být popřeny. Se
standardním typem takového chladiče může být výkon 1 kW
rozptýlen v objemu kolem 700 cm3.

168 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Chlazení v otevřeném okruhu je typické např, pro polovodičové lasery, kde se užívá
chlazení vodpou z veřejného vodovodu.
Chlazení v uzavřeném okruhu je časté u
výkonových polovodičových součástek.
Např. pro tyristory a diody s proudovou
zatížitelností 300 A a více jsou již
požadavky na chladiče tak vysoké, že
chladiče pak vycházejí rozměrné a těžké.
Tato skutečnost se projevuje zvláště u
aplikací pro velké výkony, kde je obvykle paralelně zapojena řada součástek (např. v
zařízeních pro těžké pohony, elektrolýzu). Kapalinové chlazení umožní snížit montážní
rozměry zařízení, přičemž odvod tepla ze součástek je velmi účinný. Součástky jsou umístěny
na chladiči, uvnitř kterého cirkuluje chladicí kapalina a pohlcuje uvolněné teplo (viz obr.
7.29). Použitím vody místo vzduchu při stejné rychlosti pohybu se přenos tepla zvětší více
než stonásobně.
Na obr. 7.30. je uvedena varianta chlazení desek PS. Teplo je odváděno do rámu
chlazeného vodou. Prostor mezi vodícími drážkami desky a rámu je třeba vyplnit vhodnou
vazelinou. Chladicí systém musí zajišťovat práci součástky při libovolné provozní teplotě
zařízení, musí mít velkou tepelnou vodivost a kapacitu, musí mít antikorozní a antitoxické
vlastnosti. Tyto vlastnosti, které má mít chladicí kapalina, splňuje voda, avšak má omezený
rozsah pracovních teplot a schopnost vyvolávat korozi. Používají se dále různé směsi
mrazuvzdorných kapalin s vodou. Pracuje-li
polovodičová součástka při teplotě pod bodem
mrazu vody nebo nad bodem varu, používají se freonové kapaliny.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 169
Při chlazení vodou užíváme rychlosti až 5 m/s, připouštíme ohřátí vody o max. 15 K a
teplotní spád též max. 15 K, zejména u výkonových elektronek, kde z izolačních důvodů
užíváme vody destilované. Tuto pak chladíme vzduchem nebo sekundární vodou, což
potřebuje tepelný spád alespoň 10 K. Za těchto okolností potřebujeme pro převedení
tepelného výkonu 1 kW plochu jen 140 cm2 a proud vody 1 litr/min.
Při chlazen í odparném, které užíváme běžně u větších elektronek se ztrátovým výkonem
50 až 300 kW, dochází k ohřátí anody ve vodě na teplotu asi 110°C, což působí bouřlivý var s
přenosem tepla až 100 W/cm2, takže pro tepelný tok 1 kW stačí plocha anody 10 cm2.
Poněvadž skupenské teplo varu vody je 0,7 kWh/kg, stačí pro tepelný tok 1 kW přívod
vody asi 1,4 litru/hod., což ovšem na druhé straně znamená odvod páry ve stejné váze, tj. o
objemu asi 2 m3/hod. Páru vedeme do srážníku, odkud kondenzovaná voda stéká vlastní
vahou opět do varné nádoby k elektronce.
Hlavní výhodou tohoto způsobu chlazení je úspora čerpadla a malé množství chladicího
media.
Tepelné trubice
V posledních letech zaznamenal značné rozšíření nový prvek v oblasti odparného chlazení
- tepelné trubice ("heat pipe"). Vyznačuje se pozoruhodnou schopností odvádět teplo z jeho
zdroje na jiné místo.
Tepelná trubice je definována jako uzavřený dvoufázový teplonosný systém, ve kterém je
vysoce intenzivní přenos tepla dosahován v uzavřeném tepelném oběhu s fázovými změnami
při odpařování a kondenzaci pracovní látky.
Tepelná trubice umožňuje odvedení tepelného výkonu v řádu desítek až stovek Wattů na
vzdálenost několika decimetrů ke vhodné chladicí ploše bez spojení elektricky vodivého při
malém průměru trubky (5 - 20 mm). Tepelná trubice sestává ze tří částí :
- dolní část, která je kovová a spojená s chlazenou součástkou, je krátká (5-15 mm) a
naplněná chladicí kapalinou,
- střední část, nejčastěji z izolačního materiálu (sklo, laminát, plastická hmota),
- horní část, která je kovová, opatřená chladícími křídly nebo spojené se žebrovaným
chlazením, v níž pára kapaliny kondenzuje a odevzdává své teplo do okolí.
Vnitřní prostor trubica je evakuován a částečně zaplněn pevnou nebo kapalnou fází
teplonosné pracovní látky. Zahřívá-li se výparná část tepelné trubice, pracovní látka se
odpařuje a pára proudí do kondenzační (ochlazovací) části tepelné trubice, kde kondenzuje a
předává své teplo okolnímu prostředí. Pracovní cyklus se uzavírá návratem zkondenzované
pracovní látky do výparné části tepelné trubice.

170 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Na straně odpařovací je možno snadno docílit pracovního výkonu 10-15 W na 1 cm2
chladicího povrchu (vnitřního povrchu dolní části trubice), na straně chladicí (kondenzační) je
však potřebná plocha značně větší, protože kondenzační teplo se uvolňuje s plošnou hustotou
pouze 0,1 W/cm2. Proto musí být kondenzační část trubice delší příp. i širší a opatřená
vnitřními žebry na rozdíl od podstatně menší části odpařovací.
Jednotlivé druhy tepelných trubic lze rozdělit podle jejich :
- pracovní funkce,
- typu a složení pracovní látky,
- způsobu čerpání kondenzátu,
- jiných specifických vlastností.
Náplň trubice se řídí podle teplotního rozsahu, ve kterém bude pracovat. Metanolová náplň
umožň uje činnost od -20°C do 100°C, vodní náplň od 40°C do 150°C, ale např. sodíková
náplň pracuje do teplot přibližně 1500°C. Díky podtlaku, který je v trubici, dochází k
vypařování a k varu teplonosného media ve výparné části při nižších teplotách, než při
atmosferickém tlaku. Vzniklé páry proudí vnitřním prostorem trubice do kondenzační části,
kde se srážejí (kondenzují) a předávají teplo vnějšímu okolí. Návrat kondenzátu se
uskutečňuje stékáním působením zemské tíže u trubic gravitačních (obdoba knotu u
petrolejové lampy) nebo kapilárními silami, které vznikají v kapilární soustavě na vnitřním
povrchu tepelné trubice.
Gravitační trubice mají vnitřní povrch hladký. Trubice v tomto provedení musí
samozřejmě směřovat při provozu svisle nebo šikmo vzhůru od chlazené součástky, aby
kondenzovaná kapalina stékala zpět vlastní vahou, nedá se tedy použít u mobilních zařízení, u
nichž by tato poloha nebyla zajištěna. Opatříme-li však vnitřní povrch trubice pórovitým
povlakem tkaniny nebo spec. keramiky, bude kondenzovaná kapalina pronikat zpět
kapilárními silami, takže trubice bude schopna plnit svou funkci i v obecné poloze s poněkud
sníženým výkonem. Kapilární soustavy lze použít tedy i pro odvod tepla shora dolů
(antigravitační poloha).
Základní vlastností, pro kterou jsou trubice využívány, je schopnost odvádět značné
množství tepla (vysoká efektivní tepelná vodivost), mnohonásobně převyšující vedení tepla
mědí stejného průřezu na danou vzdálenost (obr 7.32) a také to, že teplo je odváděno
bezprostředně z horkého místa a že je vyzařováno dostatečně daleko od chlazeného prostoru.
Další výhodné vlastnosti jsou :
- nízká hmotnost,
- jednoduchost, neobsahuje žádné pohyblivé součásti,

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 171
- bezhlučnost,
- tvarová různorodost,
- spolehlivost.
Využití tepelných trubic není omezeno pouze na obor elektroniky. Dá se jich použít i k
chlazení transormátorů, elektromotorů, brzd a spojek ve strojích
Termostaty
Termostaty jsou zařízení pro udržování konstantní teploty; používáme je v elektronických
zařízeních všude tam, kde chceme zajistit stálé pracovní podmínky a stálé funkční vlastnosti
zařízení a zabránit působení teplotních změn parametrů choulostivých součástí. Nejčastější
aplikace termostatů jsou u oscilátorů, u nichž mají zajistit stálost kmitočtu, dále u referenčních
normálů v měřicích zařízeních atd.
Samotný název "termostat" se používá ve dvojím významu; znamená buď úplné zařízení
udržující konstantní teplotu v daném prostoru, nebo jen klíčovou část tohoto zařízení, tj.
tepelné čidlo, nejčastěji kontaktní teploměr (tepelný spínač). Zde budeme tohoto názvu užívat
v širším smyslu.
Každý termostat se skládá ze čtyř funkčních součástí a to :
1. tepelně izolovaný prostor, v němž je uložena část elektronického zařízení, která má být
udržována na stálé teplotě (chráněný objekt),
2. zdroj tepla nebo chladu,
3. teplotní čidlo,
4. elektrický aktivní obvod, který podle údajů čidla řídí tepelný nebo chladicí výkon
zdroje tepla.
Tepelně izolovaný prostor omezený svými stěnami má dvojí úkol: jednak zamezit vlivu
okolní teploty na chráněný objekt a jednak rozvést tepelný tok dodávaný zdrojem do celého
izolovaného prostoru.
Konstruuje se proto jako soustředěné příp. souosé uspořádání dvou kovových krytů
vzájemně tepelně izolovaných vrstvou pórovitých materiálů, např. pěnových
makromolekulárních hmot (pro teploty do 50 - 60°C) nebo vrstvou skleněných vláken nebo

172 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
jiné anorganické izolace pro teploty vyšší. Vnitřní kovový kryt bývá z materiálu s dobrou
tepelnou vodivostí (měď, hliník), vnější kryt může být i z ocelového plechu, poněvadž jeho
hlavní funkcí je mechanická ochrana tepelné izolace.
Velikost vnitřního prostoru je určena nelikostí elektronického funkčního dílu, který má být
v něm umístěn, velikost vnějšího krytu je pak určena požadavkem na dodkonalost tepelné
izolace vůči okolí, tj. na požadovanou velikost tepelného odporu izolace Rti.
Zdrojem tepla v termostatu bývá nejčastěji topný odpor, protékaný elektrickým proudem,
někdy též chladicí vložka (spojena s chladicím soustrojím) nebo soustava Peltierových článků
(Peltierova baterie).
Volba zdroje tepla určuje též pracovní teplotu termostatu; volíme-li topný odpor (který
nemůžeme chladit), musí být pracovní teplota termostatu vyšší než maximální teplota okolí,
tj. obvykle 50°C i výše, pro tropy minimálně 70°C. Volíme-li chlazený termostat (tzv.
kry ostat), musí být jeho pracovní teplota vždy nižší než teplota okolí, obvykle -20 až -30°C.
Pouze při použití Peltierových článků, u nichž je možno dosáhnout chladicí i ohřívací funkce
pouze změnou směru el. proudu, je možno volit pracovní teplotu termostatu v intervalu
běžných teplot okolí a tak snížit potřebný topný nebo chladicí výkon na minimum.
Důležitým činitelem je umístění zdroje tepla v termostatu. Aby uvnitř chráněného prostoru
byly co nejmenší rozdíly teploty, je nutné rozvést přivedené teplo co nejrovnoměrněji po
celém prostoru. Proto umisťujeme zdroj tepla vždy těsně na vnitřní kryt termostatu, případně
rozkládáme jej rovnoměrně po větší části tohoto krytu, aby přestup tepla byl co nejlepší.
Topné odpory např. vineme obvykle izolovaným odporovým drátem rovnoměrně rozloženým
na vnější povrch vnitřního krytu termostatu. Peltierovy články rozkládáme po celé stěně nebo
do dvou protilehlých stěn termostatu. U malých termostatů může být zdrojem tepla výkonový
tranzistor přišroubovaný ke hliníkové kostce, která obsahuje chráněný objekt.
Teplotním čidlem pak může být v nejjednodušším případě rtuťový kontaktní teploměr (se
zataveným drátkem v poloze příslušné teploty) nebo dvojkovová spirála s kontaktem, pro
přesnější stabilizaci teploty pak platinový teploměr, drátové odporové čidlo (můstkové
uspořádání) nebo termistor.
Také u tepelného čidla je důležité umístění, poněvadž vlastní tepelná kapacita čidla ve
spojení s přechodovým odporem tvoří zpožďovací časovou konstantu, určující dobu odezvy
regulace teploty. Aby tato byla co nejkratší, je opět nutné dosáhnout co nejmenšího tepelného
odporu mezi čidlem a vnitřní stěnou termostatu.
Elektronický obv od, který řídí topný výkon v závislosti na údaji teplotního čidla, může pak
pracovat nespojitě (jako spínač) nebo spojitě (jako regulátor výkonu). V prvém případě při
použití kontaktního prvku čidla stačí splnit požadovanou funkci aktivního obvodu jednoduché
relé (obvykle se zesilovačem [SO 12/1960:719] nebo spínací tranzistor, ve druhém případě
potřebujeme spojitě pracující zesilovač. V tomto případě můžeme při pečlivém návrhu a
konstrukci realizovat termostaty se stálostí teploty lepší než 10 až 1 mK.
Abychom mohli správně hodnotit a respektovat všechny vlivy a vyšetřit jejich účinky na
ustálenou funkci termostatu i na přechodové vlivy při změnách pracovních podmínek,
můžeme využít popsané metody elektrotepelných analogií a pro každé konstrukční uspořádání
odvodit tepelné náhradní
schema.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 173
Příklad takového schématu je na obr. 7.34.
Kde značí :
Z - zdroj tepla v termostatu
Č - čidlo
A0 - aktivní obvod řídící topení
Cc - tepelná kapacita čidla
Rzk - tepelný odpor mezi zdrojem a
přilehlou částí vnitřního krytu
Rck - tepelný odpor mezi čidlem a
krytem
Ckl - tepelná kapacita jedné části vnitřního
krytu
Rk - tepelný odpor mezi oběma částmi
vnitřního krytu
Ck2 - tepelná kapacita druhé části vnitřního krytu
CO - tepelná kapacita chráněného objektu
R1, R2 - tepelné odpory mezi chráněným objektem a částmi krytu
R11, R12 - tepelné odpory mezi částmi vnitřního krytu a vnějším krytem
RV - tepelný odpor mezi vnějším krytem a okolím
CKV - tepelná kapacita vnějšího krytu
ZO - zdroj tepla v teplotě okolí
Chování tohoto náhradního zapojení můžeme pak analyzovat běžnými metodami analýzy
elektrických obvodů, modelovat na počítači apod. Mnohdy však stačí prostý pohled na
náhradní zapojení, abychom si uvědomili základní funkční souvislosti. Tak například z
uvedeného schématu můžeme odvodit, že za předpokladů
Rk > Rzk
můžeme odhadnout časovou konstantu tepelné regulace na
tr = Rzk (Ck1 + Ck2) + Rck Cc
dále časovou konstantu pronikání vnější teploty
tV = RV CKV + R11 Ck1 + 1/2 R1 Co
dále součinitel pronikání změn vnější teploty na objekt
K = Rk /2 R11
a řadu dalších vztahů užitečných pro optimalizaci návrhu.
Z uvedených vztahů je např. jasné, že časovou konstantu tR je třeba vytvořit co nejkratší, a
to snížením odporů Rzk a Rck, tj. těsnou blízkostí
topného členu a čidla.
Dále je zřejmě výhodné, aby ostatní časové konstanty, zejména tV byly podstatně větší než
tR. Změnou umístění čidla mezi oběma polovinami vnitřního krytu, tj. mezi koncovými body
rezistoru Rk, je možné ovlivnit nebo úplně vykompenzovat pronikání vnější teploty na
chráněný objekt v termostatu.

174 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Ze schématu je dále zřejmé, že je výhodné zajistit splnění nerovností shora naznačených,
tj. co nejmenší velikost tepelných odporů Rk mezi oběma částmi vnitřního krytu, dále Rzk
mezi topným prvkem a vnitřním krytem a Rck mezi vnitřním krytem a čidlem.
Dále je zřejmé, že odpory Rzk a Rck by měly mít co nejmenší vlastní tepelnou kapacitu,
poněvadž jinak by hrozila ztráta stability zpětnovazební smyčky a nebezpečí teplotních
oscilací.
8.5.3 Chlazení polovodičových součástek
Součástky jsou vždy konstruovány pro vhodný způsob chlazení, které zajistí, aby při
běžných provozních podmínkách nepřekročila teplota udanou hodnotu. Malé součástky (do
výkonu cca 1 W) jsou navrženy tak, aby se vznikající teplo stačilo odvést sáláním z povrchu
krytu a konvekcí podél přívodů. Někdy se k odvodu tepla užívá i měděná fólie plošného
spoje, ke kterému je součástka upevněna. Například u diod v plastikovém pouzdru typové
řady KY130 a KY132 nebo u referenčních diod ve skleněném pouzdru typové řady KZ260
výrobce doporučuje ponechat vývody dostatečně dlouhé a ke zvýšení účinnosti odvodu tepla
ponechat v místě připájení vývodů pokud možno velkou plochu měděné fólie plošného spoje
(použít metodu dělicích čar při návrhu plošných spojů).
U součástek určených pro větší výkony vzniká takové množství tepla, že se nemůže odvést
do okolního prostředí přes povrch pouzdra popř. přívody k nim připojenými. Tyto součástky
je nutno montovat na chladiče, které vzniklé teplo převádějí do okolního prostředí.
Je proto třeba zabývat se odvodem tepla z výkonových polovodičových diod, výkonových
tranzistorů a výkonových integrovaných obvodů. Pozornost je třeba věnovat velikosti
vznikajícího tepla (ztrátovému elektrickému výkonu), tepelnému odporu, omezení teploty
pře chodu(ů) PN a odvodu tepla chladičem (je-li použit). K úvahám použijeme
elektrotepelných analogií (tj. modelování tepelných obvodů analogickými obvody
elektrickými-což plyne z matematické podobnosti rovnic vedení tepla a Ohmova zákona).
U polovodičových prvků jsou zdrojem tepla přechody PN a také Jouleovo teplo na
ohmických oblastech polovodiče. Maximální tepelná energie, kterou součástka zvládne, aniž
je teplem poškozena nebo zničena (tj. především tepelný průraz v důsledku vnitřního vývinu
tepla nebo by mohlo dojít k dosažení tzv. druhé aktivační teploty polovodiče; u germaniových
součástek docházelo k odtavení indiové pájky), závisí na polovodičovém materiálu a na
opatřeních podniknutých pro obvod tepla z vlastního systému. Zvýšená teplota má ovšem vliv
i na vlastnosti obvodu (posun pracovního bodu) a jeho spolehlivost.
Z grafu na obr. 7.35 lze vyčíst, že v praktickém rozmezí provozních teplot (do 200 oC)
znamená teplotní rozdíl na přechodu součástky 40 až 50 oC změnu v intenzitě poruch
přibližně o 1 řád. U složitých zařízení je to již podstatný rozdíl. Proto je účelné zajistit teplotu
součástek nižší, než je výrobcem uváděná maximální teplota Jjmax. Ta bývá u germania cca
100 oC a u křemíku cca 200 oC. Tím se myslí teplota čipu, maximální teplota pouzdra je
nižší. Index j pochází od slova junction (přechod), původně označoval teplotu kolektorového
přechodu tranzistoru; též se užívá indexu v (vnitřní), tj. např. Jvmax.
V následujících odstavcích budeme zkoumat tepelné poměry při chlazení výkonových
polovodičových součástek (z ostatních součástek se občas chladí rezistory, někdy
tra nsformátory a ovšem také elektronky, pokud se ještě používají), a to zejména výkonových
tranzistorů. Je třeba rozlišit stacionární a nestacionární případ.
Při řešení odvodu tepla z polovodiče měl by konstruktér zařízení v prvé řadě zjistit, kolik
energie bude rozptylováno při jeho k onkrétní aplikac i, a to buď při provozu trvalém,
jednorázovém nebo impulsním. Potom by měl stanovit maximální teplotu okolí, a to jak

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 175
mimo zařízení, tak i uvnitř zařízení v bezprostřední blízkosti polovodičů, což je ještě
důležitější.
Tepelné pochody v soustavě výkonová součástka - okolí
Zatěžovací schopnosti výkonové sou částky (dále VS) jsou při různých pracovních
podmínkách určovány především charakterem tepelných pochodů probíhajících v soustavě
VS - okolí.
Působením elektrického výkonu P, který je rozptylován na čipu součástky, se vytváří
tepelný tok, který proudí z tohoto čipu na pouzdro součástky a odtud do okolního prostředí.
Součástka klade procházejícímu tepelnému toku určitý odpor, který závisí na fyzikálních
vlastnostech materiálu a povrchu součástky, na jeho teplotě a na vlastnostech prostředí.
Přesný model tepelných poměrů v takovéto soustavě by vedl k řešení tepelné soustavy s
velkým počtem nez námých a obtížně zjistitelných parametrů. Na základě úvah však můžeme
dospět k jednoduchému modelovému řešení pomocí lineárního elektrického obvodu, v němž
jsou tepelné veličiny zaměněny analogickými veličinami elektrickými. Musíme však zavést
několik předpokladů:
- polovodičový materiál (čip) a kryt VS jsou dvě stejnorodá tělesa s tepelnými kapacitami
C1 a C2
- teplota na celém čipu je stejná a rovna Jj
- teplota celého pouzdra je stejná a rovna Jc
- tok tepelné energie je obdobou toku elektrického náboje, tj. elektrického proudu v
náhradním obvodu
- rozdíl teploty je obdobou elektrického napětí v náhradním obvodu
- tepelný odpor je obdobou lineárního elektrického odporu v náhradním obvodu
Pro nestacionární režim soustavy VS-okolí s uvažováním přijatých předpokladů lze
odvodit vztah pro výpočet převýšení teploty čipu nad teplotu okolí:
∆ ϑ
⎛
⎜1
− e
⎜
⎝
⎞
⎟ + P
⎟
⎠
⎡ 1 ⎛
⎢1
− ⎜e
⎢ τ + ⎜
2
τ
1
⎣ ⎝
t
t
t
−
−
−
= − = ⋅
τ 2
τ1
τ 2
nest. ϑ
j
ϑa
P
C
Rti
C
⋅ Rta
+ τ
2e
− 2τ
1
e
t
−
τ
2
⎞⎤
⎟⎥
⎟
⎠⎥
⎦
(7.9)
kde Jj [oC] je teplota kolektorového přechodu, Ja [oC] - teplota okolí (a = ambient, okolní).
Pc [W] - výkonová ztráta VS, Rti [K/W] - tepelný odpor mezi čipem a pouzdrem VS, Rta
[K/W] - tepelný odpor mezi pouzdrem VS a okolím, t1; t2 [1/s] - časová konstanta ohřátí čipu
a pouzdra VS
Rozbor rovnice (7.9) ukazuje, že proces ohřevu VS je podřízen zákonu superposice složek
s časovými konstantami t1 a t2.
Pro t2 >> t1 mizí za velmi krátkou dobu složka obsahující časovou konstantu t1 a rovnice
(7.9) přechází na přibližný vztah
ϑ
⎛ − t ⎞
⎜ τ
= P ⋅ + ⋅ ⋅ 1−
⎟
C
Rt1
PC
Rt
2
e
(7.10)
⎜ ⎟
⎝ ⎠
2
∆
nest.

176 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Rovnice (7.10) dovoluje stanovit
maximální hodnotu výkonové ztráty PCmax pro
nestacionární tepelný režim s trváním ohřevu
srovnatelným s časovou konstantou
ϑ
j max
−ϑaτ 2
PC
max
= (7.11)
−t
/ τ 2
R + R ⋅ 1−
e
t1
t 2
( )
kde Tjmax je maximální teplota přechodu
udávaná výrobcem VS. Náhradní
schema
tepelného obvodu VS pro nestacionární režim při
t2 >> t1 nalezneme na obr. 7.36b.
Při ohřevu VS jednotlivými krátkodobými
impulsy srovnatelnými s časovou konstantou t1
přejde rovnice (7.9) na tvar
odtud
∆ ϑ
nest. = PC
⋅ Rt1
1
(7.12)
−t
/ τ1
( − e )
P
C max
ϑ
j max
−ϑa
= (7.13)
R
t1
−t
/ τ1
( 1−
e )
V případě stacionárního tepelného režimu VS-okolí (t -> ¥) bude celkové převýšení teploty
čipu nad okolní teplotu rovno
∆ϑ = ϑ −ϑ
= P R + R
(7.14)
( )
st. j a C t1
t 2
Rovnice (7.14) umožňuje sestavit náhradní elektrické schema stacionárního tepelného děje
soustavy VS-okolí, které je uvedeno na obr. 7.36a. Maximální přípustnou výkonovou ztrátu v
ustáleném stavu lze zjistit z rovnice (7.14), dosadíme-li za Tj maximální teplotu přechodu J
jmax, udávanou výrobcem
ϑ
j max
−ϑa
PC
max
=
(7.15)
R + R
ti
ta
Hodnota tepelného odporu Rti je určena typem tranzistoru (je udávána v katalogu).
Velikost povolené výkonové ztráty je proto možno zvýšit jedině zmenšením odporu Rta (při
téže teplotě okolí). Toho lze dosáhnout vhodným chlazením VS. Pouze u nestacionárního
režimu, v případě, že platí rovnice (7.13), v níž není obsažen člen Rta, není VS chráněna
přídavným chlazením před výkonovým přetížením.
Přetěžovací charakteristika výkonového tranzistoru
Jak vyplývá z rozboru nestacionárního tepelného děje a je potvrzeno průzkumem, nemá
velikost chladicí plochy podstatný vliv na přetěžovací schopnost výkonového transistoru.
Znalost přetěžovací charakteristiky výkonových transistorů dává předpoklady pro správnou
volbu jejich jmenovitého výkonu. Měření přetěžovací charakteristiky je prováděno
jednotlivými impulsy napájecího napětí s délkou od 10 ms do cca 1s.
Výsledky ukazují, že koeficient dovoleného přetížení výkonového tranzistoru
krátkodobými jednotlivými impulsy je dán hlavně délkou impulsu a prakticky nezávisí na

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 177
způsobu chlazení. V praxi můžeme počítat s přetížením 5x pro impuls délky 10 ms, 3x pro
impuls 50ms a 2x pro impuls 500 ms.
Ustálený stav při chlazení polovodičových součástek
V dalším výkladu budeme uvažovat ustálený stav, tj. nastalou rovnováhu mezi teplem
přiváděným (vyvinutým) a odváděným. Tento stav odpovídá podmínkám normálního
zatěžování součástky stejnosměrným výkonem.
Může to být i zatěžování periodicky se opakující, pokud je doba periody mnohem kratší,
než je nejmenší tepelná časová konstanta kdekoliv v soustavě.
U diody (tyristoru, triaku) je ztrátový výkon roven součinu UDID. U bipolárního
tranzistoru jde o ztrátový výkon na emitorovém a kolektorovém přechodu. Ztrátu na
emitorovém přechodu můžeme obvykle zanedbat a uvažovat pouze PC = UCEIC. Za zmínku
stojí, že symbolem PC se často obecně označuje výkonová ztráta (také značená PT, T = total).
U unipolárního tranzistoru jde o ztrátový výkon UDSID.
V náhradním
schématu není třeba
uvažovat tepelné
kapacity (obr. 7.36).
Tepelný tok P(i)
vychází ze zdroje, který
má teplotní rozdíl Jj - J
a, kde Ja je teplota
okolního prostředí.
Tepelný tok prochází
sériově a paralelně
zapojenými tepelnými rezistory Rtx (které vytvářejí celkový tepelný odpor). Tepelné odpory
vyjadřují schopnost vést teplo pro jednotlivé dílčí materiály a spoje, kterými tepelný tok
prochází do okolního prostředí o teplotě Ja.
Je-li ztrátový výkon konstantní, bude teplota přechodu Jj tím menší, čím menší je celkový
tepelný odpor Rt soustavy a čím menší je teplota prostředí.
Procházející tepelný tok vytváří na jednotlivých tepelných odporech úbytky teploty.
Největší teplota, tj. teplota čipu j je u zdroje tepelného toku. Za každým tepelný odporem se
teplota snižuje o hodnotu danou součinem tepelného toku a hodnoty tohoto tepelného odporu.
Hodnotu každého tepelného odporu v náhradním schématu můžeme vyjádřit jako podíl
úbytku teploty na tomto odporu a tepelného toku. Protože se celý ztrátový výkon součástky
mění v tepelný tok, můžeme tento tok vyjádřit přímo v hodnotách elektrického ztrátového
výkonu, kterým je součástka zatěžována. Velikost tepelného toku pak udáváme ve wattech.
Pro výpočet kteréhokoliv tepelného odporu potom stačí znalost úbytku teploty, tj. rozdílu
teplot na tomto odporu ve stupních Celsia [oC]. Tepelný odpor se vyjadřuje v jednotkách
[oC/W] nebo [K/W].
Znalost kvantitativních hodnot tepelných odporů je pro praxi velmi důležitá, neboť
umožňuje technické výpočty zatížitelnosti tranzistoru. Dříve uvedeným způsobem lze ovšem
v praxi určit jen ty tepelné odpory nebo skupiny těchto odporů, na kterých můžeme nějakým

178 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
způsobem, např. měřením, určit rozdíl teplot. Pro použití v praxi se tedy řetězec tepelných
odporů Rt rozděluje do několika částí, které se definují samostatně jako vlastnost tranzistoru a
jeho chladicího zařízení.
Provoz bez chladiče - vnitřní a vnější tepelný odpor
Uvažujeme, že polovodičová součástka (např. tranzistor) je provozována bez chladiče. Na
obr. 7.37a je znázorněn model takovéto soustavy a na obr. 7.37b je pak nakreslen příslušný
náhradní obvod. V obr. 7.37 značí: Jj teplotu přechodu polovodiče, JC teplotu pouzdra
součástky, Ja
teplotu okolního prostředí (teplota je udávána buď ve oC nebo v K), dále it = P
značí tepelný proud, daný rozptylovaným ztrátovým výkonem [W]. Zavádí se tzv. teplotní
napětí, které je udáváno ve oC, popř. v K, přičemž uto = Ja značí teplotní napětí (= teplota)
okolního prostředí, uti = Jj - Jc tepelný spád na vnitřní tepelném odporu součástky.
Mezi teplotou čipu Jj a teplotou pouzdra JC vzniká určitý teplotní spád Jj - Jc. Přístup tepla
mezi systémem a pouzdrem závisí pro určitý typ součástky na její konstrukci. Je
charakterizován tzv. vnitřním tepelným odporem
ϑ
j
−ϑc
Rti
= [K/W, oC, W]
P
který je uváděn jako katalogový údaj.
C
Teplota pouzdra a tím i samozřejmě čipu je závislá na teplotě okolního prostředí. Tepelný
tok P vytvoří teplotní spád mezi teplotou pouzdra TC a teplotou prostředí Ta. V ustáleném
režimu lze proto stanovit druhý, vnější tepelný odpor součástky
ϑc
−ϑa
Rta
= [K/W, oC, W]
P
C
závislý na tepelných vlastnostech pouzdra (plocha povrchu, materiál) a charakteru
prostředí.
Celkový ztrátový výkon součástky, užívané bez chladiče, je roven součtu jeho vnitřního
Rti a vnějšího Rta tepelného odporu

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 179
R
t
= R
ti
+ R
ta
ϑ
j
− ϑa
=
P
který charakterizuje přenos tepla z čipu do okolního prostředí celkově. Tepelný odpor Rt
udává, o kolik se zvýší teplota čipu nad teplotou okolí při výkonové ztrátě 1 W.
C
Provoz s chladičem
Ze způsobu šíření tepla uvnitř (převážně vedením) a vně (sáláním, konvekcí) součástky
vyplývá, že vnitřní tepelný odpor Rti je vždy výrazně menší než Rta, tj.
Rti

180 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
dosahuje hodnot asi 0,2 až 1 oC/W. V mnoha případech, kde je tepelný odpor chladiče
podstatně větší, můžeme tento tepelný odpor Rts zanedbat. Tam, kde pracujeme s velkými
výkony a s chladiči o malém tepelném odporu (tj. odpory Rts a Rtr jsou zhruba srovnatelné),
se však tepelný odpor Rts uplatňuje výrazně, a proto je nutno mu věnovat z hlediska jeho
(mechanického) provedení zvýšenou pozornost.Za typické lze považovat údaje o stykových
tepelných odporech dle tab. 7.3.
Tab.7.3 Typické stykové odpory Rts
Stykové plochy
[oC/W]
Přímý kontakt pouzdro-chladič Al, hladké plochy 0,4
Dtto, stykové plochy potřeny silikonovou vazelínou 0,2
Tepelný kontakt s elektrickou izolací (slídová podložka, hladké stykové 0,8
plochy)
Dtto, stykové plochy potřeny silikonovou vazelínou 0,6
Naopak, považujeme-li malý chladič (tj. s velkým tepelným odporem), může se při odvodu
tepla zčásti uplatňovat i vnější tepelný odpor (viz též obr. 7.38, kde je vyznačen čárkovaně).
Dříve uvedených vztahů je možné použít k výpočtu tepelných odporů, které udávají
chladicí podmínky tranzistoru zatíženého určitým výkonem P. V praxi nejčastěji počítáme
velikost tepelného odporu chladiče, jaký je potřebný pro dané podmínky provozu. K tomuto
odporu Rtr potom určíme velikost zvoleného typu chladiče. Postup je následující:
1. Uvažujeme polovodičovou součástku upevněnou na chladiči. Platí tedy
Rt = Rti + Rts + Rtr
2. Současně platí, že celkový tepelný odpor, který odpovídá požadovanému výkonu PC, lze
určit pomocí maximální přípustné teploty čipu Tjmax a nejvyšší uvažované teploty
okolního prostředí Tamax, při které bude součástka (zařízení) pracovat. Platí
R
t
ϑ
=
j max
−ϑ
P
C
a max
3. Zbývá tedy určit tepelný odpor chladiče
ϑ −ϑ
R
tr
= Rt
−
ti ts
ti
+
P
j max a max
( R + R ) =
− ( R R )
a pro tuto hodnotu navrhnout chladič.
4. Dbáme, aby byla zachována dostatečně rezerva z hlediska spolehlivosti.
C
ts
Rts
Mějme např. tranzistor, jehož vnitřní tepelný odpor Rti = 1 oC/W. Chceme jej zatěžovat
výkonem 30 W při teplotě okolí Ja = 50 oC tak, aby teplota přechodu Jj
nepřesáhla 130 oC. K
tomu potřebujeme, aby celkový tepelný odpor Rt byl nejvýše
130 − 50
R t
= = 2,6
30
o
C / W

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 181
V této hodno tě jsou zahrnuty všechny složky podle obr. 7.38.
Tepelný odpor Rti je udán, tepelný odpor Rts odhadneme na 0,3 oC/W. Musíme tedy
použít chladič, jehož tepelný odpor bude nejvýše
o
R = R − R − R = 2 ,6 −1
− 0,3 = 1,3 C W .
tr t ti ts
/
Povšimněte si, že na výsledné vnitřní teplotě se podílí i teplota okolí Ja podle vztahu
Naopak, ze vztahu
ϑ = ϑ + R P
P
j
C max
a
t
C
ϑ
j max
−ϑ
=
R
vypočítáme maximální přípustnou výkonovou ztrátu PCmax, nemá-li teplota čipu Jj
přestoupit svoji maximální hodnotu Tjmax
ani při největší očekávané teplotě okolí J amax.
Z předchozích vztahů je vidět, že maximální zatížení součástky můžeme zvýšit, snížíme-li
teplotu okolního
prostředí. Toto
zvyšování je
omezeno absolutní
mezní hodnotu
udávanou pro
každý typ
součástky, která je
stanovena z
hlediska životnosti
a spolehlivosti
součástky.
Kontrola
ověření tepelného režimu součástky můžeme provést určením teploty čipu Jj, která odpovídá
známému výkonu P rozptylovanému v součástce. Protože pro celkový tepelný odpor mezi
čipem a okolním prostředím platí R t
= ( ϑ j
−ϑ
a
) P C
, bude mít čip teplotu ϑ
j
= ϑa
+ Rt
PC
. Máli
být dodržen tepelný režim součástky, musí platit Jj < Jjmax, P < Pmax, přičemž Jjmax a
Pmax jsou mezní parametry uvedené pro daný typ součástky v katalogu.
Při výpočtech je však třeba mít na zřeteli, že naznačený postup výpočtu je oprávněn pouze
pro takové režimy chlazeného prvku, které lze uvažovat jako stejnosměrné. Je-li uvažovaný
prvek zatěžován střídavým proudem nebo impulsy, je třeba pro správný návrh chlazení
vycházet z tzv. přetěžovacích charakteristik, resp. z přechodového tepelného odpru. Bližší
údaje nalezne zájemce v literatuře. Dále uvedené vztahy pro chladiče jsou ovšem použitelné
obecně.
Z hlediska návrhu rozměrů chladiče vyplývá z dosavadních úvah rozhodující význam
požadovaného tepelného odporu Rtr. Pro jeho stanovení platí obecná úměra R ≈
1 ,
tr
F ⋅h⋅η
kde
F je plocha chladiče
h je součinitel přestupu tepla
h je účinnost chladiče
t
a max

182 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V tomto vztahu jsou skryty všechny zásadní problémy, spojené s návrhem chladiče. Jeho
vnější tepelný odpor je především nepřímo úměrný chladicí ploše. Druhým rozhodujícím
parametrem je komplexní činitel přestupu tepla mezi chladičem a okolím, ke kterému
většinou dochází sáláním a konvekcí. Činitel h proto závisí na mnoha okolnostech. K
nejdůležitějším patří konstrukční provedení chladiče (rovná nebo profilovaná deska, materiál,
barva povrchu), charakter (přirozený nebo nucený oběh vzduchu, volný nebo uzavřený
prostor, komínový efekt) a teplota prostředí, orientace desky nebo žeber (vodorovná, svislá) v
prostoru atd. Stanovení činitele h je největším problémem při návrhu chladiče. Účinnost
chladiče y vyjadřuje nerovnoměrné rozložení teploty chladiče směrem od zdroje (výkonové
součástky). Závisí na materiálu chladiče (Cu, Al, Fe...) a na poměru plochy a tloušťky
chladiče.
Tepelný odpor není konstantní veličinou ani při dané
určité konstrukci, závisí na proudění vzduchu kolem chladiče
a na vyzařovaném výkonu z něho. Z příkladu na obr. 7.39
který je uvažován pro vějířovitý chladič středního výkonu, je
patrno, že tepelný odpor Ptrůže kolísat až o 75 % v závislosti
na vyzářeném výkonu a až o 250 % v závislosti na proudu
vzduchu. Proto není postačující uvádět pouze tepelné odpory
chladiče - konstruktérovi je nutno poskytnout soustavu křivek
růstu teploty přechodu a pouzdra nad okolní teplotu s
ohledem na rozptyl energie pro různá prostředí.
Pro polovodičové prvky bylo navrženo velké množství
různých druhů chladičů. Řadu z nich je možno zakoupit, buď
již jako hotový chladič, nebo jako tažený profil (hutní
materiál), ze kterého se odřízne kus patřičné délky. Tyto
chladiče mohou být rozděleny zhruba do pěti skupin podle funkce a množství energie, kterou
jsou schopny rozptylovat:
a) násuvné (sponkové nebo přítlačné), pro součástky s drátovými vývody (0,5 až 2 W)
b) upevňovací (k připevnění na plošný spoj nebo šasi) pro součástky s drátovými vývody
(0,5 až 3 W)
c) deskové (do cca 30 W)
d) vějířové
e) žebrované (tři až několik set wattů)
Údaje o rozptýlených výkonech jsou přibližné při přirozeném chlazení vzduchem.
Pro větší výkony (250 W a výše) je třeba použít kapalinové chladiče (včetně jejich
speciálního případu - tepelných trubic). Jak již bylo uvedeno, chlazení polovodičových
součástek je ovlivňováno celou řadou vlivů, které lze velmi obtížně brát v úvahu (lokální
proudění, způsobem umístění, jinými teplými předměty v blízkosti atd.). V praxi se při
návrzích chladicích zařízení většina těchto jevů zanedbává. Pouze některé nejvýznamnější
vlivy bývají brány v úvahu ve formě korekčních činitelů. Podle druhu provedených
zjednodušení se mohou poněkud lišit i výsledné vztahy pro výpočet chlazení. V literatuře se
skutečně setkáváme s různými víceméně přesnými vzorci, které někdy dávají i značně
rozdílné výsledky.
Násuvné chladiče (sponkové či přítlačné) jsou používány u součástek s relativně malými
výkony ( 0,5 až 2 W), které jsou napevno připájeny do desky s plošnými spoji.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 183
Tvarově jde o
různé
kroužky,
praporky,
hvězdičky nebo
"větrníky"
stočené z plechu
(obr. 7.40).
Už ívají se pro chlazení tranzistorů v pouzdrech TO-5, TO-8, TO-18 apod., někdy i pro
součástky v plastových pouzdrech. Vzhledem k tomu, že chladič je umístěn na pouzdře v
oblasti "čepičky" a čip je v oblasti základny (vývodů), vyznačují se velkým vnitřním
tepelným odporem a nejsou vhodné pro ztrátové výkony nad 2 W. Jejich výhodou je levnost a
snadná montáž a to, že nezabírají žádnou plochu na desce plošných spojů. Navíc je možná i
stabilizace teploty dvou součástek sponkami, konstruovanými tak, aby obě součástky byly
vedle sebe. Někdy se setkáváme s násuvnými chladiči z tažených hliníkových profilů (obr.
5.37)
Nejvhodnějším materiálem pro sponkové a přítlačné
chladiče je beryliová měď nebo fosforbronz. Mosaz nebo
hliník slouží jako náhražky.
Upevňovací chladiče jsou podobné násuvným, jsou
však hmotnější a proto musí být upevněny k desce
plošných spojů nebo k šasi (přišroubováním,
přinýtováním). Název upevňovací pochází od toho, že
chladič také součástku upevňuje (součástka již nemůže být držena jen svými vývody). Dvě
běžná provedení ukazuje obr. 7.41.
Jako upevňovací chladič
je možné použít točených profilů podle obr. 7.42. Současně je
uvedena křivka zvýšení
teploty chladiče nad
okolní prostředí
∆ ϑ = ϑ j
− ϑ a
v
závislosti na ztrátovém
výkonu součástky, a to
pro různé délky (výšky)
chladiče. Tyto křivky
využijeme při návrhu. Je
uvažován chladič pro
součástky v pouzdru
TO-18 a TO-5. Střední
otvor je nutno vyvrtat.
Upevňovací chladič
může také sloužit k
přenosu tepla na masívní část konstrukce přístroje (šasi). Zde potom působí jako nositel
stykového tepelného odporu Rts
- bude to limitující faktor chlazení. Příklady řešení jsou na
obr. 7.43.
Aby se dosáhlo dobrého styku chladiče se součástkou, je nejvhodnějším materiálem
beryliová měď (nebo v menší míře fosforbronz). Požadujeme-li ekonomické řešení, lze použít

184 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
i mosaz nebo hliník, avšak musíme počítat se zhoršenými vlastnostmi (hliníkové bývají
chladicí kostky - obr. 7.41b a 7.43a - a též profilové chladiče - obr. 7.42). Většina
upevňovacích chladičů je určena pro odvod tepla ze součástek s malým výkonem (0,5 až 3
W), dá se však použít i pro součástky s větším výkonem, pokud je zaručen v dostatečné míře
odvod tepla do masivní konstrukce zařízení.
Pro větší výkony je
rozumnější použít
chladičů žebrovaných
nebo vějířových (viz
pozděj).
Jinou aplikací
"upevňovacího"
chladiče je jeho spojení
s izolační podložkou
vyrobenou z berylia
(kysličníku), která je na
tento chladič připájena
nebo přišroubována.
Toto spojení má velmi
malý tepelný odpor a malou kapacitu vůči okolí, což je velmi důležité ve vysokofrekvenčních
obvodech, jako jsou např. přenosné radiostanice pro velmi krátké vlny.
S pouzdrem TO-5 lze dosáhnout mezi tranzistorem a šasi kapacity 4 pF na kmitočtu 100
MHz, s tranzistory v pouzdru TO-18 může být tato kapacita menší než 1,5 pF. Zvyšování
kmitočtu přes 2 GHz vyvolalo požadavek ještě menší kapacity mezi pouzdrem a okolím.
Jedním z řešení je použít dvě podložky z kysličníku berylia, zapojené do série na
"upevňovacím" chladiči. Kapacita se tímto způsobem zmenší asi na 2,5 pF pro součástky v
pouzdrech TO-5.
Deskové chladiče
Velká pozornost v literatuře je věnována návrhu deskových chladičů - uvažuje se přibližně
čtvercová, rovná chladicí deska s rovným povrchem, umístěná buď svisle nebo vodorovně, s
oboustranným přístupem vzduchu (přirozený oběh). Předpokládá se chlazená součástka ve
středu desky.
Pro řešení tepelných poměrů chladiče ve tvaru desky se v praxi dobře osvědčuje v
literatuře uváděný přibližný vzorec:
3,3
C + 650
0,25
R tr
= ⋅ ⋅ C [K/W, W/K cm, mm, cm2]
λ ⋅ d F
(7.20)
kde je R tr - tepelný odpor chladicí desky
l- tepelná vodivost
materiálu desky
d - tloušťka de sky v mm
C - korekčn í konstanta, závislá na poloze a povrchu
F - plocha d esky v cm2
Vzorec platí za předpokladu, že tranzistor je jediným zdrojem tepla, který působí na
chladicí desku. Dále se předpokládá, že je deska přibližně čtvercového tvaru a že je tranzistor
montová n přibližně v jejím středu. Tepelný odpor se pak rozumí od středu desky do okolního

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 185
prostředí, kterým je klidný vzduch. Tepelné vodivosti nejpoužívanějších materiálů chlad.
desek jsou v tab. 7.4. Minimální potřebnou tloušťku desky udává vztah
6
d ≅ [mm, K/W]
Tab.7.4. Hodnoty tepelné vodivosti
min
R tr
materiál l [W\K cm]
měď 3,8
hliník 2,1
mosaz 1,1
ocel 0,46
Tab. 7.5. Hodnoty C pro hliníkovou desku
povrch poloha C
lesklý vodorovná 1,00
lesklý svislá 0,85
černěn vodorovná 0,50
černěn svislá 0,43
Korekční faktor C vyjadřuje vliv polohy a způsobu opracování chladicí desky. Korekční
faktory C pro nejčastější případy jsou v tab. 7.5. Ze vztahu (7.20) je zřejmé, že se hodnoty l a
d uplatňují pouze u velkých desek, tj. jsou-li tepelné odpory desek malé. Pro malé desky tedy
není nutno hodnoty l a d uvažovat. K výpočtu je pak možno použít zjednodušeného tvaru:
⋅C
R tr
≅ 650 [K/W, cm2] (7.21)
F
Z toho vyplývá, že pro malé chladicí desky je možno použít vcelku libovolného kovu a že
ani tloušťka materiálu není důležitá. Zato je důležitá poloha a povrchové opracování desek.
Vzorec 7.21 je graficky znázorněn na obr. 7.44a může ho být použito k určení tepelného
odporu desek do velikosti 20 až 30 cm2. Pro větší desky platí grafy na obr. 7.45a .

186 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Z nich plyne, že u velkých desek (cca nad 4 dm2) již nemá zvětšování nad určitou mez
praktický význam. Ze vztahu 7.20 můžeme také určit výpočtový vzorec pro plochu
650 ⋅ C ⋅ λd
F =
⎡ϑ
j
− ϑa
⎤
0, 25
λd
⎢ − ( Rti
+ Rts
) ⎥ − 3,3 ⋅ C
⎣ P
⎦
Příklad: Na diodě KY12 vzniká ztrátový výkon 6 W. K dispozici máme čistou hliníkovou
desku silnou 2 mm, kterou do zařízení hodláme umístit svisle. Dioda může být k chladiči
připevněna neizolovaně a teplota okolí bude 45 oC. Z katalogových údajů platí pro diodu KY
712: Jjmax = 155 oC a Rti = 2 K/W. V tabulkách nalezneme l = 2,1 W/Kcm a C = 0,85.
Odhadneme Rts podle textu = 0,3 W/K. Výpočtem nebo z grafu zjistíme F = 38 cm2. Při
použití černěné měděné desky a zachování všech ostatních údajů dostaneme plochu F = 19
cm2.
V literatuře je někdy uváděn i jednodušší vztah
⎛ 7,6 ⎞
Rtr = Cm
⎜1
, 73 + ⋅ C ⎟
⎝ F ⎠
který vyhovuje pro desky s tloušťkou větší než 2 mm, kde materiálová konstanta Cm = 1
pro hliníkový plech a
Cm = 0,75 pro měděný plech.
Pro hliníkový plech se také uvádí vzorec [AR-B 4/82:125]
700 ⋅ ( 1 + 0,2 ⋅ d
min
)
F = C ⋅
R tr

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 187
Protože deskové chladiče zabírají mnoho místa, nebývá tvar chladicí desky obvykle
rovinný, bývá zahnut do tvaru písmene U nebo L. Příklady různých tvarů deskových chladičů
jsou uvedeny na obr. 7.46.

188 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Chladič musí být vždy v přístroji umístěn tak, aby umožňoval volné proudění chladicího
vzduchu. Poznámka: Při tvarování chladiače se musí zajistit dostatečná vzdálenost ohybů od
sebe tak, aby nedocházelo k vzájemnému ovlivňování (tzv. tepelné stínění). V opačném
případě je nutno počítat se snížením účinnosti chladiče.
V praxi se často řeší případ chlazení integrovaných stabilizátorů napětí typu 78xx. Odvod
tepla pomocí přídavného chladiče je nutný, jestliže průměrný ztrátový výkon překročí
ϑ
j max
−ϑa
max
hodnotu
Pmax
= , kde Jjmax je teplota počátku funkce tepelné ochrany
P
sta bilizátoru. Pro používané pouzdro TO-3 platí Rti = 4 K/W a R ta = 35 K/W.
Pro rychlou orientaci je na obr. 7.47 k dispozici graf, podle kterého lze určit výsledný
tepelný odpor nutný pro odvod tepla monolitického stabilizátoru. Tento graf dává informaci o
tepelném odporu R ta v závislosti na odebíraném proudu,
rozdílu vstupního a výstupního napětí a na okolí teplotě. V
grafu na obr. 7.47 je uveden příklad:
Je dán proud stabilizátorem 275 mA, rozdíl výstupního a
vstupního napětí 6 V při okolní teplotě 50 0C. Bod 275 mA
na stupnici "A" spojíme s bodem 6 V na stupnici "D".
Pr ůsečík se stupnicí "B" udává ztrátový výkon 1,7 W. Ten
spojíme s bodem 50° na stupnici "C" a spojnici prodloužíme
až protne stupnici "E" v bodě 45 K/W, který je
požadovaným tepelným odporem. Odečtením získané
hodnoty od tabulkové (uvedeno výše) tj. 45-4 dostaneme
výsledný tepelný odpor. Ze skutečnosti, že Rtc pouzdra (35 K/W) je menší než tepelný odpor
požadovaný, usoudíme, že je nutný přídavný odvod tepla o celkové hodnotě tepelného odporu
41 K/W.
Pro názornost je na obr. 7.48 uveden graf závislosti velikosti chladicí plochy a tepelných
odporů na druhu chladicího materiálu a jeho tloušťce. Odpovídající hodnoty najdeme na
svislici.
Vějířové chladiče (staggered finger) (obr. 7.49) zasluhují zvláštní pozornost, neboť poměr
výkon-hmotnost a výkon-rozměr, a to zejména u větších typů, nanejvýš efektivně konkuruje s
tímto poměrem u chladičů žebrových, o nichž se zmíníme později.
Vějíře jsou uspořádány tak, že nevyzařují teplo jeden k druhému, jak to vyplývá z obr.
7.50. Tím je umožněno volné proudění média. U žebrových chladičů je ovlivňováno jedno
žebro žebrem druhým a omezený prostor mezi žebry ztěžuje volný pohyb média.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 189
Ještě větší efektivnosti se u vějířových chladičů dosahuje při nuceném chlazení vzduchem,
protože vířivý proud vzduchu kolem vějířů překonává vzdušnou bariéru v blízkosti kovu (obr.
7.50b). To je hlavní důvod pro podstatné zlepšení rozptylovacích vlastností pomocí hnaného
vzduchu. U žebrovitých chladičů dochází k laminárnímu, nikoli však k vířivému proudění
vzduchu, vzduch teče paralelně se žebry, vzdušná povrchová bariéra zůstává nepřekonána.
Vějířovitý chladič o straně 78 mm, který má výšku 25 mm, upevněný na desce s plošnými
spoji, dovoluje při přirozeném proudění, při oteplení asi o 100 oC, rozptýlit výkon 35 W. Při
ochlazování proudem vzduchu s rychlostí 350 m/min a při stejných podmínkách se rozptýlí
výkon 80 W.
Upevníme-li tranzistor 2N3055 na desku s plošnými spoji o straně 150 mm, bude při
rozptýlení ztrátového výkonu 5 W oteplení pouzdra asi 100 oC. S vějířovitým chladičem o
straně 78 mm a
výšce 25 mm na
stejné desce s
plošnými spoji byla
teplota pouzdra 20
oC (tzn. snížení
teploty o 80 % při
přirozeném
proudění vzduchu).
Při nuceném proudění vzduchu
150 m/min bude oteplení nižší než 10 oC.

190 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Vějířovité chladiče mohou být montovány do sebe, aniž by zaujímaly další plochu; tím
však dosáhneme jen 30 % zvýšení rozptylované energie při oteplení o 100 oC a při
přirozeném oběhu vzduchu. Tyto chladiče se vyrábějí pro většinu dnes vyráběných součástek
i pro integrované obvody.
Žebrované chladiče
vyráběné z hliníku jsou
v současné době
nejčastějším druhem
chladičů. Profil
chladiče je obvykle
členitě žebrován pro
dosažení potřebného
povrchu. Používají se v
mnoha profilech a v
různých délkách.
Avšak bylo by mylné
se domnívat, že tepelný
odpor chladiče se
zmenšuje přímo
úměrně s délkou. Tak
např. u chladiče šířky
114 mm a výšky 64
mm se dosáhne pouze
50 % zvýšení rozptylu
tepla, zdvojnásobí-li se
jeho délka z 38 mm na
75 mm. Všechny
žebrované chladiče by
měly být upevněny z
hlediska maximální
efektivnosti tak, aby
osa žebra byla
vertikální. Na obr. 7.52
je jednostranný chladič
pro výkonové
polovodiče. Na obr. 7.53 jsou dvoustranné chladiče pro výkonové tranzistory.
Chladič na obr. 7.54 je určen pro součástky se šroubovým upevněním (diody, tyristory,
triaky, vf výkonové tranzistory). Otvory pro upevnění k plošnému spoji (příp. ke konstrukci)
je nutno vyvrtat ve středu dosedací plochy chladiče.
Při návrhu postupujeme tak, že pro daný ztrátový výkon a povolené oteplení ∆ ϑ = ϑ r
− ϑ a
určíme vhodnou délku chladiče. Vztahy mezi ztrátovým výkonem a oteplením pro typizované
délky jsou uvedeny na obrázcích (viz. tzv. křivky chlazení). Volíme vždy délku nejblíže vyšší.
Křivky platí pro svislou montáž chladicích žeber a pro matně černě eloxovaný povrch. Vliv
odporů Rti a Rts zahrneme pomocí vztahu
ϑ
max
+ ∆ϑ
+ P
( R ti
+ R ts
) ≤ ϑ
j max

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 191
a z toho
∆ϑ
≥ ϑ
j max
−ϑ
a max
( R R )
− P +
Celkové zkoušky ukázaly, že zvýšení teploty tranzistoru a chladiče bude sledovat zvýšení
teploty okolí s přesností až ±2 oC. Abychom dostali celkovou teplotu pouzdra, postačí přidat
uvažovanou teplotu okolí k teplotě pouzdra, zjištěné z grafů.
Některé integrované obvody, především integrované nízkofrekvenční výkonové zesilovače
(např. MDA 2010, MDA 2020) jsou určeny k provozování pouze ve spojení s chladičem.
Příklad provedení takového chladiče a způsob jeho upevnění je uveden na obr. 7.55. Výrobce
integrovaných obvodů dodává obvykle společně s obvodem i kovovou montážní podložku,
která se vkládá pod integrovaný obvod a zprostředkovává intenzivní odvod tepla ze spodní
strany součástky. Pro chlazení IO v pouzdrech DIL většinou stačí jednoduché chladiče podle
obr. 7.56. Pro chlazení keramických nosičů je k dispozici řada chladičů (např. dle obr. 7.57).
Komplikované tvary chladičů se používají pro vysokovýkonové součástky ( obr. 7.58)
nebo v případě úspory místa (obr. 7.59), kde chladičem je zadní panel přístroje (viz též obr.
).
Chladiče podobné žebrovým je také možno sestavovat z profilovaných (různě ohnutých)
plechů, které se spájejí nebo stáhnou šrouby (obr. 7.56). Při použití složitějších tvarů je třeba
počítat s tzv. tepelným stíněním, které zhoršuje odvod tepla. Tepelné stínění je tím větší, čím
blíže jsou jednotlivé desky (žebra) u sebe.
ti
ts

192 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 193
Technologické provedení chladičů
Většina výkonových součástek je určena pro montáž na přídavný chladič a jejich pouzdra
jsou uzpůsobena k tomuto účelu, tj. jsou opatřena otvory pro upevňovací šrouby nebo
svorníkovým šroubem. Montáž na chladič není vždy jednoduchou záležitostí a její nevhodné
provedení může být příčinou poruch. Konstruktér se snaží navrhnout chladič z hlediska
nejmenšího tepelného odporu, při dosazení nízké ceny, nízké hmotnosti a malých nároků na
prostor.
Je-li zvolen typ chladiče, může konstruktér zvolit
tepelný odpor těmito způsoby:
- volbou materiálu (obvykle se volí hliník)
- úpravou povrchu chladiče (u chlazení vzduchem)
- změnou rozměrů chladiče
- správným provedením stykových ploch
- volbou jiného chladicího prostředí (vzduchu,
vody, oleje)
- změnou množství přiváděného chladicího
prostředí (vzduchu, oleje, vody)
a) Výběr materiálu
Z hlediska maximální účinnosti chlazení je nejvhodnějším materiálem měď, která má
vysokou tepelnou
vodivost. Měď je ovšem
poměrně nákladná, a tak v
praxi přichází v úvahu
především hliník, někdy i
ocel. Zvláště v případech
použití hliníku je nutno
vzít v úvahu dvě důležité
okolnosti:
1) V případě, kdy na
namontovaný
tranzistor působí
vlhko nebo korozívní
výpary, dochází mezi
hliníkem a mědí
základny tranzistoru
(pokud je měděná)
ke vzniku
galvanických článků,
což má za následek
zvášenou
korozi,
porušení styku, a
tedy zhoršení
přenosu tepla. V
takových případech
je vhodné vkládat mezi tranzistor a chladič tenké niklové nebo stříbrné vložky, nebo

194 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
použít speciálních látek pro zamezení koroze. Aby se zamezilo nepříznivým vlivům
působeným korozí, bývají moderní tranzistory niklovány nebo jinak povrchově
upraveny.
2) Tranzistory bývají k chladiči připevňovány šrouby (má-li pouzdro upevňovací otvory)
nebo matici (je-li pouzdro opatřeno svorníkem). Změny teploty, kterým je namontovaný
tranzistor vystavován (oteplení ztrátovým výkonem za provozu, vychladnutí, je-li
zařízení vypnuto), mohou způsobit postupné uvolňování šroubových spojů. Tento jev
souvisí s nestejným teplotním koeficientem roztažnosti materiálu tranzistoru a chladiče
a lze jej značně omezit použitím pérových podložek pod upevňovacími šrouby.
b) Úprava povrchu chladiče
Úprava povrchu chladiče je důležitá z
hlediska přenosu tepla, estetického vzhledu,
příp. i povrchové ochrany a elektrické izolace
(spíše výjimečně).
Při chlazení přirozeným prouděním se
podstatně uplatňuje radiační složka celkového
přenosu tepla. Tato radiační složka (záření) je
velmi závislá na vlastnostech povrchu plochy,
která vyzařuje. Vyzařování je možno
kvantitativně posoudit pomocí tzv. povrchové
emisní schopnosti e. Čím větší je e (je max.
rovno jednotce), tím více daná plocha vyzařuje.
V tab. 1 jsou uvedeny hodnoty pro některé
druhy úpravy vyzařovacích ploch. Z tabulky
jsou zřejmé extrémní rozdíly v emisní
schopnosti leštěných povrchů a povrchů
zdrsněných nebo opatřených barevnými nátěry.
Nejvhodnější barva je černá, avšak i jiné barvy
vysoce zlepšují povrchovou em isní schopnost.
Proto je vhodné použít pro chladič matný hrubý
povrch, např. černěný. To umožní určité
zmenšení rozměru chladiče. Výše uvedená
úprava se ovšem netýká místa styku s dosedací
plochou součástky.
Tab. 1. Hodnoty součinitele povrchové emise epsilon
Povrch
součinitel e
leštěný hliník 0,05
leštěná měď 0,07
nikl (leštěný elektronicky) 0,17
hliník (opískovaný) 0,40
oxidovaná měď 0,70
válcovaná ocel 0,66
oxidovaná ocel 0,87
eloxovaný hliník 0,15 - 087
smalt (barevný) 0,85 - 0,91
Nátěr
součinitel e
černý lesklý 0,88
černý matný 0,97
bílý matný 0,90
šedý 0,84 - 0,91

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 195

196 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Poznamenejme ještě, že z optiky známe pojem "černé těleso", které se používá v případě
ideálního (nebo absorpčního) tělesa, které má jednotkovou emisní schopnost-souvislost
ter mínu s barvou v optickém slova smyslu je pouze vzdálená. Tak např. černý lak, nanesený
na ploše, má při 150 oC emisní schopnost např. 0,96 kdežto bílý lak pouze např. 0,92. Pro
chladič je vhodný matný hrubý povrch, avšak rozdíl v emisi mezi žiravinou leptanými a bíle
anodizovanými povrchy není tak velký, jak se všeobecně předpokládá.
c) Úprava povrchu a děr v místě montáže tranzistoru
Přenos tepla z tranzistoru na chladič závisí velmi na dobrém kontaktu obou ploch. Je třeba,
aby montážní plocha na chladiči byla co největší a rovná, bez rýh nebo výstupků, které se
mohou v praxi často vyskytovat zvláště kolem otvorů. Jsou-li otvory v chladiči vytlačovány,
je třeba plochu dodatečně hladit. U vrtaných otvorů je třeba odstranit třísky. Před konečnou
montáží je nutné plochy dobře očistit. I drobná zrnka prachu mezi plochami mohou způsobit
zhoršení přenosu tepla.
d) Zdokonalení styku
V praxi není vyhlazení stykových ploch nikdy dokonalé. Mezi namontovaným
tranzistorem a chladičem jsou proto vždy miniaturní vzduchové mezery. Vzduch je špatným
vodičem tepla a tyto mezery tedy zhoršují tepelné vlastnosti styku. Styk je však možno
zdokonalit tím způsobem, že se vzduchové mezery vyplní nějakým materiálem s dobrou
tepelnou vodivostí. K tomu se používá silikonová vazelína, která se v tenké vrstvě nanese na
stykové plochy před konečnou montáží. V použité vazelíně může být obsažen rovněž již
vhodný antikorozní prostředek.
e) UtaženíDobrý tepelný kontakt mezi tranzistorem a chladičem vyžaduje dostatečný tlak
mezi oběma plochami. Tento tlak se vyvozuje utažením upevňovacích šroubů, resp. matice.
Přenos tepla se s rostoucím tlakem zvětšuje až do určité hodnoty, nad kterou již další
zvyšování tlaku nemá smysl a může nadto způsobit mechanické poškození upevňovacích
součástí. U prvků, které jsou opatřeny upevňovacím svorníkem, bývá proto někdy výrobci
udávám potřebný kroutící moment [Nm nebo kp.cm] který je potřebný pro dobrý přenos tepla
z prvku na chladič. Není-li tato hodnota dodržena, má to za následek zhoršení přenosu tepla;
značné překročení dané hodnoty může způsobit porušení závitu šroubu.
f) Izolace tranzistoru a chladiče
Až dosud bylo hovořeno o takovém způsobu montáže, kdy je pouzdro tranzistoru vodivě
spojeno s chladičem. Některé aplikace však vyžadují, aby bylo pouzdro od chladiče
odizolováno (elektricky, nikoli však tepelně). K tomu se používá nejčastěji slídových
podložek, které se vkládají mezi styčné plochy. Aby se přenos tepla touto izolací příliš
nezhoršil, je třeba použít podložek co možná tenkých. Podložky je vhodné po obou stranách
potřít silikonovou vazelínou. Rovněž je třeba pamatovat na dobré odizolování upevňovacích
šroubů. K tomu se používá vhodných izolačních vložek. Příklad montáže je uveden na obr. 2.
K odizolování tranzistoru je možno použít také jiných materiálů, např. teflonové fólie,
beryliové keramiky nebo i tenkého pertinaxu. Přenos tepla je však zpravidla horší, než při
použití slídy. Na obr. 7.62 vidíme obvyklou konfiguraci výkonového zesilovače, kde dva
tranzistory ze čtyř musí být montovány izolovaně na společný chladič. Někdy je výhodnější
izolovat chladič od šasi, než chlazenou součástku od chladiče (typické pro vysokovýkonové
součástky).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 197
8.6 Konstrukce a technologie desek plošných spojů
Plošné spoje se od padesátých let běžně používají jako hlavní prostředek realizace spojů
elektronických zařízení. Jejich výroba a návrh se postupně dostaly na vysoký stupeň
dokonalosti. Miniaturizace součástek a pokročilá technologie plošných spojů vede k tzv.
technologii povrchové montáže.
Deska plošných spojů (DPS) má dvě hlavní funkce:
- mechanickou, nese jednotlivé součástky
- elektrickou, zprostředkuje potřebné elektrické vodivé spoje.
Pomocná funkce je informační, deska je obvykle opatřena nějakým popisem nebo
označením pro identifikaci jednotlivých součástek. Se dvěma hlavními funkcemi DPS souvisí
problematika jejich
- technologie výroby, včetně normalizace rozměrů
- konstrukce, která sestává z nalezení spojovacího obrazce (rozmístění a propojení
součástek), "návrhu" elektrických parametrů spojů, návrhu konektorů.
8.6.1 Typy plošných spojů
Plošné spoje se v elektronických zařízeních užívají přes 40 let. Z historie je známo, že v
únoru 1943 Dr. Paul Eisler ve Velké Británii patentoval plošné spoje s leptaným vodivým
vzorem na laminátové desce. Plošné spoje s prokovenými otvory se datují cca od r. 1961, kdy
byl v USA udělen patent firmě Hazeltyne. Plošné spoje se prosazovaly postupně a zpočátku
přinášely také mnoho problémů, hlavně opravářům (jeden si např. stěžoval, že jde o hnízdo
měděných hadů přejetých parním válcem, ve kterém se nejde vyznat). V současné době se
používá mnoho druhů plošných spojů ve velikosti cca 1x2 cm až 60x60 cm, obvyklá velikost
je 10x15 cm (Eurocard). Na průměrné desce bývá 100 až 200 součástek, na jedné z největších
desek bylo cca 2000 součástek. Na hustotu součástek také ukazuje počet děr pro vývody, na
desce s jednostranným plošným spojem bývá 3 - 10 děr na čtvereční palec, se dvoustranným
obrazcem bývá 10 - 20 děr a na vícevrstvé desce bývá 20 i více děr na čtvereční palec.
Plošné spoje obvykle dělíme podle počtu vrstev, typu použitého základního
materiálu a
podle technologie výroby.

198 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Podle počtu vrstev jsou to:
- jedno a dvouvrstvé PS bez pokovených otvorů,
- dvou a vícevrstvé PS s pokovenými otvory.
Podle použitého základního materiálu jsou to PS na bázi:
- tvrzeného papíru,
- tvrzené skleněné tkaniny,
- ostatních materiálů (teflon, materiály pro ohebné PS).
První dva typy se mohou vyskytovat v klasické nebo samozhášivé úpravě.
Podle technologie výroby jde o desky vyráběné
- subtraktivní technologií,
- aditivní technologií,
- semiaditivní technologií.
1. Výroba plošných spojů subtraktivní metodou
Základním materiálem pro subtraktivní metodu výroby plošných spojů je izolační materiál
plátovaný měděnou fólií. Izolačním materiálem je buď tvrzený papír většinou s fenolickou
pryskyřicí nebo sklotextil s epoxidovou pryskyřicí. Oba uvedené typy je možné vyrobit se
samozhášivou úpravou. Měděná fólie je jednostranně anodicky oxidovaná pro zvýšení adheze
k základnímu materiálu. Požadavky na kvalitu fólie jsou velmi přísné, především z hlediska
čistoty mědi (elektrolytická měď čistoty 99,5%) a její mechanické neporušenosti.
Základní izolační materiál se většinou charakterizuje podle normy NEMA (americké
sdružení výrobců - Americal National Electrical Manufactures Association). V ČSFR byly
dostupné materiály z tvrzeného papíru (Cuprexcart). Nyní jsou užívány skloepoxidové
materiály, konkrétně Cuprextit SEA, Cuprextit SEB a Cuprextit SEC (Kablo Gumon
Bratislava). Tloušťka bývá 0,5 , 0,8 , 1,0 , 1,5 , 2,0 a 2,5 mm, obvykle se dodávají a používají
po dtržené hodnoty. V anglosaských zemích jsou rozměry v palcové míře. Pro dvouvrstvou
desku je typická tloušťka 1,524 mm. Pro tento rozměr jsou také vyráběny přímé konektory.
Měděná vrstva je nanesena z jedné nebo z obou stran. Tloušťka je 35 um (tzv.
jednouncová, 1 unce je 28,35 g), někdy také 70 um (dvouuncová) a 105 um (tříuncová). Pro
desky s jemnými motivy se užívají také fólie tloušťky 17 um a 5 um (v ČR se nevyrábí).
Světlocitlivé rezisty. K vytvoření masky pro leptání vodivého motivu se obvykle užívá
fotolitografických metod. Dále se užívají sítotiskové metody (historicky byly první a od toho
pochází dřívější název "tištěné spoje") i některé další (hlavně v amatérské praxi).
Fotolitografie využívá reprodukci předlohy do vrstvy rezistu, vyvolává rezistové vrstvy a
leptání měděné fólie podle vyvolané masky. (Alternativně je zde možnost fólii neleptat,
naopak galvanicky nanést na místa, která nejsou zakryta rezistem, vrstvičku kovu (obvykle
Sn-Pb nebo Au), rezist odstranit a leptat místa, která nejsou pokryta tímto kovem - hovoříme
o technologii s kovovým rezistem). Používají se mokré rezisty (kapalné rezisty, světlocitlivé
roztoky) a nověji suché rezisty.
Světlocitlivé
roztoky jsou roztoky organických světlocitlivých látek a filmotvorných
polymerů v rozpouštědlech, pomocí kterých lze připravit na různých podložkách vrstvu

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 199
citlivou k UV světlu. Po expozici a vyvolání těchto vrstev se získá na podložce reprodukce
exponované předlohy. Vrstva, která zůstala na podložce, slouží jako ochrana proti leptadlu,
zatímco místa obnažená vyvoláním jsou odleptána.
Podle způsobu zpracování rozdělujeme světlocitlivé roztoky na negativně pracující a
pozitivně pracující.
V prvém případě exponovaná místa účinkem světla polymerují a zůstávají po vyvolání na
podložce, zatímco místa, kde světlo nedopadlo, se ve vývojce rozpustí. Naopak u roztoků
pozitivních dochází osvitem ke vzniku kyselých látek a ke zvýšení rozpustnosti ve vývojce,
takže osvětlené plochy se vyvoláním obnaží.
Negativně pracující světlocitlivé roztoky jsou vhodné při použití agresivních leptadel,
alkalických leptadel a při leptu ploch relativně menších než jsou plochy neleptané. Pozitivně
pracující roztoky jsou vhodné při použití mírnějších leptadel a při leptu ploch relativně větších
než jsou plochy neleptané. Nehodí se pro leptání pomocí alkalických roztoků (ty se užívají
jako vývojka).
Ve výrobě se přechází na pozitivní rezisty, především s ohledem na snadnost zpracování ve
slabě alkalických roztocích. Naopak negativní je nutné zpracovávat ve vývojkách na bázi
aromatických sloučenin, což vyžaduje určité opatření hygienického charakteru (např.
odsávání).
Desky s negativním rezistem se většinou polévají krátce před výrobou, kdežto desky s
pozitivním rezistem lze skladovat a často je kupujeme od výrobce s již nanesenou vrstvou
rezistu (tzv. polité).
Pro plošné spoje s jemným motivem se v posledních letech používají tzv. suché rezisty.
Suchý rezist je v podstatě laminát, který se skládá z modře, červeně nebo jinak zbarvené
vrstvy filmu, uložené na nosné 25 um folii polyesteru a chráněné shora polyetylénovou fólií.
Suchý rezist se dodává v různých tloušťkách od 18 do 70 um a ve svitcích a délce 50 až 100
m, širokých 10 až 60 cm. Skladovací doba neosvětleného rezistu je až 6 měsíců. Nanáší se
nalaminováním za tepla.
Vlastní film se skládá z monoméru s různými přísadami, citlivými na ultrafialové světlo,
které při osvitu způsobují jeho polymeraci. To znamená, že neosvětlená část obrazce, ta, která
je nezpolymerovaná, je rozpustná ve vývojce. Je to tedy negativní rezist. Pozitivní suché
rezisty jsou ve vývoji.
Leptadla a chemismus leptání. Při výrobě plošných spojů rozlišujeme několik technologií
z hlediska uplatnění leptacího prostředku. V současném stavu výroby se uplatňují dvě
základní metody tvorby spojového obrazce: metoda organického a kovového rezistu. Těmito
způsoby je možno vyrábět jednak nenáročné desky plošných spojů (tolerance u šíře plošných
vodičů) nebo desky s požadavky na vysokou hustotu propojení. Z těchto hledisek na finální
výrobek je nutno volit vhodný leptací prostředek a leptací zařízení.
Leptadla pro výrobu plošných spojů mají splňovat tyto požadavky:
- rychlé a dokonalé rozpouštění leptaného kovu,
- snadná odstranitelnost leptadla ze základního materiálu,
- minimální podleptání spojů,
- snadná regenerace leptadla,
- maximální leptací kapacita,
- snadné zneškodnění oplachů a koncentrátů,
- nesmí napadat rezist.

200 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 201

202 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 203
Z hlediska pracovní oblasti lze rozdělit leptadla na dvě skupiny:
- Kyselá leptadla: FeCl3, FeCl3 + 2-3 obj.% HCl, FeCl3 + 10-30 vah.% NH4Cl, CuCl2,
CuCl2 + HCl, CuCl2 + KCl, CuCl2 + NaCl, (NH4)2S2O8, (NH4)2S2O8 + HgCl2,
(NH4)2S2O8 + FeSO4, (NH4)2S2O8 + NH4OH + NH4Cl, H2O2 + HCl, H2O2 + H2SO4,
CrO3 + H2SO4 + Na2SO4
- Alkalická leptadla: NaClO2 + NH4Cl + NH4OH, NaClO 2 + NH4NO 3+ NH4OH,
NaClO2 + NH4Cl + NH4HCO3 a jiné kombinace.
a) leptací prostředky převážně používané pro leptání za použití organických rezistů
1. Chlorid železitý
Ze skupiny kyselých leptacích prostředků pro běžné i náročné aplikace má široké použití
chlorid železitý FeCl3. Běžně dodávaný leptací roztok obsahuje 400-500 g chloridu železitého
v 1 litru.
Přednosti leptadla: vysoká kapacita rozpouštění mědi (60-120 g/l), snadná dostupnost,
nízká cena, vysoká leptací rychlost, poměrně dobrý faktor podleptání, nenáročná likvidace
odpadních vod.
Nevýhody leptadla: obtížná regenerace, při vyšší koncentraci mědi se tvoří kal, nastává
hydrolýza železitých solí.
Chemismus leptání
FeCl3 + Cu = FeCl2 + CuCl (7.22)
FeCl3 + CuCl = FeCl2 + CuCl2 (7.23)
CuCl2 + Cu = CuCl
(7.24)
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 + 3HCl
(7.25)
Při leptání je 80% mědi leptáno podle rovnice (7.24). Pro potlačení hydrolýzy je nutno
přidat volnou kyselinu HCl do objemu 10%. Při nasazení leptadla do tryskových leptacích
zařízení se pracovní teplota pohybuje v rozmezí 40-50oC a leptací čas v tomto případě by
neměl při vrstvě 35 mm mědi překročit 5 minut.
Pro relativně vysokou rychlost leptání, dobrou výtěžnost a nízkou cenu je chlorid železitý
běžně používaný leptací prostředek pro plošné spoje.
2. Chlorid měďnatý
Dalším
leptadlem kyselého typu je chlorid měďnatý CuCl2. Leptací roztok se používá v
koncentracích 150-400 g CuCl2/l s přídavkem chloridů.

204 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Přednosti leptadla: snadn á regenerace, dobrá leptací rychlost, snadná dostupnost.
Nevýhoda leptadla: malá leptací kapacita rozpouštění mědi (30-50 g Cu/l).
Chemismus leptání: Cu + CuCl2 = 2CuCl
Chloridové ionty přidávané do leptacího roztoku ve formě HCl, NaCl nebo NH4Cl
umožňují tvorbu komplexu CuCl3 -2 a tím stabilizují leptací poměry:
CuCl2 + 4Cl- = 2CuCl3 -2
Při nasazení do tryskových leptacích zařízení se pracuje při teplotě 25 až 35oC. V důsledku
intenzívního pohybu leptadla nastává částečná oxidace Cu+1 na Cu+2 podle reakce
4CuCl + 4HCl + O2 = 4CuCl2 + 2H2O
Vlastní regenerace probíhá ve speciálním zařízení, kde na základě měření redox potenciálu
se přidávají do leptadla regenerační činidla. K regeneraci se používá peroxid vodíku a
kyselina chlorovodíková:
2CuCl + 2HCl + H2O2 = 2CuCl2 + 2H2O
Z chemismu reakce je zřejmé, že leptací roztok nabývá na objemu. Tato skutečnost není na
závadu, když si uvědomíme, že leptadlo můžeme zpracovat elektrolyticky nebo po úpravě
použít jako čistou základní chemikálii.
b) Leptací prostředky převážně používané pro leptání za použití kovových rezistů
Tato technologie se používá při výrobě vícevrstvých plošných spojů s pokovenými otvory.
Je možno dosáhnout přesných tolerancí šířek vodičů obrazce a tím vysoké hustoty propojení.
Zesílený obrazec plošných spojů vrstvou elektrolytické mědi je pokryt buď redukčně, nebo
elektrolyticky vrstvičkou kovového rezistu. Tento rezist je odolný příslušnému leptacímu
prostředku. Používané kovové rezisty při výrobě plošných spojů jsou zlato, cín, cín-olovo,
cín-nikl.
1. Leptadlo na bázi chromu (Cr)
Pro běžně používaný cínový rezist je možno pracovat s leptadlem na bázi chromu. Složení
leptacího prostředku:
CrO3+ H2SO4 + Na2SO4

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 205
Nevýhody leptadla: malá leptací kapacity, jedovaté pro životní prostředí, vyšší cena.
Chemismus leptání:
3Cu + 2CrO3 + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3CuSO4 + 6H2O
Při provozní teplotě leptání 30•C je výtěžnost leptadla kolem 50 g Cu/l. Průběh leptání a
vyčerpanost leptadla můžeme sledovat měřením hustoty nebo kolorimetrickou metodou.
c) Univerzální leptací prostředky
V poslední době se ve světě přechází na alkalické leptací prostředky. Důvody jejich použití
jsou ve vysoké výtěžnosti rozpuštěné mědi, snadné regeneraci a minimálním podleptání
obrazce. Tato leptadla jsou použita jak pro leptání za pomoci organického, tak kovového
rezistu. Používány jsou různé kombinace přísad s výtěžností od 60 - 300 g Cu/l. Leptání
probíhá za tvorby diamokomplexu jednomocné mědi s následnou oxidací na
tetramonokomplex vzdušným kyslíkem.
Chemismus reakce za použití chloritanu sodného, uhličitanu amonného a amoniaku
2Cu + NaClO2 + 4NH4Cl + 4NH4OH = 2Cu(NH3)4Cl2 + NaCl + 6H2O
Cu + Cu(NH3)4Cl2 = Cu(NH3)2Cl
Regenerace
2Cu(NH3)2Cl + 2O2 + 2NH4Cl + 2NH4OH = 2Cu(NH3)4Cl2 + 3H2O
Koncentrace H+ iontů se udržuje v rozmezí 9-12 pH. Pokles hodnoty pH na 7,5 může být
příčinou explosivního rozkladu leptadla. S alkalickým leptadlem je výhodné pracovat v
uzavřeném systému regenerace.
Subtraktivní způsob výroby plošných spojů s pokovenými otvory
Podle literatury se subtraktivním způsobem vyrábí nejméně 90% světové produkce
plošných spojů a i v příštích letech bude převládat. Popíšeme tedy stručně princip
subtraktivního způsobu výroby plošných spojů. Budeme se zabývat klasickou technologií s
deskami s měděnou fólií tloušťky 35 um. Výroba s použitím tenkých fólií je mírně odlišná.
Poznamenejme ještě, že některé technologické kroky jsou stejné pro aditivní nebo
semiaditivní technologii, event. drátové plošné spoje.
Vychází se z mědí plátovaného skloepoxidového materiálu, kvality G1O (podle NEMA),
resp. SEB. Materiál musí splňovat uvedenou normu a především je třeba dbát na neporušenost
fólie, musí být zachovány všechny nejdůležitější
mechanické vlastnosti.

206 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
1. Nastříhání přířezů. Materiál se nastříhá, resp. nařeže, na tzv. technologický rozměr. Tento
je přibližně o 15-20 mm (na každou stranu výsledné desky) větší a slouží k uchycení desky
do závěsů při pokovování, dále k vrtání technologických děr atd.
2. Vrtání otvorů. Na vrtačce, vesměs souřadnicově řízené, se pomocí tvrdokovových vrtáků s
vysokými obrátkami (od 20.000 do 80.000 ot/min - podle průměru vrtáků) vyvrtají
všechny otvory pro pokovení.
3. Po vrtání je třeba desku dokonale očistit a obrousit. Operace se provádí na speciálních
brousicích zařízeních pomocí speciálních kartáčů (např. fy 3M), vyrobených z
polyesterových vláken, na kterých je zafixováno brusné médium (např. SiC). Kartáče
vykonávají jak radiální, tak axiální pohyb a proces je prováděn pod vodní sprchou. Tím
dojde k odstranění nečistot z povrchu fólie, které ulpí v otvorech. Součástí zařízení může
být i odmašťovací sekce.
4. Pokovení otvorů. Do vyvrtaných otvorů se musí bezproudově zanést vrstva kovu, která
vodivě propojí obě strany desky. Vrstva mědi se nanáší ve speciálních lázních a celý
chemismus spočívá ve vyredukování mědi na zárodečných centrech (využívá se paladia).
Vzhledem k zaměření a rozsahu skript nebude proces dále rozebírán. Nanesená vrstva (0,5
- 1 um) je mechanicky velmi neodolná a pro zlepšení manipulace se ihned částečně zesiluje
galvanicky, jak ihned uvidíme. Užívají se kyselé roztoky.
5. Vytvoření obrazce. Tuto operaci je možno realizovat dvěma metodami:
A ) Metoda pokovování panelu ("Pannel plating")
a) Jako rezistu proti leptání je použito organického rezistu. Musí se použít speciální rezist,
který dokáže ochránit i pokovenou stěnu obrazce. Výsledné spoje jsou měděné. Sled operací:
1 - Pokovení celého panelu na tloušťku min. 15 um Cu v otvorech.
2 - Vytvoření obrazce.
3 - Leptání.
b) Jako rezistu proti leptání je použito bezproudově vyloučené zlato. Výsledné spoje jsou
chráněné zlatem. Sled operací:
1 - Pokovení celého panelu na tloušťku min. 15 um Cu v otvorech.
2 - Vytvoření obrazce.
3 - Pokovení obrazce bezproudovým zlatem o minimální tloušťce 1,5 až 2 um.
4 - Leptání (např. chlorid železitý).
B) Metoda pokovování obrazce ("Pattern plating")
Jako rezistu proti leptání je použito cínu nebo jeho slitin (Sn-Pb, Sn-Ni). Výsledné spoje
jsou chráněny cínem nebo jiným použitým rezistem. Tato technologie je nejvíce užívána. Sled
operací:
1 - Pokovení celého panelu mědí v tloušťce 5 um v otvorech.
2 - Vytvoření obrazce.
3 - Zesílení tloušťky Cu pouze v obrazci (včetně otvorů) na minimálně 15 um v otvorech.
4 - Pokovení obrazce cínem (apod.) na minimální tloušťku 12 um v otvorech.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 207
4 - Leptání (v případě cínového rezistu může být použito kyseliny chromsírové).
Nanášení fotocitlivé vrstvy. Na desku se nanese fotocitlivá vrstva, a to:
- z roztoku (kapalná fáze)
- nanesením světlocitlivé fólie za tepla - použitím suchého rezistu.
Kapalné světlocitlivé materiály lze nanášet:
a) pomalým vytahováním desky z roztoku - natahováním

208 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
b) nanášením na odstředivce
c) navalováním na válcích.
Každý z uvedených způsobů má svoje specifické stránky a to vyžaduje i určité vlastnosti
světlocitlivých roztoků (definovaná viskozita, atd.). První dva způsoby se využívají pro
malosériové a laboratorní výroby a určitou nevýhodou je i určitá klínovitost u natahovaných
vrstev. Pro průmyslové využití je nejvhodnější nanášení na válcích. Pro dosažení silnější
vrstvy je možné proces nanášení opakovat. Získá se tím potřebná síla organického rezistu pro
další
Expozice fotocitlivé vrstvy (přenesení tvaru spojového obrazce). Nanesená a vysušená
světlocitlivá vrstva (sušicí tunel bývá součástí nanášecího zařízení) se dále zpracovává přes

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 209
filmovou předlohu motivu, pozitivní nebo negativní podle použitého světlocitlivého
materiálu. Filmová předloha výrazně ovlivňuje kvalitu výsledné desky PS. Musí být dokonale
kontrastní a musí být zabezpečen přímý kontakt emulze filmové předlohy s vrstvou
světlocitlivého materiálu. Exponuje se světlem z oblasti UV. Zabezpečuje se tím větší
rozlišovací schopnost a také dobrá manipulovatelnost s polotovarem desky při
technologickém procesu.
Určitými formami chlazení se také zabraňuje nadměrnému
tepelnému namáhání světlocitlivé vrstvy a filmové předlohy při osvitu.

210 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Exponovaná světlocitlivá vrstva je zpracovávána ve vývojkách podle charakteru výroby:
manuálně nebo v ostřikových, většinou průběžných zařízeních. Podle typu použitého
světlocitlivého materiálu je třeba používat speciálních vývojek, které v některých případech
jsou i ve výparech zdraví škodlivé (týká se především vývojek pro negativní materiály).
Retuš a mezioperační kontrola je v této fázi nezbytným technologickým krokem a na jejím
provedení záleží výsledná kvalita a případná zmetkovitost celé produkce. Pomocí speciálních
retušovacích nástrojů a štětečků se opravují poškození naneseného rezistu a nevyvolané
zbytky emulze atd. Pokud se podaří v této fázi výroby zachytit potenciálně vadné desky, které
jsou většinou opravitelné, markantně se tím snižuje zmetkovitost. Výrobci této fázi výroby
věnují velkou pozornost, což se projevuje i v počtu pracovníků.
Po skončení galvanických procesů se musí odstranit organický rezist.
Technologie je
závislá na typu rezistu a podle toho jsou vybírány i tzv. stripovací roztoky. Princip je obdobný
jako u vyvíjení, navíc je účinek chemického prostředku u některých zařízení zvyšován kartáči.
Dokonalé odstranění všech zbytků rezistu zabezpečí bezpečné odkrytí měděné vrstvy bez
kovového rezistu.
Obnažená měděná fólie se odstraňuje leptáním (ponorem nebo v ostřikovacích zařízeních).
Pro leptací proces platí difuzní Fickovy zákony a chemická reakce probíhá na rozhraní
kapalina-kov všemi směry stejně. Při nevhodném leptacím procesu dochází k podleptání a
odpadávání především tenkých vodičů. K tomuto dochází především při leptání ponorem.
Pokud bude jako rezist proti leptání použit organický rezist [(viz případ Aa) a běžné
technologie jedno a dvoustranných desek bez pokovených otvorů], pak samozřejmě bude
rezist odstraňován až po ukončeném leptání.
7. Konečné mechanické operace. Obvykle odstřižení desky na konečný rozměr, úprava
přímých konektorů, potisk, nanesení ochranného laku.
Celý takto popsaný technologický proces je nutné doplnit důkladnými mezioperačními
kontrolami, aby se nezvyšovaly výrobní náklady pokračováním na kusech s vadami (ať už
odstranitelnými, tak neodstranitelnými). Důsledně se musí provádět retuše a případné opravy
zamezí zvyšování normální technologické zmetkovitosti. Nezbytností pro složitější desky je
dokonalá vstupní kontrola na:
- kvalitu pokovení otvorů a jejich elektrické parametry,
- vodivost, popř. přerušení vodičů,
- tolerance vnějších rozměrů atd.
Podle technické úrovně vybavení kontrolních pracovišť se kontrola provádí:
- vizuálně
- pomocí jednoduchých měřičů a přípravků
- na automatických testovacích zařízeních.
Součástí každé desky plošného spoje by měl být tzv. atest, to je osvědčení o kvalitě a
výstupní kontrole

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 211

212 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Výroba vícevrstvých plošných spojů
Výchozím materiálem jsou tenké lamináty oboustranně plátované měděnou fólií. Tloušťka
bývá podle charakteru desek 0,2 až 0,6 mm. Se zmenšující se tloušťkou výchozího materiálu
rostou samozřejmě nároky na jeho výrobu a zároveň se zvyšují nároky na vstupní kontrolu u
výrobce plošných spojů.
Technologický proces lze stručně popsat takto:
1. Kontrola základního materiálu - tloušťky, naporušenosti fólie atd., nařezání na
technologický rozměr včetně ražení sesazovacích otvorů.
2. Nanesení (na očištěný povrch) světlocitlivé vrstvy.
3. Expozice přes filmovou předlohu motivu vnitřních vrstev s následným vyvoláním.
4. Vyleptání motivu v kyselých leptacích lázních (např. v FeCl3, popř. v CuCl2 ).
5. Pečlivá kontrola a retuš polotovarů.
6. Příprava lepicích listů (tzv. prepregů).
7. Sesazení všech polotovarů do sestavy:
- horní list s měděnou fólií
- lepicí list

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 213
- zpracovaný polotovar podle bodů 1-5
- lepicí list atd.
Poslední vrstvou je dolní list s měděnou fólií.
8. Slaminování v laminačním lisu za definovaných podmínek, tj. při zachování teplotního
diagramu, tlakově-časového diagramu. Vše je závislé na základním materiálu, především
na typu pryskyřice.
9. Ostřižení přetoků pryskyřice a kontrola slaminování (podle rovnoměrnosti přetoků).
10. Vyvrtání otvorů na numericky řízených strojích (podobně jako při výrobě dvouvrstvých
plošných spojů s pokovenými otvory) se zvláštním zřetelem na přesnost a kvalitu vrtání.
11. Pokovení otvorů podobnou technologií jako pro dvouvrstvé plošné spoje s pokovenými
otvory.
12. Nanesení světlocitlivé vrstvy.
13. Fotolitografické zpracování, tj. expozice a vyvolání.
14. Galvanické zesílení chemické mědi včetně nanesení kovového rezistu (cín nebo cínolovo).
15. Snímání (stripování) organického rezistu.
16. Odleptání přebytečné mědi v průběžných leptacích zařízeních v amoniakálních leptadlech.
17. Ostřižní desky na výsledný rozměr na speciálních nůžkách se zobrazením roviny řezu.
18. Kontrola se provádí většinou na automatických zařízeních, která jsou schopna bezpečně
rozlišit zkraty, popř. nepropojená místa. Nevystačí se již s manuálními nebo optickými
pomůckami.
Výroba vícevrstvých plošných spojů vyžaduje velmi kvalitní investiční vybavení. Týká se
to nejen vlastního technologického zařízení, ale i vybavení stavebního. Oproti klasické výrobě
plošných spojů jsou zde kladeny zvýšené požadavky na čistotu a klimatizaci výrobního
prostoru. Mnohem větší důležitosti nabývají mezioperační kontroly, neboť zde se mnohem
ma rkantněji projevuje úspěšnost a kvalita kontroly a následné retuše. Pokračování výrobního
procesu na vadném polotovaru znamená zvyšování už tak dost vysoké technologické
zmetkovitosti. Uvádí se, že i u významných výrobců dosahuje zmetkovitost několika desítek
procent (u 8-vrstvých 40-60%).

214 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Vysoká zmetkovitost a velké nároky na materiály včetně potřeby kvalitního investičního
vybavení jsou jednou z překážek rozvoje výroby vícevrstvých plošných spojů. Přesto se
objevují ve světě výrobci, kteří vyrábějí plošné spoje až do 24 vrstev.
Použití plátovaných materiálů s malou tloušťkou měděné fólie
Při požadavku vysoké hustoty vodičů jsou problémy s podleptáním, pokud se používají
plátované materiály s tloušťkou fólie 35 um. Řešení je jednak v nových technologiích, jednak
v menší tloušťce výchozí Cu fólie ve spojení s technologií pokovování obrazce. Konkrétně se
vyrábí materiál s tloušťkou Cu fólie 5 um. Fólie se připravuje elektrolytickým vylučováním
mědi na Al fólii, která slouží jako dočasný nosič a ochrana proti oxidaci a při manipulaci.
Materiál je dodáván např. švédskou firmou Perstorp AB. Buď je použito krycí hliníkové fólie
o tloušťce 40 um, která se po vyvrtání bez potíží odleptá v kyselině solné, nebo se může
objednávat materiál s tloušťkou Al fólie 80 um. Tento materiál je z hlediska výrobního
zpracování teoreticky výhodnější pro snadné mechanické odstraňování Al fólie (možno
provádět i po vrtání). Cu fólie 5 um je prakticky bezporézní, s vysokým stupněm tažnosti a s
dobrými vazebními vlastnostmi na základní sklolaminát.
Výhody se dají shrnout takto: možnost obdobného zpracování jako u dosavadních
materiálů
s 35 um Cu fólií, snížené podleptání, snížená leptací doba, možnost výroby desek s
vodiči o šíři až 0,15 mm, menší spotřeba leptacího prostředku, menší množství odpadních
vod.
Zvýšená cena základního materiálu je nepodstatná v celkové ceně náročné desky plošných
spojů s pokovenými otvory.
2. Výroba plošných spojů semiaditivní metodou
Obdobné výhody a přednosti jako v případě popsaného výrobního procesu s 5 um Cu fólií
má i tzv. semiaditivní netoda výroba PS. Při této metodě se vychází ze speciálního
neplátovaného materiálu (bez Cu fólie), který se po vyvrtání a úpravě povrchu (sledující co
nejvyšší adhezi následného povlaku) pokoví celý včetně otvorů, vrstvou mědi o tloušťce cca 5
um. Další postup je obdobný jako v případě výroby desek metodou pokovování obrazce.
Semiaditivní technologie představuje důležitý mezistupeň k plně aditivní technologii, která
je perspektivní pro budoucnost.
Jestliže subtraktivní technikou se dá běžně vyrábět plošný spoj s šířkou vodičů 0,3 mm,
mimořádně a s obtížemi 0,2 mm, pak semiaditivní technikou se dá dobře vyrobit spoj šířky
0,15 mm.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 215
3. Výroba plošných spojů aditivní metodou
Velice zajímavý je aditivní proces zhotovování spojů s pokovenými otvory, kde úplně
odpadá leptání a problémy s touto operací spojené (podleptání, zkraty způsobené oddělenými
převisy, zpracování odpadů z leptání). Při tomto procesu se rovněž vychází z neplátovaného
základního mate riálu, na kterém se po vrtání otvorů přímo vytváří požadovaný vodivý
obrazec včetně pokovení otvorů.
Měď, případně další kovové povlaky, se nanáší chemicky (bezproudově). Proces má i další
výhody. Výchozí materiál není na rozdíl od substraktivního procesu tepelně zpracován s Cu
fólií. Tím nedochází při výrobě desek k uvolňování vnitřního pnutí, které je jinak příčinou
prohnutí a zkroucení desek. Při chemickém vylučování mědi se dnes již existujícími vysoce
náročnými, ale kvalitními lázněmi dosahuje podstatně lepší rovnoměrnosti jak na ploše, tak i
v otvorech desky. Tím nastávají i příznivější poměry při pokovování materiálů různé tloušťky
ve vztahu k průměru otvorů. Dají se pokovovat i otvory malých průměrů (0,3 mm). Při
aditivním procesu lze plně respektovat přání zákazníka v otázce tloušťky vodičů a dochází při
něm k úsporám mědi.
Proti těmto nesporným výhodám je však na druhé straně nutné uvést, že se jedná o velmi
složitý proces, který přináší řadu problémů. Výzkum a vývoj těchto procesů představuje
vysoké finanční náklady a řadu let usilovné práce.
To je také důvod, proč se aditivním způsobem výroby zabývá jen několik větších
světových firem a proč se tento proces zatím podstatně nerozšířil do sériové výroby.
Aditivní technikou se dají zhotovovat spoje šíře 0,1 až 0,07 mm. Užší spoje jsou z jiných
příčin (např. přilnavost) technicky nerealizovatelné.
8.6.2 Drátové plošné spoje
Drátové plošné spoje v sobě spojují všechny vlastnosti plošných spojů a drátových
propojení. Vnějším provedením je deska zhotovená touto technologií velmi podobná klasické
desce s vícevrstvým plošným spojem s prokovenými otvory. Proti vícevrstvým plošným
spojům má uvedená technologie
výhodu v tom, že odstraňuje složitost a nákladnost výroby
vícevrstvých desek, snižuje konstrukční kapacity potřebné pro vypracování výrobní
dokumentace vícevrstvých desek, zkracuje dobu potřebnou na zhotovení desky, dovoluje

216 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
vysokou hustotu propojení a snižuje výrobní náklady, zejména u složitých desek vyráběných
v malých a středních sériích.
Vlastní proces výroby desek využívá speciálního souřadnicového kladecího zařízení, které
podle předlohy klade vodiče na předem stanovené pozice. V nich se v další výrobní fázi
vyvrtají otvory, které se prokoví. Do takto upravených otvorů se již přímo osazují součástky.
K propojování se používají velmi tenké vlasové vodiče izolované polysterimidovým lakem.
Díky tomu se mohou vodiče vzájemně křížit, a to bez obavy, že by mohlo dojít k
elektrickému zkratu. Proto může být minimalizována signálová cesta mezi jednotlivými
spojovanými body, čímž se snižuje doba přenosu.
Deska vyrobená uvedenou propojovací technologií může být ekvivalentní až čtyř až
šestivrstvé desce vyrobené běžnou technologií plošných spojů. Další výhodou výrobního
procesu je, že změny uložení vodičů mohou být provedeny během výroby, zatímco u desky s
plošnými spoji musí být změna udělána drátovými propojkami nebo se musí předělat maska,
podle které byla deska vyrobena.
Základní desku tvoří, stejně jako v případě klasických plošných spojů, sklolaminátová
deska plátovaná mědí, která je v místech budoucích prokovených otvorů odleptána. Měděná
fól ie slouží jako zemní a napájecí vedení. Na tuto desku se pak nanese adhezní fólie. Do ní se
ukládají jednotlivé vodiče zvláštní kladecí hlavou. Všechny úkony jsou řízeny počítačem
podle předem stanoveného programu.
Přesnost kladení vodičů o průměru 0,15 mm je postačující k tomu, aby mezi dva vývody
pouzdra standardního integrovaného
obvodu mohly být uloženy ještě dva
takové vodiče. V další výrobní fázi
se základní deska překryje
skleněnou tkanino u, která je
impregnována speciální epoxidovou
pryskyřicí. Krycí adhezní vrstva se
následně vytvrdí v laminačním lisu.
V požadovaných místech se vyvrtají
otvory, které plní dvě funkce.
Jednak tvoří spojovací body pro
každý vodič a dále pak místo, do
kterého jsou vsazovány součástky.
Další operací je chemické čištění
otvorů a odstranění izolace vodičů.
Potom následuje pokovení otvorů,
jehož cílem je získat propojení
vodičů.
Od kladecího stroje jsou
vyžadovány extrémní strojařské
parametry. Např. výrobek firmy Aritma ZPA měl pracovní plochu velikosti 540x540 mm.
Dvě nezávislé kladecí hlavy se pohybují maximální rychlostí 10 cm/s, absolutní přesnost je
0,1 mm. Základem stroje je žulový blok o hmotnosti 2t.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 217
8.6.3 Vlastnosti desek plošných spojů
Používané materiály pro plošné spoje již byly uvedeny. Jejich vlastnosti jsou
normalizovány. Nejčastěji se užívají normy NEMA ("American National Electrical
Manufacture Association"). Většina moderních materiálů je samozhášivých. Mechanické
vlastnosti desek (pevnost, tvrdost, nasáklivost, tepelná roztažnost, odolnost při pájení) jsou
důležité pro technology. Pro konstruktéry je třeba uvést základní elektrické vlastnosti.
Nejprve si povšimněme proudové zatížitelnosti. Všeobecně můžeme konstatovat, že plošné
spoje lze zatěžkávat mnohem většími proudy než drátové spoje odpovídajícího průřezu. Je to
dáno mnohem větší ochlazovací plochou plošného spoje při stejném průřezu. Jako příklad je
možno uvést plošný spoj, vytvořený měděnou fólií tloušťky 35µm, široký 10mm a dlouhý
100mm. Jeho průřez je 0.35 mm2 a plocha, která může vyzařovat teplo je 2 x 10mm x 100mm
= 2000 mm2. Průřezu 0,35 mm2 odpovídá drát o průměru 0,67 mm a tomuto průměru
odpovídá při délce 100 mm plocha 210 mm2. Z tohoto srovnání plyne, že ochlazovaná plocha
plošného spoje je přibližně 10krát větší než u běžného drátového spoje.
Zatížitelnost plošných spojů závisí jednak na tloušťce měděné fólie, z níž jsou plošné spoje
zhotoveny, jednak na izolantu, z něhož je vyrobena základní deska. Experimentálně bylo
zjištěno, že plošný spoj šířky 1,5 mm a tloušťky 50µm se proudem 2 A ohřeje z 20oC na
30oC. Tabulka závislosti mezního proudu (spoj se přetaví), dovoleného trvalého proudu a
odporu na šířce spoje při tloušťce fólie 35 µm je v tabulce 7.6.

218 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Graf oteplení plošného spoje v závislosti na protékajícím proudu při různých šířkách spoje
je uveden na obr. 7.93 a 7.94. Tyto údaje je třeba považovat za orientační.
Izolační a povrchový odpor je min. 103 až 104 MW podle druhu materiálu desky. Typické
hodnoty jsou větší. Vzhledem k tomu postačuje obvykle minimální mezera mezi vodiči (pro
IO 0,25 mm).
Přípustné napětí mezi sousedními plošnými vodiči v závislosti na mezeře udává obr.7.9.5.
V kritických případech vyšetřujeme někdy i
odpor plošného spoje. V závislosti na šířce spoje
(tloušťka vrstvy 0,035 mm) a teplotě můžeme
tuto informaci odečíst z grafu na obr. 7.96.
Indukčnost L plošných vodičů v závislosti na
tloušťce Cu fólie, šířce vodiče a tloušťce
dielektrika na deskách se zemnící vrstvou je
udána grafem na obr. 7.97. Platí pro materiál G
10 (obdoba náš GE).
Na DPS je možné vytvářet plošné cívky s
indukčností do fodnoty asi 10µH. Směrem k
vyšším hodnotám indukčnosti jsme omezeni
plochou, kterou máme k dispozici. Šířku
plošného vodiče volíme kompromisem (Čím
menší, tím vejde více závitů - současně je ovšem
menší kvalita Q). Cívky jsou spirálové, a to
kruhové nebo čtvercové, někdy obdélníkové.
Čtvercové cívky mají při stejném počtu závitů
přibližně o 12% větší indukčnost než cívky
kruhové, avšak nižší kvalitu Q (vliv ztrát na hranách). Dosažitelná kvalita v pásmu kmitočtů
10 až 100 MHz je přibližně 50 až 150 podle druhu izolantu základní desky.
V literatuře jsou uvedeny experimentálně stanovené vzorce, které můžeme použít. Vzorce
uvedené u obr. 7.99 jsou podle [RK6/69:7]. V [Klabal:69] je konstanta K=0,0215 pro

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 219
kruhovou cívku a K=0,0241 pro čtvercovou nebo obdélníkovou cívku. Zde ovšem a je délka
středního závitu v cm.
Pro praktický návrh jde s výhodou
využít diagramu na obr. 7.101a pro
kruhovou cívku a 7.101b pro
čtvercovou nebo obdélníkovou cívku.
U obou diagramů je vyznačen postup
odečtu. Tak např. u obdélníkové
cívky s delší stranou 5 m
[A=(5+3)/2=4 cm] a vnitřní 3 cm a 1
cm (a=2 cm) bude při počtu závitů
N=3 indukčnost L : z úsečky A=4
vedeme přímku na A/a=2/4=0,5. V
místě, kde tato přímka protne přímku
P, vedeme úsečku na úsečku N=3 a
na úsečce L odečteme 0,40µH, což je
indukčnost této cívky.
Plošné cívky lze také realizovat se
dvěma vodiči (obr. 7.100), nap ř. pro vstupní obvody VKV přijímače. Mezi oběma vodiči
existuje vzájemná indukčnost a lze vypočítat činitel
vazby.

220 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Kapacitu C jednoduchého plošného vodiče lze vypočítat, výpočet však činí nejistým
blízkost ostatních vodičů, nutnost odhadů vazeb vzduchem a materiálem. V podstatě lze
uvažovat pět možností vzniku nežádoucích kapacit.
1) Kapacita mezi dvěma paralelními vodiči, umístěnými na jedné straně DPS. Tento druh
parazitní kapacity je nejčastějším případem. Vzájemnou kapacitu dvou spojů lze určit ze
vztahu :
C = 8,85 ⋅ ε
r
⋅ K
1
(7.26)
l
kde er je permitivita (dielektrická konstanta), určená jako aritmetický průměr mezi
permitivitou vzduchu (=1) a permitivitou použitého izolantu eri :
1 + ε
ri
ε
r
= (7.27)
2
K1 je konstanta závislá na rozměrech vodičů a jejich vzájemné vzdálenosti. Tyto
konstantu můžeme určit z grafu. Kapacita C vypočítaná podle uvedeného vztahu (7.26)
bude v [pF/m]. Je také možné použít grafu na obr.7.103.
2) Kapacita mezi vodičem a vodivou plochou na téže straně desky (obr. 7.104)

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 221

222 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
3) Kapacita mezi vodiči stejné šířky umístěných proti sobě na protějších stranách destičky
(obr. 7.105). Za předpokladu, že šířka vodičů je podstatně větší než tloušťka destičky, lze
kapacitu vypočítat stejně jako kapacitu deskového kondenzátoru C = 8,85 10-8 eps S/m.
4) Kapacita mezi vodičem a souvislou vodivou plochou na protější straně destičky (obr.124)
nebo v určité vzdálenosti na opačné straně (obr. 7.107).
5) Kapacita mezi vodičem a kolmou vodivou plochou (obr. 7.108).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 223
8.6.4 Konečné povrchové úpravy
Na obr. 7.108a až 7.108c jsou zachyceny vlastnosti mikropáskového vedení
Pro dlouhodobé zajištění pájitelnosti je nutno před expedicí desek plošných spojů provést
finální povrchové úpravy. Nejprve je nutno provést čištění desek tak, aby se odstranily
nečistoty a oxidy a povrch mědi byl kovově čistý. Lze použít jakoukoliv vhodnou operaci,
která zaručuje odmaštění a deoxidaci. Nejvhodnější je broušení pod vodou buď speciálními
brusnými kartáči nebo brusnou suspenzí.
Po usušení následuje nátisk značkovací barvou, nátisk nepájivé masky sítotiskem a pokrytí
pájecím lakem, který pak zaručuje dlouhodobou pájitelnost na strojních zařízeních, která
většinou pracují s vlnou. Většina v současné době dostupných pájecích laků je na bázi
kalafuny v organických rozpouštědlech a jako filmotvorná složka, která slouží i k omezení
lepivosti kalafuny, je přidán nízkotavitelný termoplast (polyakrylát, polystyren nebo
polyvinylbutyral).
Nanášení laku lze provést stříkáním, máčením nebo i nanášením na válcích. Takto
provedená povrchová úprava je pouze úprava pro transport mezi výrobcem a spotřebitelem.
Po pájení se většinou lak smývá i se zbytky tavidla.

224 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V případě, že se požaduje dokonalejší povrchová
úprava, je možno použít žárové ovrstvování slitinou
Sn60Pb buď pomocí válců nebo metodou "Coating
and Hot Air Leveling, tj. pokovování PS na
speciálním zařízení a to následovně:
- nanesení tavidla na hotovou desku PS,
- ponoření do roztavené pájky,
- odstranění přebytečné pájky pomocí tzv.
vzduchového nože (air knife).
8.6.5 Osazování desek
plošných spojů součástkami
Součástky jako základní prvky elektronických zařízení jsou propojovány většinou pomocí
plošných spojů. Lze je osazovat buď:
a) ručně
b) poloautomaticky
c) automaticky.
Přesné hranice není možné určit, ale jednotlivé systémy musí splňovat vždy konkrétní
podmínky. Vše je také dáno následným zpracováním osazených desek, především pájením.
Vývody součástek je nutné z technologického hlediska upravovat především vhodným
natvarováním pro zabezpečení vhodného upevnění v desce při pájecím procesu, dále pro
snadné vymytí zbytků tavidla nesmí součástky ležet na desce PS. V neposlední řadě je
potřebné z funkčního hlediska budoucího zařízení zabezpečit vhodné chlazení - dodržení stálé
výšky součástek nad deskou PS.
Úprava tvaru a délky vývodů se provádí ručně nebo na speciálních zařízeních, většinou
automatických. Oběma uvedenými způsoby se dosáhne u diskretních součástek předpružení
vývodů a jejich zkrácení.
Osazování a tvarování součástek je určováno seriovostí; zařízení pro osazování může být
založeno na několika principech:
1. osazovací stůl je vybaven otočným karuselem se zásobníky součástek, místo osazení je
indikováno pomocí projekčního zařízení; součástky jsou zakládány ručně.
2. automatické osazovací zařízení je řízeno NC nebo CNC systémem a je většinou vybaveno
speciálními hlavicemi a umožňuje osazování i nezapouzdřených součástek (resp.
předpouzdřených).
Existuje samozřejmě velké množství modifikací jednotlivých typů zařízení, ale obecně lze
řici, že všechny typy zakládacích zařízení předpokládají větší či menší seriovost. Tato
skutečnost brání ve většině případů zavedení jakéhokoliv zařízení. Automatická nebo
poloautomatická osazovací zařízení vyžadují kromě velkoseriové výroby i

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 225
nasazení výpočetní techniky pro přípravu dat. Užití je samozřejmě velmi náročné na
organizaci výroby a plynulé zásobování jednotlivými součástkami.

226 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Poznámka. Pro pouzdření polovodičových součástek se užívá více než 100 různých
pouzder. Podle [Leonida 6] existuje celkem kolem 600 pouzder. Norma JEDEC označuje
pouzdra písmeny TO následovanými 1 až 3 číslicemi (a příp. 1 až 2 písmeny). JEDEC (Joint
Electron Device Engineering Councils) je v USA součástí Electronic Industries Association
(EIA). Zmíněných pouzder se týká publikace 12-F "Registered Outlines and Gauges for
Semiconductor Devices". Některá pouzdra jsou vyobrazena na obr. 7.109 až 7.115.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 227

228 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.6.6 Konektory pro plošné spoje
Konektory pro plošné spoje (printed board connectors) jsou dvou základních typů
- přímé (one-part, edge board)
- nepřímé (two-part, plug-and-receptacle)
Přímé konektory mají stranu zástrčky provedenou jako součást spojovacího obrazce - viz
obr. 7.117. Mohou být jednostranné (single-readout) nebo oboustranné (double-readout).
Rozměrová řada rozteče d je palcová (0.1", 0.125", 0.150" a 0.2"). U nás se používá rozteče d
= 2.54 mm. Výhody menší složitosti a montáže jsou vyváženy těmito nevýhodami:
1. Je relativně úzké rozměrové toleranční pásmo desky, tj. provedení vývodů a stanovená
tloušťka desky.
2. Je nutné zkosení hrany desky (viz obr. 7.119) pro snadnější zasunování. Nezbroušená hrana
při zasouvání desky nadměrně opotřebovává povrch kontaktů konektoru.
3. Spolehlivé provedení kontaktu zásuvky vyžaduje fundovaný návrh kontaktních per. Užívají
se pera různých tvarů.
4. Hustota vývodů je silně omezena (maximálně 2 řady kontaktů).
Velkou pozornost vyžaduje také úprava dotekových polí. Vyžaduje se, aby byl dlouhodobě
zaručen přechodový odpor nižší než 15 mW. Pro takto náročné požadavky se používá
výhradně galvanické pokovení drahými kovy. Většinou se používá zlato a nízkolegované
slitiny zlata. Legurou bývá většinou nikl nebo kobalt, případně oba. Jako mezivrstva se
používá vrstva galvanického niklu o tloušťce 5 až 10 mm z toho důvodu, aby se zabránilo
difúzi mědi do zlata. Vrstva zlata pro přímé konektory pak stačí 1,5 - 2,0 mm pro zajištění
potřebného přechodového odporu.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 229
Obrázek 7.121:
provedení FRB
Nepřímé konektory jsou v provedení samostatné zásuvky i zástrčky (na straně desky). Za
cenu větší složitosti potlačují nevýhody přímých konektorů. Lze dosáhnout vysoké hustoty
vývodů při uspořádání konektorů do více řad. Kritické místo hustoty vývodů je v napojení
zástrčky na vývody desky. Typické je provedení dvouřadé zástrčky (obr. 7.120, 7.121a).
Dutinka moderní konstrukce (FRB provedení - obr. 7.121b) je složená z řady ocelových
pozlacených drátků, zakotvených na koncích v pevném a otočném prstenci uvnitř krycí
trubičky. Při zasunování kuželového kolíku zástrčky se prstenec natáčí - vnitřní průměr
rotačního hyperboloidu (tvořeného povrchovými přímkami - drátky) těsně dolehne na styčnou
plochu kolíku. Konektor je na straně rámu (resp. vany) připojen ovíjenými spoji.

230 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.7 Návrh desek plošných spojů
Metodika návrhu desek plošných spojů závisí na
- úrovni vybavení pracoviště (obvykle souvisí s počtem navrhovaných desek)
- potřebách konstruktéra elektronického zařízení, tj. na složitosti desky, hustotě součástek,
počtu vrstev atd.
-možnostech budoucího výrobce
Nebudeme zde samozřejmě uvádět amatérské způsoby zhotovování podkladů pro "výrobu
PS", ale pouze ty, které jsou použitelné v průmyslové praxi. Návrh plošného spoje lze
provádět:
- ručně
- pomocí poloautomatických zařízení
- automatizovaně.
Ruční návrh lze stručně popsat následovně:
- návrh na papír s rastrem (milimetrový, reap. čtverečkovaný papír)
- překreslení na speciální papír (s hliníkovou fólií uvnitř) s modře předtištěným rastrem
matnou černí (kostní čerň)
- fotografické převedení na filmovou položku s případným zvětšením nebo zmenšením a se
zhotovením násobného motivu; předloha bývá opatřena kótou
- výroba filmové předlohy motivu (matrice, klišé) podle požadavků výrobce PS, tj. předlohy
negativní nebo positivní.
Výrobci plošného spoje se obvykle pro výrobu dodává výkres výsledné desky s
okótovanými rozměry, průměry děr a s označenými výřezy atd.
Zvyšující se složitost si vyžádala postupné odstraňování pracného kreslení předloh
klasickou cestou. Metoda poloautomatizovaného návrhu vychází z předchozí, ale ruční návrh
vedení spojů je digitalizován, což umožňuje automatizaci kreslení pomocí speciálních
zařízení, kde speciální hlava se clonkami (expoziční zařízení) nebo clonka (neměnná) vytvoří
motiv spoje na film.
Nedílnou součástí dokumentace u těchto složitějších desek je děrná páska (nebo data na
disketě) pro numericky řízenou vrtačku. Existují převodní programy k vygenerování děrné
pásky pro vrtačku z pásky motivu.
Posledním stupněm je tzv. automatizovaný systém návrhu plošného spoje, který spočívá ve
využití výpočetní techniky k odstranění ručního návrhu plošného spoje. Míra automatizace
závisí na použitém programu. Téměř výhradně se pracuje v interaktivním režimu. Používají se
počítače typu PC nebo pracovní stanice.
Při návrhu musíme kromě elektrické funkce desky přehlížet též k faktorům, které mají vliv
na životnost a stabili;tu desek, zejména:
- teploty a zabezpečení odvodu tepla
- vibrace a ochranu desek proti vzniku harmonických kmitočtů
- pevnost konstrukce se správně volenými součástkami, jejich upevněním a polohou
desek v přístroji

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 231
- agresivnost výparů a stupeň ochrany
- vlhkost a prach a klimaticko-technologickou ochranu
- bezporuchovou dobu provozu s jednoduchou diagnostikou chyb a opatřením na
zjednosušení oprav
Pro většinu těchto veličin jsou zpracovány teoretické postupy výpočtů, grafy a konstanty.
Důležité však je, aby konstruktér při návrhu desek přihlížel nejen k vlastní desce, ale i k její
návaznosti na celý systém.
Výkresová dokumentace pro plošné spoje je výsledkem návrhu. Na počátku musí musí
návrhář sestavit:
- skicu (náčrt) a popis návrhu desky
- přijmout rozhodnutí o rozměrech (tj. bude-li použita normalizovaná velikost).
Dále se zpracovává tzv. technologická část výkresová dokumentace, tj.
- předloha a matrice vodivých a dalších obrazců
- programová páska pro vrtání a příp. zkoušení
a) Předlohy
Mají funkci technologických přípravků a v jiných výrobních oborech je většinou
konstruktér nezpracovává (navrhují se a zhotovují v technologické přípravě výroby).
Především to jsou:
- předlohy vodivých obrazců
- předlohy otvorů
- předlohy potisků
- předloha napájivé masky
- předloha ochranné masky
Předlohy se na rozdíl od výkresů označují názvem a písmenem (např. "Předloha otvorů S",
vodivé obrazce S = strana pájení, B = strana součástek, u vícevrstvých desek se připojuje ještě
druhé písmeno Z, takže strana pájení pro vícevrstvou desku je označena AZ, BZ, ...atd.,
zásadou je, že poslední vnější strana má vždy označení ZZ).
Předlohy mohou být nahrazeny výchozími matricemi. Některé společné zásady:
- předloha se zásadně zhotovuje z přímého pohledu na tu stranu desky, na které bude
zhotoven odpovídající obrazec (vodivý nebo pomocný). Výjimku tvoří matrice pro
vícevrstvé desky, které se zhotovují z průhledu od výchozího vodivého obrazce (tj. od
strany pájení AZ)
- popis na předlohách a matricích musí být orientován tak, aby při správné poloze matrice
vůči ostatním matricím desky nebo referenčím otvorům byly všechny nápisy a čísla čitelá
(orientována jednosměrně)
- ke zhotovení předloh a matric se musí používat kvalitních, neroztažných podložek.
Současně se doporučuje, aby podložky byly opatřeny přesným obrazem (v nevýrazné -
modré barvě) základní sítě

232 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- zhotovení obrazů na předlohách a matricích musí být co nejpřesnější s ostrými hranami
tvarů vodivých prvků. Proto se při ručním zhotovení předloh (matric) doporučuje pracovat
ve zvětšeném měřítku 2:1, 4:1. Kresba musí být tmavě černá, nelesklá.
- kresba předlohy (matric) se zhotovuje pozitivním způsobem (vodivý obrazec černý). Ve
zdůvodněných případech lze použít i negativní kresbu. Taková předloha musí být mimo
plochu výsledné desky výrazně označena (těsně u obrysu výsledné desky) heslem
"Negativní kresba".
- předloha musí obsahovat následující údaje o rozměrech:
a) kontrolní míru
b) vyznačení obrysu výsledné desky (pomocí rohových značek
c) kontrolní nebo zakládací body (mimo plochu výsledné desky)
Poznámka:
Na předloze (matrici) musí být v ploše výsledné desky umístěny dva kontrolní body (tvar
určuje konstrukční směrnice). Tyto body musí ležet na průsečících základní sítě. Spojnice
jejich středů musí být totožná s některou čarou základní sítě. Vzdálenost středů kontrolních
bodů musí být kótována (mimo obrys výsledné desky) a tvoří kontrolní míru.
b) Matrice
Matrice je vyrobena z předloh a slouží k výrobě (kontaktním kopírováním). Je proto v
měřítku 1:1 a je na průhledné předloze. Musí být zhotovena tak, aby se obrazec z matrice dal
přenášet s minimálním podsvícením desky.
Toho se dosáhne tím, že matrice má orientaci obrazce převrácenou, aby světelný paprsek
při expozici procházel nejdříve podložkou a pak emulzí (emulze na emulzi). Z toho plyne, že
výchozí matrice musí mít písmena a číslice nečitelná ze strany emulze (kresby). Neprůhledné
plochy matric musí být proti průhledným výrazně kontrastní, bez kazů. Vnější rozměr matic
musí min. o 30 mm na každé straně přesahovat obrys výsledné desky.
Kresba spojového obrazce
Základním úkolem při návrhu plošných spojů je zhotovení kvalitní předlohy (matrice) pro
výrobu desky. Pokud nejde o vysloveně jednoduché zapojení, je téměř pravidlem, že každý
návrh je tak časově náročný, že se nevyplatí navrhovat desku pro jediný výrobek. Proto někdy
používáme univerzální zkušební desky i pro konečné provedení obvodu. Je-li zapojení určeno
pro opakovaná zhotovení, je návrh desek s plošnými spoji zcela na místě.
Cílem procesu návrhu je výchozí matrice s negativním či pozitivním obrazcem pájecích
bodů a propojovacích plošných vodičů, příp. dalším popisem.
Než přistoupíme k návrhu spojového obrazce, musíme se nejprve rozhodnout, ve které
třídě konstrukčního provedení budeme plošný spoj realizovat (vedou k tomu požadavky
hromadné výroby a také skutečnost, že rozteč vývodů integrovaných obvodů, konektorů a
dalších součástek jsou normalizovány).
Jednotlivé třídy konstrukčního provedení jsou charakterizovány :
- minimální vzdáleností mezi středy dvou sousedních děr (vzájemně izolovaných pájecích
plošek),
- minimální velikostí pájecích plošek pro jednotlivé velikosti děr,
- minimální šířkou plošných vodičů a mezer.
Podrobné údaje jsou na obr. 7.122 a 7.123.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 233
Obrázek 9.122: Třídy plošných spojů
Obrázek 9.123: Rozměry pro 5. a 6. třídu konstrukčního provedení desek
plošných spojů

234 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
I. třída: Minimální vzdálenost středů dvou otvorů v sousedních pájecích bodech vzájemně
od sebe izolovaných je 5 mm. Vedení plošných vodičů mezi dvěma sousedními pájecími body
se připouští. Maximální průměr sousedních pájecích bodů je 4,2 mm.
II. třída: Pájecí body jsou rozloženy v základní síti s roztečí 2,5 mm. Minimální vzdálenost
středů dvou otvorů v sousedních pájecích bodech vzájemně od sebe izolovaných je 3,54 mm
(přes uhlopříčku základní sítě). Vedení plošných vodičů mezi dvěma sousedními pájecími
body při rozteči 3,54 mm se nepřipouští. Maximální průměr sousedních pájecích bodů je 3,0
mm.
III. třída: Pájecí body jsou rozloženy v základní síti s roztečí 2,5 mm. Minimální
vzdálenost středů dvou otvorů v sousedních pájecích bodech vzájemně od sebe izolovaných je
2,5 mm. Vedení plošných vodičů mezi dvěma sousedními pájecími body při rozteči 2,5 mm
se nepřipouští. Maximální průměr sousedních pájecích bodů je 2,1 mm.
IV. třída: Minimální vzdálenost středů dvou otvorů v sousedních pájecích bodech
vzájemně od sebe izolovaných je 2,5 mm. Vedení plošných vodičů mezi dvěma sousedními
pájecími body se připouští, přičemž vodič musí být umístěn v polovině vzdálenosti mezi
středy obou otvorů. Maximální průměr sousedních pájecích bodů je 1,5 mm.
Ve všech těchto čtyřech třídách se připouští umístění středů sousedních otvorů za
předpokladu, že pájecí plošký umístěné kolem těchto otvorů budou elektricky spojeny.
V. a VI. třída: První a druhá třída konstrukčního provedení (přesnosti) jsou vhodné pro
desky osazené běžnými pasivními prvky a tranzistory, do třetí třídy patří desky, obsahují-li
pouzdra integrovaných obvodů s roztečí vývodů 2,5 mm, čtvrtá třída je určena především pro
složité obvody výpočetní techniky. Vyznačuje se na první pohled tím, že spoje procházejí i
"mezi vývody" pouzder číslicových integrovaných obvodů, tj. mezi ploškami s roztečí 2,5
(2,54) mm.
Ruční návrh jednoduchých plošných spojů
Při návrhu volíme, bude-li obrazec nakreslen systémem spojovacích vodičů nebo dělicích
čar (nazývané také soustava jednotných vodičů a jednotných mezer), a bude-li použita deska
jednostranná nebo oboustranně plátována.
U soustavy jednotných vodičů mají vodiče převážně jednotnou šířku a mezery mezi
plošnými vodiči jsou různě široké. Při provedení vodivého obrazce soustavou jednotných
mezer mají mezery mezi vodičí převážně jednotnou šířku a plošné vodiče jsou různě široké.
Každý způsob provedení vodivého obrazce má svoje výhody a nevýhody.
U soustavy dělicích čar tvoří spoje celé neodleptané plochy měděné fólie. I když je vodivý
obrazec méně přehledný, má tento způsob řadu výhod. Zhotovení předlohy je poměrně snadné
(kreslí se jen dělicí čáry a body v místech děr - pracujeme-li s negativním fotorezistem).
Výhodná je také úspora leptací lázně, menší elektrický odpor plošných vodičů, větší
mechanická pevnost pájeného vodiče a jeho odolnost proti přehřátí (zvláště při opravách se
tak snadno neodlupuje. Přerušení spojovací cesty je nepravděpodobné.
Nevýhodou může být nebezpečí vzniku neodleptaných můstků mezi vodiči a větší
vzájemné kapacity.
Soustava dělicích čar je vhodná pro zapojení v první a druhé třídě přesnosti, v
jednodušších případech i ve třetí třídě.
Soustava dělicích čar nemusí být vždy přirozeně pravoúhlá, ale může vytvářet i
nepravidelné obrazce ("brambory") kolem série otvorů a může mít i různě protáhlé, rozšířené
či zúžené tvary (obr.12). Tento typ předlohy má pak již blízko k soustavě jednotných vodičů.
Soustava dělicích čar
se používá především u jednovrstvých desk plošných spojů a u
desek, na kterých jsou realizovány napájecí zdroje.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 235
Desky s jednotnými mezerami lze navrhovat pouze ručně (počítačové programy to neumí)
a nelze je pájet vlnou.
Obr. 7.124. Soustava spojovacích vodičů
a) v provedení s menšími pájecími ploškami
b) s většími pájecími ploškami
c) se společným zemním pólem (plochou)
Obr. 7.125. Soustava dělicích čar
a) pravoúhlých (fólie černě)
b) nepravidelných (fólie bílá)
c) kombinovanán se soustavou spojových čar
Systém spojovacích vodičů používáme pro složitější zapojení odpovídající třídám přesnosti
třetí až šesté, zejména obvodů číslicové techniky, vyznačujících se velkým množstvím úzkých
spojovacích vodičů shodné šířky. Kresba je náročnější, musíme vykreslovat pájecí body a
spojovací vodiče. Můžeme si však pomoci nalepováním speciálních suchých obtisků Propisot.
Výkres fotografické předlohy lze přímo použít pro expozici pozitivních fotorezistů.
Nevýhodou bývá větší opotřebení leptací lázně, náchylnost k přerušení vodičů snadno
přehlédnutelnými trhlinkami, snadné přehřátí a uvolnění pájecí plošky při pájení.
Výhodou je malá parazitní vazba mezi spoji. Spoje se vyznačují relativní přehledností.
Na způsoby návrhu plošných spojů se názory různí. Proto popíšeme dva způsoby, které se
často používají. Stále jde o metody ručního návrhu a předpokládá se výroba fotocestou.
8.7.1 Jednodušší metoda ručního návrhu
Nejprve podrobněji popíšeme metodu, která se ve více modifikacích používala (a snad i
ještě používá) ve výrobních závodech k návrhu jednostranných i dvoustranných plošných
spojů. Stále se používá v amatérské praxi.
Výchozím podkladem je přehledné, funkčně ověřené schéma obvodu, v němž jsou všechny
prvky označeny příslušnými písmeny s pořadovými čísly (R1,...,C12,..., T4, IO7) a rozpiska
součástek s přesným označením typu. Musíme znát skutečné rozměry použitých součástek,
rozteče upevňovacích děr a průměry vývodů. Proto si ve velikosti 1:1 a s vyznačením polohy
a průměru vyznačíme všecny potřebné typy součástek na jeden arch milimetrového papíru.
Potřebné údaje získáme z konstrukčního katalogu součástek nebo změřením vzorků. V
katalogu bývají uvedeny jak doporučené rozteče, tak průměry děr. Pokud je stanovujeme
sami, volíme rozteče v násobku 2,5 mm a průměry podle vývodů jako nejbližší vyšší z řady
(0,6); 0,8; 1,0; 1,3; 1,6; ... mm. Každému otvoru přiřadíme značku. Tento výkres nekreslíme
vždy, doplňujeme jen podle potřeby zakreslením nově použitých typů součástek.
Pozn.: kreslíme vždy "ze strany součástek" - pozor na značení vývodů tranzistorů a
lineárních integrovaných obvodů (viz zásada x na str. y).
Návrh je nutno dělat v měřítku
1:1 (jednodušší obvody) nebo 2:1. Větší měřítka užíváme
pro plošné spoje v 5. a 6. třídě, pro povrchovou montáž (případně pro vrstvové integrované
obvody).

236 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pro návrh v měřítku 2:1 je nejlepší použít speciální čtverečkovaný papír, který má
čtverečky 5x5 mm (nebo 5,08x5,08 mm). Vyhoví i normální čtverečkovaný papír s dobrým
soutiskem obou stran. Pak odpovídá jeho rastr právě rastru 2,5x2,5 mm (nebo 2,54x2,54 mm)
- rozteči vývodů konektorů, integrovaných obvodů a ostatních součástek. Pro návrh v měřítku
1:1 si musíme rastr pomyslně dělit na poloviny.
Užívají se dva způsoby. Někdo navrhuje oboustranné desky s plošnými spoji tak, že kreslí
na jednu stranu papíru obě strany, jako kdyby viděl "skrz desku". Používají se barevné tužky:
obvykle červená na stranu součástek a černá (obyčejná) na stranu spojů (tj. pájení) - těchto
spojů je obvykle více. Pozor na to, že barevné pastelky se špatně gumují, zvláště tzv.
inkoustové, ty jsou však nejlépe vidět. Žlutou pastelkou, nebo některou málo výraznou
barvou, zakreslujeme již při návrhu rozložení součástek.
Druhou možností je kreslit obyčejnou tužkou na obě strany papíru. Též je možno použít
plných a přerušovaných čar kreslených obyčejnou tužkou a kreslit na jednu stranu papíru.
Tento postup popíšeme podrobněji. Koordinace prací na obou stranách budoucí desky
zajišťujeme tak, že jakmile nakreslíme nová kolečka na spodní stranu, překreslíme je hned i
na horní, buď pohledem proti světlu nebo si polohu určíme pomocí již nakreslených bodů.
Samozřejmě se snažíme dát všechny spoje na stranu pájení. Chceme-li však mít dobré vodiče
zemí a napájení, musíme obvykle některé spoje umístit i na stranu součástek. U složitějších
desek se pak oběma stranám nevyhneme, i když používáme k rozvodu napájení pásky
(hřebínky), které se do desky zapájejí jako součástky.
Určité množství spojů můžeme též nahradit drátovými propojkami (není vhodné pro
automatizovanou montáž; drátové propojky dovolí někdy navrhnout desku jako
jednostrannou, bez těchto propojek by musela být dvoustranná).
Ve vf obvodech a měřicí technice někdy slouží fólie na jedné straně jako celistvá zemnící
plocha. Pak nemusíme pro tuto stranu vykreslovat fotopředlohu, ale jen vrtací předpis, podle
něhož při výrobě odstraníme (odvrtáme) fólii kolem děr, jimiž mají procházet vývody
součástek nespojené se zemní plochou - např. vrtákem nabroušeným s větším úhlem břitů,
případně s vybroušeným malým naváděcím hrotem, vrtačku použijeme se stojanem, u něhož
lze nastavit hloubku vrtání.
Při návrhu je vždy dobré si očíslovat rohové body integrovaného obvodu (např. 1,7,8,14),
abychom se lépe orientovali. Spoje a pájecí body se kreslí jen symbolicky, bez ohledu na
velikost. Širší spoje nebo plochy zemí kreslíme však tak, jak budou. Spoje, které jsme již
zakreslili, si označíme ve schématu přeškrtnutím čáry u příslušného obvodu. Rovněž
dopíšeme do schematu číslo špičky (vývodu) obvodu, kterou jsme použili.
Při návrhu desky s plošnými spoji je důležité předem odhadnout, jak rozložit jednotlivé
celky zařízení vzhledem k jejich propojení, k počtu spojů na konektory, atd. I když rozložení
odhadneme, zakreslujeme do návrhu obvody po částech a podle toho, jak se návrh vyvíjí,
přidáváme další.
Součástky se umísťují na desky v pravoúhlém systému souřadnic. Toto umístění se zvlášť
doporučuje pro konstrukci desek s integrovanými obvody v pouzdrech typu DIL. Při použití
standardního tvaru a rozměru desek v jedné výsledné konstrukci se pro snadnější zhotovení
předlohy a montáž doporučuje umisťovat pouzdra integrovaných obvodů do jednotných,
předem určených řad a sloupců, navržených pro maximální počet uvažovaných pouzder na
desce. Jednotlivé pozice pouzder je pak možno podle potřeby vynechávat.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 237
U desek osazených diskrétními součástkami lze ve zdůvodněných případech umístit tyto
součástky i mimo systém pravoúhlých souřadnic, pokud se tím umožní snadnější zapojení či
montáž obvodů na deskách nebo to podmiňují elektrické požadavky konstruovaných obvodů.
Snažíme se vždy využít všech hradel a klopných obvodů, a bychom potom neměli dvě
nepoužitá hradla někde, kde jsou okolo již samé spoje. Někdy nás návrh přinutí použít
dvouvstupové hradlo jako invertor apod., protože by jinak zbylo a k invertoru je daleko -
proto při úvahách o počtu obvodů na desce si musíme nechat nějaké hradlo do rezervy.
Největší potíže při návrhu pak máme samozřejmě při posledních spojích, kdy už není nikde
volná ulička. Nakonec doplníma návrh o blokovací kondenzátory napájení a návrh
překontrolujeme. Při kontrole je dobré každý zkontrolovaný spoj znázornit ve schématu
obtažením spoje červenou tužkou.
Jako pomůcku je vhodné mít při návrhu tři papíry. Na prvním si uděláme obrázky pouzder
jed notlivých obvodů, aby bylo jasné jak jsou obsazeny jejich špičky (vývody). Tyto obrázky
je vhodné mít na stejném čtverečkovaném papíře, jaký používáme při návrhu a mít je
dvoustranně a doplňovat je o další obvody. Na druhém papíře si označíme, jaké rozteče
pájecích bodů jsou potřeba pro tranzistor, pro rezistory jednotlivých typů, konektory, atd.
Vyšrafovanou plochou si pak označíme, jakou plochu na desce součástka zabere. Také tento
papír neustále doplňujeme a zpřesňujeme. Třetí papír je na poznámky a můžeme ho po návrhu
zahodit. Na něj si píšeme, která hradla jsou ještě volná, které špičky u dlouhého spoje (třeba
nulování) ještě chybí propojit, atd.
Výsledný návrh překreslíme tuží na pauzovací (nebo speciálně k tomu určený - viz dříve)
papír. Je nejvýhodnější, když toto překreslení (kresbu vodivého obrazce a pájivých bodů)
bude ručně zhotovovat stejný pracovník, který zhotovil návrh. Druhou možností je návrh
digitalizovat pro strojní vykreslení předlohy.
Vícevrstvé desky se v současné době ručně nenavrhují (výrobce by takovouto zakázku
nepřijal). Teoreticky to však možné je. Efektivní by to mohlo být jen u čtyřvrstvých desek, jde
vnitřní vrstvy by sloužily k rozvodu napájení a země, jejich návrh je velmi snadný, jde pouze
o návrh izolovaných oblastí kolem budoucích prokovených děr, které nemají být s vrstvou
spojeny.
8.7.2 Složitější metoda ručního návrhu
Nyní popíšeme jinou metodu ručního návrhu. Je poměrně pracná, ale vede k velmi dobrým
výsledkům, neboť jím získáme úplné výrobní podklady a možnost poměrně snadno nalézt a
odstranit závady ještě v průběhu návrhu. To má význam při návrhu složitých obrazců. Postup
je na obr. 7.126.
Vychází se opět ze schématu obvodu a rozpisky součástek. Obdobně si vytvoříme výkres
zachycující tvary a obrysy součástek - označíme si ho jako pomocný výkres 0. Tento výkres
opět může sloužit pro řadu návrhů.
Na podložku přilepíme samolepicí páskou za rohy arch milimetrového papíru, na který
nakreslíme obrys desky, vyznačíme předem stanovenou polohu upevňovacích děr, ovládacích
a nastavovacích prvků, míst, kde lze součástky umístit apod. Je výhodné nakreslit dva takové
motivy vedle sebe. Dostáváme výkres označený 1.
Překryjeme jej pauzovacím papírem, přilepíme a kreslíme návrh rozložení součástek a
jejich propojení. Pro tuto činnost neexistuje žádný zvláštní obecný postup vedoucí rychle k
úspěchu, svou roli zde hrají především zkušenosti. Pracujeme systémem "tužka - guma".
Jeden z podkladových obrázků využíváme
k hledání vhodného uspořádání třeba jen části

238 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
obvodu, navrženou část překreslujeme do druhého obrázku. Role obou kreseb se mohou
během návrhu několikrát vystřídat.
Součástky kreslíme ve skutečné velikosti podle 0, vývody umísťujeme do rastru 2,5 mm.
Připomínáme, že kreslíme "ze strany součástek". Výsledkem je návrh rozložení a propojení 2.
Podle 2 a s pomocí prosvítající milimetrové sítě výkresu 1, vykreslíme na nový
milimetrový papír polohu součástek 3, z níž kopírováním vykreslíme všechny výrobní
podklady. Proto je výhodné polohu děr zdůraznit křížky nebo tečkami (tuší), aby dobře
prosvítaly. Dbáme na jejich přesné umístění v milimetrové síti, obrysy součástek kreslíme
počlivě "od ruky".
Po překrytí výkresu 3 a přelepení pauzovacím papírem si vyznačíme díry (nejlépe
rýsovacímy pery) a podle návrhu propojení 2 nakreslíme detailní návrh obrazce plošných
spojů (tužkou) 4. Podle potřeby volíme metodu dělicích čar nebo spojovacích vodičů.
Přihlížíme již k tomu, že se liší velikost děr a tím i pájecích bodů. Napájecí a společné vodiče
volíme co nejširší. Podle potřeby upravujeme polohu součástek na 3.
Výkres 4 sejmeme, 3 překryjeme opět pauzovacím papírem a podle polohy děr na 3 a
potřebné velikosti děr podle 0 kreslíme vrtací předpis 5. Pracujeme tuší.
Sejmeme 5, překryjeme pauzovacím papírem a nakreslíme (narýsujeme) rozložení
součástek
6.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 239
Obrázek 9.126

240 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Na závěr překryjeme 3 kvalitním pauzovacím papírem nebo některou ze speciálních
plastových fólií, která má povrch upraven pro kresbu tuší, a narýsujeme fotografickou
předlohu 7.
Předlohou je výkres 4, podložený výkresem 6. Kresba musí být kontrastní, kvalitní tuší. Při
metodě dělicích čar použijeme pro čáry pero o průměru hrotu 0,5 mm, pro body vyznačující
díry asi 0,3 mm. Při metodě spojovacích vodičů nanášíme pájecí body z archů suchých
obtisků Propisot.
Ověříme přiložením :
6 na 7 - správnost zapojení (podle schematu),
5 na 6 - správnost vrtacího předpisu (podle 0),
5 na 7 - správnost velikosti pájecích plošek fotografické předlohy.
Výsledkem návrhu jsou tyto výkresy :
7 - fotografická předloha
6 - výkres rozložení součástek
5 - vrtací předpis
4 - návrh kresby fotografické předlohy
3 - mateční rozložení součástek
2 - prvotní návrh rozložení a propojení
1 - obrys desky
0 - výkres velikosti součástek, umístění upevnňovacích děr
Výresy je možno rozdělit podle typu dokumentace následovně :
7, 6, - výrobní dokumentace desky s plošnými spoji
5,4,3,2 - pro uložení pro případnou úpravu při ověřování
1 - u jednotných formátů použitelné pro další návrh
0 - trvale použitelné pro další návrhy
Pozn.: Při návrhu dvoustranné desky s plošnými spoji se zdvojují výkresy 4 a 7. S výhodou
můžeme, díky pauzovacímu papíru, překrývat více vrstev, kreslíme stále "ze strany
součástek". Návrhy obou kreseb můžeme barevně rozlišit.
Chceme-li použít negativní fotorezist nebo zhotovit pracovní kopie originálu fotografické
předlohy, pomáháme si kontaktním kopírováním na plochý film.
8.7.3 Podrobnosti k návrhu vodivého obrazce
Po obecném popisu možné metodiky celého návrhu si nyní podrobněji všimneme vlastního
vodivého obrazce. Jde vlastně o styk
- požadavků technologických (co je možné vyrobit, požadavky na testování a pájení),
- požadavků funkce a eliminace parazitních vlivů (to jest elektromagnetické kompatibility),
- požadavků na odvod tepla a také
- hlediska estetického.
Některé z těchto věcí probíráme odděleně na jiném místě tohoto skripta (jinak by chaos v
této kapitole byl neúnosný). Potřebnou syntézu si musí provést čtenář sám.
Rozmisťování součástek předchází návrhu vodivého obrazce. Jeho postup je přibližně tento
:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 241
- nejprve je nutno rozmístit součástky, které vyžadují mechanické zabezpečení funkce
(trimry, potenciometry, cívky s dolaďovacími jádry)
- pak je nutno nahrubo rozmístit ostatní součástky přibližně dle schematu, a by se mohly
zjistit vzájemně nežádoucí vazby
- součástky válcového tvaru (R, C) umístit v jednom směru (příp. ve dvou směrech na sebe
kolmých)
Je vhodné si udělat návrh rozložení součástek a propojení v měřítku 1:1; taková skica
(kreslená z pohledu na součástky) usnadní volbu velikosti desky, konečné rozložení součástek
a kresbu budoucí předlohy
Dále je vhodné dbát, kromě již uvedených požedavků i následujících zásad, aby :
- výstup a vstup jednoho stupně nebyly příliš blízko sebe a aby tím nedocházelo k
nežádoucím vazbám
- spoje, které mezi jednotlivými součástkami povedou byly co nejkratší a aby se pokud
možno nekřížily
- křížení vodičů odstranit tím, že se přes toto místo vede součástka, která přemostí křížení
- vývody z desky byly umístěny v takovém místě, aby napojení na zdroj případně ostatní
desky a součástky bylo co nejkratší
- u digitálních obvodů orientujeme pouzdro podle obr. 7.128 a rychlejší obvody umisťujeme
u konektoru (obr. 7.129)
- polovodičové součástky a ostatní součástky citlivé na teplotu byly co nejdále od zdrojů
tepla
- cívky a keramické kondenzátory laděných obvodů, jejichž parametry také většinou závisí
na teplotě, byly také od tepelných zdrojů co nejdále
Společný pól zdroje - většinou záporný ("zemní") - se snažíme vést tak, aby procházel
mezi místy, mezi nimiž by neměla vzniknout nežádoucí vazba. Výjimečně si pomáháme při
křížení vodičů tím, že dvě místa, která nejdou propojit na straně spojů, bychom propojili
drátem na straně součástek. Je to sice funkčně nezávadné, avšak z technického hlediska
nedokonalé a při trošce přemýšlení se vždycky najde cesta, jak spojení uskutečnit v obrazci
plošných spojů. U vf a "živých" spojů, nejde-li to jinak, je však toto propojení vhodnější, než
vést dlouhý spoj.
Pokud se na desce vyskytnou spoje přenášející větší napětí, zvětšíme izolační mezeru mezi
těmito spoji a ostatními okolními plochami a snažíme se aby spoje byly co nejkratší. Stejně
tak dbáme, aby spoje přenášející signály nízké úrovně měly co nejmenší plochu, aby se
omezila možnost indukování rušivých napětí a poruch. Platí to i u soustavy dělicích čar, kde
by plocha omezená dělicími čarami, měla být v těchto případech co nejmenší.
Je dobře vyhnout se souběžnému vedení dvou nebo několika rovnoběžných spojů, pokud
jimi protéká střídavý proud (je to možné u napájecích přívodů stejnosměrného napětí). Je-li to
nevyhnutelné, protáhneme mezi nimi alespoň jeden spoj, spojený se společným pólem zdroje.
Základní doporučení pro návrh spojů:
- použití dostatečně velkých izolačních mezer, šířek vodičů a velikost pájecích plošek
- volit tvar pájecí plošky jednoduchý (nejlépe kruhový)
- nepoužívat pro pájecí plošky různých krácených tvarů (např. seřezávání kruhů Cu fólie)
- společné pájecí plošky pro více součástkových otvorů nezaručují dobrou pájitelnost

242 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- pájecí body ve velkých plochách mědi se špatně pájí; proto radějiši kreslit normální pájecí
plošku s izolačním prstencem a k propojení plošky s plochou mědí použít dvě až čtyři
spojky (krátké proužky)
- plynulé tvary plošných vodičů užívat jen u analogových obvodů, umožňují zkrátit délky
vodičů; obtížně se kreslí
- plošné vodiče u digitálních obvodů zakreslovat pouze tak, aby sledovaly souřadnice
základní sítě, lomit vodiče pouze pod úhlem 45 stupňů, přičemž body zlomu se musí krýt s
průsečíkem souřadné sítě
- doporučená šířka vodičů 0,8 mm až 1,0 mm (u vodičů širokých přes 3 mm může
vzniknoutr potíž při pájení vlnou)
- šířka izolačních mezer se doporučuje 1 mm; na každých 150 V rozdílu potenciálu má být
izolační mezera alespoň 0,75 mm
- vodiče vzájemně nenapojovat v ostrých úhlech
- zachovávat dostatečnou vzdálenost vodičů od hran desky
- zúžení vodičů použít jen omezeně na nezbytně nutné délce
- velké plochy mědi odlehčovat pravidelnými obrazci z izolačních plošek nebo mezer, může
se zde uvést název desky nebo číslo
- obrys označit rohovými značkami; nevykreslovat obrys (předlohy, matrice) přerušovanou
čarou
- doteky zúženým vodičem propojit na sběrný vodič pro pokovování nebo v celé šíři
protáhnout kresbu přes obrys výsledné desky (méně vhodné) - nutno počítat s tím, že se při
výrobě mění šířka plošného vodiče podleptáním v rozmezí 10 až 20 mm (u 35 mm Cu
fólie) a při použití kovové leptuodolné masky se rozšiřuje horní část vodiče nárustem
kovové masky o 20 až 30 mm při tloušťce vrstvy 15 mm, pokud není užito suchého rezistu
Bezpodmínečně je však nutné si uvědomit, zda budeme předlohu kreslit ze strany spojů,
což je téměř vždy, nebo ve speciálních případech ze strany součástek. Pro většinu případů se
proto musíme dívat na skicu propojených součástek "zespodu". Je to nutné proto, abychom
správně situovali vývody tranzistorů a integrovaných obvodů. Jinak by se mohlo stát, že
vývody těchto součástek budou zapojeny obráceně, což nelze odstranit. Pokud se to stane a
desku nechceme vyhodit, pak takové součástky musíme připojit (připájet) ze strany spojů (tj.
stejně jako u plošné montáže. Uvidíme později, že u ní naopak, použijeme-li příslušné
součástky, musíme spoje kreslit tak, jako by tyto součástky na spojích ležely.
Rozhodnutí, zda kreslit ze strany spojů nebo součástek je tedy základním pro bezchybnou
výrobu desky s plošnými spoji, zvláště u začínajících návrhářů. Chybná kresba předlohy se
obvykle zjistí až při montáži součástek.
Postup zakreslování drah plošných vodičů do náčrtu může být zčásti určován povahou
obvodu nebo logického návrhu. Plošné vodiče, které jsou kritičtější z hlediska elektrických
parametrů, je vhodné zakreslovat v přímých drahách a jejich polohu neměnit. Dobrou
pomůckou je zakreslení takových plošných vodičů fixem, což připomíná, že se poloha těchto
vodičů nesmí měnit. Při návrhu se doporučuje začít s plošnými vodiči ke konektoru desky,
potom pokračovat u pouzdra v levém horním rohu desky (při umístění konektoru vlevo) a
zakreslit všechny spoje k tomuto pouzdru. Potom přejít k dolnímu dalšímu pouzdru atd. až se
zakreslí celý vodivý obrazec řada po řadě.
Hlavní předností tohoto systému je, že v případě nejistoty kudy vést dráhu, je bezpečnější
umístit jej směrem nahoru nebo doleva, tj. přes anebo v blízkosti dokončené části návrhu.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 243

244 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Existuje-li nějaké univerzální pravidlo pro zakreslování drah plošných spojů, potom zní asi
takto : "Ať se zakreslí první dlouhý plošný vodič kamkoliv, bude jej stejně nutné později
přemisťovat.
Rozvody pro napájení a přívodní zem mohou být u vícevrstvých desek na vnitřních
vrstvách a v tom případě je není třeba uvažovat. U dvouvrstvých desek však musí být na
povrchu spolu se signálovými plošnými vodiči. Vzhledem k tomu, že tyto vodiče budou vždy
spojovat známé vývody známým způsobem, je vhodné je do náčrtu zakreslit jako první. Ať se
zvolí jakýkoli systém, je možné, že bude zapotřebí provést nějaké menší změny v umístění
těchto plošných vodičů před dokončením celé kresby vodivého obrazce. Proto není vhodné
uvádět tyto plošné vodiče v definitivní podobě. Do náčrtu se mohou zakreslit světlou barvou,
která je však dostatečně jasná (aby se zakreslené plošné vodiče nemohly přehlédnout) a kterou
je možné později po případných nezbytných změnách překreslit do definitivní podoby.
Rozvodu napájení se budeme věnovat podrobně ještě později.
Dále je třeba uvažovat plošné vodiče vedené na konektor desky. Jestliže pořadí kontaktů na
desce bylo stanoveno předem, začínají plošné vodiče u kontaktů a procházejí přímo až k
určenému pájecímu bodu.
Pokusme se stručně shrnout zásady vedení spojů při návrhu plošného obrazce.
Předpokládejme i nadále orientaci obrazce v tom smyslu, že strana součástek bude nahoře a
kontakty vlevo. Nejprve je třeba zkusit dráhu plošného vodiče směrem nahoru nebo dolů po
souřadnici základní sítě, která sousedí s místem vzniku. Souřadnice základní sítě, která je blíž
cílovému bodu, se zkusí co nejdříve. Dráha plošného vodiče sleduje tuto souřadnici základní
sítě až k poslední souřadnici před souřadnicí cílového bodu, projde propojovacím otvorem,
potom se vede napříč deskou a konečně dalším propojovacím otvorem přejde na druhou
stranu desky ke konečnému propojení s cílovou pájecí ploškou.
Jak se postupně zaplňuje plocha desky, roste pravděpodobnost, že tento doporučovaný
postup přestane být možný. Pro vertikální část dráhy se může vyhledat nejbližší volná
souřadnice základní sítě, avšak musí se přitom dbát, aby byla také volná dráha napříč deskou
(z místa vzniku dráhy k této souřadnici základní sítě). Je možné umístit propojovací otvor v
průsečíku obou drah, aniž by překážel jinému otvoru.
Je třeba si uvědomit, že při použití dosud uvažovaných rozměrů pájecích plošek (rovných
nebo o něco větších než rozteč základní sítě) nemohou být propojovací otvory blíž k sobě než
na diagonálně sousedících průsečících základní sítě. Je-li horizontální souřadnice základní sítě
již obsazena, je třeba vyhledat jinou souřadnici ve stejné skupině mezi dvěma řadami pájecích
plošek pouzdra.
Pravděpodobně se dosáhne stadia, kdy jednoduchá dráha tvaru L s krátkými šikmými
lomenými čarami na koncích již nebude možná. Tehdy je nutno umiťovat plošné vodiče
schodovitě přes desku na krátkých úsecích základní sítě.
Nutno poznamenat, že jedinými nevýhodami takové schodové dráhy je zvětšení počtu
propojovacích otvorů a zvýšená obtížnost při sledování kresby vodivého obrazce pohledem.
Celková délka dráhy plošného vodiče zůstane stejná.
Může nastat případ, kdy se plošný vodič bude muset vzdálit od svého cílového bodu, aby
se našla volná souřadnice základní sítě. To lze připustit, ale při návrhu obvodu se musí jasně
stanovit omezení celkové dráhy plošných spojů.
V pokročilejších stadiích návrhu vodivého obrazce můžeme zjistit, že je potřeba určitého
počtu změn v předchozím návrhu. Plošné vodiče již umístěné je možné převádět pomocí
šikmých lomených drah na další souřadnici základní sítě, aby se uvolnila dráha (mezera) pro

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 245
nový plošný vodič. Je také možné přemístit propojovací otvory a použít lomených drah, aby
se uvolnila mezera pro další propojovací otvor.
Každý zkušenější návrhář musí poznat, kdy je nejvhodnější začít se změnami plošných
vodičů již zakreslených. Není-li možné vést dráhu pomocí tří schodů nebo prodloužením
nejjednodušší dráhy o 20%, pak je třeba uvažovat o změnách.
Vhodné využití šikmo lomených drah může uspořit značnou část plochy desky. Naopak
špatné lomy mohou vy7plýtvat hodně místa na desce. Jestliže jsou lomy vedeny přesně v úhlu
45 stupňů a počátkem a koncem uprostřed mezi souřadnicemi základnísítě, je možné přemístit
libovolný počet vodičů společně o jednu nebo několik souřadnic základní sítě (obr. 7.130a).
Prochází-li dráha plošného vodiče v sousedství řady pájecích plošek pouzdra a ohýbá-li se
tak , aby se vodič nesetkal s pájecí ploškou je zcela přirozené vést lom v úhlu 45 stupňů tak,
aby mířil do středu pájecí plošky (obr. 7.130b).
Těsnějšího rozmístění dosáhneme, když plošný vodič vedeme v úhlu 45 stupňů z bodu na
okraji pájecí plošky, takže se zdá, že plošný vodič vstupuje do pájecí plošky téměř tečnou
(obr. 7.130c).
Jestliže vodiče opouštějí pájecí plošky radiálně, mohou se do mezery umístit pouze tři
vodiče. Tangenciální umístění vodičů dovolí průchod čtyřem vodičům při zachování
izolačních mezer. Tento způsob lze obvykle použít jen při ručním kreslení předlohy.
Obr. 7.130: Způsoby vedení vodičů na plošném spoji s využitím šikmo lomených drah.
Všechny plošné vodiče, které vycházejí z pájecích plošek pouzdra vertikálně k
propojovacímu otvoru a křižují více než dvě souřadnice základní sítě se doporučují
přezkoušet a zaměnit horizontální dráhu z propojovacího otvoru za dráhu sousedící s řadou
pájecích plošek pouzdra. Je-li vodič sousedící s řadou pájecích plošek pouzdra kratší než
zkoumaný vodič, a nepřesahuje-li jej ani na jednom konci, potom můžeme tento zkoumaný
vodič přemístit na další souřadnici základní sítě rovnoběžnou s řadou pájecích plošek pouzdra
s vložením lomů (vyhne se tak přítomnému kratšímu vodiči). Ostatní vodiče mezi původní
drahou zkoumaného vodiče a její novou polohou musíme lomit obdobně. Stejným způsobem
lze vkládat krátký úsek vodiče "dovnitř" delší dráhy s případnými lomy.
Tam, kde zkoumaný vodič zčásti přesahuje délku dráhy již umístěného vodiče sousedícího
s řadou pájecích plošek pouzdra, je žádoucí výměna polohy vodičů. To platí, jestliže první z
nich má tři odbočky k řadě pájecích plošek pouzdra a druhý jen dvě. Není-li tomu tak,
uvažovaný vodič lze přemístit rovnoběžně s řadou pájecích plošek s lomy na nejbližší další
souřadnici základní sítě. Tím se vyhneme již přítomnému vodiči.
Při takových změnách dráhy vodičů je třeba dávat pozor, aby se přitom neporušila žádná
pravidla. Může se stát, že někde uprostřed plošného vodiče, který zamýšlíme přemístit, bude
propojovací otvore v takové poloze, že přemístění by jej přemístilo k některému jinému
otvoru, se kterým nesmí být spojen. V takovém případě je třeba se pokusit o přemístění
otvoru podél dráhy uvažovaného vodiče na bezpečnější místo, nebo je nutné upustit od
přemístění vodiče.
Dalším důvodem, pro který nemůžeme přemístit vodič, je propojovací otvor na dráze
plošného vodiče, který by se po přemístění mohl dostat do polohy uprostřed mezi dvě pájecí
plošky pouzdra. Vodič můžeme buď vyměnit s jiným vodičem, anebo přesunout na novou
souřadnici. Vodič, který byl umístěn na této souřadnici a všechny ostatní mezi touto
souřadnicí a původní polohou zkoumaného vodiče se posunou o jednu rozteč aby uvolnily
místo pro přemisťovaný vodič.

246 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Jestliže všechno vylepšování, čištění a přemísťování drah plošných vodičů nestačí uvolnit
prostor pro jinak obtížnou dráhu vodiče, je nutné uvažovat o změně rozmístění pouzder. Při
návrhu obvodu by se mělo ponechat několik míst pro pouzdra volných. Jak pro případ
přemísťování pouzder u obtížnější desky, tak pro případ budoucích modifikací.
Jedním ze způsobů, jak uspořit prostor, je vedení dráhy vodiče přes nepoužitý vývod
pouzdra. U některých integrovaných obvodů nejsou všechny vývody zapojeny uvnitř pouzdra
(označeno NC) a dají se tudíž volně použít. U logických obvodů se někdy stává, že nejsou
požity všechny vstupy hradla a součástkového otvoru nepoužitého vstupního vývodu se dá
využít k vedení plošného vodiče, jímž prochází signál, který nemá vliv na logickou operaci
dotyčného hradla. Použití takových živých vývodů je možné až po podrobném ověření
obvodového řešení.
Po umístění všech plošných vodičů se doporučuje prohlédnout kresbu obrazce, aby se
zjistilo zda vytváření definitivní předlohy nebude příliš obtížné. Všechny dráhy by měly být
co nejrovnější, lomy by měly být umístěny spíše v sousedství pájecích plošek než uprostřed
dráhy vodičů. Měla by se omezit schodovitost lomů na jeden dlouhý lom a všude, kde je to
možné, by se lomy a vodiče procházející kolem pájecích plošek měly posunout o jednu nebo
dvě souřadnice od pájecích plošek, aby se zvětšily izolační mezery.
Ruční kreslení předlohy spojovacího obrazce
Překreslení návrhu do konečné formy je náročné na pečlivost a čistotu práce, avšak při
vhodném zvětšení (2:1) nevyžaduje mimořádnou pozornost. Předlohy se zhotovují na
jednostranně matovaných fóliích z plastických hmot (např. Astralon, Sicoprint, Reprolar) s
minimální tepelnou roztažností. Pro snadnější zhotovení kresby vodivého obrazce se
doporučuje rastr s roztečí 2,5 nebo 5 mm v barvě modré (rastr se při fotografickém zpracování
odfiltruje).
Kresba vodivých obrazců se na fólie z plastických hmot zhotovuje na jejich matované
straně. Nevhodný je pauzovací papír, a to zejména v těch případech, kdy je zapotřebí tuší
pokrýt větší plochy, protože dochází ke smršťování pauzovacího papíru.
Na plastickou fólii lze kreslit i tužkou, lze mazat a škrábat. Pro opravu se může použít
dobře krycí bílé barvy, na kterou se po zaschnutí obrazce překreslí. Širší vodiče se kreslí
dvěma obrysovými čarami trubičkového pera a střed vodiče se vybarví. Plochy musí být
kontrastně kryty bez vlasových přerušení a šedivých míst. Nutno kontrolovat při zvětšení.
Barvy, kterými se kreslí předlohy a matrice musí být černé, nelesklé a dokonale přilnavé.
Ke kreslení se nejvíce používá temperových barev, zlepšených přidáním arabské gumy a
speciálních tuší na astralon. Pro kreslení se s výhodou požije prosvětlovacích stolů s
neoslňujícími světelnými zdroji.
Jinou metodou ručního pořízení předlohy je nalepování předtištěných samolepicích
sy mbolů. Tyto předtisky nabízí celá řada specializovaných výrobců - u nás se vyrábějí pod
označením "Propisot - elektrotechnika" v měřítku 1:1 i 2:1 (viz obr. 7.131 a 7.132). Tento
způsob umožňuje relativně snadné zhotovení dokonalé předlohy, především pokud jde o
ostrost hrany obrazce. Předtisky jsou tedy přínosem z hlediska urychlení kresby a zlepšení
čistoty práce, nikoli přesnosti.
Uveďme některé zásady při ručním zhotovení předlohy s využitím samolepicích symbolů.
Obtisky je vhodné uchovávat zabalené v polyetylenovém sáčku; jinak lepidlo vysychá a
obtisky pak špatně lepí. Při práci pokládáme stranu opatřenou lepidlem vždy na ochranný
papír se silikonovou vrstvou (přiložený výrobcem). Nikdy nepokládáme obtisky lepicí stranou
na pracovní stůl, protože se obvykle přichytí nečistoty, které pak způsobují trhání obtisků při

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 247
Obrázek 9.131.: Obtisky Propisot Elektrotechnika

248 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 249
snímání. K vlastnímu snímání obtisků používáme nejlépe kovový hrot se zaoblenou špičkou -
dobře poslouží i nepíšící propisovací tužka. Místo, které chceme z obtisku sejmout, důkladně
několikrát přitlačíme kovovým hrotem na předlohu až je zřejmé, že došlo k odlepení symbolu.
Ob tisk pak z předlohy sejmeme nikoli trhem, ale postupným odlepováním. Po sejmutí obtisku
je vhodné místo zafixovat zatlačením plochou nehtu přes uvedený ochranný papír. Osvědčilo
se i zatlačení čepičkou prstu.
Poznamenejme, že pro integrované obvody s kruhovým uspořádáním není vhodné používat
pájecí body z Propisotu - elektrotechnika 517 ( obr. 7.132). To proto, že při vrtání otvorů
do chází vzhledem k nevhodnému tvaru pájecích bodů k roztržení směrem do středu. Mimo to
příliš malý průměr, na kterém jsou pájecí body uspořádány, neumožňuje vedení spojů pod
integrovaným obvodem. Doporučujeme tento průměr volit dle průměru příslušné patice. V
případě nutnosti lze pak pro realizaci funkčního vzorku použít patice. Taktéž úzké oválky pro
pájecí body integrovaných obvodů v pouzdrech DIL užíváme pouze výjimečně v těch
případech, kdy je zapotřebí mezi dvěma pájecími body vést signálový vodič. Potřebujeme-li
vyznačit nestandardní otvor, např. otvory pro připevnění konektoru pomocí šroubků,
vyznačíme pouze střed otvoru pomocí kruhového pájecího bodu, popřípadě ještě vnější
průměr otvoru. Je nepraktické nakreslit jen vnější obvod bez vyznačení středu, protože při
vrtání obvodu nelze nasadit vrták.
V případě, že se při snímání symbolu odlepují i okolní symboly, je vhodné lehce
proříznout (například zlomenou čepelkou)lepidlo kolem požadovaného symbolu. Největší
problémy jsou při snímání čar, a proto je výhodnější raději čáry na předlohu kreslit tuší. Aby
při snímání nedošlo k umašťení předlohy (například přirozenou mastnotou rukou), které by
způsobilo špatnou přilnavost tuše, je vhodné předlohu neustále chránit čistým papírem před
dotykem rukou. Při kreslení tuší je zapotřebí zajistit dobré krytí černých ploch a ostré obrysy.
Kreslíme-li na průhlednou fólii, nesmí být při průhledu přes fólii za denního světla žádný spoj
šedý. Zlepšení lze nejlépe dosáhnout přetažením čáry z druhé strany fólie.
Při překreslování je zapotřebí dbát na potřebnou šířku plošných vodičů a na dodržení
izolačních mezery mezi sousedními vodič. Šířka plošných vodičů se řídí :
a) přípustnou (resp. požadovanou) kapacitou a indukčností mezi přilehlými nebo protilehlými
plošnými vodiči,
b) proudovou zatížitelností plošných vodičů,
c) volnou plochou mezi jednotlivými prvky vodivého obrazce s přihlédnutím k požadovaným
šířkám izolačních mezer mezi plošnými vodiči.
Pro běžné signálové vodiče se doporučuje šířka 0,6 nebo 0,8 mm. Minimální šířka vodičů
ve III. a IV. třídě je 0,3 mm. Doporučuje se však, aby tato minimální šířka byla používána
pouze při průchodu mezi dvěma pájecími ploškami (obr. 7.133).
Šířka izolačních mezer mezi sousedními plošnými vodiči (případně i jinými prvky
vodivého obrazce) se řídí z hlediska přeskokového napětí. Pro běžné druhy desek se
nedoporučuje, aby mezi sousedními dvěma vodiči bylo napětí vyšší než 500 V. Pokud je z
konstrukčního hlediska nezbytné volit šířku izolační mezery menší než 0,65 mm (pro desky s
pokovenými děrami je nutno tuto mezeru volit větší; při pokovení se mezery zúží), je tak
možno učinit jen za předpokladu, že vodiče a mezery budou překryty vrstvou
elektroizolačního laku. Tato vrstva musí zůstat neporušena po dobu životnosti zařízení, resp.
dle potřeby obnovena.
Minimální šířka izolační mezery na zhotovené výsledné desce smí být 0,25 mm. Pokud to
rozmístění a elektrické parametry plošného spoje umožňují, je nutno volit šířky izolačnícj
mezer co největší a pokud možno rovnoměrné mezi jednotlivými plošnými vodiči.

250 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.133. Průchod plošného vodiče mezi dvěma pájecími body
Při kreslení předlohy je vhodné, aby byly zakresleny i značkyh pro orientaci integrovaných
obvodů . Dále se pomocí samolepicích obtisků uvede do plochy budoucí desky její označení.
Předloha strany pájení se označuje navíc písmenem A; vodivý obrazec strany součástek
písmenem B.
Příhodné je také popsat některé významné vodiče, např +5V, 0V, +15 V,... Po sesazení
obou předloh je nutné zakreslit do rohů předlohy (mimo spojový obrazec) body pro
soukrytování. Aby nemohlo dojít k záměně, kreslí se jen tři body nebo se body očíslují na
obou předlohách ve stejném pořadí.
Bude-li se předloha zmenšovat fotograficky, je nutné na každé obvodové hraně desky
vynést kóty normalizované délky (např. 100 a 150 mm), aby bylo možno při zmenšování
provést na matnici korekci roviny fotografického přístroje. Protože ani při pečlivé práci
nedojde ke zcela přesnému soukrytu pocelé ploše desky, nejsou u dvouvrstvých desek bez
prokovených otvorů na předloze strany součástek vyznačeny středy pájecích plošek.
Zhotovení matrice
Posledním krokem je zhotovení matrice (někdy se používá termín klišé), která se použije
pro výrobu desky s plošnými spoji (při vytváření leptuvzdorné masky). U nejjednoduššího
způsobu se jako matrice použije přímo předloha nakreslená na vhodný průsvitný materiál.
Připomeňme, že obrazec je třeba kreslit tak, aby byl v přímém styku se světlocitlivou vrstvou
nanesenou na desku. Při zanedbání tohoto pravidla vyjdou plošné vodiče a pájecí plošky užší
nebo širší (závisí na způsobu přenášení obrazce), protože dojde k podsvícení matrice.
Desky určené pro montáž integrovaných obvodů vyžadují mnohem vyšší stupeň přesnosti,
než se dá docílit přímým kreslením matrice. Obvyklou metodou je v takovém případě
vytvoření předlohy s kresbou vodivého obrazce ve dvojnásobném zvětšení a potom její
zmenšení fotografickou cestou na matrice v měřítku 1:1.
Vedle zvětšení přesnosti má tento postup přednost i v tom, že lze matrice zhotovovat jako
pozitivy nebo negativy s fotografickou emulsí na požadované straně. Pro dodržení vysoké
přesnosti je zapotřebí co nejmenší počet optických transformací, tj. zmenšování a zvětšování.
Optimální je použití velkoformátové kamery. "Běžné kamery" (Linhof Technik, Sinar) mají
kazety na ploché filmy nebo desky nejvýše 18x24 cm. Na větší plošné spoje se užívaly
precizní horizontální kamery.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 251
Dobrých výsledků bylo docíleno ovšem i s přenosem přes kinofilm. Poznamenejme ještě,
že filmové matrice lze retušovat (vyškrabáváním nebo dokreslováním na straně emulse).
Strojní výroba matrice vodivého obr azce. Místo ručního překreslování návrhu vodivého
obrazce na předlohu je možné užít strojní kreslení předloh nebo přímo matric.
Přenos obrazce z navrženého náčrtu na číslicovou formu se provádí digitalizací.
Souřadnice se přiřazují na hodnoty normalizované sítě 2,5x2,5 mm nebo 1,25x1,25 mm (nebo
palcového ekvivalentu). Kresba se potom vytváří na kreslicím stole (např. klasický Digigraf),
souřadnicovým zapisovačem nebo nejčastěji opticky přímo na film (tzv. expoziční zařízení
nazývané též generátor matric nebo generátor obrazců).
Tato zařízení dále umožňují pořizování příslušných značek a nápisů snadné opakování
často používaných symbolů plošných prvků a používání děrné pásky pro následné operace,
např. pro vrtání otvorů.
Automatizovaný náv rh spojového obrazce. U stále složitějších desek je tvorba vodivého
ob razce mnohem náročnější na čas a způsobuje vážné výrobní potíže. Proto se ve stále větší
mí ře užívá i pro vlastní návrh obrazce spojů počítače.
8.7.4 Návrh DPS počítačem
V současné době se při návrhu DPS ustupuje od ručního návrhu a téměř výhradně se
používají počítačové programy CAD (Computer Aided Design), které pracují na počítačích
řady IBM-PC. Je třeba si uvědomit, že i když návrh provádíme ručně, většinou je třeba stejně
v závěrečné fázi jej zdigitalizovat i a to i v případě, že je matrice zhotovena ofotografováním
ručně kreslené předlohy, abychom získali podklady pro výrobu DPS, hlavně soubory vrtání na
souřadnicové vrtačce, pro osazovací a automaty apod.
Výhody počítačového návrhu
- podstatné zrychlení návrhu, a to i v případě, že nepoužijeme autorouter
- možnost použití normalizovaných knihoven pro pouzdra součástek, schématické značky
apod.
- zabezpečení stejných přesně definovaných podmínek v souladu s příslušnými normami
- návrh není třeba dodatečně digitalizovat, snadno se dají utvořit soubory pro výrobu,
osazování apod.
- při návrhu jsou omezeny, nebo úplně vyloučeny chyby způsobené lidským faktorem
- snadná archivace podkladů
Je třeba si uvědomit, že návrhové systémy jsou značně drahé a jejich nelegální používání je
většinou zamezeno používáním hardwareového klíče. Při jeho pořizování je třeba ekonomicky
zvážit výhodnost nákupu.
Struktura návrhového systému
Návrhových systémů je k disposici celá řada. Jedná se o speciální systémy pro plošné
spoje, nebo je návrhový systém součástí
komplexního grafického systému. Mezi nejznámější

252 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
návrhové systémy pro plošné spoje patří programy EAGLE (PADS Software Inc.), ORCAD,
REDCAD, smARTWORK, ARIADNE a další.
Návrhový počítačový systém se většinou skládá z následujících funkčních bloků (které
jsou tvořeny samostatnými programy, nebo jsou součástí jediného programu):
- editor pro kreslení schémat
- editor pro kreslení spojů
- autorouter
- knihovny pouzder, symbolů a součástek
- programy pro tvorbu technologických výstupů
- programy pro tisk
- další pomocné programy
Obrázek 9.134 : Schéma návrhu desek plošných spojů počítačem

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 253
Editory pro kreslení schémat a spojů jsou základní částí, jejich obsluhu je třeba dobře
zvládnout. Kreslí se většinou pomocí myši. Program umožňuje vybírání prvků z knihovny
jejich rotaci a přemísťování po pracovní ploše, kreslení definovaných šířek čar a velikostí
ploch, definici rastru (palcová i metrická míra), vkládání alfanumerických symbolů, mazání,
rotaci, zrcadlení, změnu měřítka, zobrazování, definovaných pracovních vrstev apod. Editory
pro kreslení spojů mohou pracovat v několika pracovních vrstvách, které jsou od sebe barevně
odlišeny.
Obrázek 9.135: Elektrické schéma vytvořené editorem schémat
návrhového systému EAGLE
Editor pro kreslení schémat
Tato část systému slouží pro vytvoření schématu navrženého zapojení. Schéma je možno
sestavovat z pevně nadefinovaných prvků vybíraných z knihovny, nebo je vytvářet
individuálně. Umožňuje vytvářet sběrnicovou strukturu zapojení, označit popisem jednotlivé
součástky a části zapojení. Jeho součástí je i automatická kontrola chyb elektrického
propojení (zkraty výstupu proti zemi a napájení, zkraty napájení, propojení výstupu
navzájem, neošetřené vstupy a výstupy apod.). Je většinou uzpůsoben tak, aby vylučoval při
popisu možnost chyb a neurčitostí (nelze označit dvě součásti stejně). Schéma zapojení je
možno použít buď samostatně, nebo jej použít pro návrh DPS. Dá se z něj většinou vytvořit
rozpiska součástek. Příklad schéma- tu nakresleném v editoru programu EAGLE je uveden na
obr.7.123.
Editor pro kreslení spojů
Umožňuje po umistění pouzder součastek vybíraných z knihovny do pracovního rozměru
desky (pokud nepoužijeme autorouter) ručně vytvářet kresbu desky plošného spoje vodiči
definované šířky. Ruční návrh předpokládá mít připraven návrh desky plošného spoje (nemusí
být ve skutečném měřítku).
Součástí editoru bývá stejně jako u kreslení schémat kontrola správnosti geometrie návrhu,
což jsou kontroly izolačních vzdáleností mezi spoji, zkratů, použitých rozměrů pájecích

254 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
ploch, průměrů vrtaných děr, šířky spojů, lze provést kontroly umistění v rastru, úhly spojů,
apod.
Autorouter
Jedná se o program, který automaticky navrhne plošný spoj tak, aby se vodiče nekřížily za
dodržení předem definovaných podmínek návrhu (vzdálenosti mezi spoji, velikost a tvar
plošek apod.). Pracuje většinou ve více etapách (tzv. průchodech). V prvních průchodech
pokládá sběrnice, potom ostatní spoje a v dalších průchodech optimalizuje propojení.Téměř
vždy je možno jeho činnost přerušit a ručně zasáhnout do návrhu. Předem nadefinované spoje
autorouter nemění ( např, zemnění, choulostivé spoje z hlediska rušení, vazeb apod).
Autorouterů se vyskytuje velké množství. Výsledná kvalita nezávisí pouze na jeho
dokonalosti, je také do značné míry ovlivněna úrovní přípravy podkladů (rozmístění
součástek) pro jeho činnost. Většinou trvá optimalizace několik desítek minut a výsledkem je
návrh spojů na úrovni několikadenní práce zkušeného vývojáře. Při návrhu velmi složitých
desek s velmi jemným rastrem trvá optimalizace i několik hodin a výsledkem je kvalita
propojení, kterou lze těžko ručně dosáhnout. Konečný výsledek je v každém případě ovlivněn
tvořivou činností člověka.
Knihovny pouzder, symbolů a součástek
Knihovna je samostatná část programu, ve které jsou uchovány používané tvary pouzder,
symbolů a součástek, případně další často používané části.
Pouzdro - jedná se o schématický nákres skutečného rozměru umísťovaného prvku na
desku plošného spoje, včetně
pájecích plošek umístěných ve
správné rozteči.
Symbol - jedná se o schématickou
značku (rezistor, kondenzátor,
tranzistor, hradlo NAND apod), v
podobě v jaké ji chceme mít na
schématu.
Součástka - prvek v knihovně, ve
kterém je jednoznačně zadefinováno
přiřazení vývodu pouzdra k danému
symbolu. Součástka může obsahovat
více stejných symbolů. Např.
součástka SN 7400 tj. čtveřice
Obrázek 9.136: První varianta plošného spoje
s „pružnými „ vodiči
dvouvstupových hradel NAND má připojeny vstupy a výstupy jednotlivých hradel na
definované přívody pouzdra DIL 14.
Knihovny standardních prvků jsou většinou součástí každého návrhového systému. Při
jeho používání je třeba počítat s tím, že téměř vždy je nezbytně nutné je doplnit o vlastní
používaná pouzdra, symboly a součástky. Ve většině případů způsob kreslení prvků
dodávaných v knihovně návrhového systému odpovídá normám a zvyklostem té země, ve
které program vznikl.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 255
Programy pro tvorbu technologických výstupů
1. Podklady pro výrobu desky plošného spoje
V případě, že máme k disposici soubor s navržený rozmístěním a propojením desky
plošného spoje, je možno pomocí převodních programů vytvořit soubory vhodné pro výrobu
DPS. Podle použitého technologického zařízení sestavíme vhodný konfigurační soubor a
spustíme vhodný program. Pro výrobu desky plošného spoje požadují výrobci následující
podklady:
- soubory kresby spojů DPS (jednotlivé vrstvy)
- soubory kresby nepájivé masky
- soubory kresby popisu
- soubory pro vrtání
- soubory pro ostřih (pokud se nepoužívá technologie ražení)
Pro výrobu DPS je třeba zhotovit transparentní předlohu (matrici, klišé) pro exposici
použitých resistů případně pro výrobu síťky pro sítotisk. Matrice se zpravidla zhotovují
vykreslováním na fotoploteru, tj zařízení, které na fotografický film s minimální délkovou
roztažností vykresluje světelnou stopou motiv kresby. Pro fotoplotery je nejpoužívanější
formát GERBER.
2. Soubory pro kresbu motivu spojů, popisu a nepájivé masky
Pro spoje a popis se matrice vykresluje positivním způsobem, tzn., že vodivé čáry a plochy
jsou černé. Matrice pro nepájivou masku je kreslena zpravidla negativním způsobem, tj., že
místa, kde nepájivá maska nebude, jsou černá. Při použití programu je možno zadat velikost
přesahu ploch bez nepájivé masky přes pájecí plochy. Podle použitého kreslícího zařízení je
možno zvolit kreslení bez emulace, nebo s emulací.
Kreslení bez emulace - dá se použít v případě, že při návrhu jsou použity šířky čar a
velikosti a tvary ploch, které odpovídají sortimentu kreslících clonek na fotoploteru. Čáry jsou
kresleny exposicí pohybem požadované kruhové clony, plochy exposicí přes clonku
požadovaného tvaru a velikosti. Je zřejmé, že kreslení probíhá rychle a velikost datového
souboru je malá.
Kreslení s emulací - používá se v případě, že šířky čar a velikosti a tvary ploch
neodpovídají možnostem kreslícího zařízení. Libovolná čára případně plocha se vykreslí
předem definovanou velikostí clony. Délka souboru je podstatně větší a tento způsob kreslení
je velice zdlouhavý, zvláště v případě, že vykreslujeme velké vodivé plochy, proto je
výhodnější použít pokud to jde kreslení bez emulace.
3. Soubory vrtání a pro ostřih DPS
Pro zhotovení souborů pro vrtání a ostřih DPS (pokud se používá numericky řízené strojů )
bývají součástí návrhového systému programy určené pro specifická zařízení,které vygenerují
patřičný soubor. Soubory mohou být samostatně pro pokovené a montážní otvory.
4. Konstrukční podklady pro montáž a osazování desek plošných spojů
Mezi konstrukční podklady pro montáž a osazování DPS patří:
- pokládací výkres
- rozpiska součástek
- soubor pro osazení DPS automatem
Pokládací výkres - slouží jako dokumentace pro osazování a kontrolu DPS. Je možno jej
vytvořit tiskem vhodných vstev základního souboru navržené desky plošného spoje. Musí
obsahovat obrysy desky s rozmístěním součástek a jejich označením (příp. polaritou,
někdy i
hodnotou) a kresbou motivu pločného spoje. Doporučuje se zobrazit pouze to ,co je nezbytně

256 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
nutné pro orientaci na desce, aby se výkres nestal nepřehledným. Příklad je uveden na obr.
7.138.
Rozpiska součástek - v případě potřeby se tiskne seznam součástek s uvedením počtu kusů,
označením, hodnotou a typem.
Soubory pro osazování DPS automatem - někteří výrobci návrhových systémů dodávají
převodní programy, které umožní použít informací o součástkách (souřadnice, typ, označení,
orientaci apod.) k vytvoření osazovacího programu pro přís- lušný osazovací automat.
Pro techniku povrchové montáže to mohou být navíc podklady pro dávkování lepidla,
případně pájecí pasty.
5. Ostatní programy
Jedná se o soubory, které umožňují tisk na různých typech tiskáren, drivery pro různé
grafické karty počítače, programy pro převod datových formátů mezi návrhovými systémy
apod.
Velice často se používají programy s jednoduchým ovládá- ním, (např. PCGERBER), které
mají charakter editorů a umožňují již připravený soubor pro výrobu DPS pro kontrolu
zobrazit a provést na něm případné drobné změny, zrcadlit, násobit motiv, rotovat apod. Tyto
programy je možno použít samostatně pro kreslení DPS.
8.7.5 Postup pří návrhu DPS počítačem
Postup navrhu DPS je uveden na obr. 7.134.
Zadání a odzkoušení návrhu - provádí se i při ručním návrhu desky. Je vhodné si funkci
navrženého zapojení odzkoušet s originálními součástkami na universální desce, případně si
odsimulovat chování systému na počítači některým ze simulačních programů. Pro simulaci je
třeba vytvořit na počítači schéma zapojení, které je ve většině případů použitelné i pro
počítačový návrh DPS. Konstruktér by měl rovněž znát rozměr a konstrukci desky, rozměry
pouzder použitých součástek a jejich typ. Teprve po těchto krocích je možno přistoupit k
návrhu plošného spoje. Jakékoli dodatečné změny jsou obtížně realizovatelné a přináší
problémy.
Obrázek 9.137: Výsledný návrhozmístění
Obrázek 9.138: Pokládací výkres

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 257
Kreslení schématu a návrh propojení. Před započetím práce je třeba důkladně prostudovat
manuál k příslušnému navrhovému systému.
Způsoby ovládání se u jednotlivých výrobců
software značně liší. Dále bude popsán
pracovní postup, který je v u velké části
vývojových systémů stejný, nebo podobný a
uvedeny příklady vytvořené na návrhovém
systému EAGLE.
Návrh plošného spoje začíná sestavením
elektrického schématu desky (obr. 7.135). Z
knihoven se do pracovního prostoru přemístí
prvky (symbol, nebo součástka) a myší se
propojí do tvaru zapojení, které požadujeme.
Přidávané součástky jsou automaticky nebo
ručně číslovány.
Obrázek 9.139: Kresba plošného spoje
autorouter systému EAGLE 2.05
Dále může následovat automatická kontrola chyb elektrického propojení.
Je-li vše v pořádku, je možno obvykle provést převod ze schématu na návrh desky.
Konstruktér automaticky obdrží první variantu plošného spoje, ve které se nachází všechny
použité součástky, propojené "pružnými" spoji podle schématu (obr. 7.136).
Tento postup lze použít pouze v případě , že bylo schéma kresleno knihovními prvky typu
"součástka", tj.se zadefinovaným přiřazením vývodu k pájecí ploše. V opačném případě
schéma nelze využít a je třeba ručně umístit a propojit jednotlivá pouzdra "pružnými" vodiči
podle schématu.
Potom může konstruktér uplatnit svou tvůrčí invenci a myší rozmístí pouzdra do
definovaného rozměru desky podle své představy. Pružné spoje ho přitom dobře informují o
hustotě signálů v daných oblastech desky. Možné rozmístění je uvedeno na obr. 7.137.
Po rozmístění pouzder na desce je více možností. Buď je možno spoje vytvořit ručně
postupnou přeměnou "pružných" spojů na plošné pomocí myši, nebo je možno použít
autorouter. Většinou je také možno kombinovat práci autorouteru s ručními zásahy.
Po nakreslení DPS lze ve většině případů spustit kontrolu geometrie návrhu (design rule
check), což jsou kontroly izolačních vzdáleností mezi spoji,použitých rozměrů pájecích ploch,
tloušťky spojů, umístění v rastru apod. Na obr.6 je uvedena kresba plošného spoje vytvořená
autorouterem systému EAGLE 2.05.
Je-li deska v pořádku, vygenerují se potřebné výrobní podklady. Data DPS je možno dodat
výrobci, případně po domluvě vytvořit patřičné technologické soubory pro výrobu.

258 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8. 8 Pájení v elektronice
Základní metodou spojování součástek v elektronice je pájení. Jde o tzv. měkké pájení
cínovými pájkami (existuje i tzv. tvrdé pájení a pájení sklem). Jde o proces spojování částí v
tuhém stavu pomocí přídavného materiálu (pájky) ve stavu tekutém, která zatéká do mezery
mezi spojovanými částmi, smáčí jejich povrchy a po ztuhnutí je spojuje. Pájením se tedy
vytváří spoj na hranici základního kovu a pájiky, nejde tedy o hluboké protavení materiálů,
jako je tomu při
svařování. Kromě zvýšené
teploty je třeba ještě splnit
dva základní požadavky:
Obr. 7.140 Schematické znázornění průběhu pokovení
základního materiálu.
1) základní pokovovaný a pájený materiál
2) vrstva kysličníků
3) tavidlo rozpouštějící vrstvu kysličníků
4) vznikající mezní vrstva - legování
5) pájka (větší měrnou vahou vytlačuje tavidlo)
6) zhytky tavidla na povrchu pájky
7) pokovený pájecí hrot páječky
odstranit povrchové
znečišťující vrstvy a
zajistit podmínky pro
vzájemnou reakci tuhého
a roztaveného kovu. Na
rozdíl od svařování lze
proces pájení uskutečnit
při libovolné teplotě
(závisející ovšem na
druhu pájky) nižší než je
teplota
tavení
spojovaných materiálů. Ty
mohou být velmi
různorodé, i nekovové
(vhodně pokovené).
Pájení může být ruční
nebo strojové (hromadné).
U ručně pájeného spoje je
spolehlivost přibližně
5.10-9 hod-1. Strojní
pájení s následnými
kontrolami dokáže zlepšit statickou spolehlivost jednoho spoje o dva až tři řády. Je tedy
strojní pájení nezbytností, neboť kvalita a spolehlivost spojů dnes určuje spolehlivost celého
zařízení.
I u velice kvalitně pájených zařízení je stále 50 % všech závad ve spojích. Navíc veliké
procento poruch použitých součástek má svůj důvod opět v kontaktech a spojích. Např.
určíme-li jako závadu vadný rezistor, tak opět z více než 50 % měl špatně "nakontaktovanou"
čepičku na základním tělese, totéž platí i o integrovaných obvodech. Z rozborů plyne, že nelze
zvětšovat spolehlivost v elektronice bez toho, aniž bychom nejprve nezlepšili spolehlivost
spojů a propojů.
Spolehlivé spojování předmětů pájením - obvykle konců drátů spojů se špičkám součástek,
nebo konců vývodů součástek k plošným spojům - předpokládá z praktického hlediska dvě
základní fáze pájení:
a) pokovení povrchů spojovaných částí v místě pájení pájkou nebo cínem
b) vyplnění spár mezi seskupenými spojovanými částicemi pájkou

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 259
Pokovení povrchu základního materiálu pájkou nastane pouze na jeho dokonale očistěném
povrchu, zbaveném nejen mechanických nečistot, ale hlavně vrstvy oxidů tavidlem, které
současně během pájení chrání očistěný povrch i tekutou pájku před oxidací za zvýšené teploty
- tzv. pracovní teploty pájení. Pájka smáčí ohřátý kov, roztéká se po jeho povrchu, proniká do
spár a pórů povrchové vrstvy kovu, kterou rozpouští a nastalou difúzí tekuté pájky a tuhého
základního materiálu vzniká na povrchu materiálu tzv. mezní (též dělící, přechodová) vrstva -
pájka povrch kovu leguje (obr.7.140).
Vzniklý spoj má určitou (nevelkou) mechanickou pevnost, malý elektrický přechodový
odpor, který se nemění chvěním, otřesy nebo rázy, pokud spojení nebylo tepelně nebo
mechanicky rozrušeno.
Mechanismus tvorby spoje
Pájení je složitý technologický proces a jeho náročnost se projevuje především v
souvislosti se zaváděním hromadného pájení.
Jak již bylo řečeno, pájením rozumíme spojování dvou kovových (nebo pokovených)
součástí pomocí roztaveného kovu, kterému říkáme pájka. Při pájení probíhají složité
fyzikálně-chemické pochody na rozhraní tuhé a tekuté fáze.
Na počátku vzájemného působení tuhého a tekutého prostředí je snaha systému o snížení
mezifázové energie. Při smáčení jsou dva volné povrchy nahrazovány jediným rozhraním s
nízkou volnou energií. V tomto stadiu probíhající děje mají charakter dějů kvantových. Na
mezifázovém rozhraní se vytvářejí vazby zprvu v izolovaných místech a postupně se rozšiřují
na celou stykovou plochu.
Přechod systému "základní kov - pájka" do nové rovnováhy není okamžitý, ale probíhá po
určitý časový úsek. Ovšem dobu působení mezi tuhou a kapalnou fází je možné prodlužovat
pouze tehdy, nedojde-li v jejím důsledku ke snížení kvality vytvořeného spoje (především
jeho mechanické pevnosti).
Roztavená pájka v oblasti slévání je charakterizována těsným uspořádáním. Atomy
taveniny ve sféře působení atomů krystalové mříže tuhého kovu jsou na jeho povrchu
krystalograficky uspořádány. Na rozhraní se tak vytváří vrstva uskutečňující vazbu mezi
fázemi. Teplem se zvětšuje pohyb atomů obou fází a jejich vzájemná difúze zesiluje
vytvořené vazby. Krystalizace při chladnutí pozastavuje a upevňuje probíhající jevy.
Je-li pájení ukončené (přerušením ohřevu) ve stadiu tvorby chemických vazeb, kdy
heterogenní difúze v objemu spoje je zanedbatelná, označuje se pájení jako bezdifúzní. Při
delším smáčení základního materiálu tekutou pájkou probíhá rozpouštění a difúze - stejně se
také tento druh pájení nazývá. Rozpouštění je omezené, neomezené, nebo se vytvářejí
eutektické směsi, což závisí na výchozích materiálech.
Existují kovy, které nevytvářejí
vzájemně ani slitiny, ani se chemicky
neváží (např. Fe-Pb, W-Cu, W-Ag). Při
pájení vtékají lehčeji tavitelné
komponenty do mikroskopických
kapilár tuhých částí a vytvářejí pevné
spojení. V důsledku snížení volné
povrchové energie tuhého kovu se
rozptylují jeho částice v pájce - vzniká
disperzní spoj. Omezíme-li se pouze na
pájení užívaná při spojování vodičů,
případně na pájení mechanických dílů

260 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
bez zvýšených požadavků na pevnost spojů, připadá v úvahu především pájení provázené
rozpouštěním a difúzí.
Při
smáčení základního materiálu probíhá současně s chemickou reakcí rozpouštění v
roztavené pájce. Složení zóny se mění, pokud není dosaženo rovnovážné koncentrace
(průsečík izotermy s čárou likvidu v rovnovážném diagramu soustavy pájka-kov, bod C na
obr. 7.141). Součesně s rozpouštěním probíhá difúze z kapalné fáze do tuhé. Pokud je rychlost
rozpouštění pevného kovu v tavenině větší než difúze v tuhé fázi, difúzní oblast se nevytvoří.
S přibližováním složení kapalné fáze k rovnovážnému stavu se rychlost rozpouštění
zmenšuje, podíl difúze na přenosu hmoty je výraznější a oblast difúze narůstá. Po dosažení
rovnovážné koncentrace v tekuté fázi (C) bude rovnovážná koncentrace tuhé fáze v pájce (bod
D) dosažena jednak v důsledku nasycení difúzní oblasti, jednak tuhým roztokem vytvořeným
při izotermické krystalizaci. Bude-li teplota udržována po patřičně dlouhou dobu, bude
složení celé oblasti pájení odpovídat nasycenému tuhéhu roztoku - bod D.
Obr. 7.141 Rovnovážný
diagram pájka-kov.
Difúzí pájky do tuhého kovu se ochuzuje zóna pájky a nastává její přesycení základním
kovem. Celý pochod pájení s difúzí a rozpouštěním lze rozdělit na tři stadia :
1.stadium - koncentrace je v intervalu A-
C, převažujícím dějem je rozpouštění,
2.stadium - koncentrace je v intervalu C-
D, mezi tuhou a kapalnou fází
je dynamická rovnováha,
probíhá izotermická
krystalizace,
3.stadium - koncentrace je v intervalu D-B, Obr.7.142 Smáčení povrchu kovu pájkou
veškerá tekutá pájka je spotřebována
na difúzi do tuhé fáze.
.
Rychlost dějů v 1.stadiu je omezována buď rychlostí rozpouštění nebo rychlostí difúze. Ve
většině případů jsou děje limitovány difúzí základního kovu v tekuté pájce.
Druhé stadium lze charakterizovat vzájemnou difúzí atomů a izotermickou krystalizací, při
které dochází k vydělování buď pájky přesycené základním kovem nebo slitiny základního
kovu a pájky.
Třetí stadium je charakterizováno difúzí v pevné fázi.
Při roztékání látky po povrchu tuhého tělesa nastane rovnováha sil povrchových napětí v
bodech na okraji tekuté látky. Vzniká známá situace znázorněná na obr. 7.142. Úhel Q se
nazývá úhel smáčení (stykový úhel). Funkce cos Q je někdy označována jako součinitel
smáčení. Úhel smáčení musí být ostrý.
Fyzikální pochody v pájeném spoji
Vytvoření správně pájeného spoje záleží nejen na vlastnostech povrchů pájených
předmětů, vlastnostech pájky a použitého tavidla, ale i na tvaru a rozměrech spoje. Souvisí to
se skutečností, že tekutá pájka se řídí zákony hydrodynamiky platnými pro proudění
laminárního typu. Relativně úzkou mezeru spoje vyplňuje pájka při pracovní teplotě
působením kapilárních sil.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 261
Podrobné úvahy lze nalézt v [12]. Především byl zkoumán klasický případ vývodu
součástky (drátu) v pokovené díře v horizontálně umístěné desce plošných spojů. Vyšetřoval
se vliv množství pájky a tloušťky desek plošných spojů. Došlo se k těmto závěrům :
- malé množství pájky obvykle vede ke shodné geometrii horní a dolní výplně; horní i dolní
profily jsou konkávní,
- při vzrůstajícím oběmu pájky a jinak stejných podmínkách pájení zůstává horní profil
konkávní, dolní postupně přechází na konvexní,
- změny tloušťky desek plošných spojů dávají podobné výsledky.
Objem výplní lze řídit buď množstvím dodané pájky při pájení přetavením nebo znalostí a
řízením tlakových poměrů při pájení vlnou.
Výše uvedené tendence spolu s respektováním velikosti tlaku v pájce (ve srovnání s
okolním atmosférickým tlakem) umožní učinit tyto důležité závěry :
1. konvexní tvar horní výplně je známkou špatného smáčení,
2. konvexní tvar dolní výplně neznamená vždy špatné smáčení.
Jestliže tedy byl pájený spoj konstruován tak, aby se dosáhlo konkávního profilu horní
výplně a skutečný profil je konvexní, je příčinou rozporu špatné smáčení. Tyto závěry byly
potvrzeny experimentálním ověřením.
Mechanické a elektrické vlastnosti pájených spojů
Mechanická pevnost pájených spojů závisí na vlastnostech základního kovu, konstrukci
spoje, pájce, tavidlu a technologickému postupu při pájení. Největší vliv má velikost mezery
mezi pájenými součástmi a plochy jejich překrytí. Obecně platí, že čím menší mezera (ale
musí být), tím lepší spojení. Celá mezera musí být také pájkou zaplněna. Mechanické
vlastnosti pájky se při tavení, slévání a opětné krystalizaci mění natolik, že lze jen velice
hrubě usuzovat na pevnost spoje na základě znalostí hodnot mechanické pevnosti pájky
zjištěných obvyklými postupy mechanických materiálových zkoušek.
Nejzávažnější oblastí spoje z pevnostního hlediska je vrstva vytvořené difúzí. Její tloušťka
se pohybuje v rozmezí 0,1 až 1000 mm, vzrůstá s teplotou a dobou pájení. Ve srovnání se
základním materiálem i pájkou je obvykle křehčí. Je proto žádoucí vytvořit ji jen tak tlustou,
aby spoj byl pevný, ale nikoli křehký.
Z porovnání mechanické pevnosti spojů stejně konstruovaných, pájených různými
pájkami, vyplývá, že jejich pevnost je úměrná mechanické pevnosti užité pájky.
Pro pájky slitinové, sestávající ze dvou či více komponent, opět platí, že největší
mechanickou pevnost mají pájky s eutektickým složením.
Pevnost pájených spojů klesá s dobou stárnutí, s vyšší provozní teplotou a se stoupajícím
dynamickým namáháním spoje.
Z elektrických vlastností je nejzávažnější elektrický odpor pájených spojů. Elektrická
vodivost pájek užívaných v elektrotechnice je o jeden až dva řády nižší než vodivost mědi.
Průřez pájeného spoje musí proto být řádově větší než průřez pájených vodičů. To v praxi
obvykle nečiní potíže. Odpor nepřesahuje hodnotu v řádu 0,1 až 1 mW.
Pájecí vlastnosti předmětů určených k pájení
Pájením připojujeme vývody součástek aktivních a pasivních, pomocné součásti (stínící
kryty, držáky aj.) k částem vytvářejícím vnitřní spoje zařízení. Vzhledem k podstatně většímu
po čtu spojů pájených na deskách plošných spojů ve srovnání s připojovanými drátovými
for mami či kabely, budeme se v dalším zabývat především prvním z uvedených případů.

262 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pájené předměty mají obecně různé vlastnosti mající vztah ke vzniku a kvalitě pájeného
spoje. Sledujeme především smáčitelnost jako míru fyzikálně-chemického děje smáčení
odrážející interakci na rozhraní alespoň dvou fází. Po smáčení probíhá rozpouštění, difúze,
tuhnutí (krystalizace) a reakce v pevné fázi. Míru všech těchto pochodů nazýváme po
při hlédnutí k dosaženým vlastnostem výsledného pájeného spoje pájitelností.
Může nastat i případ, kdy roztavená pájka pájený předmět nesmáčí. Pak ovšem nemůže
dojít k žádným interakcím. To proto, že práce adheze, charakterizující vzájemnou interakci
dotýkajících se fází, je podstatně menší než práce koheze, charakterizující vzájemnou
interakci částic jedné fáze.
V průběhu pájení i po něm může nastat i odsmáčení. Příčinou je změna podmínek smáčení.
V novém stavu není současná kapalná fáze ekvivalentní počáteční. Jestliže přitom práce
koheze podstatně vzroste, dochází ke zpětnému pochodu - odsmáčení. Může k němu dojít i v
průběhu krystalizace či dokonce v pevné fázi.
Z těchto teoretických poznatků plyne pro praxi asi následující. Aby bylo spojení dokonalé,
musí mít jak spojované kovy, tak pájka určité fyzikální vlastnosti. Základní podmínkou je, že
pájka musí mít mnohem nižší bod tání než jsou body tání materiálů spojovaných součástí.
Pájený spoj je dobrý jen tehdy, když se na hranici styku pájky se spojovacím kovem vytvoří
souvislá mezivrstva. Ta vlastně utváří kvalitu spojení a určuje jeho mechanické i elektrické
vlastnosti.
Technický vtip, na kterém je vlastně založeno dobré spojení cínovými pájkami, je dán
fyzickými vlastnostmi cínové taveniny. Cínová tavenina (s přísadou tavidel) představuje pro
většinu kovů silné a agresívní rozpouštědlo (tj. jde o rozpouštění a difúzi, jak již bylo
uvedeno).
To znamená, že na povrchu kovu vznikne intermetalická sloučenina, která umožňuje dobré
smáčení pájkou. S cínem dobře reaguje měď a všechny její slitiny, zejména mosaz a bronz.
Dobrou smáčivost v cínové tavenině má zinek, zlato stříbro a samozřejmě i jejich slitiny.
Dobře smáčivý je kupodivu i hliník, ovšem pokud jeho povrch není pokryt oxidovou
vrstvou. Jak víme, hliník a jeho slitiny se oxidovou vrstvou pokrývají samovolně i na vzduchu
a to prakticky ihned, jen za působení běžné vlhkosti a atmosférického kyslíku. Všechny
pokusy o praktické pájení hliníku jsou z tohoto důvodu založeny na způsobech, jak zlepšit
smáčivost hliníku tím, že se působení oxidové vrstvy na povrchu kovu neutralizuje.
Nejlépe odolným kovem je kupodivu železo. To se z běžných kovů v cínové tavenině
nejhůře rozpouští. To znamená, že nejdokonalejším materiálem na hrot páječky je "železo". Z
praxe víme, jak často musíme opravovat nebo vyměňovat měděné hroty páječek - proto by byl
hrot "železný optimální, má však horší tepelné vlastnosti a je hůře smáčivý.
Záruku dobrého pájení tedy v podstatě určuje základní vlastnost pájky, kterou nazýváme
smáčivost. Smáčivost je schopnost pájky spojit se spolu se základním pájeným materiálem při
doporučené teplotě taveniny. Pájka musí mít dobrou vzlínavost, "zabíhavost", přilnavost se
schopností vytvořit se základním materiálem tuhý roztok v tenké, souvislé mezivrstvě na
celém povrchu. Smáčivost se číselně (stejně jako smáčivost jiných kapalin) určuje velikostí
úhlu, který svírá tečna kapky roztavené pájky v místě styku se základním materiálem.
Zkoušky pájitelnosti jsou určeny normami.
Pájecí vlastnosti vývodů součástek a spojovacích vodičů
Tvar a rozměry vývodů elektronických součástek a materiál použitý pro jejich výrobu jsou
velmi rozličné. To stěžuje do značné míry volbu optimálního režimu pájecího procesu. Je to
důsledek historického vývoje součástek původně určených výhradně k pájení ručnímu,

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 263
individuálnímu, ale užívaných i při pájení strojním, hromadném. Moderní součástky již
požadavky hromadného pájení respektují.
Téměř všechny druhy vývodů mají charakter vrstvených materiálů. Podkladový kov
zabezpečuje dobré vlastnsoti mechanické, tepelné a elektrické. Úkolem povlaků je, kromě
zvýšení korozní a klimat ické odolnosti, zaručit dobré a stálé vlastnosti pájecí.
Podkladovým i materiály je buď měď a její slitiny, nebo slitiny železa. Měď a její slitiny
mají výhodné vlastnosti, užívají se především ve výrobě pasivních součástek. Slitin železa se
užívá především při výrobě aktivních prvků. Mají obecně vlastnosti horší než měď, jejich
užívání je vyvoláno řešením problémů odolnosti aktivních součástek proti cyklickým
teplotním změnám (nízký teplotní součinitel délkové roztažnosti). Slitiny železa jsou špatně
smáčivé, obtížně se pokovují galvanicky. Jejich používání je ale nezbytné, nejsou dosud k
dispozici výhodnější materiály. Je zde nutné poznamenat, že vyřešením odolnosti součástek se
zkomplikovaly dilatační poměry v pájeném spoji a ovlivnila negativně spolehlivost.
Pájecí vlastnosti desek plošných spojů
Pájecí plošky a pájecí otvory jsou většinou měděné, u jednovrstvých desek dále
nepokovované, u dvou- a vícevrstvých desek s povlaky stříbra, zlata, cínu nebo slitiny Sn-Pb.
Podstatným rozdílem proti vývodům součástek je okolnost, že desky plošných spojů
obsahují jako základní materiál organický, (výjimečně anorganický) izolant. Tento materiál je
obvykle méně tepelně odolný ve srovnání s kovy a dále může při zahřátí uvolňovat plyny.
Otázkám odolnosti desek plošných spojů při pájení i výronům plynů je třeba věnovat
zvýšenou pozornost, protože tyto příčiny jsou časté při hodnocení závad ve spojích.
Na deskách se dále mohou vyskytovat ochranné organické povlaky, např. pájecí laky.
Posledním podstatným rozdílem je, zvláště důležitým pro hromadné pájení, větší hmotnost
desek a s tím související tepelná kapacita, určující množství tepla potřebného pro prohřátí
spojovaných částí na potřebnou teplotu.
Druhy a vlastnosti soustav "podkladový kov - kovový povlak"
Úkolem kovových povlaků na přívodech součástek a na plošných spojích je zlepšení
pájecích vlastností a zlepšení odolnosti proti klimatickým vlivům. Nanášejí se bezproudově,
galvanicky nebo žárovým způsobem. S ohledem na jejich chování v roztavené pájce je
klasifikujeme jako
1) tavitelné v pájce,
2) rozpustné v pájce,
3) netavitelné a málo rozpustné v pájce.
Do skupiny první patří Sn a jeho slitiny, do druhé povlaky Au a Ag, do třetí povlaky ze
slitin Cu-Ni a Sn-Ni.
Tloušťky povlaků se pohybují v rozmezí jednotek až několika málo desítek mikrometrů.
Povlaky vytvářené galvanicky jsou, zejména při tloušťkách pod 10 um, pórovité. Odstranění
pórovitosti, nutné zemnéna s ohledem na dobrou pájitelnost i po delším skladování, je možné
použitím leskutvorných přísad do galvanických lázní nebo následným tavením (horkým
vzduchem, infračerveným zářením aj.).
Výběr vhodné kombinace soustavy podkladový kov - kovový povlak je velmi důležitý z
hlediska spolehlivostího. Pro nejnáročnější provozní podmínky (v kosmonautice) se povolují
pouze soustavy měď-slitina Sn6OPb, kde povlak o tlošťce 10um je nanesen žárově, případně
slitina Cu-Sn - slitina Sn60OPb. Jako podkladový kov je možné výjimečně užít i kovaru.
Povlakové kovy Au, Ag, Sn se zásadně nedoporučují.

264 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pájecí vlastnosti cínu a jeho slitiny s olovem
Povlaky se stávají stále užívanější nejen pro dobré pájecí vlastnosti, ale i pro možnost
jejich uplatnění jako náhrady za povlaky z drahých kovů. Přitom platí obecný poznatek, že
slitiny s olovem mají po delší době skladování lepší smáčivost než samotný cín. Vysvětlení je
v odlišných charakterech oxidů.
Náhrada za drahé kovy je omezována faktem, že slitiny železa jsou velmi málo smáčivé
užívanými slitinami cínu. Pokud je základní kov elektrolyticky vyleštěn, je možné
bezprostřední žárové pokovení za použití ostrých tavidel. Výhodnější je galvanické pokovení,
a to lázněmi vylučujícími lesklé bezpórovité vrstvy bez jinak nutných mezivrstev. Pájitelnost
je dobrá i po dlouhém skladování.
Slitin cínu se užívá i pro závěrečnou úpravu zlatého povlaku na deskách plošných spojů a
na vývodech součástek (IO). Účelem není zlepšení pájecích vlastností, ale zábrana znečištění
pájecí lázně zlatem.
Výběr kovového povlaku souvisí i s druhem používané pájecí slitiny. Je třeba respektovat
skutečnost, že od zavedení hromadného pájení se přednostně používá binární slitina Sn -Pb
složení eutektického nebo mírně podeutektického. Tato pájka byla převzata z technologie
pájení ručního a má pro strojní pájení mnoho výhod (nejnižší pájecí teplota, nejvyšší
mechanická pevnost spoje atd.). Snahy o nalezení vhodnější slitiny jsou motivovány stále
stoupající cenou cínu na světových trzích.
8.8.1 Měkké pájky
Pro připojování vodičů v elektronice vystačíme s tzv. měkkým pájením charakterizovaným
užitím pájek s teplotou tavení nižší než 450 oC. (Na rozdíl od pájení tvrdého, užívajícího
pájky s teplotou tavení
nad 600 oC.)
Podstatnou složkou
měkkých pájek jsou
těžké kovy s nízkou
teplotou tavení, zejména
cín a olovo, příp.
kadmium a zinek.
Některé pájky obsahují i
vizmut, antimon,
indium.
Tab. 7.6. Kovy obsaženév měkkých pájkách
Většinou se užívá dvou- a třísložkových slitin, složitejších slitin či čistých kovů jen pro
zvláštní účely. Přídavky malých množství kovů s vysokým bodem tání zlepšují mechanické
vlastnosti pájených spojů. Základní údaje o užívaných kovech dává tab. 7.6
Cínové pájky
Jsou nejužívanějšími pájecími slitinami. Rovnovážný diagram je na obr. 6.20. Při obsahu
61,9 %Sn vzniká slitina eutektická s teplotou tání 183,3 oC. Uvedený rovnovážný diagram

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 265
platí pro čisté kovy, bez příměsí. Ty ovlivňují polohu čar likvidu a solidu, mechanické
vlastnosti a technologické vlastnosti
pájky.
Cínových pájek se užívá v rozmezí
obsahu cínu 4 až 99 %. Přesné složení a
vlastnosi jsou uvedeny v příslušných
normách. V tab. 7.7 jsou základní údaje o
některých pájkách Sn-Pb.
Nejlepší pájky mají kolem 60 % cínu.
Často se užívá Sn60Pb40 nebo slabě
nadeutektická pájka Sn63Pb37 s bodem
tání 183 oC. Pájecí drát mívá složení
Sn40Pb60 s bodem tání asi 220oC. Pájky
s malým obsahem cínu se
Obr. 7.147. Rovnovážný diagram slitiny Sn-Pb
hodí zejména pro klempířské práce. pro elektroniku a zejména strojní pájení musí mít pájka
kromě přesného složení také přesně stanovené (a také zaručované) množství nečistot.
Nejméně nebezpečnou příměsí je antimon, jehož vliv není významný až do obsahu 6 % Sn.
Pouze pro pájení slitin zinku, tedy i mosazi, musí být jeho obsah menší než 0,5 %. Stříbro při
obsahu nad 1 % způsobuje zrnitost pájky. Obsah niklu, vizmutu a arzénu do 0,2 % není
škodlivý. Limitem železa a mědi je množství 0,1 popř. 0,05 %. Nejnebezpečnější příměsí je
hliník (nad 0,05 %) a zinek (nad 0,001 %). Podstatně zhoršují pájitelnost. Naopak vizmut a
kadmium se někdy úmyslně přidávají, neboť snižují bod tání a na smáčivost relativně malý
vliv.
Pro pájení vývodů hybridních integrovaných obvodů se někdy užívá pájka s obsahem
stříbra 3,5 až 4,5%, která zabraňuje rozpouštění stříbra z pájecí plošky.
Běžná pájka Sn60Pb40 je v ČR vyráběna ve dvou kvalitách a to v litém a v tvářeném
stavu. V elektrotechnice není vhodné používat pájku litou, která má už při nasazení vysoký
obsah nečistot. Jejich obsah se potom při provozu rychle zvyšuje a působí problémy při
pájení. Pro použití do pájecího zařízení je vhodná pájka tažená, se zaručovaným obsahem
nečistot. Její cena je samozřejmě poněkud vyšší, ale to je vynahrazeno delší životností pájecí
lázně.
Pájky pro hromadné pájení
O volbě pájky byla již zmínka v předcházejících odstavcích. Je třeba připomenout, že
složení pájky při jejím používání se stále mění, neboť pájka se obohacuje příměsemi z
rozpouštěných kovových částí pájených předmětů.
Požadavky praxe se soustřeďují hlavně na tyto otázky :
1) mechanická pevnost pájených spojů,
2) příčiny rekrystalizace pájky během života pájeného spoje,
3) přípustný obsah nečistot (příměsí) v pájce,
4) zajištění vysoké a stálé smáčivosti pájky,
5) složení a případně i tvar čerstvé pájky.

266 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pevnost pájeného spoje záleží, mimo jiné, na mechanických vlastnostech pájecí slitiny. Pro
pájku Sn60Pb se snižuje pevnost v tahu při provozní teplotě 100°C na 75% pevnosti při 20°C,
při teplotě 140°C klesá již na 50%. Přitom je pevnost natolik nízká, že se spoj nesmí nejen
trvale zatěžovat, ale je třeba zabránit i krátkodobému zatěžování. Zlepšení mechanických
vlastností změnou složení nevedou jednoznačně k cíli. Významnější jsou konstrukční opatření
zabraňující mechanickému namáhání zejména tíhou součástky, pnutím v přívodech, rázy,
otřesy aj.
K rekrystalizaci pájky (cín zešedne, ztratí mechanickou pevnost a drolí se) dochází z
různých příč in. Jako možnou příčinu lze ale vyloučit jev známý pod označením "cínový mor",
kdy při teplotě 13,2°C dochází ke změně alotropické modifikace cínu přechodem ze
šesterečné soustavy na kubickou, což je provázeno jeho rozpadem. U slitin cínu nebyl tento
jev prokázán ani při hlubokých podchlazeních (sledováno vzhledem k užívání pájených spojů
v kosmonautice). Nebyl zjištěn ani u galvanicky nanášených povlaků.
Cínovým morem trpí někdy nádobí na starých hradech a v muzeálních sbírkách.
Rekrystalizace začíná obvykle po velkých tepelných šocích při trvale nízkých teplotách.
Za určitých podmínek může dojít k rekrystalizaci pájky bezprostředně po pájení. Měkké
pájky vykazují mezi teplotou solidu a teplotou 140°C oblast tepelné křehkosti. Tuto oblast je
třeba při ochlazování pájených spojů rychle překonat, i za pomoci umělého ochlazování,
zejména při pájení součástek s velkou hmotností a celkovou tepelnou kapacitou. K
rekrystalizaci dojde i cyklickým tepelným a současně mechanickým namáháním. Zvýšená
teplota vyvolá rekrystalizaci obecně u všech pájecích slitin. Dochází k ní při teplotě asi 2/3 T,
kde T je teplota bodu tání v Kelvinech [12]. Jsou tedy nejvíce ohroženy spoje, u nichž byla
cínová pájka "přehřáta".
Poslední známou příčinou rekrystalizace je přítomnost nežádoucích příměsí v pájce.
Tvrdost pájky roste a pájka křehne.
Kontaminace kovovými příměsemi se uplatní při rekrystalizaci, ovlivní smáčivost a
pevnost. Nejsou dosud stanoveny všeobecně platné hodnoty obsahu jednotlivých příměsí v
pájce. Vliv jednotlivých příměsí na různé vlastnosti je komplikovaný. Je na místě
připomenout, že na znečištění pájecí lázně má významný vliv i obsluha zařízení.
Odstraňování součástek, které náhodně vypadnou do lázně, pájení pouze schválených typů
desek a čištění lázně musí být samozřejmostí. Čištění lze provádět nejefektivněji ochlazením
pájky na teplotu těsně nad bod solidu a vycezením vzniklých krystalitů. Důležitá je i
pravidelná kontrola chemického složení lázně pájky. Doporučované maximální hodnoty
příměsí v pájce pro hromadné pájení bývají stanoveny výrobcem pájecího zařízení.
Smáčivost pájky ovlivňují kovové nečistoty. Snižuje se i růstem obsahu oxidů kovů pájky,
zejména tehdy, není-li omezen přístup povlaku z oxidů k pájeným místům. Vhodnou
ochranou je vrstva oleje na hladině pájky nebo olej čerpaný "do vlny" spolu s pájkou.
Smáčivost dále ovlivňují i obsahy oxidů, sulfidů a jiných sloučenin obsažených i ve výchozí,
čerstvé pájce. Proto se pro pájení vyžadují pájky zvláště čištěné s potlačeným obsahem
strusky a plynů (tavením ve vakuu, dokonalým balením pro dopravu aj.).
Pájky s nízkým bodem tání
Pro připojování součástek, které se vyšší teplotou snadno poruší, používáme kadmiové
pájky se značně nižšími pracovními teplotami. Kadmiové pájky však jsou vhodné pro
individuální pájení páječkou, neboť trvale roztopená lázeň kadmiové pájky se velmi rychle
znehodnocuje sklonem kadmia k nezadržitelné autooxidaci a již při malém přehřátí lázeň
zamořuje jedovatými výpary okolí.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 267
Slitina s eutektikem ve složení 50%Sn 32%Pb 18%Cd má teplotu tání kolem 170•C.
Některé používané pájky jsou v tabulce 7.8. Obecně tyto pájky hůře smáčejí povrch než pájky
cín ové, hůře se roztékají. Přítomnost kadmia a jeho sklon k oxidaci způsobují poróznost spojů
a vylučují tyto pájky z aplikací ve vakuové technice.
Tabulka 7.8 Pájky s nízkou teplotou tavení
Pro ještě nižší teploty se používají pájky Bi-Sn-Pb nebo Bi-Sn-Pb-Cd, případně In-Sn. Pro
pracovní teplotu kolem 90°C jde např. o pájku Bi8 Sn40 Pb52 [AR 8/74:295]. V amatérské
praxi se také užívají tepelné pojistky k tlakovým hrncům zakoupené v kuchyňských potřebách
[AR-A 1/77:7].
Poznámka: Kadmiové pájky se také užívají, chceme-li minimalizovat termoelektrické
napětí mezi spojovanými částmi. Na tuto skutečnost se musí upozornit v průvodní
dokumentaci přístroje a musí být dodáno odpovídající množství pájky pro opravy.
Pájky na hliník a jeho slitiny
S hliníkem se velmi dobře spojuje zinek, který je proto obsažen ve většině pájek na hliník.
Spoje jsou odolné proti korozi, vzhledem ke skoro nulovému stykovému potenciálu vůči
hliníku. Posuzováno z tohoto hlediska je nežádoucí příměs olovo.
Ze slitim Sn-Zn je nejvhodnější eutektikum Sn90-Zn s teplotou tavení 200°C. Ze soustavy
Cd-Zn vyhoví slitiny s obsahem kadmia pod 70%, jejichž pracovní teploty se pohybují do 400
°C.
8.8.2 Tavidla
Užívaní tavidel, která usnadňují pájení, je technicky nutné. Tavidlo působí především
chemickou reakcí, která podporuje smáčivost pájky, chrání očištěné pájené kovy a pájku
během pájení před oxidací. Musí mít takovou viskozitu, aby napomáhala roztékavosti pájky.
Nejdůležitější vlastností je vliv tavidla na povrchové napětí roztavené pájky, které zabraňuje
tvorbě můstků a krápníků. Povrchové napětí taveniny se mnohonásobně zmenšuje, takže
tavenina se dobře rozlévá, netvoří se kuličky a tavenina dobře zatéká i stéká při namáčení.
Děj pájení proběhne tehdy, smáčí-li čistý kovový povrch základního kovu čistá pájka.
Povrchy obou složek jsou však vlivem okolního prostředí znečištěny.
Tavidla slouží při pájecím procesu k odstranění nečistot (převážně kysličníků) z obou
pájených částí. Účelem působení tavidla je také zlepšovat smáčivost pájeného povrchu
pájkou. Úhel smáčení (obr.7.144) musí být co nejmenší a musí být menší než 90°. Pro větší
úhly je materiál nesmáčitelný, tedy i nepájitelný.
Účinek tavidel ale nelze zaměňovat s
čištěním povrchu před pájením.

268 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 7.144 : K definici úhlu
smáčení : 1-základní materiál,
2-fólie, 3-tavidlo, a-úhel
smočení
Tavidla obsahují zpravidla
základní nosnou hmotu, ve které je rozptýlen aktivační prostředek. Ten je většinou silně
agresivní - proto jeho obsah obvykle nepřesahuje 5%. Ideální aktivátor by měl být :
- neagresivní pro pájené kovy a slitiny,
- dostatečně aktivní,
- dobře rozpustný v nosné hmotě,
- zdravotně nezávadný.
Chemická reakce mezi tavidlem a povrchovou vrstvou (nejčastěji oxidem) nastává až po
dosažení účinně teploty tavidla. Pro správný průběh pájení je nezbytné, aby tato teplota byla
nižší (zpravidla asi o 100°C) než je teplota solidu použité pájky. Je-li tato teplota příliš
vysoká, roztaví se pájka dříve, než je povrch dostatečně očištěn a tavidlo je vytlačeno stranou
mimo účinnou oblast spoje. Je-li naopak teplota mnohem nižší, tavidlo se nasytí nebo odpaří
dříve, než úplně odstraní povrchovou vrstvu.
fáze,
Obrázek 7.145: Vzájemné působení složek pájecího procesu PF – plynná
KF – kapalná fáze, TF – tuhá fáze
Během reakce tavidla dochází ke změnám jeho chemického složení a tím i ke změně
teploty tuhnutí tavidla proti stavu před jeho použitím. Tavidlo musí tuhnout při teplotě nižší
než je teplota solidu pájky, protože v opačném případě by mohly zůstávat zbytky tavidla v
objemu pájky jako nežádoucí vměstky. Tyto snižují mechanickou pevnost spoje, elektrickou
vodivost i odolnost proti korozi.
Dalším úkolem tavidla je vytvoření ochranného povlaku na očištěném povrchu
zabraňujícího následné oxidaci. Povlak však musí být snadno odstranitelný roztavenou
pájkou.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 269
Kromě působení na základní kov musí tavidlo čistit i povrch pájky a zabraňovat
pohlcování plynů roztaveným kovem.
Rozlišujeme dvě hlavní skupiny tavidel :
1) tavidla anorganická
2) tavidla organická
První mají obvykle vyšší účinné teploty, mohutnější redukční schopnost, ale také způsobují
ve větší míře korozi spojů a jejich okolí.
Anorganická tavidla
Základní složkou jsou chloridy, zejména chlorid zinečnatý ZnCl2 a chlorid amonný NH4Cl
(sa lmiak). Účinná teplota prvního je 280°C, lze ji snížit přídavkem druhého až na 180°C.
Často se užívá tavidla ze směsi chloridu zinečnatého, kyseliny chlorovodíkové a vody.
Anorganická tavidla lze zahustit na pastovitou konzistenci vazelinou, olejem nebo škrobem.
Spájená místa je nutné pečlivým omytím zbavit zbytků tavidla, jinak nastane silná koroze.
Jejich používání je omezeno na značně znečištěné součástky nebo součásti z obtížně
páji telných materiálů. Typickým příkladem je "klempířská voda".
Obr. 7.145 Vzájemné působení složek pájecího procesu: PF-plynná fáze, KF-kapalná fáze,
TF-tuhá fáze.
Organická tavidla
Tavidla lze obecně rozdělit na :
- neaktivivaná,
- mírně aktivovaná,
- silně aktivivaná.
Dalším možným kritériem je rozpustnost. Lze uvést :
- tavidla vodná - rozpustná ve vodě (většinou s polyglykoly)
- tavidla pryskyřičná - rozpustná v jiných rozpouštědlech.
Nejrozšířenějším organickým tavidlem je přírodní pryskyřice - kalafuna. Je to směs
pryskyřičných kyselin s převážným obsahem kyseliny abietové. Aplikuje se buď tuhá, nebo
častěji rozpuštěná v benzenu nebo etylalkoholu denaturovaném metylalkoholem či benzinem.
Alkohol denaturovaný pyridinem není vhodný, protože při pájení se pyridin rozkládá a
vzniklé produkty snižují odolnost spoje proti korozi. Nevýhodou kalafuny samotné je malá
aktivační schopnost, takže lze pájet pouze nepatrně znečištěné povrchy. Výhodou je její
schopnost vytvářet na hotovém spoji a jeho okolí ochrannou vrstvu. Je zdravotně nezávadná.
tvoří proto základní hmotu většiny pájecích prostředků.
Zvýšené účinnosti se dosahuje přídavkem aktivátoru do roztoku kalafuny v rozpouštědle.
Nejužívanějšími látkami jsou halové soli organických aminů, např. anilin hydrochlorid,
ortotoluidin hydrochlorid. Při teplotách pájení se tyto látky rozkládají, uvolňují kyselinu
chlorovodíkovou, která se s oxidy kovů slučuje na těkavé chloridy unikající do ovzduší. Tyto
aktivátory jsou toxické!!!
Z ostatních látek se užívá jako aktivátorů halových solí hydrazinu. Vyznačují se mohutným
redukčním účinkem. Lze jich proto přidávat jen velmi malé množství, čímž se snižuje
nebezpečí koroze i toxicita.

270 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Netoxickým aktivátorem je močovina (CH4N2O). Tvoří s halovými kyselinami adiční soli,
které se při teplotách pájení snadno štěpí. Močovina sama se rozkládá na kysličník uhličitý a
čpavek, unikající do ovzduší. Užívá se při ručním pájení, je účinnější než kalafuna. Přitom za
studena nenapadá pájená místa.
Zvláštní druhy tavidel
Pro měkké pájení hliníku a jeho slitin se používají tavidla na základě fluoridů, zejména
fluoridu boritého BF3. Ten je také jako aktivátor přidáván do tavidel sestávajících z
primárních a terciárních aminů a jejich hydrofluoridů.
Pájecí (redukční) laky byly původně vyvinuty pro pájení plošných spojů. Jejich úkolem je
zachovat dobrou pájitelnost povrchů, které kryjí, a při pájení působí jako tavidlo. Sestávají z
rozpustidla, tavidla a lakotvorné složky (např. solakryl).
Tavidla pro hromadné pájení
Mechanismus účinku tavidla je jak pro ruční, tak pro hromadné pájení obdobný, ale účinek
tavidel pro hromadné pájení musí být podstatně vyšší.
Rychlost působení musí být zvýšena tak, aby postačovala pro strojní pájení. Vliv na chyby
pájení musí být maximálně potlačen. Jeho zbytky, včetně produktů rozkladu vzniklých při
pájení, musí být snadno odstranitelné mytím. Poslední požadavek nelze někdy splnit, protože
ne všechny součástky mytí dovolují.
Operace mytí zvyšuje provozní náklady, některá rozpouštědla jsou hořlavá nebo škodlivá
zdraví. Vývoj nových tavidel proto směřuje k takovým, která jsou odstranitelná vodou.
Použití přírodních nebo umělých pryskyřic je potom problematické. Kvalita omytí se
posuzuje podle množství iontových příměsí ve vodním výluhu, hodnocené měřením
elektrického odporu tohoto výluhu.
Základním tavidlem pro hromadné pájení je roztok kalafuny v organickém rozpouštědle.
Roztok na deskách plošných spojů dobře ulpívá, lze ho dobře napěnit (při nanášení).
Nezpůsobuje korozi, na deskách vytváří nelepivý tvrdý povrch. Aktivitu ovlivňuje přídavek
aktivátoru. Potom je ale mytí nezbytné. Vzhledem ke složení je nutné mytí dvoustupňové:
nepolární rozpouštědlo dobře odstraňující pryskyřici jako první lázeň, voda ke smytí
iontových nečistot jako lázeň druhá.
Dalším druhem jsou tavidla bezkalafunová, na bázi hydrochloridů organických kyselin.
Vyžadují bezpodmínečně omytí vodou.
Z anorganických tavidel se zásadně nepoužívají ta, která obsahují chlorid zinečnatý, cínatý
a amonný (pozor na známá tavidla EU 2 a EU 3!).
Používají se však tzv. "ostrá tavidla", obsahující jako aktivátor kyselinu chlorovodíkovou.
Podmínkou je dokonalá rozpustnost ve vodě.
Tavidla lze nanášet :
- štětcem, případně jiným manuálním způsobem,
- v pěně na speciálním zařízení a
- nástřikem.
Poznámka: Obecně platí, že tavidla pro ruční a strojní pájení nejsou vzájemně zaměnitelná.
Příkladem jsou hojně používaná vodou rozpustná tavidla pro strojní pájení, která obsahují
polyglykoly. Použijeme-li je při ručním pájení, tak teplota pájecího hrotu vyšší než 260°C,
nutná pro vznik teplotního spádu při pájení, vyvolá polymeraci. Vzniklé sloučeniny pak už
prakticky nelze ze spoje odstranit jinak než mechanicky.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 271
Poznámka: Služ ba výzkumu dodává pro ruční pájení v elektrotechnice pájecí roztok
LETOL a sedm přípravků řady EPSILON (účinné látky nepublikovaného složení jsou
rozpuštěny v isopropylalkoholu) pro ruční i strojové pájení. Pro odstranění izolace
smaltovaných vodičů se dodává přípravek DESMALTOL (užívá se při pájení jako "tavidlo")
a De-IZOL (užívá se před pájením - ponořením do taveniny). Podobné přípravky dodávají i
zahraniční firmy.
8.8.3 Postup pájení
Pájení lze vždy rozložit do těchto základních operací :
1) odstranění povrchových nepájivých vrstev z pájených předmětů,
2) umístění pájených částí do vhodné vzájemné polohy a jejich fixace,
3) nanesení tavidla,
4) ohřev spoje na pracovní teplotu,
5) přivedení pájky do spoje,
6) ochlazení pájeného spoje,
7) očištění spoje a jeho okolí.
Operace 4. a 5. jsou charakteristické pro jednotlivé technologie pájení.
Podle způsobu provádění pájených spojů rozeznáváme pájení :
a) ruční
b) hromadné.
Ruční pájení
Zdrojem předávaného tepla místu spojovanému měkkým pájením je páječka (v praxi též
nazývaná pájedlo nebo pájka, tj. stejně jako používaný materiál).
Spojované části i pájka jsou ohřívány na pracovní teplotu hrotem páječky (upevněným v
držáku tak, aby pájení bylo pohodlné, neunavující ruku). Ohřev hrotu je nejčastěji elektrickýá
(topný element na síťové napětí nebo na napětí nízká), výjimečně plamenem. Kvalitní páječ ky
umožňují regulaci teploty hrotu.
Ruční pájení cínovou pájkou se jeví na první pohled jako velice jednoduchý úkon. Není
tom u tak vždy. Je třeba mít určité znalosti a především dodržovat "technologickou kázeň".
Obecně se doporučuje dodržovat tyto zásady :
- pracovat s dobře prohřátou páječkou (nebo hrotem pistolové páječky),
- pájecí hrot musí být pokryt tenkou vrstvou pájky; dosahuje se toho tak, že nejprve naneseme
cín s tavidlem na zahřátou páječku a pak se hrot otírá hadříkem, který nelíná chlupy (běžná
bavlněná tkanina nebo jemná kůže),
- na větší spoj používat masívnější páječku,
- předem součásti očistit, mechanicky i chemicky a pocínovat,
- umístit pájené části do vhodné vzájemné polohy (a její fixace),
- pájené části pokrýt malou vrstvou tavidla,

272 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- dobře prohřát celý spoj (přitisknout na pájené místo hrot páječky, pokud možno tak, aby
přenos tepla byl maximální v pájeném místě; do pájeného místa postupně přidávat cínovou
pájku, která zároveň zprostředkovává lepší přenos tepla),
- pozorovat, jak se cín po povrchu roztéká (doba pájení musí být krátká, 2 až 5 sekund; za tuto
dobu se pájka musí roztéci a zaplnit všechny prohlubně),
- ve vhodné chvíli oddálit páječku,
- po ukončení pájení nechat spoj řádně vychladnout (během chladnutí se nesmí spojované
části vzájemně pohnout - rozhýbáním vývodů při tuhnutí pájky vznikne hrubozrnný spoj, je
třeba pájet znovu)
- nedoporučuje se foukáním nebo přikládáním kovových předmětů chlazení urychlovat.
Pro kvalitní spoj je
důležité, aby páječka měla
správnou teplotu, a aby
množství tepla dodaného do
pájeného spoje bylo právě
takové, aby se pájka v celém
spoji roztekla bez vytváření
"špiček". Správný spoj musí
být hladký a lesklý - to však
závisí i na procentu cínu v
pájce (na jakosti pájky).
Pokud se při oddalování
hrotu páječky od pájeného místa
Obr. 7.146. Dobrý, přijatelný, špatný pájený spoj
vytahují špičky, svědčí to o nízké teplotě při pájení. Někdy však je tento vzhledový
nedodstatek spojen s jakostí pájky. V tomto případě prospěle dodat do pájeného místa více
kalafuny.
Obr. 7.147. Hájitelnost povrchu DPS
Obrázek 7.148: Připájené vývody součástek na jednostranné DPS
a dvoustranné DPS (s prokovenými otvory)

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 273
Obr. 7.149. Postup při pájení vodiče k trubičkovému vývodu
Zásada je, že ve spoji musí být dostatečné, nikoli však nadměrné množství cínu. Pájet je
nutné rychle (obvykle 2 až 5 sekund), aby se cín nepřipálil a aby se teplo zbytečně
nerozvádělo do okolí. Přenos tepla z hrotu zlepší kapka cínu. V pájeném místě by se neměly
spalovat či "připékat" nečistoty a pájka musí vnitřek všech spojovaných částí dokonale smáčet
bez "lunkrů".
U některých typů spojů, například při pájení drátků do dutinek konektorů, ?pájení drátků
do tenkých trubiček apod. je výhodné, jsou-li všechny díly vydatně pocínovány (příp. do
dutinky vložíme ještě trochu tavidla i pájky) a spoj pak pouze na co nejkratší dobu ohřejeme
(obr. 7.149).
Kalafunou nelze při cínování a pájení šetřit. Spoléhat se na účinnost náplně kalafuny v
trubičkovém cínu není radno, snadno vyrobíme studený spoj (vzniká při nedostatečném slinutí
pájky s vývody součástek
nebo
plošným spojem; má velký
přechodový odpor nebo dokonce
žádný elektrický kontakt, ale navenek
vypadá spolehlivě).
Základní podmínkou jakostního
spoje je, aby spojované součásti byly
čerstvě pocínovány. Spoléhat na to, že
vývody součástek byly pocínovány při
jejich výrobě není správné; mezi
okamžikem jejich výroby a pájením
uplyne často dlouhá doba. Na povrchu
pocínovaných vývodů se časem
vytvoří vrstvička oxidu, která brání
jejich dokonalému smáčení v
roztavené pájce. Důsledkem toho je,
že nedokonale odstraněný povlak
oxidu spolu s atmosférickými vlivy
způsobí vnitřní korozi spoje, který se Obrázek 7.150: Páječka s automatickou regulací
potom po čase může projevit jako "
teploty hrotu
studený" spoj.

274 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V praxi tedy u součástek, které nejsou zcela nové, přistoupíme k "oživení" pocínovaných
vývodů, a to i těch, které jsou stříbřeny nebo zlaceny. Pocínování (oživení) se provádí v
roztavené cínové pájce za použití dostatečného množství kalafuny. Nežádoucí oxidy potřebují
někdy k rozpuštění pod kalafunou mnohem delší dobu, než je přípustná doba při pájení na
plošných spojích. Proto není možno tuto operaci spojovat s vlastním pájením.
U starších součástek musíme často dobrému pocínování napomáhat nechanicky "drhnutím"
vývodů hrotem páječky pod
vrstvou kalafuny. Přitom je nutno v některých případech odvádět ze součástky přebytečné
teplo (např. pinzetou), pozor na kontakty a patice které obsahují termoplasty (deformují se
teplem), a také u keramických kondenzátorů se mohou velkým teplem odpájet vnitřní vývody.
(Pro úplnost uvádíme, že přepalování vlásenek u pistolové pájky je důkazem chemického
čištění mědi kalafunou až do úplného odleptání vlásenky.)
Výrobci spotřební elektroniky se
zpravidla spokojují s tím, že ve výrobě
využívají součástek, které nebyly dlouho
skladovány. Při výrobě elektroniky
investičního charakteru přijímají výrobci
další opatření (viz poznámka).
Poznámka: Při výrobě součástek
leptáme (opalujeme) spojovaný materiál
(špičky, dráty, plošné spoje) ještě ve
stadiu základních polotovarů v kyselině,
čímž dokonale odstaníme nejen tekké
vrstvy oxidu na povrchu materiálu, ale i
hrubší oxidy, hlouběji proniklé do
povrchu materiálu válcováním nebo
tažením. Leptaný materiál se
mikroskopicky vrásní, čímž se až o
100% zvětšuje aktivní povrch.
Obrázek 7.151: Odsávačka cínu, kleště na
odstraňování izolace, pistolová páječka
a trubičkový cín
Po dokonalém odstranění stop kyseliny se pak vzápětí (během 6 hodin) očištěný materiál
buď pod tavidlem leguje (pokoví), obvykle v lázni, což je dlouhodobá konzervace povrchu.
Krátkodobou konzervaci provedeme galvanickým pokovením (špičky) nebo nanesením vrstvy
pájecího laku (ponořením konců odizolovaných konců drátů nebo postřikem desek plošných
spojů).
Materiál krátkodobě konzervovaný nutno pod tavidlem zahřát na pracovní teplotu, přiložit
pájku a tekutou pájkou rozpustit galvanicky nanesenou vrstvu, nebo spálit vrstvu laku,
základní kovy legovat a vyplnit spáry.
Desky je třeba před pájením mechanicky očistit (v sériové výrobě kartáčováním, v kusové
nejjemnějším smirkovým papírem, brusnou pastou, práškem na nádobí, pastou Silichrom
apod.). Dále je potřeba desky odmastit. K tomu lze použít vídeňské vápno nebo různé
odmašťovací přípravky (trichlóretylén, saponáty). Amatéři užívají
i pastu na zuby. Po
odmaštění je třeba chránit plošné spoje před opětnou oxidací. Často se k tomuto účelu

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 275
používá lak, zhotovený rozpouštěním kalafuny v lihu (čistá kalafuna má dobré izolační
vlastnosti). Tento lak je z hlediska pájení dobrý, avšak práce s ním je nepříjemná, neboť
povrch je i po dlouhé době lepkavý. Spoje se pak při práci snadno znečistí ohmatáním ruky.
Dále pak jsou k dispozici laky od různých výrobců. Amatéři s úspěchem vyzkoušeli i lak na
vlasy.
Posoudit kvalitu spoje je obtížné. Obvyklá je zkouška mechanickým namáháním. Malými
plochými kleštěmi nebo pinzetou zatáhneme za připájenou součástku, a když spoj drží,
považujeme ho za dobrý i po elektrické stránce. Hodně napoví i vzhled spoje. Cín musí být
rovnoměrně rozteklý, na vývodech má mít plynulý přechod (konvexní tvar kužele), má být
lesklý a hladký.
Při opakovaném pájení na stejném místě postupujeme stejně, jako kdybychom pájeli
poprvé. Nikdy "nelepíme" vrstvy cínu na sebe, tj. celý spoj musí být prohřátý.
Při opravách je potřeba starý cín ze spoje odstranit. Běžně se užívá tzv. odsávačka. Kromě
odsávačky lze použít i improvizované pomůcky. Ze zbytku (není podmínkou) měděného
kablíku s co nejtenšími drátky (s výhodou pocínovaného nebo postříbřeného) odstraníme část
izolace, vytvoříme tak malý "štěteček". Odizolovanou část ponoříme do roztoku kalafuny v
lihu a necháme oschnout (nebo zahřejeme páječkou na kusu kalafuny). Přitlačí-li se lanko
horkou páječkou na spoj, odsává (kapilární elevací) roztavenou pájku (asi jako "piják").
Zacínovanou část lanka odstřihneme a se zbytkem pracujeme dále stejným způsobem.
Pro dobré spojení cínovou pájkou si je třeba uvědomit i některé konstrukční zásady.
Spojení cínovou pájkou má velmi malou mechanickou pevnost, žádnou odolnost proti
dynamickému namáhání, nesnáší tepelné šoky a nadměrné oteplení. Statické namáhání by
nemělo překročit asi 3,5 g na jeden spoj. Ale i u spojů, které vyhovují tomuto kritériu,
musíme spoj chránit před dynamickým namáháním. To znamená, že každá "těžší" součástka
by měla být na desce s plošnými spoji nějakým způsobem mechanicky upevněna. Pod mnohé
součástky se vkládají podložky, které součástky mechanicky fixují (může přinášet problémy,
pokud desky myjeme).
Drátové vývody musí mít dostatečnou (ale ne nadměrnou) délku a mají být tak tvarově
upraveny, aby neměly ostré rohy a záhyby. Dále používat např. rezistory v poloze na výšku
(tzv. japonská montáž) se nedoporučuje.
Součástka z hlediska tepelného namáhání nás zajímá dvakrát. Při pájení musíme některé
druhy nejen polovodičových součástek, ale i rezistorů s krátkými vývody, apod. chránit
růz nými typy měděných chladítek, abychom je teplem pájky nepoškodili. Naopak u součástek
s příkonem větším než 0,5 až 1 W, bychom měli znát jejich maximální oteplení. U nich je
nebezpečí ohřívání plošných spojů i cínového spojení. Na příklad v paměti s obvody 74S201
docházelo k měknutí cínu a až k "vyletování" obvodů.
Používané chladiče mají být od desky s plošnými spoji odděleny buď vzduchovou mezerou
nebo izolační podložkou. Někdy ovšem používáme plošný spoj sám jako chladič.
Spojujeme-li dva vodiče, tak pokud možno nepoužíváme tzv. spojení natupo. Ideální je, jsouli
vodiče před pájením vzájemně ovinuty, nebo jinak mechanicky zafixovány.
Páječky
Ruční elektrická páječka pro trvalý provoz u níž pájecí hrot (obvykle měděný) je zahřívaný
elektrickým topným článkem má mít vhodný tvar, malou hmotnost, přiměřený výkon a má
být dobře ovládatelná izolační rukojetí. Vzhledem k trvalému zapojení páječky (po celou
pracovní dobu) se klade důraz na ekonomii a účinnost.

276 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
U ruční páječky na nárazový provoz (např. pro opravy) není tak důležitá hmotnost a
účinnost, ale pohotovost. Páječka se zapojuje jen v případě potřeby - na zcela krátkou dobu.
Zde se plně uplatní transformátorová páječka, obr. 7.151 u níž pájecí hrot tvoří měděná
smyčka. Průchodem proudu vyvolaném malým napětím 0,4 až 0,5 V se rozžhaví smyčka za
dvě až pět sekund po zapnutí. Spínač i transformátor jsou v tělese páječky. Rozsvícení malé
žárovky indikuje zapnutí páječky a současně slouží k osvětlení pájeného místa.
Pistolovou páječkou lze pájet pouze menší spoje, ty větší se neprohřejí. V profesionální
praxi se pistolové páječky přestávají používat. Jmenovitě vůbec nejsou ve specifikacích
NASA.
Zvláštní pozornost je potřeba věnovat hrotu, který musí:
- zajistit dostatečný přenos tepla z topného elementu do pájeného spoje,
- umožnit svým tvarem a rozměry potřebnou manipulaci v pracovním prostoru
- malými nároky na údržbu při dlouhé životnosti zabezpečit stálé podmínky pro proces
pájení.
Dobrý přenos tepla je podmíněn smáčením pracovní oblasti hrotu pájkou, která v tekutém
stavu na počátku pájení zprostředkuje styk s pájenými částmi v mnohem větší ploše než je
čistá dotyková plocha hrotu a jednotlivých dílů. Tvar hrotu i stav jeho povrchu se mění jednak
oxidací, jednak rozpuštěním materiálu hrotu v pájce. Oba faktory snižují životnost hrotu a
zhoršují podmínky pro správné pájení.
Podmínka dobré tepelné vodivosti hrotu vyžaduje použití mědi na jeho výrobu. Tvarovou
stálost lze zajistit buď povrchovou úpravou kovem dobře pájkou smáčeným a přitom
zanedbatelně v pájce rozpustným (Fe, Ni, Cr v tloušťkách 30 až 50 um), nebo zhotovením
pracovní špičky hrotu z takového materiálu kompaktního. Miniaturní páječky na nízké napětí
mají hroty celé ze slitiny např. Cu46Zn39Ni13, zbytek Pb, Mn, Fe; nebo ze slitiny Ni-Co. V
dutině hrotu je umístěno vyhřívací tělísko.
Čistota měděného hrotu a jeho rovnoměrné a čisté pocínování jsou předpokladem
dokonalého pájení. Hrot (zvláště větší pájky) se musí pravidelně ošetřovat - očistit drátěným
kartáčem nebo pilníkem, potom kalafunou a pocínovat kolem dokola. Některé hroty vyžadují
k čištění použít salmiak (chlorid amonný) nebo obdobné razantní prostředky (pozor, jen pro
pocínování hrotu, ne pro pájení na desce plošných spojů!). Stejnou operaci je nutno provést,
když se na povrchu cínové kapky, uchycené na hrotu, začne tvořit šedá blanka. To je
neklamná známka zvýšené teploty cínu a jeho přepalování. (Pro zamezení přepalování cínu
při pájení s přestávkami se doporučuje snížit příkon páječky předřadným rezistorem,
kapacitorem nebo triakovým regulátorem. Moderní pájky mají regulaci teploty. Někdy se pro
chlazení hrotu užívá na odložení otvor v železné kostce (např. kusu kolejnice.))
Obr. 7.152. Hrot s otvorem pro pájení integrovaných obvodů.
Pro pájení integrovaných obvodů se osvědčil hrot pájky podle obr. 7.152. Hrot je vyroben
z m ědi, zahřívá pouze to místo, kde bude spoj. Zároveň využívá kapilárních vlastností cínu.
Hrot se nasune kolmo na vyčnívající konec
vodiče (např. vývodu IO) a současně se přidá
potřebné množství cínu. V případě, že se "podaří" na pájené místo dopravit více cínu než je

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 277
třeba, stačí prudkým pohybem ruky vyčistit otvor v hrotu páječky a při dalším přiložení hrotu
se přebytečný cín odsaje. Hrot se dosti rychle opotřebovává, proto použijeme pájku s regulací
teploty.
Nevýhodou obvyklých hrotů (smyček) pistolových páječek, zhotovených z měděného
vodiče, je malá životnost a málo výrazné soustředění tepla na pracovní část smyčky. Na obr.
7.154 vidíme skládaný hrot ze dvou měděných vodičů délky 50 mm, průměru 1,6 mm (a), s
vloženou částí pozinkovaného železného drátu (b). Jednotlivé díly jsou natupo spájené
stříbrnou pájkou (Ag450) s použitím boraxu.
Po vytvarování upevníme hrot na transformátorovou páječku, železnou část ponoříme do
roztoku ZnCl a pájku zapneme. Takto očištěnou část pracovního hrotu pocínujeme. Délka
železného vodiče je asi 20 mm, závisí na příkonu páječky (ovlivňuje teplotu hrotu). Proto
autor úpravy (ARA1977/12:455) doporučuje ověřit několik různých délek odstupňovaných po
1 až 2 mm. Hroty tohoto typu je také možno koupit v některých obchodech (tzv. věčné hroty).
Obr. 7.153. Úprava pistolové páječky
Obr. 7.154. Smyčka pistolové páječky
s vloženou železnou částí
Obr. 7.155. Smyčky k pistolové páječce: a) z měděného plechu, b) k vypájení
integrovaných obvodů v pouzdře DIL.
Na obr. 7.155a vidíme smyčku k pistolové páječce vyrobené z měděného plechu o
rozměrech 6x59x1,2 mm. K výrobě se použije lupénková pilka a pilník. Přívody mají
čtvercový průřez o rozměrech 1,2x1,2 mm. Výhodou je zvýšená tepelná kapacita smyčky (AR
1969/1:33). Na obr. 7.155b vidíme tvar smyčky určené k vypájení integrovaných obvodů v
pouzdře DIL z desky plošného spoje (ARA 1984/11:410). Pomocí této smyčky lze současně
nahřát všechny vývody a pomocí pinzety integrovaný obvod vytáhnout.
Na obr. 7.153 je nakreslena úprava pistolové pájky, u které došlo ke stržení závitu, což je
dosti častý případ. Páječkou 500 W připájíme vnitřek z lámací svorky (viz [AR1964/1:6]).
Jiná úprava je v [AR1969/1:3].

278 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Hromadné pájení.
Při hromadném pájení je zdrojem tepla přiváděného pokovovanému nebo pájenému
materiálu přímo roztopená lázeň pájky. Její teplotu můžeme přesně nastavit a udržovat
automatickou regulací příkonu topných elektrických článků (obvykle +-5°C).
Pájené části, zajištěné proti vzájemnému pohybu po celý pájecí proces, opatřené tavidlem,
se ponořují do lázně roztavené pájky.
Pájené části se ohřívají rychle, za asi 1 až 2 s. Materiály pájených dílů musí tento tepelný
šok snést bez škodlivých následků. Pracovní teplota se volí co nejnižší (eutektické pájky),
snižuje se tak i tvorba oxidů na povrchu pájky. Oxidaci zabraňuje i ochranná atmosféra nebo
vrstva oleje či jiného přípravku pokrývající hladinu. Případné povrch znečišťující vrstvy se
musí před ponorem odstranit (mechanicky), aby neklesla kvalita spojů vlivem cizorodých
částic v objemu spoje.
Hromadné pájení desek plošných spojů je jedním z prostředků jak nejen racionalizovat
proces, ale i jak zvyšovat spolehlivost celých systémů. Již bylo uvedeno, že spoje pájené
hromadně vykazují přibližně o dva řády vyšší spolehlivost (za předpokladu dokonalého
zvládnutí technologie). Je to dáno menším vlivem lidského faktoru a stále stejnými
podmínkami.
Pájecí zařízení využívají k zapájení několika různých principů, tj; vzájemného působení
pájené desky a pájky (obr. 7.156) :
a) kolmý ponor - před ponorem je třeba mechanicky odstranit vrstvy nečistot z hladiny pájky
(stěrkou),
b) postupný ponor - pájené části (desky plošných spojů) jsou ponořovány pod úhlem 5 až 7°
a sklopeny do vodorovné polohy; z klínové mezery jsou povrchové nečistoty vytlačeny,
c) kolmý ponor se stíráním - po ponoření je pájenými díly pohybováno rovnoběžně s
hladinou; jsou tak odstaněny oxidy, zbytky tavidla i redukční zplodiny,
d) vlečné pájení na plocho - pájené části vstupují do lázně pod úhlem 5 až 7•, probíhají lázní
a opět šikmo vystupují; před pájenými částmi je stírán povrch lázně; ohřev je pozvolnější,
tepelný šok menší,
e) ponořování s kývavým pohybem - spojení varianty b) a c) při zachování výhod obou; není
vhodné pro převážně rovinné útvary,
f) ponor do lokálně vzduté hladiny - roztavená pájka je čerpadlem vháněna tryskami k
hladině, kterou vzdouvá; pájené části jsou po přiblížení k hladině pájeny pouze v místech
vzdutí,
g) pájení kaskádou - roztavená pájka dopravená čerpadlem stéká po šikmé ploše s hradítky,
na nichž vytváří vlny při svém přetékání; pájené části jsou posouvány proti směru toku
pájky a procházejí jednotlivými vlnami; neustálým prouděním je povrch zbaven
znečišťujících povlaků,
h) pájení stojící vlnou - roztavená pájka je čerpadlem protlačována širokou tryskou a vytváří
vlnu definovaného tvaru; pájené součásti procházejí vlnou ve výšce dané podmínkami
pájení.
Poslední z uvedených principů je v současné době nejrozšířenější.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 279
Obr. 7.156 Princip pájení ponorem
Pájení stojící vlnou
V principu se jedná o pájení, kdy se osazená deska pohybuje po tečně k cínové vlně (resp.
pájky cín-olovo). Vlna může mít různý tvar (viz obr. 7.157). Je také možné pro speciální
použití vhodnými prostředky tvar vlny poněkud změnit - např. do tvaru dvojité vlny.
Obr. 7.157. Různé typy vln pro hromadné pájení: a) dvoustranná vlna s parabolickým
obrysem, b) jednostranná vlna, c) kombinace předchozích
Výsledek pájení závisí na
- technických parametrech zařízení
- dodržování všech technologických zásad (teploty, čistoty aj.)
- čistotě a složení pájky.
Pochody probíhající na povrchu pájených složek jsou schematicky znázorněny na obr.
7.158. Vzhledem k závažnosti je třeba se blíže zabývat vlivem čistoty pájky na výsledek
celého procesu. Největší vliv mají některé kovové nečistoty.
Obr. 7.158. Princip hromadného
pájení plošných spojů.
1) směr pohybu plošného spoje
2) základní kov
3) difuzní vrstva
4) tuhá vrstva pájky
5) olej
6) tekutá pájka
7) tavidlo a zbytky oleje
8) tavidlo
9) vrstva oxidu

280 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Blíže si všimneme vlivu některých prvků, které se mohou do lázně dostat z galvanických
povlaků pájených součásti (Au, Ag) nebo z nevhodně volených konstrukčních dílů (Cd, Al,
Zn).
Zlato (Au) - do určité úrovně nevadí, ale při větších koncentracích způsobuje zvyšování
tvrdosti a křehkosti pájky, zhoršuje se odolnost vůči vibracím (volba intermetalických
sloučenin).
Stříbro (Ag) - vesměs se uvádí, že nevadí, naopak pro náročnější aplikace se do pájky
přidává až 2,5% stříbra.
Měď (Cu) - celkový obsah mědi a stříbra nemá přestoupit 0,55%, při překročení působí
zhoršení smáčivosti a zrnitosti.
Kadmium (Cd) - je považováno za pájecí jed. Shromažďuje se většinou u dna a dostává se
do lázní z nevhodné povrchové úpravy součástí.
Zinek (Zn) - projevuje se nepříznivě už od koncentrací 0,001%, zhoršuje roztékavost
pájky, zvyšuje možnost koroze.
Antimon (Sb) - povolená hranice je 0,3%, má vliv na tavení pájky, při větším obsahu
zhoršuje mechanické vlastnosti.
Vizmut (Bi) - kladně podporuje smáčivost a roztékavost pájky. Příznivě působí na cín proti
vlivu nízkých teplot (zamezuje cínovému moru).
Lázeň se musí pravidelně kontrolovat. Je nutno provádět rozbory se zřetelem na výše
uvedené prvky. Je samozřejmé, že s e v lázni vyskytuje také určitý obsah nekovových
nečistot. Kladně se projevuje použití speciálních olejů, které se používají pro krytí povchu
cínové pájky pro zabránění oxidace (někdy se mixují s pájkou), obsahují speciální aditiva,
která působí příznivě na čistotu pájky. Z tohoto důvodu není také vhodné používat oleje
rostlinného původu - tyto se jednak teplem rozkládají, dále neobsahují zmíněná aditiva a také
u nich není zaručováno složení, tj. poměr nasycených a nenasycených uhlovodíků, což ztěžuje
následné mycí procesy.
Je třeba poznamenat, že u všech způsobů pájení s nuceným pohybem pájky vznikají potíže
způsobené oxidací. Cirkulací pájky je mnohonásobně zvětšen volný povrch, na kterém
dochází k reakci se vzdušným kyslíkem. Oxidační rychlost je až 20x vyšší než u roztavené
pájky ponechané v klidu.
Při oxidaci pájky typu Sn-Pb probíhají reakce
2 Pb + O2 -> 2 PbO
2 Sn + O2 -> 2 SnO
PbO + SnO -> Pb + SnO2
Cín má větší afinitu ke kyslíku než olovo a proto je jeho obsah v oxidové vrstvě větší.
Lázeň se tak ochuzuje o cín, celkové složení pájky se mění se všemi důsledky.
Olovo se v malé míře také vypařuje a zamořuje pracovní prostředí. Cínová pájka se
znečišťuje tím, že do ní vnikají kovy z pájených předmětů.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 281
8.8.4 Technologické operace a zařízení pro hromadné pájení
Základními technologickými kroky při hromadném pájení jsou:
- upevnění desky
- nanášení tavidla a jeho sušení (většinou infraohřevem)
- předehřívání osazených desek (může být totožné se sušením tavidla)
- vlastní pájení
- zkracování vývodů (pokud je tento krok potřebný)
- čisticí procesy
- lakování desek (pokud se používá)
Operace (až po čištění) jsou většinou soustř eděny do jednoho zařízení. Mytí desek
plošných spojů a jejic h případné lakování se provádí odděleně na speciálních zařízeních
Nanášení tavidla
Na začátku proce su se na zakládacím stanovišti deska plošného spoje (PS) vloží do
zakládacího rámu nebo se přímo vloží do prstového dopravníku. V nanášecím modulu se
většinou ve formě pěny nanese ta vidlo (je též možné použít nástřik nebo nanášení štětcem).
Pokud má být zaručena vysoká spolehlivost osazené desky plošného spoje, musí být
nanesení tavidla rovnoměrné a musí být před vlastním pájením vysušeno (v sušicím modulu).
Tato operace je velmi důležitá při hromadném pájení PS, protože by mohlo při styku desky s
pájecí lázní docházet k "prskání" a k možnosti tvorby můstků mezi vodiči.
U hromadného pájení je důležitým parametrem tavidla teplota, při které dochází k aktivaci.
Tato musí být nižší než teplota pájení, aby při procesu pájení nejdříve došlo k aktivaci tavidla
a tím k odstranění kysličníků.
Zkracování vývodů
Moderní součástky pro osazování desek plošných spojů mají přívody upraveny tak, že jsou
bez formování a zkracování vhodné k pájení. Vhodným tvarem se vyznačují např. IO v
pouzdrech z polymerních hmot, jejíchž vývody jsou v částech zůstavajících na straně
součástek rozšířené, takže poloha součástky ve vertikálním směru je po dosednutí rozšířené
části přívodu přesně definována.
Existuje však celá řada součástek s přívody, které vyžadují zkrácení a často i formování do
potřebné délky a tvaru. Formování se děje většinou ještě před osazením daných prvků do
desky PS na jednoúčelových strojích. Přitom jsou vývody již upravovány na potřebnou délku.
To je však možné pouze u součástek upravených pro strojní vkládání.
Po osazení se dají vývody odstřihnout a ohnout ručně, nebo pouze zkrátit frézováním.
Frézováním se vývody zkracují buď před pájením nebo i po pájení. Přívody součástek, které
se formují a zkracují předem, se dají vytvarovat tak, že není nutná další fixace před a při
pájení; pohyb, resp. posun součástek je nežádoucí. U součástek, jejichž vývody takto upravit
nelze, je po osazení jejich poloha zajištěna vhodně profilovanými závažími nebo zátěží
působící přes pružnou umělou hmotu, v poslední době též přitmelením (speciálním tmelem
naneseným na stranu součástek).
Nejproduktivnějším způsobem zkracování vývodů je jejich frézování po zapájení. Odpadá
upevňování součástek. Postup však vyžaduje vysokou vlnu pájecí slitiny, která pokrývá i části
vývodů frézováním odstraňované. Zvyšuje se tak spotřeba pájky i příkon nutný k ohřevu

282 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
pájecí lázně. Dochází často i ke vzniku prasklin ve spojích. Oprava je možná pouze dalším
přepájením celých desek. Tyto důvody vedou k tmelení součástek a jejich frézování před
pájením. Tmel je odstraněn z desek při pájení. Výhodné je, když tmel vykazuje současně
vlastnosti tavidla.
Předehřívání osazených desek
V první řadě se předehřátím odstraní rozpouštědla z tavidel nanesených v předchozí
operaci. Dále se desky předehřejí, čímž se zrychlí vlastní pájení a sníží teplotní ráz, kterému
je deska vystavena při postupném průchodu pájecí vlnou. Předehřátí odstraní částečně i
snadno těkavé látky ze základního materiálu desek PS a ze součástek, zejména vodu. Únik
těchto látek ve formě plynů se bez předehřívání děje až při a těsně po průchodu vlnou
roztavené pájky v průběhu chladnutí pájky ve spojích. Vznikají bubliny, někdy i otevřené
krátery. Tyto vady patří mezi velmi závažné.
Pájení stojící vlnou roztavené pájky
Nejrozšířenějším způsobem je pájení stojící vlnou roztavené pájky (viz obr. 7.156h). Asi
80% pájecích zařízení používá tohoto principu. Pro potlačení jevu odsmáčení získává
popularitu i vlečné pájení (obr. 7.156d).
Pájení stojící vlnou umožnůje pájení přívodů součástek do desek PS jednostranných,
oboustranných i vícevrstvých s pokovenými otvory. Pohybující se pájecí slitina proniká
tlakem a kapilárními silami pokovenými otvory a vytváří pájecí kužel i na součástkové straně
desky.
Pájka je vzdutá čerpadlem, ponořeným do lázně. Čerpadlo nasává čistou pájku ze střední
hloubky lázně, kterou žene vhodnou štěrbinou nad hladinu lázně. Vhodné přepady štěrbiny
tvarují hřeben a tvar vlny, aby se docílil vhodný náběhový úhel a (odplavení zbytků tavidla) a
výstupní úhel ß(zabránění tvoření "rampouchů" z přebytečné pájky). Velikost úhlů závisí na
rychlosti, druhu a teplotě pájky i na rychlosti posuvu nosiče plošných spojů. Pájením ve dvou
i třech za sebou následujících vlnách se snižuje pravděpodobnost výskytu špatného spoje na
minimum. Velikost konstrukční jednotky je omezena pouze šířkou vlny.
Obr. 7.159 Pájení v hřebenu vzduté vlny
pájecí lázně.
kj - konstrukční jednotka
a - náběhový úhel
ß - výstupní úhel
š - štěrbina čerpadla
Obr. 7.160 Princip pájení stojící vlnou
roztavené pájky

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 283
Obr. 7.161 Princip vzniku krápníků a jejich potlačení náklonem
Obr. 7.162 Potlačení vzniku krápníků širokou vlnou a vlnou s olejem
Hřeben vlny je prostý kysličníků pájky, protože roztavená pájka je v neustálém pohybu
udržována čerpadlem, vhánějícím pájku do trysky formující vlnu. Osazená deska prochází
vlnou rychlostí v1. Pájka smáčí dolní povrch desky a díky povrchovému napětí na ní ulpívá.
Přebytečná pájka stéká zpět do vlny (do její týlové části) rychlostí v2. Přitom se vytváří závoj
(jeho měřitelná délka y je vyznačena v obr. 7.160). Musí být splněna podmínka v1 < v2.
Závoj vytváří na pájených spojích "krápníky" a "můstky". (Krápníky vznikají v místech při
spojování součástek na vyčnívajících vývodech, můstky spojují sousední plošné spoje přes
izolační mezery.) Rychlost stékání pájky do vlny lze ovlivnit snížením povrchového napětí, a
to zvýšením teploty pájky. Změna rychlosti v1 není většinou možná, což je dáno výrobním
zařízením.
Pokud je možné naklonění dopravníku desek, lze tvorbu krápníků omezit náklonem asi 4
až 10°. Podpoří se stékání pájky a závoj se zmenší. Situaci znázorňuje obr. 7.161. Tato úprava
je v současnosti všeobecně rozšířena. Dalšího potlačení lze dosáhnout širokou vlnou. Desky
se dotýkají vlny v místě, kde má proud pájky opačný smysl než pohyb desky. Spolu s
náklonem lze krápníky téměř vyloučit (obr. 7.162a).
Povrchové napětí snižuje i čerpání oleje do vlny (obr. 7.162b). Potíže však způsobují
zbytky oleje na deskách a jeho odstraňování.
Obr. 7.163. Princip reflexní vlny
Podobně jako široká vlna působí i vlna
reflexní, u níž proud pájky má také opačný
smysl než pohyb desek plošných spojů -
obr. 7.163.
Odstranění již vzniklých krápníků lze
provést odtavením další, nižší vlnou.

284 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.164. Základní druhy pájecích vln. Oboustranné vlny : a) úzká, b) zdvojená, c) široká
Reflexní vlny : d) delta, e) dutá, f) turbulentní
Základní druhy pájecích vln jsou přehledně uvedeny na obr. 7.164. Jsou rozděleny na dvě
skupiny: vlny oboustranné a vlny reflexní. Z první skupiny je třeba upozornit na zdvojenou
vln u odstraňující již vzniklé krápníky. Z reflexních vln má zajímavé vlastnosti vlna dutá, jejíž
rychlost je ve srovnání s ostatními velmi vysoká. Dosahuje hodnot až 1 m/s. Tato vlna se
snadno přizpůsobuje povrchu prohnutých desek. Tato vada bývá obvyklá u desek PS velkých
rozměrů. Kromě toho, dutá vlna při svém styku s deskou a součástkami vytváří ve stykové
oblasti zónu sání, takže desku i součástky stahuje směrem dolů. Mechanické přidržování
součástek při pájení je tak možno omezit nebo zcela odstranit.
Poznámka: Je zapotřebí, aby se při pájení vlnou desky pohybovaly ve směru převládajících
spojů (ne "napříč"), zmenší se tím vznik zkratovacích "můstků" (bridging). Desky je vhodné
již navrhovat z tohoto pohledu. Je to důležité u desek s digitálními obvody. U desek s
analogovými obvody nelze dodržet "rovnoběžnost" spojů, jsou zde však naštěstí větší
vzdálenosti mezi spoji.
Čistící procesy po pájení
Vzhledem k nutnosti použití agresivnějších (ostřejších) tavidel, přistupuje k pájecímu
procesu další operace - odstranění zbytků tavidel po pájení. S ohledem na omezený rozsah
skript není možné uvádět podrobnější rozbor.
Obecnou zásadou při výběru vhodného čistícího media je charakter použitého tavidla. Platí
pravidlo, že látky polární se rozpouštějí v polárních rozpouštědlech, nepolární v nepolárních.
Dále je nutné respektovat :
- technologickou použitelnost čistícího prostředku
- toxicitu, případně nutnost likvidace odpadu ve speciálních neutralizačních stanicích
- ekonomickou dostupnost
- další nařízení pro ochranu životního prostředí
V praxi se mytí provádí většinou ve speciálních zařízeních, jako jsou ultrazvukové pračky,
karuselová mycí zařízení apod. Nejúčinnější a hlavně nejefektivnější
je ostřikový oplach,

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 285
který se ovšem zatím z důvodů potřeby speciálního zařízení (a především investičně
náročného) zatím příliš nerozšířil.
Pro zabezpečení dokonalého odstranění všech zbytků tavidel nesmí být na zapájené desce
místa těžce přístupná čistícímu mediu. Dále musí být odzkoušena inertnost prostředku vůči
použitým součástkám.
K čištění se prakticky používají :
a) freony (fluorované uhlovodíky ) jako azeotropické směsi s alkoholy a
b) voda.
Freonová media jsou velmi účinnými prostředky při použití pryskyřičných tavidel včetně
aktivovaných, ale jejich použití je vá záno na přísné předpisy pro ochranu životního prostředí
(v mnoha zemích je použití dokonce zakázáno); musí být použity pouze ve speciálních
ultrazvukových pračkách s vymrazováním par.
V celém světě vývoj tavidel směřuje k tavidlům vodným, tzn. rozpustným a umyvatelným
ve vodě. Pro dosažení co nejlepších výsledků se uplatňuje právě tady mytí v kaskádových
pračkách, kde poslední lázní je destilovaná voda. Součástí moderních zařízení je i vzduchový
nůž (air knife), který odstraní po posledním oplachu kapalinu z desky plošného spoje včetně v
ní rozpuštěných nečistot proudem horkého vzduchu.
Míra úspěšnosti mycího procesu se hodnotí podle množství zbytků tavidel a vše se
přepočítává na ekvivalent - µg NaCl/cm2 plochy desky. Dále se dá měřit vodivost výluhu. Na
příklad deska pro počítač měla 9,8 µg NaCl/cm2, mezi vývody IO byl nános způsobený
migrací iontů. Mytím se snížila kontaminace na 3,6 µg NaCl/cm2 a zvlášť pečlivým mytím na
0,8 µg NaCl/cm2.
Čistící proces je nezbytnou součástí techniky pájení. Objevují se proto snahy o zavedení
nové generace tavidel. Vynechání odstraňování zbytků tavidel je možné připustit jedině pro
nenáročná použití, např. ve spotřební elektrotechnice.
Pokud by na desce zůstaly zbytky po pájení, může dojít ke korozi a potom k destrukci
vývodů součástek. Korozní zplodiny mohou způsobovat migraci iontů po izolanti plošného
spoje a tím dochází k těžko definovatelným poruchám zařízení (např. při změnách
atmosferických podmínek, především při velké vlhkosti).
Hodnocení pájecího procesu
Jako u všech výrobních procesů, je kontrola na základě určitých kvalitativních kritérií
nezbytností. U procesu pájení, a především u hromadného pájení, dosud není vypracována
jednotná metodika.
Obr. 7.165 Správně zapojené vývody součástek

286 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pro hodnocení pájitelnosti platí norma ČSN 34 5770 - "Zkouška pájitelnosti a odolnosti při
pájení". Podle ní se hodnotí vývody elektrických a elektronických prvků. Pájitelnost desek PS
je uváděna v technických podmínkách výrobců PS.
Hodnocení zapájeného spoje je velmi rozdílné. Platí však, že pájka musí být navzlínaná do
otvoru, kde musí ztuhnout tak, aby nezůstaly žádné vzduchové mezery (bubliny). Důležitým
hodnotícím kritériem je velikost a tvar pájecího kužele, kvalita povrchu pájky, který musí být
bez vměstků, kráterů a bublin. Příklad správného zapájení je uveden na obr. 7.165, možné
vady jsou na obr. 7.166.
Množství povolených vad se liší u jednotlivých výrobců. Lze říci, že není vhodné trvat na
"opravách" zdánlivých vad po hromadném pájení ručním přepajováním, protože tímto se
zvyšuje výskyt tzv. studených spojů. Dojde totiž k odsmáčení pájky z přívodu součástky
vlivem úplného rozpuštění galvanického povlaku a tím k obnažení nepájitelného základního
kovu, většinou kovaru.
Obr. 7.166 Špatně zapájené vývody součástek
Nanášení laků a kaučuků
Povlaky se nanášejí jako ochrana proti vlhku. Na desku se nalévají. Lakování se děje
běžnými lakařskými postupy, požaduje se obvykle minimální i maximální přípustná tloušťka
pokrytí. Tlustá vrstva laku způsobuje na členitých površích značná mechanická napětí a
mohlo by docházet k destrukci drobnějších součástek. Obvykle se předepisované tloušťky
pohybují v rozmezí 0,02 až 0,4 mm.
Při konstrukci desek PS a jejich osazování se musí vytvořit pod všemi součástkami
dostatečně veliké mezery, aby byl vytvořen povlak i pod nimi a mezi přívody.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 287
8.9 Technologie povrchové montáže
Technologie povrchové montáže se v současné době stává ve světě převládající výrobní
technologií. Změny ve výrobě, vyvolané touto novou montážní technologií, jsou velice
rozsáhlé a v mnohém převratné. Principiálně tato technologie není zcela nová. Je již po léta
běžně užívána při výrobě hybridních integrovaných obvodů. Z historie je zajímavé, že firma
Philips dělala první pokusy s povrchovou montáží koncem šedesátých let.
Pod pojmem povrchové (plošné, planární) montáže součástek rozumíme montáž součástek
bez drátových vývodů (čipů) nebo s vývody upravenými do roviny, přímo na tu stranu desky,
na které jsou plošné spoje. Součástky se osazují na jejich povrch, takže nevyžadují vrtání,
případně pokovené otvory. Obrazce plošného spoje musí však mít pájecí plošky, které jsou v
souladu s tvarem kontaktů součástek.
I mimo angloamerickou jazykovou oblast se pro technologii povrchové montáže používá
zkratka SMT (Surface Mount Technology), a potřebným součástkám se obecně začalo říkat
čipy nebo součástky pro povrchovou montáž (Surface Mounted Devices, zkratka SMD).
Povrchová montáž součástek má před klasickými technologiemi, které nahrazuje, několik
předností. Jsou to:
- podstatná redukce potřebné plochy desky plošných spojů; zmenšení potřebné plochy je
od 40% do 70% (průměrně o 50%), cena klesla až o 50 %
- větší hustota osazené desky,
- podstatné snížení nákladů na osazení desky,
- možnost zcela automatizovaného osazení součástek na desku plošného spoje,
- větší odolnost proti nárazům a vibracím (důsledek menší hmotnosti součástek a pevnější
přichycení),
- větší spolehlivost osazených desek se
součástkami SMD v důsledku menšího počtu
pájených spojů,
- výhodnější vysokofrekvenční vlastnosti (odstranění parazitních kapacit a indukčnosti
přívodů),
- unifikace typů jednotlivých desek,
- zvýšení uživatelských hodnot a kvality,
- menší spotřeba materiálů a proto možnost nižší ceny,
- menší prostor potřebný pro výrobu plošných spojů,
- menší hmotnost a menší rozměry hotových výrobků,
- levnější desky plošných spojů; není zapotřebí vrtání a pokovování otvorů (při aplikaci
pasívních součástek a obvodů malé integrace).
Necelá polovina desek plošných spojů je v současné době osazována čistou povrchovou
montáží, zbytek je osazován tzv. smíšenou povrchovou montáží. Ceny součástek pro SMT na
svě tovém trhu již dosáhly stejné hladiny jako u konvenčních součást ek s drátovými vývody.
Některé typy součástek se již dokonce přestaly vyrábět v provedení s drátovými vývody a
další výroba je zabezpečována pouze jako bezvývodové součástky pro SMT montáž.
Vzhledem k pokračující miniaturizaci je nutné přecházet k menším rastrům zapojení, a tím
i ke zvětšení
hustoty osazených součástek na desce plošných spojů. Výhodou povrchové
montáže součástek je i to, že mohou být osazovány na obou stranách desky.

288 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.167: Dvě provedení téhož obvodu – klasická a povrchová montáž
Součástky pro povrchovou montáž. Klíčovou podmínkou povrchové montáže je dostatek
povrchově montovatelných aktivních a pasivních součástek. Čipy pasívních součástek jsou
dostatečně známy, vznikly pro potřebu hybridních obvodů. Teprve v posledních letech
vznikly základní polovodičové součástky vhodné pro povrchovou montáž: integrované
obvody, tranzistory a ostatní polovodiče v mikropouzdrech. V současné době je na světovém
trhu takový sortiment součástek, že je možno v přístrojích spotřební elektroniky až 80%
součástek možno povrchově montovat.
Základním požadavkem na SPM je kromě ostatních normálních vlastností odolnost vůči
tavidlům a teplotě 260°C po dobu 10 s. Tento požadavek je bezpodmínečně nutný kvůli
pájení, kdy součástka je namáhána pájecí teplotou.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 289
Obrázek 9.168: Tvary součástek pro povrchovou montáž
Dá se říci, že dominantním polovodičovým prvkem pro povrchovou montáž jsou
integrované obvody. Vyrábějí se ve třech provedeních: integrované obvody s malými rozměry
(SO nebo SOIC, Small Outline Integrated Circuit), nosiče čipu na plastovém (příp. i
keramickém) nosiči (PLCC, Plastic Leaded Chip Carrier, LCCC, Leadless Ceramic Chip
Carrie rs), a zatím s méně používaným pouzdřením typu flat nebo quad pack.
Tranzistory pro povrchovou montáž se vyrábějí ve třech modifikacích v plastickém
pouzdru s malými rozměry: SOT-23, SOT-89 a SOT-143. V tomto pouzdru je možné
zhotovovat tranzistory, diody a FET. SOT-143 je čtyřvývodová verze SOT-23 se stejnými

290 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.169: Porovnání způsobů osazování pouzder integrovaných obvodů
rozměry a teplotními charakteristikami. SOT-89 je poněkud větší provedení se ztrátovým
výkonem do 1 W.
Diody a Zenerovy diody mohou být pouzdřeny v provedení Melf (metal-electrode face
bo nding) a Mini Melf s malým válcovým tvarem o ztrátovém výkonu až do 0,5 až 1 W.
Po polovodičích jsou u povrchové montáže nejvíce zastoupeny čipové odpory a
kondenzátory. Rozmezí dodávaných odporů je od 10 W do 2,2 MW. Čipové kondenzátory se
dělí do tří kategorií: keramické vícevrstvé (asi 80%) o kapacitě 1 pF až 1 µF, tantalové o
kapacitě 0,1 až 100 µF a elektrolytické hliníkové o kapacitě od 1,5 až 47 µF.
Dostupné jsou i další typy součástek, jako např. toroidní transformátory, relé, křemenné
krystaly apod. Vývoj v této technologické oblasti neustále rychle pokračuje.
Důležitou roli
zejména pro další zpracování součástek pro povrchovou montáž hraje balení. Pro automatické
osazování se součástky balí do různých zásobníků (tyčových, souřadnicových atd.) nebo do
pásu a i sypané. V poslední době začali výrobci balit součástky do prohlubně vytlačené do
pásu z plastu zakryté páskou (jako některé druhy léků - tzv. Blister-Pack). Tomuto druhu
balení se předpovídá v budoucnu masové použití. Pásy jsou široké 8, 12, 16, 24 nebo 32 mm a
jsou na jednom okraji perforované.
Technologie povrchové montáže je označována zkratkou SMA (Surface Mount Assembly).
Zjednodušeně můžeme mluvit o třech fázích technologie povrchové montáže:
- osazování desek součástkami
- pájení součástek na desky
- kontrola

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 291

292 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Osazování desek součástkami se
provádí vysokoproduktivními
automaty nebo poloautomaty po
jedné nebo obou stranách
(oboustranná montáž). Aby
součástky na povrchu držely až do
zapájení, fixují se speciálním
tmelem nebo lepící pájecí pastou.
Pájecí pastu možno nanášet
sítotiskem, lepicí tmel po kapkách
dávkovacím zařízením.
Obrázek 9.171: Metoda pájení dvojí vlnou
Pájení probíhá tak, že se pocínované konce součástek zapájí s předcínovanými pájecími
ploškami na obrazci plošného
spoje. Pájecí plošky se
předcínovávají již zmíněnou pájecí
lepivou pastou. Pro samotné
spájení osazených součástek je
možno použít metodu přetavení
(ohřev infra nebo v parách) nebo
pájení speciální vlnou, což je
nejčastěji používaná metoda.
Pájecí vlna může být jednoduchá s
turbulentním účinkem, dvojitá,
popř. i trojitá.
Kromě této tzv. čisté povrchové
montáže, existuje ještě smíšená
montáž. V případě, kdy nejsou k
Obrázek 9.172: Metoda pájení v parách
dispozici všechny součástky v
provedení pro povrchovou montáž,
je možno přechodně použít
kombinovaného způsobu osazování
součástek, kdy se součástky s
drátovými vývody nebo kolíky
osazují na stranu součástek desky
plošného spoje a součástky pro Obrázek 9.173: Náčrtek desky plošných
povrchovou montáž ze strany měděné spojů s přilepenými SMD: L-lepidlo,
fólie. Oboje součástky se pájí najednou M-kontakt, P-pájecí ploška vodivé dráhy
v pájecím zařízení s vlnou.
Kontrola zapájené desky se v podstatě neliší od kontroly běžné desky plošného spoje
osazené součástkami s drátovými nebo kolíkovými vývody. Vyžaduje však důkladnější
vizuální kontrolu vzhledem k menším rozměrům obvodu.
U povrchové montáže součástek se pro výrobu desek plošných spojů nevyžadují speciální
materiály. Je tedy možné používat desky běžného provedení, jako např. FR4 (pro
jednostranné desky i FR3) a pro
vysokofrekvenční aplikace pak speciální materiály.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 293
Obrázek 9.174:Pájecí plošky pro různé typy bezvývodových součástek
Obrázek 9.175: Různé typy vývodů pouzder integrovaných obvodů
Obrázek 9.176: Dvě používaná pouzdra typu flat-pack

294 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Materiál desky plošných spojů pro povrchovou montáž by měl mít součinitel délkové
roztažnosti přibližně stejný jako materiál použitých součástek. Jinak by v důsledku rozdílných
tepelných dilatací desky plošných spojů a součástek mohlo vzniknout nadměrné mechanické
namáhání pájeného spoje. Velikost mechanického napětí je přitom dána rozdílem součinitelů
délkové roztažnosti. Bezpečné osazování součástek nezávisí tedy jen na jejich velikosti, ale
např. i na teplotách při provozu finálního zařízení, tj. zejména na mezních teplotách při
provozu a na změnách teploty okolí. Odolnost zapájeného spoje proti prasknutí závisí také na
jeho tvaru. V některých případech je tedy nutné použít speciálně upravené desky plošných
spojů. Při běžné aplikaci povrchové montáže na skloepoxidové desce plošných spojů (FR4)
mohou být podle zkušeností bez nebezpečí následujícího popraskání zapájených spojů
osazovány miniaturná pasívní součástky (rezistory, keramické kondenzátory) až do velikosti
10 mm, integrované obvody v provedení SO, plastové nosiče čipu, obvody flat pack, quad
pack, TAB (Mikropack) atd. Nedoporučuje se osazovat keramické nosiče čipu, jejichž
součinitel délkové roztažnosti neodpovídá roztažnosti desky.
Tloušťky desek plošných spojů se neliší od běžných provedení. V současné době jsou u
evropských výrobců k dispozici desky o tloušťkách 0,8 až 3,2 mm, přednostní rozměr je 1, 6
mm. Měděná fólie se vyrábí v tloušťkách 35 um, 70 um a 105 um, popř. i více. Materiál FR4
je dodáván s měděnou tólií o tloušťce 18 um, 9 um i 5um. Tyto nejtenčí fólie se používají pro
nejjemnější spoje, což je právě případ některých speciálních aplikací povrchové montáže.
Zhodnocení technologie povrchové montáže. Používání čipových součástek, vzhledem k
jejich miniaturní velikosti, přináší úsporu místa, zvyšuje hustotu montáže tak, že je již
ekvivalentní hybridním integrovaným obvodům. Ze součástek, které jsou zdrojem tepla, se
zlepšuje jeho odvod.
Úspory desek plošných spojů dosahují 30 až 50 % plochy, zmenšuje se spotřeba
vícevrstvých desek a tím, že součástky nejsou opatřeny drátovými vývody, vzniká úspora Cu
(210 kg na 1 milión kusů součástek).
Samotná součástka PM je přechodně dražší než konvenční vývodová. Její ekonomie se
projeví v souvislosti s automatickým osazováním. Kromě již zmíněných úspor odpadá nebo
se snižuje potřeba vrtání otvorů. Náklady na osazování 1 součástky klesnou na 1/3 až 1/10
oproti ručnímu osazování s prosvětlováním. Zároveň se zvyšuje spolehlivost osazení. Chyba
osazení se zmenší z dosavadní hodnoty 200.10-6 až 500.10-6 na 50.10-6 (tj. 50 ppm).
Automatické osazovací linky pro SPM jsou mnohem menší než linky pro součástky s vývody
a uspoří 50 % zástavbové plochy.
Elektronické obvody zhotovené technologií povrchové montáže mají lepší vlastnosti,
zejména rychlé logické obvody. Krátké nebo žádné vývody nevytváří totiž tolik parazitních
kapacit a indukčností. Nevýhodý technologie povrchové montáže spočívají v tom, že
součástky jsou poněkud dražší (1,5 až 2x), je větší spotřeba cínu na jeden spoj, jsou větší
nároky na obrazce plošného soje (požadují se tenčí dráhy), je nutné navíc používat
speciálního lepícího epoxidového tmelu s rychlou vytvrzovací dobou nebo speciální pájecí
viskózní lepící pastu (v případě pájení přetavením). Vzhledem k velké hustotě součástek na
desce je nutné použít speciálně upravených pájecích zařízení s dvojí vlnou a používat
neagresívních tavidel, které nenarušují povrchovou ochranu SPM.
Počáteční investice na zavedení povrchové montáže je poměrně velká, neboť je nutno
zakoupit nové osazovací a pájecí zařízení.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 295
8.9.1 Zvláštnosti návrhu DPS pro techniku povrchové montáže
Při návrhu kresby DPS pro povrchovou montáž je třeba dodržovat určité zásady, které
přináší tato technologie. Jde předevší m o mi niaturizaci a o to, že se používají desky plošných
spojů bez otvorů (kromě smíšené montáže). Je třeba si uvědomit, že použité součástky mají
podstatně menší rozměry než klasické, proto jsou větší nároky na kvalitu a přesnost kresby.
Kresba plošného spoje je umístěna téměř výhradně v rastru 1,27 mm, spoje se navrhují
pokud to jde jako jednostranné bez prokovených otvorů. S ohledem na technologie pájení se
téměř vždy používá nepájivá maska.
Před započetím návrhu desky je třeba mít bezpečně ujasněno, které typy pouzder a součástí
použijeme, nejlépe je mít předem připraveny. Dodatečná záměna typů pouzder je vzhledem k
nemožnosti tvarovat vhodně přívody vyloučena.
Pro ruční kreslení předlohy a matrice je možno používat stejné postupy jako při návrhu
klasickém. Předloha se kreslí téměř vždy ve zvětšeném měřítku. Jelikož jsou součástky
umístěny na desce ze strany spojů, předloha se kreslí výhradně ze strany spojů.
Výhodnější je navrhovat kresbu spoje pro SMT počítačem pomocí návrhového systému.
Většina novějších versí je již vybavena autorouterem, který umožňuje návrh pro SMT a
kn ihovny obsahují většinu pouzder.
Návrh kresby je ovlivněn následujícími faktory
- technologií osazování
- technologií pájení
- požadavky na testování a oživování desek
Speciálním případem jsou vysokofrekvenční zapojení při kterých vedení spojů a jejich
vzdálenosti mají důležitý význam (přenosové vedení), a při návrhu spojů je na to nutné brát
zřetel.
Ovlivnění návrhu technologií osazování
Při ručním osazování součástek nemusíme dbát na žádné odlišnosti, jiná je situace při
osazování automatem. V tomto případě je třeba, aby součástky byly rozmístěny s ohledem na
možnost přístupu osazovací hlavice a je třeba dbát na to, aby stroj vykonával co nejméně
pohybů, což má vliv na rychlost osazování a na životnost automatu. V případě osazování
dvoustranných desek by měla být snaha umístit součástky, které automat "nezvládne",
všechny na jednu stranu.
Vzhledem k tomu, že technika SMT je určena pro osazování automaty je vhodné s
uvedenými pravidly počítat při každém návrhu.
Ovlivnění návrhu technologií pájení
Z hlediska technologie pájení musíme vzít v úvahu
- typ osazované součástky; použitý typ součástky má vliv na postup pájení, a tím také na
tvar pájecích plošek. Některé součástky SMD (flat pack, nosiče čipu, PGA atd.) vyžadují
pájení přetavením, smíšená montáž naopak zase běžné pájení,
- tolerance desky plošných spojů a součástek ovlivňují potřebné velikosti pájecích plošek,
- při pájení ponorem (vlnou) nebo ručně je cín na příslušná pájecí místa (pájecí plošky)
nanesen až při vlastním procesu pájení. Přitom je nutné zajistit, aby mezi sousedními
součástkami byl dostatek prostoru. Také vzdálenost mezi sousedními vodiči a

296 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
součástkami nesmí být menší než minimální přípustné hodnoty, aby se zabránilo vzniku
můstků nebo zkratů. Ze stejných důvodů nemohou být také součástky pro povrchovou
montáž s malými roztečemi vývodů pájeny vlnou nebo ručně,
Podle způsobu pájení se podstatně
navzájem odlišují i tvary pájecích
plošek. Na obr. 7.177 je uveden rozdíl
umístění pájecích ploch pro pájení
Obr. 7.177 Umístění pájecí plošky pro pájení vlnou
a pájení přetavením
vlnou a pájení přetavením
(reflow). Při reflow procesu, je
vhodné, aby pájecí plocha byla
umístěna více pod přívod, na rozdíl od
pájení vlnou, kdy proces probíhá
"zvenku" a pájecí plocha by měla být
větší a přesahovat více přes součástku.
Pro lepší ilustraci jsou na obr. 7.178
(vlevo) typické pájecí plošky pro
kondenzátor (a) rezistor (b) a
tranzistor (c) určené pro ruční pájení,
kdežto na obr. 7.178 (vpravo) jsou
pájecí plošky určené pro pájení
přetavením. Pro pájení vlnou nebo
ruční jsou plošky užší a delší, aby
umožnily vznik meniskusu pájky,
kdežto pro pájení přetavením jsou
pájecí plošky širší a kratší. Plošky pro
ruční pájení (a vlnou) jsou v tomto
případě určené i pro ruční osazování
součástek. Podobně na obr. 7.179,
7.180 a 7.181.
Při pájení vlnou musí být součásti
před pájením přilepeny. Je nutno
respektovat pravidla návrhu pro
použití lepidla. V případě, že nejsou
Obrázek 9.178: Kresba plošek pro pouzdra
SOT-23, SOT-143, SOT-89, SOD-80
mezi ploškami pro součástku taženy spoje je vhodné zde umistit slepou plošku (obr. 7.182).
To umožní použití menšího množství lepidla. Větší množství lepidla může způsobit znečistění
pájecích plošek, což je nežádoucí.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 297

298 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.182 Umístění slepé plošky pod součástku
Při pájení přetavením mají
součástky v okamžiku, kdy se pájka
taví, tendenci se pohybovat v
důsledku toho, že soustava zaujímá
termodynamicky stav s nejmenší
povrchovou energií. Pokud jsou
pájecí plošky stejně velké a jejich
plo cha a plocha přívodů dobře
pájitelná, součástka se sama
vyrovná, v opačném případě může Obr. 7.183 Umístění testovacích plošek
dojít k nežádoucímu posunu, přípa dně i k postavení součásti na hranu, tzv. "tombstoning"
efekt (anglicky tombstone = náhrobní kámen). Obecně lze říci, že přívod k plošce součástky
by měl být realizován vodičem podstatně menší šířky, než je šířka pájecí plocha pro součástku
tak, jak je uveden o dále.
Při aplikaci pasívních součástek SM D, tranzistorů v pouzdru SOT (small outline transistor
- tranzistor malých rozměrů) a integrovaných obvodů v pouzdru SO je možné využít návrh v
modulu 1,27 mm (1,25 mm). V případě použití aktivních součástek větší integrace, jako jsou
nosiče čipu (obvody flat pack a obvody quad pack)
je možné přejít ještě na menší moduly
(0, 635 mm, 0,625 mm, 0,406 mm a 0,254 mm).
Typická šířka spojů je dnes 0,25 mm a předpokládá se snížení šířky vodiče na 0,16 mm a
mezery na 0,20 mm.
Návrh plošného spoje s ohledem na testování
Připojení testovacích hrotů vyžaduje téměř vždy umístění měřicích plošek, protože plocha
pájecích plošek je malá (zvláště pouzdra PLCC) s roztečí 1.27 mm a menší. Zásady pro
umístění měřicích plošek jsou uvedeny na obr. 7.183. Měly by být umístěny vždy z jedné
strany desky v rastru 2.54 mm.
Rozmístění součástek na desce
Při pájení přetavením nezáleží na orientaci součástek, omezení jsou pouze ve vzdálenosti
mezi ploškami a součástkami. Pro pouzdra SOIC může být minimální vzdálenost ploch mezi
řadami 0.3mm, u pouzder s přívody tvaru "J" (pouzdra PLCC) se tato vzdálenost doporučuje
několik mm z důvodů kontroly pájení a oprav. V případě, že budeme umísťovat na desku

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 299
měřicí a testovací body, je třeba vzdálenost zvětšit, anebo testovací body umístit na druhé
straně desky (pokud je oboustranná).
Při pájení vlnou musí být vzdálenosti mezi součástkami větší, doporučené vzdálenosti jsou
uvedeny na obr. 7.184.
Obr. 7.184 Doporučené vzdálenosti mezi
součástkami při pájení vlnou
Obr. 7.185 Umístění vodičů mezi ploškami
(pouzdra SO-14 a SOD8O).
Při rozmísťování součástek je vhodné dodržovat, pokud to je možné, stejnou orientaci
pouzder IO, tranzistorů, diod aj.
P ři ručním osazování se snižuje pravděpodobnost chyb a při použití automatu se zvyšuje
rychlost osazování.
Zásady umísťování vodičů
Plošný spoj pro SMT se převážně navrhuje v rastru 1,27 mm. Vodiče tedy umísťujeme v
rastru 1,27 mm, pro jednodušší aplikace pak v rastru 2.54mm, stejně jako u klasických DPS.
Umístění vodičů pod pouzdry SO-14, SOD80 a mezi ploškami s mezerou 0,635 mm v
kombinaci s pájecími plochami ukazuje obr. 7.185.
Návrh ploch pro součásti
Plošky musí být navrženy dostatečně velké s ohledem na nepřesnosti při osazování
součástí a nanášení pájecí pasty sítotiskem, na
druhé straně nesmí docházet k tvoření můstků.

300 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Správný návrh ovlivňuje podstatnou měrou tepelné a mechanické vlastnosti desky a její
spolehlivost. Šířka pájecích plošek se obvykle navrhuje stejná, jako jsou přívody součástek. U
součástek, které mají přívody velmi úzké je možno šířku zvětšit, např. u SOT23. Doporučené
rozměry jsou pro pájení vlnou i přetavením uváděny v katalozích. Obecně lze konstatovat, že
pro pájení vlnou je plošky třeba navrhovat větší s dostatečným přesahem.
Jako příklad jsou uvedeny typické rozměry pájecích plošek pro tranzistorová pouzdra (obr.
7.178) a pasivní čipové součástky (obr. 7.186 a tab.7.8.1). Z důvodů již dříve uvedených jsou
plošky pro pájení přetavením menší a jsou umístěny více pod přívody součástek. Pro čipové
pasivní součástky se navrhuje šířka plošek pro pájení vlnou i přetavením stejná, větší o 0,2
mm, než šířka součástky.
Obr. 7.186 Kresba plošek pro pasivní součástky
Tab. 7.10 Rozměry plošek pro pasivní součástky (čipové odpory a kondenzátory) [mm]
Pájení vlnou
Pájení přetavením
typ a b B a b B
0805 1,45 1,2 3,65 1,45 0,8 2,65
1206 1,7 1,4 4,85 1,7 1,0 3,65
1210 2,75 1,4 4,85 2,75 1,0 3,65
1808 2,25 1,5 6,45 2,25 1,1 5,2
1812 3,25 1,5 6,45 2,25 1,1 5,2
2220 5,3 1,6 7,6 5,3 1,2 6,2
Ostatní doporučení
Vzhledem k malým rozměrům pouzder, mají spoje minimální šířku 200 µm. Spoj se
navrhuje většinou jako jednostranný, pokud možno bez prokovených otvorů. Pokud je to
nezbytně nutné, používají se otvory nejmenšího průměru 0,3mm. Při vedení spojů je nutné
brát v úvahu ještě některé další okolnosti, které vyplývají z technologického procesu
osazování součástek SMD.
Při propojování plošek umístěných blízko sebe musí být propojka provedena tenkým
vodičem. Při nesprávném propojení (obr. 7.187) dochází k nahromadění pájky na velké ploše
a při ohybu desky může dojít k prasknutí spoje. V případě pájení přetavením může pájka,
která se roztéká po ploše, způsobit posuv součástky. Při použití nepájivé masky tento jev
nenastává, avšak v každém případě se doporučuje respektovat toto pravidlo.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 301
Obdobně je nutno řešit připojení pájecího bodu (např. pro vodič, pájecí špičku) k pájecí
plošce (obr. 7.188). Toto řešení navíc kromě důvodů uvedených v předchozím, brání
nadměrnému ohřevu součástky při pájení přívodu. V případě, že se nepoužije nepájivá maska,
doporučuje se použít šířku vodiče 0,25 mmm a délku nejméně 0,5mm.
Obr. 7.188 Připojení pájecího bodu
Obr. 7.187 Spojování pájecích plošek
Návrh nepájivé masky
Nepájivá maska je nepájivá vrstva
nanesená na povrch plošného spoje a má za
úkol zajistit ochranu části plošek a vodičů
proti pokrytí pájkou. Je nezbytná při pájení
vlnou. Na obr. 7.189 je zakreslen tvar
nepájivé masky kolem pájecích plošek. V
případě, že je mezi ploškami umístěn vodič,
je třeba nánést nepájivou masku i mezi
plošky, v ostatních případech to není
bezpodmínečně nutné. Při navrhu DPS nízké
a střední hustoty je možno nepájivou masku
nanášet sítotiskem, při vysoké hustotě čar a
plošek je třeba bez nebezpečí znečistění
plošek použít masky fotolitografické.
V současné době existuje mnoho různých
doporučení pro návrh umístění spojů a
pájecích plošek, které se v některých
případech dosti podstatně odlišují. Postupně
se však formulují potřebné šířeji platné
zásady. Především je nutné zaměřit se v
první řadě na způsob pájení součástek, a
tomu pájecí plošky přizpůsobit. Kromě toho
musí být pamatováno i na plošky
pro hrotové testování a příp. i na vyvrtání
otvorů pro smíšenou montáž. Dodržené
musí být i minimální vzdálenosti mezi
sousedními součástkami a vedenými spoji,
které nesmějí překročit minimální hodnoty,
jinak se mohou z pájky vytvářet propojovací
můstky.
Obr. 7.189 Tvar nepájivé masky

302 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.10 Stínění
Stínění je účinným prostředkem na potlačení parazitních vazeb. Nejedná se o jeden typ
fyzikálního působení, naopak uplatňuje se tu více fyzikálních mechanismů. Podle druhu
rušivého pole a stínicího materiálu rozlišujeme :
- magnetostatické stínění
- elektromagnetické stínění
- elektrické (elektrostatické) stínění
Stínění můžeme definovat jako lokalizaci elektromagnetického pole v ohraničeném
prostoru nebo (vlastně současně) zábrana šíření elektromagnetické energie jakoukoliv formou
mimo uvažovaný ohraničený prostor.
Intenzita blízkého elektrického a magnetického pole ve volném prostoru je nepřímo
úměrná druhé mocnině geometrické vzdálenosti od vyzařujícího prvku. Intenzita
elektromagnetického pole záření je nepřímo úměrná první mocnině geometrické vzdálenosti.
Proto se zvětšováním vzdálenosti vymizejí (relativně vzato - při srovnatelném výkonu) vazby
blízkým elektrickým a magnetickým polem.
Poznámka: Podle obecně užívané terminologie jsou stíněním členy mechanické, nikoliv
tedy obvody přístroje. Filtry a oddělovací obvody se považují za členy účinkující odděleně od
stínění.
Není tomu tak. Oddělení mechanické a elektrické konstrukce přístroje může vést k
problematickým výsledkům. Je třeba zdůraznit nedílnou spoluúčast stínění a filtrů na
potlačení parazitních vazeb (přenosů). Z důvodu pedagogických je však potřeba jednotlivé
oblasti probírat postupně.
Poznámka: Stínění je účinné pouze na parazitní kapacitní nebo indukční vazbu. Vazbě
odporové se nebráníme stíněním, al e správným vedením vodičů, viz. dříve.
Každý individuální případ musí být analyzován pečlivě a samostatně. V první řadě je nutno
najít zdroje a příjímače rušení a možný způsob parazitní vazby. Analýza musí vycházet z
jasných fyzikálních představ podpořených alespoň zjednodušenými výpočty. Nedokonalé a
ne správně provedené stínění, založené na nesprávném pochopení problému, může situaci
zhoršit a vyvolat nové problémy.
a) Magnetostatické stínění využívá velké magnetické vodivosti (reluktance)
feromagnetických materiálů (železo a jeho slitiny). Kryt s vysokou permeabilitou
vytváří dobře vodivou cestu pro magnetické pole, které se koncentruje v tomto
materiálu a nevniká do stíněného prostoru (vlastně "dutiny ve feromagnetickém tělese").
Toto stínění je účinné na snížení rušivých vlivů stejnosměrných magnetických polí a
také střídavých magnetických polí nízkých kmitočtů. Se zvyšujícím se kmitočtem
zaniká účinnost magnetostatického stínění a projevuje se pouze účinek stínění
elektrostatického (popřípadě také elektrického).
Stejnosměrná magnetická pole jsou způsobena např. trvalými magnety reproduktorů
a měřícich přístrojů, budicími cívkami relé, vodičů, elektromagnetických spínačů,
zemským magnetismem apod. Jejich účinek se projevuje rušivě hlavně na výchylku
citlivých měřicích přístrojů nebo na výchylku elektronového paprsku obrazovky apod.
Hlavními zdroji střídavých magnetických polí jsou síťové transformátory a tlumivky,
oscilátorové cívky, výstupní transformátory, motory apod. Jsou-li v blízkosti těchto

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 303
střídavých polí umístěny vstupní transformátory, indukční cívky vinuté rezistory,
magnetofonové hlavičky, kabelážní smyčky apod., mohou se v nich indukovat rušivá
napětí projevující se bručením (brumem) nebo nežádoucími vazbami a kmitáním.
b) Elektromagnetické stínění využívá zeslabení rušivého pole vlivem vířivých proudů
(které vznikají ve stínění a vytvářejí pole opačného směru - to působí proti rušivému
poli a zeslabuje jej). Toto stínění je účinné jen pro střídavá magnetická pole středních a
vyšších kmitočtů. Jako stínicí materiál se hodí každá elektricky dobře vodivá látka. V
praxi se užívají kryty z diamagnetických materiálů, a to z hliníku a z mědi. Z důvodu
průtoku vířivých proudů se doporučuje stínicí kryt uzemnit.
Obr. 7.190. Princip stínění magnetického pole : a) homogenní magnetické pole,
b) magnetické pole vzniklé vířivými proudy, c) stínění magnetického pole na principu
"vytlačování" magnetického pole, d) stínění magnetickým materiálem na principu
"vstřebávání" magnetického pole
c) Elektrické (elektrostatické) stínění se užívá k omezení kapacitní vazby. Může se použít
libovolný kovový materiál, protože nerozhoduje magnetická ani elektrická vodivost, ani
síla stěn krytu. V praxi se používá hliník a měď. Na povrchu elektrostatického stínění
naindukovaný náboj je potřeba neutralizovat (zrušit). Proto pro správnou funkci
elektrostatického stínění je nezbytné důkladně uzemnit stínicí kryt (obal), obvykle
spojením se společnou vodivou kostrou zařízení.
Ke stínění můžeme mít dva základní přístupy:
a) Stíníme zdroj rušení. Snažíme se omezit a uzavřít prostor, ve kterém rušení působí a
nedovolit jeho šíření mimo uzavřenou oblast. Napájecí a signální vodiče vedeme přes
odrušovací filtry, které mají zamezit průniku nežádoucího signálu ze stíněné oblasti.
Takto stíníme a odrušujeme různé motory, tyristorové usměrňovače, regulátory apod.
b) Stíněním chráníme citlivé, zejména vstupní části zařízení. stínění má zamezit, aby se na
obvod nedostal jiný signál, než požadovaný.
Účelem stínění je v každém případě odstranit z prostoru citlivého objektu rušivé pole,
přičemž je lhostejné, stíníme-li zdroj rušení, nebo rušený prvek. Zpravidla postupujeme tak,
že když máme v přístroji více citlivých objektů a pouze jeden zdroj rušení (např. síťový

304 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
transformátor, odstíníme vzhledem k hospodárnosti zdroj rušení. Chceme-li však současně
odstranit vzájemné ovlivňování citlivých objektů (mf transformátory, vf cívky apod.), je
vhodné odstínit každou součást samostatně a zdroj rušení nestínit.
Jakost stínění posuzujeme podle velikosti koeficientu stínění, který udává poměr intenzity
magnetického pole vně (Ho) a uvnitř (Hi) stínicího krytu:
H
o
S = (1)
H
Pro praktické účely je vhodné definovat jakost stínění tzv. stínicím útlumem, který udává v
decibelech přímo zeslabení rušivého magnetického pole:
b
p
i
⎛ H ⎞
= 20 ⋅ log
(2)
o
( S ) = 20 ⋅ log
⎜
⎟ ⎝ H
i ⎠
Při analýze stínicích účinků vodivých krytů vycházíme obvykle z klasických
Maxwellových rovnic, které pro případ vodivého stínicího krytu značně menšího než délka
vlny mají tvar
rot H = σ ⋅ E
rot E = − j ⋅ ω ⋅ µ ⋅ H
Pro řešení průběhu elektromagnetického pole uvnitř stěn krytu můžeme rovnice sloučit
rot rot E = − j ⋅ ω ⋅ µ ⋅ σ ⋅ E
a upravit známým způsobem do tvaru
Poněvadž z prvé rovnice vyplývá, že
grad div E − ∇
2
∇ E =
2
E = − j ⋅ ω ⋅ µ ⋅σ
⋅ E
div E = 0 , dostáváme jednoduchý vztah
j ⋅ ω ⋅ µ ⋅ σ ⋅ E
Řešením této základní rovnice dostáváme vztahy určující součinitel stínění S, definovaný
jako poměr intenzit elektromagnetického pole vně a uvnitř stínicího krytu (za předpokladu
homogenního pole vně krytu), pro různé tvary krytů a mezní podmínky.
Přesný výpočet stínění je složitý a matematicky řešitelný pouze pro tři základní
geometrická uspořádání: dvě rovnoběžné nekonečné desky (obr. 7.192a), nekonečně dlouhý
dutý válec (obr. 7.192b,c) a dutou kouli (obr. 7.192d).
Obr. 7.191. Základní typy stínění: a) dv ě rovnoběžné nekonečné desky, b) nekonečný válec
v podélném magnetickém poli, c) nekonečný válec v příčném magnetickém poli. d) dutá
koule

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 305
Obr. 7.192. Náhrada technických tvarů stínění základními typy stínění
Matematické řešení stínění základních geometrických útvarů ukazuje, že tvar stínění má na
velikost stínicího účinku podřadný vliv a že rozhodujícími činiteli jsou permeabilita a
vodivost stínicího materiálu a relativní velikost krytu. Tento poznatek umožňuje nahradit při
výpočtu stínění v praxi běžné tvary stínicích krytů ekvivalentním stíněním některého ze
základních typů podle obr. 7.191, přičemž se řídíme těmito směrnicemi:
a) Úzké podélné stínicí kryty (obr. 7.191a), jejichž šířka D je zlomkem ostatních rozměrů,
nahradíme ekvivalentní dvojicí rovnoběžných desek o vzdálenosti D.
b) Podélné kruhové i hranolové kryty, jejichž poměr délky ke skutečnému nebo
ekvivalentnímu poloměru je větší než 4 (obr. 7.191b,c) nahradíme nekonečným válcem.
c) Všechny druhy stínicích krytů, jejichž rozměry jsou ve všech směrech přibližně stejné,
nahradíme ekvivalentní koulí o přibližně stejném objemu (obr. 7.191d). V případě
krychle má ekvivalentní koule poloměr R = 0,62a (a = hrana krychle), v případě hranolu
R = 0 ,5 a ⋅ b ⋅ c a,
b,
c = hrany hranolu .
( )
8.10.1 Elektromagnetické stínění
Elektromagnetické stínění využíváme k odstínění střídavých magnetických polí středních a
vyšších kmitočtů. Toto stínění spočívá v
tom, že rušivé střídavé magnetické pole
induk uje ve stěnách stínicího krytu vířivé
proudy (nazývané též Foucaltovy), které
vyvolávají vlastní magnetické pole, jež
působí proti původnímu rušivému poli a
zeslabuje ho (vytlačuje ho, viz obr. 7.190
). Toto zeslabení je tím dál větší, čím
silnější vířivé proudy v materiálu
vzniknou, tj. čím větší je frekvence
rušivého pole, čím bude stínicí materiál

306 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
silnější a čím větší bude jeho elektrická vodivost. Pro elektromagnetické stínění možno
použít každého elektricky dobře vo divého materiálu (tabulka 7.11).
Je tedy použití feromagnetických materiálů při vyšších kmitočtech nevhodné vzhledem ke
značným ztrátám ve stínění.
Poznámka: Vířivé proudy jsou ve vodiči rozděleny nerovnoměrně následkem povrchového
jevu (skinefektu, v překladu něco jako efekt kůže nebo slupky), který způsobuje že
magnetické pole se úměrně hloubce vniku zeslabuje, neboť spodní vrstvy vodiče jsou stíněny
vrchními vrstvami. Vlivem těchto vířivých proudů je magnetické pole vlastně vytlačováno z
vnitřku materiálu k povrchu, takže jeho intenzita směrem od povrchu exponenciálně klesá
(obr. 7.193). V libovolném bodě vodiče, ve vzdálenosti x od povrchu, klesne původní
intenzita magnetického pole Ho na hodnotu:
H
x
( − )
= H ⋅ exp x /δ
(3)
o
Veličina d, udávající "rychlost" ubývání intenzity magnetického pole, je funkcí frekvence a
vlastností stínicího materiálu a je určena vztahem
δ ≅
ρ
16 ⋅
mm 2 / m, kHz
(4)
f ⋅ µ
kde r je specifický odpor materiálu, µ relativní permeabilita a f je frekvence. Je také
nazývána ekvivalentní hloubka vniku. Fyzikálně udává vzdálenost od povrchu vodiče, ve
které je intenzita vnějšího magnetického pole zeslabena na 37%. Dosadíme-li totiž do výrazu
(3) x = d, zjistíme, že v hloubce d klesne hustota proudu, popřípadě intenzita pole e-krát, tj. na
0,37 (1/2,727..) hustoty na povrchu. Stejný průběh jako intenzita magnetického pole má i
průběh proudové hustoty vířivých proudů. Z toho důvodu se často, v souhlase s teorií
skinefektu, označuje d jako tloušťka ekvivalentní vodivé vrstvy (ekvivalentní hloubka vniku).
V tomto případě značí d tloušťku vodiče, který by měl při konstantní proudové hustotě
stejnou vodivost jako má vodič s proudovou hustotou podle obrázku 7.193. Pro daný materiál
je hodnota d pouze funkcí frekvence.
Obr. 7.193. Definice hloubky vniku, neboli tloušťky
ekvivalentní vodivé vrstvy.
Je zřejmé, že ekvivalentní hloubka vniku charakterizuje stínicí účinek vířivých proudů.
Čím menší je ekvivalentní hloubka vniku d, tím větší proud teče ve vrchních vrstvách vodiče,
a tím větší je také intenzita pole působícího proti původnímu poli zdroje rušení.
Je-li stínění z feromagnetického materiálu, je jeho stínicí účinek větší (pokud příliš
nevzroste měrný odpor), neboť vzrostou vířivé proudy. Stínicí účinek vytlačováním pole je
pro libovolný materiál dán poměrem m/r .
Protože zeslabení pole 2,727-krát v hloubce x0 je pro stínění nedostatečné, definujeme
ještě hloubky vniku d0,1 a d0,01, kde je hustota proudu, resp. intenzita pole, zeslabena
desetkrát či stokrát. Jde ukázat, že platí
δ = 2, 3 ⋅δ
0 ,1

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 307
δ = 4, 6 ⋅δ
0 ,01
Důležitou charakteristikou elektromagnetického stínění je tzv. koeficient vířivých proudů
p, který se objevuje v řešení Maxwellových rovnic ve formě výrazu:
p = , 063 ⋅ d ⋅ f
µ
⋅
ρ
2
0 [ mm , kHz,
mm / m]
Ω (7)
Pokud je p < 1, jsou indukované vířivé proudy rozloženy rovnoměrně po celém průřezu
stínění, jež působí jako závit nakrátko kolem stíněného prostoru. Je-li p > 1, způsobují vířivé
proudy u povrchu materiálu jakousi "přehradu", omezující pronikání rušivého magnetického
pole stíněním. Z fyzikálního hlediska udává koeficient vířivých proudů p, kolikrát je tloušťka
materiálu d větší, než ekvivalentní tloušťka vodivé vrstvy d, tj.
d
p = (8)
δ
a je přímým měřítkem stínicího útlumu jednoduchého vodiče.
bs = 8,7 p [dB] (9)
Čím je hloubka vniku menší, tím tenčí plech postačí k dosažení stejných stínicích účinků
krytu.
Tab. 7.12 Hloubka vniku pro různé materiály a kmitočty.
Převážná většina rušivých magnetických polí vzniká na síťovém kmitočtu a jeho
násobcích. Jak plyne z tabulky, je pro tyto kmitočty nutno používat ke stínění feromagnetické
materiály pokud možno s velkou permeabilitou (nesmí však dojít k jejich nasycení vlivem
silných magnetických polí, pak by ztratily své výhodné vlastnosti).
Tab. 7.13. Hloubka vniku pro různé materiály
a kmitočty

308 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Z tabulky také vyplývá, že počínaje středními vlnami je efektivní stínění z jakéhokoli
kovu, pokud je tlusté 0,5 až 1,5 mm. Proto se při návrhu tloušťky stínění a výběru materiálu
nevychází z elektrických, nýbrž z mechanických vlastností materiálu (pevnosti, tvrdosti,
odolnosti proti korozi, stykování materiálů, malého odporu kontaktů, pájitelnosti popř.
sv ařitelnosti apod.). Pro kmitočty větší než 10 MHz poskytuje dostatečné stínění stříbrná fólie
tlustá 0,1 mm. Proto je zde možné stínit např. i cuprextitem nebo cuprexcartem, popř. jiným
izolačním materiálem, na němž je nanesena stříbrná nebo i měděná vodivá vrstva.
Hloubka vniku pro oceli s relativní permeabilitou µr = 50 ukazuje, že ocel stíní i na vyšších
kmitočtech více než nemagnetické materiály. Je-li stínění z oceli, musí se ovšem počítat se
značnými ztrátami ve stíněném obvodu, a to působením velkého měrného odporu a hystereze.
Proto se ocelová stínění používají pouze v těch případech, kdy lze zanedbat vznikající ztráty.
Pro jádra vysokofrekvenčních cívek se nepoužívají plechy, protože plechy způsobují velké
ztráty. V těchto případech se používají jádra z práškového železa nebo feritu, která mají menší
ztráty.
Obrázek 9.194: Útlum stínění

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 309
Řešením Maxwellových rovnic dostáváme pro součinitel stínění ve vf
elektromagnetických polích
⎛ H
o
bs
= 20 ⋅ log
⎜
⎝ Hi
⎞ ⎛ d ⎛ k D
8,69 ⎜
⋅
ln⎜
⎟ ≅ ⋅ +
⎠ ⎝ δ ⎝ µ
r
⋅δ
⋅ 2 ⋅
⎞⎞
⎟⎟
2
⎠⎠
kde d je síla stěny krytu, k součinitel tvaru krytu o velikosti k = 1 pro dvě nekonečné
desky, k = 0,5 pro válec a k = 1/3 pro kouli, µr je relativní permeabilita materiálu krytu, D
vzdálenost desek, popř. průměr válce nebo koule a konečně d je ekvivalentní hloubka vniku
vf proudu určená vztahem (6).
Poznámka: U vztahu (10) je hodnota v závorce rovna součiniteli stínění v neperech (Np).
Platí 1 Np = ( 20 ⋅ log e) dB ≈ 8,686 dB . To je důvod pro výskyt koeficientu 8,69 v některých
vztazích v dalším textu.
Z tohoto jednoduchého vztahu (10), který platí ovšem za předpokladu d >> d, vyplývá, že
součinitel stínění se skládá ze dvou složek, z nichž prvá závisí jen na síle stěny krytu a
použitém materiálu a druhá na relativní velikosti krytu. Obě složky se v logaritmickém
vyjádření sčítají, v numerickém vyjádření tedy násobí. Oba členy tedy rostou s kmitočtem.
Obecnější tvar tohoto vztahu platný pro všechny kmitočty bude
H
o
d D ⋅
( )
( 1 + j)
d
= cosh 1 + j ⋅ + ⋅ sinh( 1 + j) ⋅
H
δ 2 ⋅ µ ⋅ δ
δ
i
z něhož můžeme pro nízké kmitočty, kde d < d, odvodit zjednodušený vztah
H
H
o
i
=
⎛ k ⋅ d ⋅ D ⎞
1 +
⎜
⎟
⎝ µ
r
⋅ d ⎠
Za předpokladu, že Ho/Hi >> 1, vyplývá tedy pro nízké kmitočty dokonce lineární vztah
H
H
o
i
= 1
⋅ k ⋅ d ⋅ ω ⋅ ⋅ D
2 ⋅ π
δ
Pro praxi je užitečné gra fické vyjádření útlumu v nejpoužívanější oblasti. Na obr. 7.194 je
řada křivek, zobrazujících průběh součinitele stínění v závislosti na relativní síle stěny d/d a
na činiteli velikosti krytu a = kD/µrd.
Z grafu je zřejmé, že hlavním určujícím činitelem je síla stěny resp. poměr d/d, velikost
krytu má vliv značně menší. V praxi proto často počítáme pouze s prvým členem, tj. jakoby a
= 1, čímž vlastně považujeme druhý člen za jakousi rezervu nebo součinitel bezpečnosti. Platí
tedy zjednodušený vztah
d
b s
≅ 8,69 ⋅ [ dB]
(13)
δ
Také pro určení hloubky vniku je užitečné grafické vyjádření podle obr. 7.195.
Uvedené grafy ukazují, že na vyšších kmitočtech není obtížné dosáhnout činitelů stínění
přes 100 dB při malé síle stěny stínicího krytu. Je však třeba si uvědomit, že požadavky praxe
jsou často značně vysoké. Tak např. v koncových obvodech vysílačů máme často intenzity
elektromagnetického pole v řádu 100 kV/m, zatímco vně
skříně musí být podle
bezpečnostních předpisů intenzita pole menší než 10 V/m, tj. snížená o 160 dB.
r
2
[ dB]
(10)
(12)

310 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.195: Ekvivalentní hloubka pronikání vf proudu v závislosti na materiálu
a kmitočtu při 20oC.
Také u měřicích přístrojů bývají požadavky na stínění v řádu 160 - 180 dB, úměrné
požadované citlivosti a přesnosti přístroje. V takových případech bývá nutné použít stínění
dvojité, v zásadě např. podle obr. 3. Vnitřní stínění smí být ovšem spojeno s vnějším pouze v
jednom bodě, aby nedocházelo k vzájemné vazbě vířivých proudů.
Dosud jsme předpokládali homogenní stínicí stěnu. Skutečné stínění se však často skládá z
dílů, jejichž spojením vznikají ve stínicí stěně spáry, švy a štěrbiny, které při nevhodném
umístění mohou nepříznivě ovlivnit průběh vířivých proudů a zhoršit kvalitu stínění.
Při elektromagnetickém stínění vyniká stínicí účinek vlivem vířivých proudů, jež probíhají
v rovinách kolmých ke směru magnetického pole. Nemá-li se stínicí účinek zhoršit, nesmí být
průběh vířivých proudů porušen a proto musíme elektromagnetický stínicí kryt navrhnout tak,
aby spáry a švy byly kolmé ke směru magnetického pole (obr. 7.196 a 7.197), eventuálně
rovnoběžné s rovinou vinutí stíněné cívky nebo transformátoru. V každém případě volíme v
místě spojení dostatečný přesah materiálu, a kde je to možné, spáru dokonale proletujeme,
čímž zaručíme elektricky výborné spojení obou částí. Materiály, které nelze pájet, spojujeme
lemováním, nýtováním, bodovým svářením apod.
Nezbytnou součástí většiny stínicích krytů jsou víčka, která při vhodném provedení a
umístění
usnadňují cestu vířivým proudům a zlepšují tak stínicí účinek.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 311
Při elektromagnetickém stínění se musíme ovšem postarat o dobré spojení mezi víčkem a
krytem (zpravidla pájením). U hranatých krytů je nutné, aby víčko bylo kolmé ke směru
magnetického pole, aby se nepřerušil okruh vířivých proudů, který má snahu se vytvořit na
obvodu krytu (obr. 7.198). Použití víček je účelné zejména u kratších válců v příčném
magnetickém poli (obr. 7.199), neboť zde vytvoří část dráhy vířivých proudů. Jestliže je délka
válce větší než dvojnásobek jeho průměru, nepřináší použití víček podstatné zvýšení stínicího
účinku. Lze si to vysvětlit tím, že v tomto případě je na koncích otevřeného válce dosti místa,
aby se mohly proudové silokřivky uzavřít podél obvodu válce. Víčko ovšem v tomto případě
může působit jako součást elektrického stínění.
Obr. 7.196. Nesprávné umístění dělicí spáry
elektromagnetického stínicího krytu (průběh vířivých
proudů ve stěnách stínění je porušen).
Obr. 7.197 Správné umístění dělicí spáry
elektromagnetického stínicího krytu (průběh vířivých
proudů je neporušen).
krytu
Obr. 7.198. Umístění víčka stínicího krytu : a)
nesprávné - okruh vířivých proudů na obvodu krytu je
porušen, b) správné - okruh vířivých proudů na obvodu
je neporušen.
Obr. 199. Vliv krycích víček na průběh vířivých
proudů ve stěnách válcového stínění.
Tyto zásady lze splnit u stínění menších dílů
(typicky cívek), ale nemusí být snadné je splnit u větších celků (skříní). K utěsnění dveří,
přírub apod. užíváme elektromagnetické těsnění (angl. gasket) různých tvarů. Známé jsou
kontaktní pružiny (pružné hřebínky) z fosforové bronze nebo vodivé materiály skutečně
připomínající těsnění. (Pokud jsou dveře nebo připevněné
stěny skříní spojeny vodičem s
kostrou, je to kvůli elektrické bezpečnosti, popřípadě kvůli elektrickému stínění, pro
elektromagnetické stínění je to však spojení nedostatečné.)

312 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.200: Různé druhy elektromagnetického stínění
Přístrojová skříň nebývá dokonale uzavřena (až na výjimky), protože musí mít otvory pro
přívody a pro případné ovládací a zobrazovací prvky. Tyto otvory zhoršují činitel stínění, ale
při účelné konstrukci je možno jejich vliv udržet v únosných mezích. Je třeba dodržovat tyto
zásady :
- otvory popř. kanály volit co nejmenší, nejvýše o průměru 1/100 délky vlny pracovního
nebo rušivého signálu
- otvory umístit co nejdále od bodů s pracovním a rušivým signálem
- štěrbiny orientovat podélným směrem tak, aby byly rovnoběžné s dráhou vířivých proudů
(nebo se siločárami elektrického pole pro elektrické stínění nebo magnetického pole pro
magnetostatické stínění, viz později).
Obrázek 9.201:
Použití hřebenových pružin
Nedodržíme-li shora uvedené zásady, může se nám otvor nebo štěrbina chovat jako
štěrbinová anténa a vytvářet při poli E1 uvnitř krytu vnější pole o intenzitě
d ⋅ l 4
E
2
= E1
⋅ ⋅
(14)
λ ⋅ R 3
kde d, l jsou šířka a délka otvoru nebo štěrbiny, l délka vlny a R vzdálenost od štěrbiny, za
předpokladu, že d > 1.
U kanálů musíme opět uvážit, že se mohou chovat jako vlnovody s útlumem

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 313
2
53,5 ⎛ λo
⎞
α 1
(15)
=
λ
o
− ⎜ ⎟
⎝ λ ⎠
[ dB / m,
m]
kde l je pracovní nebo rušivá délka vlny, lo je mezní vlnová délka, u kruhového průřezu lo
= 1,7 D, u průřezu obdélníkového lo = 2 l (dvojnásobek délky delší strany).
Obrázek 9.202: Nevhodné a vhodné umístění otvorů
Příklad: V určitém výrobním procesu je průběžně
měřena relativní permitivita a tangenta ztrátového
úhlu jisté kapaliny. Navrhněte stínění pro měřící
obvod, pracující na kmitočtu 10 MHz, s útlumem 120
dB a stanovte přípustnou minimální délku stínění
kanálu pro přívod a odvod měřené kapaliny. Potřebný
objem stínění je 1 dm3, je vyrobeno z mosazi,
součinitel tvaru k = 0,4, přívodní trubka má průměr
25 mm.
Řešení : Hloubka vniku podle obr.4-2 je d = 0,04 mm.
k ⋅ D 0,4 ⋅100
Činitel velikosti a = = = 1000 .
µ r
⋅δ
1⋅
0,04
Obrázek 9.203: Měřící komůrka
Z obr. 7.194 určíme d/d = 7, z toho potom nejmenší tloušťku stěny měřící komůrky d =
0,28 mm. Přívodní trubka se chová jako vlnovod, platí tedy vztah (15). Pracovní délka vlny
lambda = c/f = 30 m, mezní vlnová délka vlnovodu lo = 1,725 = 42,5 mm.
53,5 ⎛ 0,0425 ⎞
Měrný útlum α = 1 − ⎜ ⎟ = 1259 dB / m ,
0,0425 ⎝ 30 ⎠
2
potom pro požadovaný útlum 120 dB vychází minimální délka potrubí l = 120/a = 95 mm.
Závěr : Nejmenší tloušťka stínění je 0,28 mm, nejmenší délka stíněného kanálu pro přívod
a odvod měřené kapaliny je 95 mm. Náčrt možného uspořádání
je na obr.4-3.

314 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
8.10.2 Magnetostatické stínění
Magnetostatické stínění se užívá k odstínění stejnosměrných a nízkofrekvenčních
magnetických polí. Pro tento druh stínění jsou vhodné výhradně magneticky měkké materiály
s vysokou počáteční permeabilitou, jako je železo s obsahem 3 až 4% křemíku, nebo speciální
slitiny železa a niklu (permalloy), označované v ČR písmeny PY a číslem, udávajícím
přibližný procentní obsah niklu. Přehled vlastností nejdůležitějších magneticky měkkých
materiálů je uveden v tabulce 7.13.
Princip magnetostatického stínění je naznačen v obr. 7.190. Stěny krytu z vysoce
permabilního materiálu představují pro silokřivky rušivého magnetického pole mnohem
menší magnetický odpor než vzduch. Umístíme-li takový kryt do homogenního magnetického
pole, budou se magnetické silokřivky soustřeďovat do snadno vodivých stěn a uvnitř krytu
vznikne prostor, v němž bude rušivé pole podstatně zeslabeno, takže stínicí kryt vytváří kolem
stíněného objektu pro magnetické silokřivky vlastně magnetický zkrat.
Tabulka 7.13. Vlastnosti feromagnetických látek
Pro stínění nízkofrekvenčních elektromagnetických polí jsme již odvodili jednoduchý
vztah (12), který platí za předpokladu, že Ho/Hi >> 1, že w > 1 a že uvnitř krytu je prostředí
neferomagnetické, tj. µr @ 1. Potřebujeme však pro praxi vyšetřit ještě případ, kdy w -> 0 a
kdy uvnitř krytu máme ferromagnetický předmět, který chceme chránit před vnějším polem
Obrázek 9.204: Magnetostatické stínění
.
To je ovšem úloha magnetostatická, kterou můžeme řešit pouze aplikací Kirochhoffova
zákona na magnetický tok. Vezmeme-li si za základ naší úvahy uspořádání podle obr.
7.204,
kde uvnitř krytu máme chráněný ferromagnetický předmět ve tvaru krychle o straně rovné

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 315
jednotce, kde stínicí kryt má vnitřní rozměr a, vnější rozměr b, pak můžeme předpokládat, že
vnější magnetický tok se při průchodu krytem rozdělí na dvě části, z nichž prvá půjde stěnami
krytu a druhá chráněným předmětem. Z obrázku odvodíme, že průměrná délka magnetické
d = b − a / .
siločáry na prvé cestě bude 3/2 b a že síla stěny ( ) 2
Můžeme pak vyjádřit velikost magnetického odporu obou cest, za zjednodušujících
předpokladů, že materiál krytu má relativní permabilitu µr >> 1 a materiál vnitřního předmětu
též, a že se v krytu neuplatňuje vliv vířivých proudů, takto :
= a −1
b
R mo
Rms
2
= 3/ 2 ⋅
4 ⋅ a ⋅ d ⋅ µ
Celkový tok se nyní rozdělí podle poměru vodivostí obou cest na dvě části, takže bude
platit
Φ = Φo + Φ s
Φ
s
Rmo
4 ⋅ µ
r
⋅ a ⋅
= =
Φ R
3⋅
b
celkový činitel stínění můžeme pak vyjádřit
Φ Φ
s
Ko
= = = 4 ⋅
Φ Φ + 1
o
ms
1 µ r
o o
( b − a)( a −1)
[ ⋅ a ⋅ ( b − a)( a −1)
+ 3 ⋅ b]
r
1
⋅
3 ⋅ b
Nyní vyšetříme podmínky, za nichž dosáhneme maximálního účinku. Nejprve přijmeme
předpoklad stálého vnějšího rozměru b = konst. a vyšetříme při jakém rozměru a dosáhneme
nejlepšího účinku. Derivací a anulováním výrazu v hranaté závorce zjistíme, že optimální
rozměr
2 ⋅ b + 1
a =
3
z čehož vyplývá pro sílu stěny krytu
d = b −1
3
a pro sílu vzduchové mezery
m = b −1
3
Činitel stínění pak bude za těchto podmínek
K
s
Φ 8 ⎛ 1 ⎞
=
1 = 1 + ⋅
r ⎜2b
+ 3b
+ ⎟
Φ 81
µ 2
⎝ b ⎠
(17)
o
Síla vzduchové mezery má tedy být vždy dvojnásobkem síly stěny krytu, nezávisle na
permabilitě použitého stínicího materiálu, pokud ovšem µr >> 1.
Podle zkušeností nemá však tvar stínicího krytu podstatný vliv na stínicí účinek, který je
určen pouze tloušťkou stěny a objemem krytu, materiálovými konstantami a frekvencí. To
umožňuje nahradit např. technicky nejužívanější pravoúhlý kryt ekvivalentní koulí, jejíž
průměr je geometrickým středem tří rozměrů pravoúhlého krytu.
Pro činitel stínění duté koule o vnitřním průměru D, tloušťce stěny d a permeabilitě µr platí
(za předpokladu d

316 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Ze vztahu (17) možno vypočítat, že stínicí kryt z železného plechu 1 mm o permeabilitě µ
= 350, velikosti 50 x 60 x 70 mm, odpovídající ekvivalentní kouli o průměru 59,5 mm, zeslabí
rušivé magnetické pole asi o 20 dB, T.j. na 10 % původní hodnoty. K zeslabení rušivého pole
o 40 dB by bylo třeba tloušťky stěny 12,5 mm (potom ovšem již rovnice (17) neplatí přesně).
Stejného stínicího účinku bychom dosáhli užitím permalloye (µ = 5000) s tloušťkou stěny asi
0,9 mm.
Z uvedeného příkladu plyne důležité pravidlo : Při daném vnějším tvaru stínicího krytu
možno zvýšit magnetostatický stínicí ú činek vyšší permeabilitou nebo větší tloušťkou stínění,
přičemž pro daný stínicí účinek je směrodatný součin permeability a tloušťky stínění.
Je zde ovšem jedno omezení. Magnetostatické stínění je účinné pro stejnosměrná
magnetické pole a pro pole střídavá, jejichž kmitočet je nižší než tzv. mezní kmitočet
magnetického materiálu
f ≅ ρ
o
[ kHz, mm,
Ωmm
m]
d
2 ⋅ µ
/
Při tomto kmitočtu se hloubka vniku vířivých proudů rovná síle stěny krytu. Chceme-li
tedy plně využít magnetostatického stínění, nesmí být tloušťka stěny krytu pro odstínění
rušivého magnetického pole daného
kmitočtu větší než jistá mez (viz tabulka
7.14)
Tabulka 7.14. Maximální tloušťka
různých magnetických materiálů, při niž
je pro frekvence 50 nebo 100 Hz ještě
plně využito magnetostatického stínicího
účinku.
Nedosáhneme-li s daným materiálem,
při maximální dovolené tloušťce, potřebného stínicího účinku, nutno užít stínění, složeného
ze vzájemně isolovaných vrstev. Tím se zmenší vířivé proudy a mezní frekvence se posune k
vyšším hodnotám.
Ovšem vícevrstvé stínicí kryty jsou výrobně problematické a drahé, proto se někdy
zhotovují ze dvou částí(vinutých z pásového permalloye s oxidovaným povrchem), které se
do sebe zasouvají (podobně jako se uzavírá krabička zápalek).
Obrázek 9.205: Vinuté
dvoudílné krabicové kryty
I když jednotlivé závity ocelového nebo permalloyového pásu netvoří uzavřené kryty,
celkový stínicí účinek se od mnohonásobného krytu příliš neliší. Je ovšem třeba si uvědomit,
že stínicích vlastností permalloye plně využijeme jen tehdy, jestliže kryt po zhotovení tj.
ohýbání, nýtování, svařování apod., tepelně zpracujeme žíháním ve vodíkové atmosféře

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 317
přesně podle technologických předpisů výrobce (zpravidla při 800 - 900 oC), tím se materiál
zbaví mechanického pnutí vzniklého při navíjení. Po provedeném žíhání smí být kryt
namáhán jen v mezích pružných deformací.
Jestliže magnetostaticky stíníme cívku nebo transformátor se železným jádrem, tvoří jádro
vzhledem k stínicímu krytu magnetický bočník, který zhoršuje stínicí účinek. Čím menší je
vzdálenost mezi jádrem a krytem, tím je vodivost tohoto magnetického bočníku větší a stínicí
účinek menší, přičemž permeabilita hraje podřadnou úlohu(pokud není vzdálenost mezi
jádrem a krytem příliš malá). Tento jev je zvláště nepříznivý u hranatých krytů a
transformátorových jader, kde je na rozdíl od zaoblených krytů většina ploch rovnoběžná.
Má-li být vliv ferromagnetického jádra stíněného objektu na velikost magnetostatického
stínicího účinku zanedbatelný, má být vzdálenost mezi cívkou a stěnami krytu rovna
minimálně 1/3 průměru cívky. Nemůžeme-li tuto podmínku splnit, musíme navrhnout stínicí
kryt pro větší stínicí útlum (o 10 až 20 dB), než jaký skutečně potřebujeme, čímž případné
zmenšení stínicího účinku vykompenzujeme.
Při elektromagnetickém stínění se stínicí účinek vlivem feromagnetického jádra nepatrně
zvětšuje. Při návrhu stínění však toto zvýšení nemusíme brát v úvahu a stačí spokojit se s
větší bezpečností výpočtu.
Obdobně jako v minulé kapitole i magnetostatické stínění nebývá homogenní, skládá se z
dílů, jejichž spojením vznikají ve stínicí stěně spáry, švy a štěrbiny, které při nevhodném
umístění mohou nepříznivě ovlivnit průběh magnetických silokřivek.
U magnetického stínění, které vytváří kolem stíněného prostoru magnetický zkrat, nesmějí
spáry a švy zvětšovat odpor tohoto zkratu, což by u vysoce permeabilního materiálu mohlo
nastat již při velmi malých mezerách. Proto nutno navrhovat magnetostatické stínění tak, aby
spáry a švy byly rovnoběžné se směrem magnetického pole (aby nebyl přerušen průběh
siločar rušivého pole).
Stíníme-li tedy cívku nebo transformátor, je účelné, aby byla dělicí spára krytu rovnoběžná
s osou cívky, respektive kolmá k rovině vinutí (obr. 7.206), neboť je nutné zeslabit především
ty složky magnetického pole, jež jsou rovnoběžné s osou cívky. Kde to nelze z výrobních
důvodů provést, musí být švy provedeny s dostatečným přesahem materiálu. Vlastní spojení
provádíme přiměřeně hustým nýtováním nebo svařováním (bodováním). Pájení není vhodné,
neboť
cínová vrstva působí pro magnetické pole jako vzduchová mezera.
Obr. 7.206 Správné umístění spáry ve stěně stínicího krytu při
magnetostatickém stínění (průběh magnetických silokřivek ve
stěnách stínění je neporušen)
Obr. 7.207 Vliv spár na průběh magnetického pole ve stínicí
stěně

318 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
N ezbytnou součástí většiny stínicích krytů jsou víčka, která při vhodném provedení a
umístění usnadňují cestu magnetickým silokřivkám (u elektromagnetického stínění - viz
minulá kapitola - usnadňují cestu vířivým proudům) a zlepšují tak stínicí účinek. Při
magnetostatickém stínění nutno provést víčka tak, aby se magnetický odpor obvodu v dělicí
spáře pokud možno nezvětšil. Proto musí být víčko zhotoveno s přiměřeným přesahem
materiálu a s minimální vzduchovou mezerou.
8.10.3 Vícenásobné stínění
Stínicí účinek lze značně zvýšit použitím vícenásobného stínění (obr. 5), neboť při
dostatečné vzdálenosti mezi stíněním je výsledný stínicí účinek roven součinu jednotlivých
stínicích účinků.
Obr. 7.208. Vícenásobný stínicí kryt
Jde o jiný problém než vrstvené stínění (obr. x), vytvořené kvůli potřebě stínit pole o
kmitočtu vyšším než mezní kmitočet materiálu (při dané tloušťce). Zde musí být mezi
vrstvami určitá mezera. Zpravidla se vine pás současně s izolační vložkou o dvojnásobné
tloušťce.
Dále vyšetříme za jakých podmínek dosáhneme nejlepšího účinku v nejmenším prostoru s
minimálními náklady, tj. podmínky ekonomické optimalizace.
a) U jednoduchého krytu je váha krytu úměrná výrazu b2(b-1), činitel stínění má pak
optimální velikost v poměru k váze krytu při b = 1,8.
Platí pak d = 0,13 m = 0,27
b) Při použití n-násobných krytů roste celkový objem krytu s 3n-tou mocninou rozměru b,
zatím co celkový činitel stínění roste s n-tou mocninou činitele stínění jednoho krytu.
Pak můžeme naší úlohu formulovat tak, že při daném celkovém objemu n-násobného
krytu
V = a3n= konst.
hledáme optimální relativní rozměr b a optimální počet krytů n, u nichž bude celkový
součinitel stínění S maximální. Ze zadané podmínky vyplývá vztah mezi počtem krytů a
relativním rozměrem b
3n . ln b = ln V = konst.
Φ1
zatím co logaritmus součinitele stínění ln K = S = n ⋅ ln Φ
Má-li tedy být celkový poměr S n
maximální, musíme nalézt maximum poměru:
ln V
⎛ Φ ⎞
1
ln
⎜
ln⎢1
+ ⋅
r
( 2b
− 3b
+ 1/ b)
o 81
⎥
⎝ Φ ⎟ ⎡ 8 2 ⎤
µ
⎠
=
⎣
⎦
ln b
ln b
S
n
0

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 319
Derivací a anulováním pravé strany výrazu získáme vztah
−2
( 4b
− 3 + b )
−1
( 2b
− 3b
+ b )
2
−1
( 2b
− 3b
b )
µ
r
1 ⎡ 8
⎤
ln( b)
⋅
− ⋅ ln 1
= 0
81
⎢ + ⋅ µ
r
+
81
⎥
2
+ µ
b ⎣
⎦
r
8
Jeho řešením nalezneme podmínku optimálního dimenzování ve tvaru
⎛ Φ ⎞
1
ln ⎜
⎟ =1,6
⎝ Φo
⎠
tj. nejúspornější prostorově i nákladově je kryt, který má součinitel stínění
Φ
1
=e
16 =S
Φ
2
Větší činitel stínění je účelné realizovat jako vícenásobné kryty, jejichž počet bude
Sn
Sn
n = [ Np] = [dB]
1,6 13,9
Rozměry (relativní) každého krytu nalezneme řešením rovnice určující činitel stínění.
Získáme tak vztah
−1
[ m,
]
13,5
b = 1+
Hm
µ r
tj. pro běžný transformátorový plech µr = 400 bude b = 1,18, pro permalloy µr = 10,000 je
b = 1,037.
Potřebný objem stínicího materiálu pak vychází pro transformátorové plechy cca 0,25, pro
permalloy je 0,040 stíněného objemu. Váha a objem materiálu stínicího krytu tedy vychází u
permalloye šestkrát menší než u běžného transformátorového plechu pro stejný stínicí účinek.
Poměr cen za 1kg je však větší, takže permalloyové stínění je ekonomicky výhodné jen tam,
kde potřebujeme i úsporu prostoru.
V praxi se od tohoto optimálního řešení často odchylujeme proto, že vícenásobné kryty
jsou výrobně pracné. využíváme skutečnosti, že nalezené optimum je poměrně ploché.
Volíme-li například pro potřebný součinitel stínění 25 jednoduchý kryt permalloyový s b =
1,09 bude spotřeba materiálu jen o polovinu větší než u dvojitého krytu optimálního se
součinitelem 5 a celkový objem bude větší jen o 5%, pracnost výroby však podstatně klesne.
U jednoduchých krytů se použití permalloye vyplácí téměř vždy, poněvadž při optimálním
rozměru (b = 1,8) je jeho stínicí účinek cca 25krát větší než u běžných materiálů.
Při praktickém návrhu krytu vycházíme od optimálního řešení pro S1 = 1,6 Np, určíme
rozměry a, b, d podle uvedených vztahů a podle použitelného materiálu a určíme počet
potřebných krytů. Pak uvážíme jejich výrobní pracnost a optimalizujeme návrh přechodem na
vyšší S1 a nižší n s cílem minimalizace nákladů.
Poznámka: Na stínění objektů proti vnějším polím (v širokém rozsahu kmitočtů) je třeba
užívat dvojvrstvé nebo vícevrstvé kombinované stínění. Sestavuje se z vrstev
diamagnetických a feromagnetických materiálů. Nejvyšší stínicí účinek vykazuje kombinace
měď - železo. Na druhé místo se zařazuje hliník - železo, potom olovo - železo. Tato poslední
kombinace, i když zabezpečuje nepříliš dokonalé stínění, se v praxi používá na obaly kabelů,
protože umožňuje hermetické utěsnění pláště olověným obalem.

320 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Příklad: Navrhněte jednoduché magnetické stínění pro vstupní transformátor rozměrů
20x20x20 mm se součinitelem stínění KS = 50
a) z šedé slitiny µr = 100,
b) z transformátorových plechů µr = 400,
c) z permalloye µr = 10 000.
Řešení:
a) dosazením do (4.8) pro KS = 50 dostáváme rovnici
8 ⋅100
⎛ 2 1 ⎞
50 = 1 + ⎜2b
− 3b
+ ⎟
81 ⎝ b ⎠
jejimž řešením dostáváme b = 2,44, hledané rozměry krytu jsou b = 48,8 mm, a = 39,2 mm a
d = 4,8 mm
b) řešením pro µ r = 400 dostáváme b = 1,69 a rozměry b = 33,8 mm, a = 29,2 a d = 2,3
mm,
c) řešením pro µr = 10 000 dostáváme b = 1,13 a rozměry b= 22,6 mm, a = 21,8 mm a d =
0,4 mm.
Závěr: Rozměry stínicího krytu jsou v tabulce.
Tabulka 7.15: Rozměry stínícího krytu
Krom ě stínění máme ještě další možnosti, kterými můžeme snížit vyzařování a škodlivé
vlivy magnetických polí, a to jejich kompenzací, jinak též neutralizací nebo astatizací (podle
astatické magnetky známé z fyziky). U síťových transformátorů např. chceme snížit
vyzařování jejich magnetického pole do okolí. Můžeme proto použít pro konstrukci
transformátorů toroidálního vinutí rovnoměrně rozloženého na prstencovém jádře, což je
nejdokonalejší a také nejdražší. Nejvíce vyzařuje běžné jádro tvaru E-I s vinutím na středním
sloupku. Lepším řešením (jen o málo horší než toroid) je jádro rámové s dvěma cívkami se
souměrně rozděleným primárem a sekundárem, jichž vyzařování se ve větší vzdálenosti
vzájemně ruší. Účinným dalším prostředkem je navrhnout transformátor s malým sycením,
např. o t řetinu sníženým proti normálu, což sníží vyzařování o 60 - 80% (vyzařování je totiž
úměrné intenzitě pole H, nikoliv sycení B).
U citlivých vstupních transformátorů užíváme též rámových jader složených z
permalloyových řezů tvaru L, méně často toroidů. Je-li vinutí rozloženo na jádře souměrně,
pak napě tí indukované vnějším polem do obou částí vinutí se vzájemně do značné míry ruší.
Zbývající rušivé napětí bývá podle dokonalosti symetrie a homogenity rušivého pole o 20 - 40
dB nižší než u transformátorů nesymetrických.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 321
Dále je třeba vhodně orientovat nízkofrekvenční transformátory a vstupní obvody
vzhledem k síťovému transformátoru nebo tlumivce tak, aby vzájemná indukčnost byla
minimální (jejich silokřivky musí být navzájem kolmé).
Především je ovšem potřeba pečlivě rozmístit vodiče a součástky obvodů s nízkou úrovní
signálu vzhledem ke střídavým polím. Jmenovitě
1. Citlivé obvody umisťujeme co nejdále od zdrojů rušivých magnetických polí (síťových
transformátorů).
2. Citlivé vodiče vedeme tak, aby naindukované napětí bylo co nejmenší, tj. rovnoběžné s
magnetickými siločárami.
Obráz ek 9.209: Připojení zátěže ke zdroji může být zdrojem rušivého magnetického pole:
a) spr ávné připojení zátěže ke zdroji, které nevyvolává v okolí rušivé mag. pole, b) jsou-li
zdroj a zátěž samostatně uzemněny, teče přes 1-2 rozdílový proud a kompenzace
zkroucením vodičů není úplná
Obrázek 9.210: Vedeme-li výkon k zátěži
souosým kabelem, nevzniká vlivem
procházejícího proudu žádné rušivé pole vně
kabelu
Obrázek 9.211: Příklad zapojení citlivého
analogového vstupu a výkonového napájecího
zařízení. Z napájecího zdroje mohou téci
značné proudy, které by mohly být zdrojem
rušení pro citlivé analogové obvody. Proto je
zdroj připojen souosým kabelem, u něhož je
plášť použit jako zpětný vodič. Analogový
vstup je připojen souosým kabelem spojeným se zemí pouze na straně vstupu.
3. Velice účinné je používat zkroucených vodičů pro vedení střídavých signálů, zvláště
větších proudů. Dříve to bylo typické pro žhavicí přívody elektronek. Vzájemně opačný
proud v obou vodičích a zkroucení vodičů způsobí kompenzaci magnetického pole pro
každý závit. Nesmí však být vytvořena žádná jiná paralelní vodivá cesta. Nesprávné
provedení je na obr. 7.209b. Spojením 1-2 vznikne nesymetrie, zemním spojením teče
proud i3 = i1 - i2 a kompenzační účinek zkroucení vodičů se zmenší. Spojení 1-2
nemusí být jen přímé, podobně působí např. i nesymetrie kapacity zátěže. Ke zmenšení
parazitních nesymetrií se doporučuje vést zkroucené vodiče těsně podél zemní plochy a
dodržovat minimální velikost plochy možných parazitních smyček.
4.
Pro vedení signálů velkých úrovní je vhodné použít souosý kabel (obr. 7.210). V tomto
případě se nejedná o stínění, jak bylo popisováno dříve, ale o kompenzaci magnetického
pole, vznikajícího průchodem proudu. Příklad použití souosého vedení pro stínění a
kompenzaci rušení je na obr. 7.211. Pro napájení logických obvodů TTL (5 V) je použit

322 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
souosý kabel, připojený na obou koncích, aby bylo zabráněno vyzařování vlivem
spínacích jevů. Pro citlivé obvody je užit souosý stíněný vodič.
5. Indukované napětí je úměrné ploše smyčky a její orientace ke zdroji rušení. Plochu
smyčky omezíme co nejvíce zmenšováním rozměrů a vzdáleností použitých vodičů.
Orientaci pole můžeme ovlivnit umístěním vedení a zdrojů rušení (natočením
transformátorů apod.).
Shrnutí : Pro volbu materiálu stínicího krytu je směrodatná frekvence rušivého
magnetického pole. Při nízkých frekvencích, případně při stejnosměrném magnetickém poli
dosáhneme podstatného stínicího účinku pouze s vysoce permeabilními materiály (nesmí však
dojít k nasycení vlivem silných magnetických polí, pak by ztratily své výhodné vlastnosti).
Čím vyšší je permeabilita, tím nižší je mezní frekvence materiálu, takže v případě použití
permalloye bývá vhodné i pro technické kmitočty stínění vrstvené např. svinuté z několika
vrstev pásku.
Při středních a vyšších frekvencích získáme velké stínicí útlumy i s tenkými
nemagnetickými materiály. Zde se volí materiál stínění hlavně z hledisek výrobních a
technologických (fólie, plech, odlitek). Použití feromagnetických látek při vyšších kmitočtech
je nevhodné vzhledem k značným ztrátám ve stínění.
Pro praktické použití byly vypracovány různé monogramy pro návrh stínění. Nomogram
podle [ST 1956/6:192] je na obr. 7.212. Nomogram vychází z útlumu vrstvy čisté mědi 1 mm
silné
Pro jiný materiál platí vztah
S Cu
2
= 1,314
⋅10
f [dB/mm, MHz].
S = S Cu
1,72
⋅ µ /σ [dB/mm, µW/cm3]
Výsledný útlum v dB je dán útlumem S dle výše uvedených vzorců a síly uvažované
vrstvy v mm. Tj. jak odpovídá předchozímu textu, útlum je přímo úměrný síle vrstvy a druhé
odmocnině ze součinu kmitočtu, odporu a permeability.
Pro materiály s velkou vodivostí, jako je čistá měď apod., lze útlum SCu odečíst přímo v
závislosti na kmitočtu na levé krajní stupnici nomogramu. Pro jiný materiál postupujeme
podle klíče. Za permeabilitu nutno dosadit tu hodnotu, která odpovídá sycení materiálu v
daném případě. K nomogramu je přidána tabulka hodnot specifických odporů r, počáteční a
maximální permeability nejužívanějších materiálů.
Příklad : Jaký bude účinek uzavřeného krytu cívky o síle 0,5 mm při 10 kHz, použijeme-li
čisté mědi nebo permalloye. Pro útlum v mědi čteme okamžitě ACu = 13 dB/mm, v našem
případě je útlum 0,5.13 = 6,5 dB. Pro permalloy nastavíme r = 21, µ = 50 000, f = 10 kHz a
odečteme A = 7000 dB/mm. Skutečný útlum je 0,5.7000 = 3500 dB.
8.10.4 Stínění nízkofrekvenčních a napájecích transformátorů
V transformátorech s jádry z feromagnetických materiálů se podstatná část magnetického
toku uzavírá v jádru. Pouze malá
část toku (tzv. rozptylový tok) se dostává do okolního
prostoru a může být příčinou parazitních indukcí. Jakékoli opatření, snižující rozptyl

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 323
transformátoru, zmenšuje i parazitní indukci. Z toho plyne, že prvním a hlavním stíněním
transformátoru je jeho magnetický obvod. Zlepšení magnetického obvodu použitím materiálů
s velkou relativní permeabilitou a zmenšení vzduchové mezery zmenšuje parazitní indukci. Je
výhodné užít jader typu C nebo ještě lépe toroidních.
Je-li transformátor umístěn tak, že může být zdrojem nebo příjmačem rušení, řeší se jeho
stínění. Někdy stačí vhodná orientace magnetického obvodu vzhledem k vnějšímu
magnetickému poli. Problematika již byla řešena na straně. .
Někdy je třeba řešit pouze elektrické stínění transformátoru, viz. str. .
8.10.5 Stínění cívek a vysokofrekvenčních obvodů
Stínění vysokofrekvenčních cívek, rezonančních obvodů a celých vf obvodů proti
vyzařování a vnikání elektromagnetických polí je častou úlohou. Při návrhu těchto stínění je
třeba uvážit nejen potřebu dosáhnout žádaného činitele stínění, ale současně též další vedlejší
vlivy zejména změny velikosti indukčnosti a jakosti cívky.
Každé stínění zejména u válcových cívek, můžeme chápat jako zkratový závit induktivně
vázaný s cívkou, a jeho účinek pak snadno objasníme pomocí náhradního schématu na obr. .
. Pro tento obvod zřejmě platí známé vztahy z teorie vázaných obvodů
U
= j ⋅ ω ⋅ L ⋅ I
+ j ⋅ ω ⋅ M ⋅ I
1
1 1
2
= j ⋅ ω ⋅ M ⋅ L1
+ ( j ⋅ ω ⋅ L2
+ R)
⋅
2
0 I
Jejich řešením můžeme snadno nalézt, že
2 2
U
M
1 = j ⋅ ω ω
⋅ L1
+
I j ⋅ L + R
1
⋅ ω
2
Dosazením známé definice vzájemné indukčnosti M = k L L 1 2
w L2 >> R (tj. že činitel Q zkratového závitu >> 1) nalezneme
2
( − k )
U
1 I 1
2 L1
= j ⋅ω
⋅ L1
+ R ⋅ k
1
L 2
a zavedením předpokladu
což ukazuje, že účinkem krytu klesá indukčnost cívky úměrně činiteli (1-k2) a že její
sériový ztrátový odpor roste o přídavnou složku, vyjadřující ztrátu energie vířivými proudy v
krytu. Při praktickém výpočtu považujeme kryt za jednozávitovou cívku, jejíž indukčnost
vypočteme z geometrických rozměrů podle známých vztahů.
Odpor R vypočteme též z šířky a délky proudové dráhy, přičemž vycházíme z poznatku, že
hloubka pronikání definovaná v předchozím odstavci je ekvivalentem tloušťky vodiče,
protékaného homogenně rozloženým proudem, a že tedy součin této hloubky pronikání a
šířky proudové dráhy nám udává průřez vodiče pro výpočet odporu. Činitel vzájemné vazby k
počítáme též z geometrického rozložení.

324 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.212: Nomogram pro výpočet stínění

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 325
Praktické zásady, které z těchto úvah vycházejí, můžeme shrnout asi takto :
- stínicí kryty cívek nutno konstruovat z materiálů dobře vodivých (měď, hliník)
- tloušťku krytu volit rovnou nejméně pětinásobku hloubky pronikání pracovního proudu
při pracovním kmitočtu (jinými slovy tloušťka krytu
nesmí být menší než hloubka vniku δ0,01.
- průměr krytu volit nejméně dvakrát větší než průměr
stíněné cívky.
- vzdálenost čel krytu od cívky volit větší než poloměr
cívky (t.j. rozměry válcového krytu se volí tak, aby
mezera mezi cívkou a stíněním nebyla na všech
stranách menší než polovina průměru cívky.
Obr. 7.213. Kryt jako zkratový závit
Tyto zásady platí pro válcové cívky bez feromagnetických jader. V případě feritových
uzavřených jader rámových nebo hrníčkových, kde větší část magnetického toku probíhá
jádrem, je možné volit kryt těsnější, například jen o 20% větší než rozměr jádra. Přípustnou
mez zjistíme nejsnáze měřením změny činitele jakosti cívky po přiložení krytu.
Poznamenejme, že u běžných cívek (dlouhých jeden až tři průměry) po vložení do krytu
minimálních rozměrů (dle výše uvedených zásad) zmenší se indukčnost o cca 15%.
U cívek velkých rozměrů (např. pro vysílače) se uplatňuje ještě další podružný jev, který u
malých cívek těžko zjistíme. Má-li totiž stínicí kryt (který je v těchto případech tvořen
obvykle hliníkovými stěnami skříně) vlastní činitel jakosti značně velký, zjistíme, že činitel
jakosti cívky v krytu může být dokonce o několik procent vyšší než u cívky bez krytu. Tento
paradoxní jev se vysvětluje tím, že velké cívky bez stínění již působí částečně jako antény a
vyzařují energii, a dále tím, že rozložení proudu po obvodu vodiče cívky je ve stíněném stavu
rovnoměrnější.
Nakonec ještě poznámka o stínění rezonančních obvodů. Má-li být stínění účinné, je třeba,
aby maximální část elektromagnetického pole obvodu byla uzavřena v krytu. Není proto
účelné stínit pouze cívku, můžeme-li dovnitř krytu umístit i kondenzátor. Je-li jeden konec
uzemněn, spojujeme jej s krytem pouze v jediném bodě.
Cívky vyvolávají magnetický tok, orientovaný určitým způsobem, s čímž se musí počítat
při návrhu stínění a při navrhování štěrbin pro vývody. Všechny štěrbiny musí být
orientovány tak, aby nepřekážely průchodu vířivých proudů, vyvolávající stínicí jev. Na obr.
55 a 56 jsou typické příklady stínění a přípustná i nepřípustná štěrbina.
Stínění elektrického pole se v uvažované konstrukci dosáhne bez jakýchkoli dalších úprav.
Stínění musí být dobře spojeno s kostrou přístroje.
Obr. 7.214. Přípustná a nepřípustná štěrbina ve
stínění pro vývody

326 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.215. Správné a chybné umístění cívek ve stínění
8.10.6 Elektrické stínění
Elektrické stínění odstraňuje nežádoucí kapacitní vazby mezi jednotlivými obvody,
případně vodiči. Elektrické stínění bývá nutné u vodičů s vysokým odporem vůči zemi,
zejména pokud vedou signály nízké úrovně.
Obrázek 9.216: Náhradní obvod pro parazitní kapacitní vazbu: a) bez stínění,
b) se stíněním
Na obr. 9.216a je u r napětí zdroje rušení (spínací tranzistor, hradlo TTL apod.). Cp je
nežádoucí parazitní kapacita, R je vstupní odpor přijímače rušení, kterým může být např.
ur
vstupní obvod zesilovače apod. Obvodem pro téká proud ir
= , který vyvolává na
R + jX
vstupním odporu R úbytek napětí u = u ( 1 + jX )
ro
r
Zapojíme-li podle obr. 7.216b mezi body 1 a 2 nekonečně velkou dokonale vodivou desku 3-4
spojenou v bodě 4 se společným potenciálem, rozdělí se Cp na Cp1 a Cp2. Smyčkou 1-3-4
sice poteče proud přes kapacitu Cp1, ale vzhledem k dokonalé vodivosti desky 3-4 není ve
smyčce 3-2-4 žádný zdroj napětí a tedy na odporu R není žádný rušivý signál od zdroje Up.
p
p
, kde Xp je reaktance kondenzátoru Cp.
Obrázek 9.217: Kapacitní přenos z bodu A do
bodu B, není-li mezi těmito body stínění
Obrázek 9.218: Přenos napětí z bodu A do B, je-li
mezi těmito body stínění nespojené s kostrou

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 327
V praxi ovšem stínění není realizováno nekonečně velkou vodivou deskou a z toho plynou
různé problémy. Obr. 7.217 a 7.218 ilustrují vliv reálného stínění. Přenos rušivého napětí
parazitním kapacitorem Cp na obr. 7.217 je dán funkcí kapacitního děliče. Pro snížení
rušivého napětí Up je třeba zmenšovat kapacitu
Cp a zvětšovat kapacitu C B .
Obrázek 9.219: Účinek stínění spojeného
s kostrou
Jestliže umístíme mezi body A a B kovové stínění (obr. 7.218) nepropojené se zemnící
svorkou, rozdělí se původní parazitní kapacita na dvě kapacity C1 a C2 zapojené v sérii, ke
kterým je paralelně připojena nevelká zbytková kapacita Cp. Přenos rušivého napětí bez
uvažování zbytkové kapacity Cp je dán vztahem:
U
p C1C
2
= (19)
U
( C + C )( C )
r 1 3 B
+ C2
Ze vztahu (19) vyplývá, že se parazitní přenos napětí může snížit, ale i zvýšit !
1. Je-li stínění instalováno tak, aby jeho kapacita byla proti bodu A velká a proti kostře
malá, tzn., je-li kapacita C1 podstatně větší než kapacita C3, potom napětí na stínění je
přibližně rovno napětí v bodu A. Jelikož kapacita C2 bývá vždy větší než kapacita Cp,
je napětí Up po instalaci stínění větší než před instalací a stínění je neužitečné, ba
škodlivé.
2. Je-li stínění instalováno tak, že jeho kapacita C3 proti kostře přístroje je velká, je napětí
po instalaci stínění menší než bez stínění. Stínění se stává účinné se zvětšováním
kapacity C3.
Zvětšování kapacity C3 nade všechny meze je ekvivalentní zkratu mezi stíněním a kostrou
(obr. 34). Jestliže neuvažujeme zbytkovou parazitní kapacitu Cp mezi body A a B, je napětí
Up rovno nule a stínění, znázorněné na obr. 7.219, dává ideální stínící účinek. Ve skutečnosti
není napětí Up rovno nule, nýbrž je určeno výrazem
U
p
= U
r
C′
p
C′
+ C
p
2
+ C
ze kterého plyne, že napětí U p je podstatně menší než před instalací stínění, neboť kapacita
Cp je podstatně menší než kapacita Cp. Podstatného zlepšení stínění tedy dosáhneme
uzemněním stínění.
Fyzikální smysl stínícího účinku kovového stínění, spojeného s kostrou přístroje, je ve
zkratování velké části parazitních kapacit mezi odstiňovanými body na kostru.
B
≈ U
r
C
2
C′
p
+ C
B
(20)

328 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Zajímavé situace je uvedena na obr. 7.220. V blízkosti bodů A, B je umístěna deska z
vodivého materiálu (obvykle víko). Z uvedeného obrázku vyplývá, že se podstatně zvětší
parazitní přenos, je-li tato vodivá plocha neuzemněna a také hodnota C3 je malá. Naopak,
když tuto desku uzemníme, projeví se příznivě její stínící účinek.
Tehdy jsou kapacity C1 a C2 spojeny s kostrou a napětí v bodě B je určeno poměrem
kapacity Cp k součtu kapacit Cp + C2 + CB. Protože Cp je menší než Cp a součet Cp + C2 +
CB je větší než součet Cp + CB, je zřejmé, že víko, spojené s kostrou, dává určitý stínící
účinek, bez zřetele na to, že není umístěno mezi body A a B. Stínící účinek může být dosti
velký, je-li víko umístěno v blízkosti uvažovaných bodů.
Různým účinkem kovového stínění, spojeného s
kostrou nebo od ní izolovaného, lze vysvětlit jev známý
z praxe, a to, že přiblížení ruky k odkrytým spojům
zvětšuje nežádoucí přenosy a v zesilovačích vede často
ke kmitání nebo k deformaci křivky propustnosti.
Přibližujeme-li ruku ke spojům a současně i ke kostře,
oscilace se zmenšují a často vůbec vysadí. Je zřejmé, že
ruka nahrazuje kovové stínění, které, není-li spojeno s
kostrou, zvětšuje vazbu mezi různými body spojů a při
spojení s kostrou vazbu zmenšuje.
Obrázek 9.221: Vliv indukčnosti
stínění s kostrou
Z vyložených fyzikálních jevů, které jsou základem stínění elektrického pole, vyplývá, že
aby bylo stínění účinné, je třeba dodržovat několi zásad:
1. Všechny vodiče přenášející signál mají být uvnitř stíněného prostoru.
2. Stínění musí být připojeno ke společné svorce zapojení. Je-li signál spojen jednou svorkou
se zemí, musí být i stínění spojeno se zemí. Důvod byl již vysvětlen (obr. 7.218). Praktický
příklad je na obr. 7.222. Rušivé napětí se na stínění projeví dělené v závislosti na poměru
kapacit C13 a C23. Stínění S toto napětí přenáší přes kapacitu C34 do vstupu obvodu.
Stínění je málo účinné. Zkratujeme-li C13 spojením bodů 1 a 3, odstraníme průnik rušení
přes kapacity C13 a C34. Na jakosti spoje stínění s kostrou závisí stínící účinek. Spoje
Obrázek 9.222: Neuzemněné plovoucí stínění má omezený stínící účinek
Obrázek 9.223: Každé stínění má být uzemněno v jednom referenčním bodě: a) připojení
stínící krabičky na společný referenční potenciál v bodě 1, b) správné připojení stínění
souosého kabelu

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 329
mezi stíněním a kostrou nesmějí být dlouhé. Impedance takového spoje (obr. 7.222) roste s
kmitočtem a svý účinkem odpovídá zmenšování kapacity C3 na obr. 7.218 a obr. 7.220. V
pásmu krátkých vln a zvláště vln metrových i kratších mohou spoje dlouhé několik
centimetrů podstatně zhoršit stínění přístroje.
3. Úzké štěrbiny a otvory v kovové přepážce nezhoršují stínění elektrického pole, pokud jsou
malé ve srovnání s délkou vlny. Štěrbiny a otvory změní totiž kapacity Cp, C2 a CB (viz
obr. 7.219 a 7.220), jimiž je určeno napětí v bodě B, pouze nepodstatně.
4. Účinnost stínění elektrického pole nezávisí na tloušťce stínění, neboť stíněním prochází jen
malý proud. Jak je vidět na obr. 7.219, proud procházející obvodem ASK je určen
impedancí kapacity C1, která je při dobrém spojení stínění s kostrou mnohem větší než
odpor stínění a odpor kostry.
Stínění obvodů rozdělených na několik sekcí
Obzvlášť pečlivě je třeba řešit konstrukci vík, která současně přikrývají několik stíněných
sekcí. Nechť jsou (viz obr. 7.224) A, B, C, D, čtyři sekce, vzájemně stíněné přepážkami, se
společným víkem, které má na svém obvodu dobrý kontakt v bodech 1 a 6. Při sejmutém víku
(obr. 7.224a) jsou zdroje rušení, označené V a umístěné v sekcích A a B, vázány s přijímači
rušení v sekcích C a D parazitními kapacitami C1, C2, C3 a C4. Při nasazeném víku (obr.
7.224b) mají body V a W proti víku kapacity C1, C2, C3 a C4. Při práci na poměrně nízkých
kmitočtech, při nichž vlastně nemá vliv ani indukční víka, ani přechodový odpor v kontaktech
1 a 6, jsou kapacity C1 až C4 spojeny s kostrou - víko odstraňuje parazitní přenosy.
Obrázek 9.225 Náhradní schéma parazitního
přenosu, zprostředkovaného víkem
Obrázek 9.224: Parazitní vazba
způsobená společným víkem
Obrázek 9.226: Víko spojené s přepážkou
kontaktními pružinami odstraní parazitní
vazbu jen částečně

330 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
V pásmu vysokých kmitočtů a zvlášť při velmi vysokých kmitočtech jsou i při stínění
víkem body V a W vázány kapacitami C1 až C4 a induktivním děličem, tvořeným víkem.
Např. (obr. 7.224b) zdroj rušení v sekci A je spojen s přijímačem rušení v sekci C tak, jak
ukazuje náhradní schéma na obr. 7.225. Protože kapacity C1 až C4 jsou mnohem větší než
kapacity C1 až C4 může se snadno stát, že montáž víka parazitní vazbu nejen nepotlačí, nýbrž
dokonce zvětší.
Aby tento případ nemohl nastat, montují se na víko kontaktní pružiny zprostředkující
dotyk víka s přepážkami. Takové řešení má však mnoho nevýhod, především:
a) možnost deformace kontaktních pružin při montáži víka,
b) nutnost přesné polohy přepážek a kontaktních pružin, aby bylo zaručeno jejich spojení,
c) nutnost použít speciální, dobře pružící materiály,
d) neúplné odstranění parazitní vazby, neboť část víka mezi body A a B má menší odpor
než přechodové odpory čtyř kontaktů (obr. 7.226).
Tyto nedostatky nemá řešení, znázorněné na obr. 7.224d, neboť každá sekce je zakryta
vlastním víkem. Navíc toto provedení není tak náročné na dokonalost kontaktu kolem celé
stíněné sekce; postačí, má-li víko kontakt alespoň v několika bodech.
Je-li bezpečně známo, že zdroje rušení jsou v sekcích A a B a přijímače rušení v sekcích C
a D, nebo že vazba mezi určitými úseky není tak nebezpečná jako mezi úseky jinými, lze
konstrukci zjednodušit a použít víka společného pro dvě, event. i více sekcí, jak znázorňuje
obr. 7.224e.
8.10.7 Stínění síťových transformátorů
Převážná část elektronických zařízení je napájena síťovým napětím. Po síti se však šíří
nejen napájecí napětí, nezbytné pro provoz všech zařízení, ale i poruchy a rušivé signály.
Elektronické zařízení obvykle obsahuje síťový transformátor, který má mezi primárním a
sekundárním vinutím kapacitu řadu desítek až stovek pF. Tato kapacita je možným vstupem
rušení do zařízení. Omezit její vliv můžeme síněním. Obvyklé stínění spočívá v tom, že mezi
primár a sekundár vložíme měděnou fólii, spojenou s kostrou. Aby stínící fólie netvořila závit
nakrátko, vkládá se pod ni v místě přesahu proužek izolačního papíru. Otevřený závit z
měděné fólie můžeme nahradit jednou vrstvou drátu na jednom konci spojenou s kostrou.
Toto stínění umožňuje zmenšit kapacitu mezi vinutím na méně než 10 pF.
Dále lze kapacitu zmenšit o 1 až 2 řády dokonalejším provedením stínicích krytů okolo
vinutí. Pozor, stínění nesmí tvořit závit nakrátko, aby neovlivňovalo magnetické vlastnosti
transformátoru, ale pouze zmenšovalo kapacitní vazbu mezi vinutími. Na obr. 7.227 je přístroj
v kovové skříni, se stíněním a jádrem síťového transformátoru spojenými se skříní.
Sekundární napětí U12 vyvolá přes kapacitu C 23 proud smyčkou 1-2-3-4-5-6-7-1. Rušivý
proud protéká spolu se signálem vodičem 6-1, což nelze připustit. Zkusme proto stínění 3
zapojit do bodu 1, aby rušivý proud protékal pouze smyčkou 1-2-3-1 (obr. 7.227). V tomto
případě se však projeví kapacita mezi primárním vinutím a stíněním a proud protéká smyčkou
9-8-3-7-6-9 (a společně se signálem vodičem 7-6). Ani tento případ není příznivý. Optimální
výsledky dává užití dvou stínění, které se užívá u citlivých přístrojů
(obr. 7.228). Rušivé
proudy protékají smyčkami 1-2-3-4-5 a 6-7-8-9-6 mimo vodiče, kterými prochází signál.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 331
Obr. 7.227. Transformátor může do přístroje přenášet rušení ze sítě. Použijeme-li jedno
stínění, prochází napětí ze sekundárního obvodu 1-2 přes kapacitu C23 do stínění a smyčka se
uzavře signálovým vodičem 6-7. Ani připojením stínění do bodu 1 neodstraníme průchod
nežádoucího signálu signálovými vodiči
Obr. 7.228. Použití dvou stínění odstraní možnost pronikání parazitního rušení přes síťový
transformátor
8.10.8 Současné stínění magnetického a elektrického pole
Srovnáme-li stínění magnetického a elektrického pole, jsou proudy procházející stíněním
následkem magnetického pole mnohem větší než proudy vyvolané polem elektrickým.
Proudy vyvolané ve stínění magnetickým polem tekou jenom v povrchových vrstvách stínění
s velmi malým odporem, zatímco proudy vyvolané elektrickým polem pronikají vždy
kapacitou mezi stíněním a stíněným obvodem, která je poměrně malá.
Účinnost elektrického stínění je téměř výlučně dána stykem (odporem spoje) stínění s
kostrou přístroje. Při stínění magnetického pole nemá spoj stínění s kostrou vliv na
indukované proudy, a tím ani na účinek stínění.
Změna kmitočtu nemá vliv na funkci elektrického stínění. Stejně tak má zanedbatelný vliv
měrná vodivost materiálu, ze kterého je stínění vyrobeno. Magnetické stínění je zcela závislé
na kmitočtu. Čím je kmitočet nižší, tím je magnetické stínění méně účinné, a tím musí mít
tlustší stěny, aby bylo dosaženo stejného magnetického stínění.

332 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.229: Povrchový proud na Obrázek 9.230:
ploše ideálního vodiče, protékaného
střídavým proudem
Obrázek 9.231: Obrázek 9.232:
Obrázek 9.233:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 333
Pro dobré stínění je třeba uvážit tato hlediska:
1. V ideálním vodiči (tj. ve vodiči s nekonečně velkou vodivostí nebo nulovým odporem)
nemůže být ani elektrické, ani magnetické pole. Obr. 7.229 znázorňuje desku z ideálně
vodivého materiálu, na kterou je přiloženo střídavé napětí. Proud teče jen po povrchu a
nebude vnikat do průřezu vodiče, přesto, že cesta po povrchu je delší. Reálným vodičem
s konečnou vodivostí prochází proud i jeho průřezem, přičemž dovnitř vodiče hustota
proudu klesá. Čím je kmitočet vyšší, tím více se blíží reálný vodič vodiči ideálnímu.
2. Vedeme-li otvorem v desce z ideálně vodivého materiálu vodič (obr. 7.230), jímž
prochází střídavý proud, vybudí se na desce povrchové proudy takové, že součet proudů
protékajících po průřezu otvoru je roven nule. Na tento poznatek nesmíme zapomínat
při návrhu přepážek, dělících stíněný prostor na dva úseky (obr. 7.231). V takovém
stínění vznikají bludné proudy a způsobují rozdíl potenciálů mezi jednotlivými body
stínění.
3. Je-li vložena do cesty časově proměnnému magnetickému toku deska z ideálního vodiče
s otvorem (obr. 7.232), musí být celkový magnetický tok, procházející otvorem, roven
nule. Malé otvory téměř nezhoršují jakost stínění, neboť magnetické pole může být
zjištěno jen v blízkosti otvoru, jak to odpovídá obr. 7.232. Dlouhé úzké štěrbiny,
přípustné v elektrickém stínění, jsou v magnetickém stínění nebezpečné svým zářením,
pokud jsou kolmé na směr vířivých proudů. Při stínění složitějších elektrických obvodů,
v nichž jsou magnetické toky orienovány nejrůznějším způsobem, se dlouhým
štěrbinám vyhýbáme vůbec (obr. 7.233). Je proto žádoucí spojit díly stínění dobře
navzájem a s kostrou tak, aby možné štěrbiny nebyly delší než 0,25 až 1 % vlnové
délky. Dobré propojení dílů stínění je žádoucí i z hlediska stínění elektrického pole.
Jakost stínění závisí na propojení jednotlivých dílů stínění.
8.10.9 Stínění vodičů
V praxi je velmi častá otázka stínění vodičů. V okolí vodiče, kteým protéká střídavý proud
(obr. 7.234), vzniká časové proměnné pole elektrické a magnetické. Tato pole mohou v
součástkách v blízkosti vodiče indukova t rušivé napětí. Stínění musí být spojeno se zemí v
jednom bodě. Elektrické pole se koncentruje do prostoru mezi vodičem a stíněním, vně stínění
pole nebude. Současně se však značně zvětšuje kapacita proud, procházející smyčkou
generátor-vodič-stínění-kostra-generátor, mimo užitečnou zátěž Zz.
Obrázek 9.234:
Aby byl prostor mimo stínění úplně chráněn proti
účinkům uvažovaného elektrického pole, musíme stínění spojit s kostrou velmi pečlivě, neboť
tímto spojem prochází značný kapacitní proud. Tento spoj nesmí mít libovolnou délku, stínění
se musí přímo připájet nebo i přivařit ke kostře (obr. 7.235). Stínění spojené v jednom bodě s
kostrou však nezbavuje okolí vodiče magnetického pole. (viz později).

334 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obecné zásady pro elektrické stínění je třeba doplnit následujícími poznatky vztahujícími
se ke stínění vodičů (číslování navazuje na str.234 ):
3. Stínění má být připojeno k referenčnímu potenciálu na straně zdroje signálu, viz obr.
7.223.
4. Stínicí vodič nemá být používán současně
jako vodič signálový. Správné propojení je
na obr. 7.236. Společný vodič signálového
obvodu je 4-5. Stínění S je spojeno souosým
kabelem přes 2-6-1 s referenčním bodem 1
zapojení na vstupu. Proud ze zdroje rušení ur
prochází obvodem 3-2-6-1-3 a nemůže na
společném vodiči 4-5 signálového obvodu
vyvolat žádný úbytek napětí. Kdyby však
nebyly dodrženy zásady stínění (např. při
spojení 2 a 5), pak by proud ze zdroje rušení
procházel i signálovým vodičem 4-5 a
vyvolal by na něm nežádoucí úbytek
rušivého napětí. Obrázek 9.235:
5. Skládá-li se stínění z několika po sobě následujících částí, musí být jednotlivá stínění
propojena za sebou a spojena se spo lečnou svorkou pouze v jednom bodě (obr. 7.237).
6. Přicházejí-li na vstup zařízení signály z několika nezávislých zdrojů, je třeba pro každý z
nich použít nezávislé stínění, připojené na referenční potenciál příslušného zdroje, obr.
7.238, i když mezi společnými svorkami jednotlivých zdrojů může být rozdíl potenciálů
UCM.
7. Stínění má být spojeno s referenčním potenciálem jen v jednom bodě (obr. 7.236 a
7.239).
8. Stíněním nemá protékat proud. Mohl by indukovat napětí ve vodičích stíněného
prostoru.
9. Na stínění nemá být napětí proti referenční úrovni. Vázalo by se kapacitně do stíněného
prostoru (obr. 7.240).
10. Je třeba pečlivě pověřit, kudy se uzavírá dráha pro rušivý signál mezi stíněním a zemí.
Obr. 139 ukazuje nevhodný způsob spojení stínění dvou systémů, analogového a
číslicového, se zemí. Je-li např. na výstupu číslicového obvodu TTL skok napětí 5 V,
výstupní odpor hradla 13 W, kapacita souosého vodiče mezi vnitřním vodičem a
pláštěm 470 pF a spojení tohoto vodiče se zemí 1-2 má např. odpor 0,1 W a indukčnost
0,1 mH, pak v bodě 2 se překlopení hradla projeví tlumenými kmity o kmitočtu 7,3
MHz s počáteční amplitudou 5 V. Náhradní zapojení obvodu je na obr. 140.
Obrázek 9.236: Obrázek 9.237:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 335
Uvedené zásady pro stínění se nesmí aplikovat mechanicky. Každý případ je třeba
analyzovat a najít optimální řešení na základě pochopení vlastností a činnosti obvodu.
Obr. 7.238. Má-li zařízení několik
vstupních signálů, má být každé stínění
připojeno na referenční potenciál
příslušného zdroje
Obr. 7.239. Stínění nesmí být spojeno se zemí v
několika bodech. Nestejností referenčních potenciálů
by tekl stíněním proud, který by přenesl rušení do
stíněného obvodu
Obr. 7.240. Vyskytne-li se na stínění napětí,
působí přes kapacity do stíněného prostoru
Obr. 7.241. Nevhodným spojením různých
stínění může do stíněného prostoru pronikat
rušivý signál
Obr. 7.242. Náhradní zapojení pro
příklad podle obr. 7.241

336 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obr. 7.243. Příklad k
diskuzi hledání správné
možnosti připojení stínění
Příklad řešení je na obr. 7.243. Je na něm neuzemněný zdroj u1, který má proti zemi rušivé
napětí ur1 a měřicí systém s diferenčním vstupem (uA a uB), spojený se zemí (např. přes
síťovou šňůru při přístroji v bezpečnostní třídě I). Parazitní kapacity jsou označeny C1, C2,
C3 a C4. Stínění propojovacího kabelu můžeme připojit čtyřmi způsoby:
A - se společnou svorkou 2 na
straně měřidla,
B - se zemní svorkou 6 na straně
měřidla,
C - se zemní svorkou 5 na straně
zdroje,
D - se společnou svorkou 1 na stran
zdroje.
Všechny čtyři případy jsou na obr.
7.244
V případě A prochází rušivý proud z
ur1 přes 1-2-3-C4-5 v úseku 1-2
společně se signálem. Varianta A je
nevhodná. Při variantě B - ur1 a ur2 v
sérii se vytváří přes C3, C1 a C2 rušivé
napětí u 1,2;
C - má obdobné účinky jako případ
B;
D - je optimální varianta.
Obr. 244. Náhradní zapojení k obr. 7.243

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 337
8.10.10 Stínění vodičů proti vlivu magnetických polí
Stínění vodičů proti vlivu magnetických polí je podstatně obtížnější než stínění proti vlivu
elektrických polí.
Pro stínění magnetického pole musíme vytvořit pole stejné intenzity a opačného smyslu.
Proto vedeme do generátoru zpětný proud, který v uspořádání na obr. 7.234 a 7.235 prochází
kostrou přístroje, stíněním vodiče. Tehdy magnetický tok Fv, vybuzený proudem Iv,
procházejícím vodičem, je roven magnetickému toku Fs, vyvolanému proudem Iv,
procházejícím stíněním, takže v libovolném bodu v okolí stíněného vodiče je splněna
podmínka:
Φv − Φ
s
= 0
(21)
Aby tato podmínka byla splněna skutečně všude, musí být stínění jediným spojem mezi
kostrou generátoru a kostrou zátěže (obr. 7.245).
Obrázek 9.245:
Na nízkých kmitočtech může další spojení obou koster (obr. 7.246) stínící účinek částečně
porušit, neboť část zpětného proudu prochází mimo stínění.
Obrázek 9.246:

338 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 9.247:
Na vysokých kmitočtech prochází zpětný proud
především po vnitřní ploše stínění (povrchový jev, obr.
7.247) a exponenciálně klesá směrem k vnějšímu
povrchu. Čím je kmitočet vyšší, tím menší je hloubka
vniku proudu do stínícího pláště a tím méně se
uplatňuje vliv zkratování stínění. Je-li hloubka vzniku
d0,01 menší než tloušťka stěny stínění, prochází po
vnějším stínění méně než 1 % celkového proudu.
Tento proud vytvoří mezi kostrami přístrojů tak malý
potenciální rozdíl, že zkratování stínění lze pro kmitočty nad 10 MHz zanedbat.
Před použitím stíněných vodičů musíme uvážit jejich některé zvláštnosti, které mohou vést
k porušení normální funkce přístroje.
Použití stíněných vodičů značně zvětšuje kapacitu vodiče proti kostře, což bývá mnohdy
nežádoucí (např. v nf technice nesmí být vstupní odpor zesilovače příliš velký, aby nedošlo k
omezení vyšších akustických kmitočtů).
Stíněné vodiče mají větší průměr, špatně se s nimi zachází při montáži a musíme je chránit
před nahodilými dotyky s jinými součástkami.
Stíněný vodič musí být kratší než čtvrtina délky vlny přenášeného signálu s nejvyšším
kmitočtem (při respektování činitele zkrácení vodiče). Není-li tato podmínka splněna, nelze
na stínění pohlížet jako na zvětšení kapacity a stíněný vodič musíme považovat za souosé
vedení. Stíněný vodič nebývá ovšem tak precisně vyroben, aby měl konstantní vlnovou
impedanci.
Značného zmenšení vnějších magnetických polí lze bez použití stíněných kabelů
dosáhnout použitím dvouvodičového vedení. Dva vodiče se vzájemně definovanou polohou
(tzv. dvoulinka) mají snížené vyzařování a tzv. kroucená dvoulinka se osvědčuje při vnějším
rušivém poli.
Ekvipotenciální stínění
Připojíme-li na stínění potenciál stejný, jako má chráněný vodič ve stíněném prostoru,
napájený ze zdroje s malou impedancí, získáme cenné výhody. Zmenší se proud izolační
vodivostí stínění, čehož lze využít při návrhu obvodů s velkou vstupní impedancí. Na obr.
7.248 je stíněný obvod s velkým vstupním odporem. Použijeme-li pro oddělovací zesilovač
Z1 zesilovač s FET na vstupu a velkým vstupním odporem, např. MAC 155, závisí celkový
vstupní odpor ve značné míře na izolaci, čistotě, teplotě a vlhkosti vstupního kabelu a desky s
plošnými spoji, na níž je zesilovač umístěn. Vstupní odpor obvodu se vlivem nedokonalé
izolace zmenšuje a není stabilní. Vstupní kapacita je zvětšena o kapacitu mezi jádrem a
pláštěm použitého souosého vodiče.
Podstatně jiná situace nastane, připojíme-li okolí neinvertujícího vstupu zesilovače a
vstupní kabel na stejné napětí, jaké je na vstupu - obr. 7.249. Toto napětí je k dispozici na
vývodu zpětné vazby na inv ertující vstup. Mezi středním vodičem a stíněním kabelu v tomto
případě není napětí, to znamená, že neteče proud a podstatně se tedy zvětší vstupní odpor.
Obdobně se zmenší vstupní kapacita. Parazitní vlastnosti jsou podstatně potlačeny. Protože
připojením se zvětšila kapacita paralelně k R2 (obr. 7.249), je vhodné dělič R1 a R2
kompenzovat kondenzátorem paralelně k R1.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 339
Obrázek 9.248: Obrázek 9.249:
Obrázek 9.250: Obrázek 9.251:
Na aktivním stínění se nesmí projevit rušivé napětí z vnějšího elektrického pole. Dobrého
stínicího účinku vůči vnějšímu elektrickému poli je možno dosáhnout, má-li zdroj pomocného
napětí, na něž je stínění připojeno, malý vnitřní odpor. Na obr. 7.250 je např. jako pomocný
zdroj pro stínění použít "rychlý" oddělovací stupeň s malým výstupním odporem.
Jinou možnost je použít další vnější stínění (obr. 7.251). Vnitřní stínění působí jako aktivní
ekvipotencionální stínění, vnější stínění chrání vnitřní stínění vůči účinkům vnějšího rušivého
pole.

340 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
9 SPOLEHLIVOST ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ
V době před druhou světovou válkou si nikdo nedělal větší starosti s problémem
spolehlivosti. Dosahovaná spolehlivost součástek byla řádově lambda = 10-2až 10-3. To
dobře dostačovalo pro radiopříjímače, které měly cca 100 součástek a při požadované (nebo
přijatelné) střední době mezi poruchami několik set hodin tato spolehlivost stačila. Nejnižší
byla spolehlivost elektronek (proto byly pro zajištění jejich snadné výměny v paticích).
Výměna elektronky byla nejběžnější opravou té doby. Pro ilustraci jsou na obr. 8.1 přehledně
uvedeny poruchy zjištěné na 500 opravovaných elektronkových přijímačích v r. 1953 a na
stejném počtu opravovaných tranzistorových přijímačích začátkem sedmdesátých let [ST
4/1975:145].
Obrázek 10.1
Spolehlivosti začala být věnována větší pozornost s nástupem radiolokátorů a televize.
Řádové zvýšení počtu součástek vedlo k poklesu střední doby mezi poruchami na desítky,
maximálně na stovky hodin.
Spolehlivost jako obor se začala vytvářet od začátku padesátých let v USA. Velká
pozornost se věnovala zejména zkouškám životnosti a problémům spolehlivosti
elektronických zařízení a raket. Na rozvoji se podíleli jak matematikové, tak inženýři v
průmyslu.
Co všechno zahrnuje oblast spolehlivosti poměrně velmi dobře ukazuje původní zadání
skupiny pro sledování spolehlivosti vojenských elektronických zařízení v USA v roce 1952:
- získávání dat o spolehlivosti zařízení a součástek z provozu
- vývoj nových spolehlivějších součástek
- návrh metod umožňujících stanovit spolehlivost zařízení i součástek
- provádění spolehlivostních testů před
zahájením sériové výroby
- zřízení stálé skupiny jako organizátora těchto prací
Specializace a podrobnější výzkum charakterizovaly rozvoj oboru spolehlivost v
šedesátých letech. Objevy poruchových mechanismů a procesů vedly ke vzniku tzv. fyziky
poruch. Významného zlepšení spolehlivosti součástek se dosáhlo vyvinutím integrovaných
obvodů.
V sedmdesátých letech pokračuje zvyšování spolehlivosti elektronických součástek v
důsledku zvyšujícího se stupně integrace. Objevuje se vliv jevů, které měly dříve malý

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 341
význam pro spolehlivost - elektrostatického výboje a vliv částic alfa. Sleduje se odolnost
součástek vůči elektromagnetickým interferencím, které vznikají hlavně vlivem činnosti
blízkých výkonových součástek.
V období začátku kosmických letů byly vyvinuty řídicí systémy a počítače s velmi
vysokou spolehlivostí dosahovanou především několikanásobným zálohováním. Vzniká třída
počítačů odolných vůči poruchám. Klesající cena integrovaných obvodů vedla postupně k
tomu, že konstrukční principy takových systémů se uplatňují i v jiných oblastech, především
v systémech pro vojenské účely i v některých systémech civilních. Velmi perspektivní jsou
systémy, ve kterých je zavedeno samočinné testování jednotlivých částí. Předmětem výzkumu
je také spolehlivost programových prostředků. Jiný směr inženýrské spolehlivosti je zaměřen
na analýzu stromú poruch, hlavně v souvislosti s vyšetřováním bezpečnosti jaderných
elektráren.
Návrh a výroba spolehlivých zařízení úzce souvisí s ekonomickou stránkou. Zvyšování
spolehlivosti znamená zvětšování nákladů na zařízení, což se projeví jednak na ceně a mělo
by se projevit úsporami při provozu (nebo jinak).
Cena výrobku je tedy dána i požadovanou (zaručovanou) spolehlivostí. K ilustraci
použijeme vztah mezi nárůstem ceny za součástku a nárůstem její spolehlivosti. Uvažujme
integrovaný obvod LSI v pouzdru z umělé hmoty, který stojí 1 dolar. Tentýž obvod, ale se
zlepšenou a zaručovanou spolehlivostí - po zahoření a v keramickém pouzdru - stojí nejméně
o dva řády více, asi 100 dolarů. Při použití tohoto obvodu pro kosmický program stojí o další
řád více, tedy asi 1000 dolarů. Nárůst ceny o cca tři řády znamená vzrůst spolehlivosti o asi
dva řády. Podobně rostou i ceny celých zařízení.
Základní metodou analýzy spolehlivosti výrobků je systémový přístup. Znamená to, že na
začátku analýzy se uvažují všechny možné informace o systému, které mohou spolehlivost
ovlivnit. Kromě parametrů určujících vlastnosti a chování prvků a podsystémů a jejich
vzájemných vazeb se uvažují možné změny těchto parametrů, účinky prostředí na systémy,
působení vstupních veličin systému a případně další činitele. Vždy by se také měly uvažovat
vlivy člověka, konstruktérů při návrhu, dělníků při výrobě, operátorů a údržbářů při provozu,
uživatelů systémů a dalších lidí, kteří mohou stav a provoz systému ovlivnit. V průběhu další
analýzy se působení některých činitelů neuvažuje, ale jejich existence má být stále v patrnosti.
Z podstatných vlivů a závislostí se potom vytváří model poruch systému, popřípadě strom
poruch jako grafické vyjádření soustavy logických rovnic.
Dosud je rozšířena mylná představa, že otázku zvyšování spolehlivosti je možné řešit
jednorázovými opatřeními nebo vytýčením za tím účelem krátkodobých úkolů (např.
znásobením kontrolních opatření či zpřísněním dohledu kontrolních pracovišť na výrobu).
Není doceněna potřeba větších investic v této oblasti. Ani sledování spolehlivosti není na
potřebné úrovni, proto se nedostává potřebných zpětnovazebních informací nutných pro řízení
procesu zvyšování spolehlivosti.
Zvyšování spolehlivosti je technický, ekonomický a organizační problém. Vždy to musí
být trvalý proces v rámci programu zvyšování kvality výrobku. Přitom jde o kompromis mezi
v dané chvíli možným optimálním stavem technických a organizačních prostředků a opatření
a výší dostupných finančních prostředků na tento účel.
Zvyšování spolehlivosti nelze kvalitně řešit jinak než důsledným uplatněním systémového
přístupu při návrhu, výrobě a provozu objektu. Řešení je nutné optimalizovat současně z
hlediska technického, ekonomického a organizačního. Především je nutné na všech stupních
zlepšit pracovní kázeň, především technologickou kázeň. Heslo firmy SPEA zní: Spolehlivost
není dílem štěstí a náhody, ale souhrnem příčin a následků.

342 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
9.1 Základní pojmy
Spolehlivost má jako každý obor zavedené pojmy, názvosloví a standardní metody, které
jsou pro použití v technické praxi normalizovány. Jde především o tyto normy:
ČSN 01 0102 Názvosloví spolehlivosti v technice
IEC 271 List of basic terms, definitions and related mathematics for reliability
ČSN 01 0101 Názvosloví z oboru řízení jakosti
EOQC (Evropská organizace pro řízení jakosti): Glossary of terms used in Quality Control
1. Jakost je souhrn vlastností výrobku, které charakterizují jeho schopnost
uspokojovat požadované funkce v souladu s jeho určením.
Jakost zahrnuje dílčí vlastnosti: technické a funkční vlastnosti, spolehlivost,
technologičnost, materiálová a energetická náročnost, vlastnosti ergonomické, estetické,
ekologické, bezpečnost, normalizace a unifikace a případné další.
2. Spolehlivost je obecná vlastnost výrobku (souhrn vlastností) spočívající ve
schopnosti plnit požadované funkce v definovaných podmínkách využití.
Spolehlivost zahrnuje dílčí vlastnosti: bezporuchovost, životnost, opravitelnost,
udržovatelnost, skladovatelnost, popř. přepravitelnost, a to jednotlivě nebo v souhrnu
Obrázek 10.2

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 343
těchto vlastností (pro konkrétní výrobky a konkrétní podmínky jejich využití mohou být
tyto vlastnosti různě důležité).
Kvantitativně (číselně) se spolehlivost vyjadřuje prvděpodobnostními
charakteristikami a parametry, např. pravděpodobností bezporuchového provozu.
Dříve se užívala užší definice spolehlivosti: Spolehlivost je pravděpodobnost, že
činnost zařízení bude během určené doby a v daných provozních podmínkách přiměřená
účelu zařízení. Z dnešního pohledu jde o jednu z charakteristik spolehlivosti:
pravděpodobnost bezporuchového provozu.
Shrnutí:
Jakost = souhrnná vlastnost
Spolehlivost =
dílčí vlastnost (vzhledem k jakosti)
souhrnná vlastnost
- nebo dříve: pravděpodobnost ... tj. užší pojetí
- a také název technického oboru, který bychom mohli dále dělit na
Spolehlivost inženýrskou (technickou) a
Spolehlivost matematickou
3. Porucha je úplná nebo částečná ztráta schopnosti provozu výrobku (kritéria
poruchy se stanoví technickou dokumentací).
Třídění poruch:
- podle povahy vzniku: náhlé a postupné
- podle vlivu na provozuschopnost: úplné a částečné
- podle kombinovaného hlediska:
- havarijní (katastrofální) = náhlá a úplná
- degradační = postupná a částečná
- podle příčin: náhodné a závislé
- podle výskytu v čase: časné poruchy
poruchy dožitím
poruchy ve středním období života výrobku
- podle doby trvání: trvalé a občasné

344 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
9.2 Rozbor křivky intenzity poruch
Charakteristický průběh intenzity poruch l(t) ukazuje tři charakteristické časové úseky
poruchovosti výrobku (obr. 8.2).
Obrázek 10.3:
V prvním časovém úseku je intenzita poruch značná a má klesající tendenci. Příčinou jsou
skryté vady výroby. Nejde většinou o poruchy náhodné, je proto možné a také užitečné zjistit
příčiny poruch, poněvadž mohou vést k úpravám ve výrobě. Tyto poruchy označujeme jako
tzv. časné poruchy. K jejich výraznému snížení používáme ve výrobě tzv. zahořování.
V druhém časovém intervalu (zpravidla od 200 do 2000 až 4000 hodin provozu) je
intenzita poruch lambda zhruba konstantní a poruchy mají charakter náhodný, s těžko
sledovatelnými příčinami. Pro tento časový úsek platí exponenciální zákon
t = exp − λ ⋅ t .
R t
() ( )
Ve třetím časovém úseku stoupá intenzita poruch l(t) v důsledku opotřebení a zhoršování
provozních vlastností. Jde o tzv. poruchy dožitím.
Intenzita poruch závisí také na zatížení a na vnějších podmínkách. Příklad je na obr. 8.3. U
vrstvových rezistorů je patrný vliv teploty a zatížení (jde o rezistor se jmenovitým zatížením 1
W). Podobně se mění intenzita poruch u kondenzátorů s přiloženým napětím a provozní
teplotou.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 345
10 TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA A OŽIVOVÁNÍ
ELEKTRONICKÝCH ZAŘÍZENÍ
Technická diagnostika je moderní metodou zjišťování technického stavu nejrůznějších
objektů, s nimiž se setkáváme v technické praxi. Jak již naznačuje sám název diagnostika,
převzatý z lékařství, je podstatou této metody nepřímé zkoumání objektu, založené na
vyhodnocení jeho vnějších projevů, ať již během normální funkce, nebo v situaci, kterou
experimentátor úmyslně vyvolal. To, že při využití diagnostických metod nemáme přímý
přístup k jednotlivým součástkám (částem) zkoumaného objektu, se často zdůrazňuje též
označením bezdemontážní (nedestruktivní) diagnostika, používaným zejména ve strojírenství.
Hlavním cílem technické diagnostiky je náhrada intuitivního empirického přístupu k
údržbě technických zařízení přístupem exaktním a systematickým, založeným na maximálním
využití všech informací o zkoušeném objektu, které lze získat bez jeho rozebrání a detailního
zkoumání jednotlivých částí nebo součástek. Tím se určení technického stavu objektu velmi
usnadňuje a zlevňuje, takže můžeme technický stav stanovovat mnohem častěji (nebo na
mnohem více objektech) než při použití demontážních a destruktivních metod, v mnoha
případech i nepřetržitě. Navíc je možno na základě porovnávání hodnot sledovaných příznaků
určit i tendenci dalšího vývoje technického stavu, konkrétně dobu, po kterou bude možno
objekt ještě používat, případně okamžik, kdy bude nejvhodnější provést demontáž a opravu.
Tím lze dosáhnou snížení nákladů na údržbu (diagnostické metody jsou všeobecně levnější
než demontáže), a navíc vyššího stupně využití základních prostředků, zejména tam, kde by
selhání za provozu mohlo vést k havárii, a tím i k velkým ztrátám.
10.1 Základní úlohy technické diagnostiky
Obecný požadavek určení technického stavu objektu diagnostiky bývá v praxi přesněji
formulován jako detekce nebo lokalizace poruchy. Úkolem detekce poruchy je pouze rozlišit
poruchový a bezporuchový stav objektu, tedy rozhodnout, zda je objekt schopen dalšího
provozu. Naproti tomu lokalizace poruchy má upřesnit místo poruchy, případně určit, o jaký
poruchový stav jde. Lokalizaci provádíme tehdy, chceme-li objekt diagnostiky opravit.
Proces detekce nebo lokalizace poruch nazýváme krátce diagnostikováním, jeho
výsledkem je diagnóza. Diagnostikování je prováděno s použitím určitých technických a
programových prostředků, případně s přispěním obsluhy. Diagnostikované zařízení a tyto
prostředky tvoří diagnostický systém. V něm se realizuje diagnostický algoritmus, a to buď
automaticky, poloautomaticky (v interakčním režimu) nebo ručně. Diagnostický algoritmus je
sled elementárních úkolů charakterizovaných vstupní akcí (stimulací, zapnutím) a výstupní
akcí (odezvou na vstupní akci v místech měření).
Rozeznáváme testovací diagnostikování, kdy přivádíme na vstup objektu speciální podněty
(stimulační signály), a funkční diagnostikování, kdy objekt pracuje normálně a pouze
pracovní signály používané během normální činnosti objektu působí jako vstupní signály.
Testovací diagnostikování zpravidla realizuje algoritmy jak pro detekci, tak pro lokalizaci
poruch. Naproti tomu hlavním posláním funkčního diagnostikování bývá zpravidla detekce
poruchy, protože tento způsob umožňuje detekovat poruchu velmi brzy po jejím vzniku.
Funkční diagnostikování totiž nebrání normálnímu provozu objektu, takže může být
prováděno nepřetržitě. Testovací diagnostikování lze v některých
výjimečných případech též

346 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
provádět průběžně, avšak musíme vyhovět podmínce, že vstupní testovací signál nesmí rušit
normální činnost objektu.
Prostředky používané při realizaci diagnostických algoritmů můžeme rozdělit do dvou
skupin, a to na vnější a vestavěné (vnitřní, vlastní). Při testovacím diagnostikování jsou
převážně používány vnější prostředky, při funkčním diagnostikování naopak převážně
vestavěné prostředky. Vnější diagnostické prostředky jsou obvykle víceúčelové nebo dokonce
univerzální, protože se používají pro několik objektů (někdy dokonce pro několik typů
objektů). Naproti tomu vestavěné prostředky jsou úzce specializované na jeden objekt, takže
mohou být poměrně jednoduché, mohou mít malé rozměry a nízkou cenu.
Projektování diagnostických systémů je podobné jako u měřicích, sledovacích a řídicích
systémů. Je nutné, aby diagnostikovaný objekt byl studován jak z hlediska " fyzikálního "
(např. zkoumání struktury materiálu, měření hodnot fyzikálních veličin), tak i z hlediska
funkce, což zahrnuje zejména studium projevu možných poruch a jejich příznaků. Důležitou
pomůckou je zde matematické modelování jak vlastního systému, tak i projevů poruch. Z
detailní analýzy modelu potom vyplývají nezbytné úpravy vlastního objektu diagnostiky i
diagnostických prostředků.
Z hlediska teorie řízení můžeme stanovit vztahy mezi diagnostikou, měřením,
monitorováním (sledováním) a řízením:
a) Měření je proces experimentálního určení číselného vztahu mezi měřenou veličinou a
její hodnotou vyjádřenou v dohodnutých jednotkách.
b) Monitorování (sledování) je procesem získávání a vyhodnocování dat o stavu zařízení
za tím účelem, aby byl určen okamžik počátku nějaké akce.
c) Řízení je působení na řízený objekt s cílem vyvolat takové chování, které směřuje k
dosažení předem stanovených cílů.
Popsané tři činnosti lze hierarchicky uspořádat tak, že řízení v sobě zahrnuje monitorování
a monitorování zahrnuje měření. Diagnostický systém je specifickým případem systému
monitorování nebo řízení. Systém testovací diagnostiky je vždy řídicí systém s uzavřenou
smyčkou. Objekt má na vstupu testovací signály a jeho odezvy jsou sledovány, na základě
vyhodnocení těchto odezev volí člověk nebo počítač nové testovací signály, atd. Existuje tedy
zpětná vazba spojující objekt s diagnostickými prostředky. Systém funkční diagnostiky je
obvykle monitorovací: pouze sbírá z objektu informace a odhaduje technický stav objektu,
např. porovnává jeho odezvy s očekávanými nebo správnými.
Proto každý diagnostický systém vždy zahrnuje monitorování, zatímco měření je nutné
tehdy, jestliže technický stav objektu, např. porovnává jeho odezvy s očekávanými nebo
správnými.
Proto každý diagnostický systém vždy zahrnuje monitorování, zatímco měření je nutné
tehdy, jestliže technický stav objektu je určen minimálně jedním kvantitativním parametrem.
Táž situace existuje v kterémkoli systému monitorování nebo řízení.
10.2 Diagnostika elektronických součástek a zařízení
Jak již bylo uvedeno, problémy výrobního i servisního testování je nutno řešit současně s
vývojem nového elektronického zařízení. Rozeznáváme čtyři (kontrolní) úrovně na kterých
probíhá diagnostika (testování).

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 347
1. Diagnostika výchozích prvků:
- měření a výběr součástek,
- kontrola desek plošných spojů,
- kontrola kabeláže (obecně propojovací sítě), jako jsou zadní propojovací panely (pletr,
back panel), vany rošty, skříně.
2. Diagnostika desek plošných spojů osazených součástkami (tj. kontrola a oživení těchto
desek; zde dochází již k průniku závad z jedné skupiny výchozích prvků do skupiny
jiné), užívá se:
- testování prvků v obvodu (in-circuit testing, inspekční testování),
- funkční testování.
3. Diagnostika podsystémů a celého systému. (Zkušební zařízení pracuje na principu
funkčního testování, bývá zcela jednoúčelové nebo mají nevelkou míru univerzálnosti,
pouze zkušební zařízení řízená počítači mají širší použitelnost, když se pro každý typ
zkoušeného zařízení vypracuje specifické programové vybavení, případně propojovací
modul (adaptér).)
4. Diagnostika zařízení u odběratele (zákazníka). Jde o uvedení zařízení do provozu a
následný servis zařízení.
S postupující složitostí finálních zařízení rostou nároky na výrobní kapacity: přitom však
nároky u diagnostických operací (oživování, zkoušení) rostou podstatně rychleji než u
výrobních operací. Některé výrobní závody v ČR nyní stojí před problémem, jak zabezpečit
růst kvality a užitné hodnoty své výroby. Při stávajících metodách oživování a zkoušení
vyráběných zařízení by k tomu potřebovaly několikanásobky nynějších stavů svých
pracovních sil, navíc s vyšší kvalifikací než dosud, což odporuje reálné situaci. Na určitou
přechodnou dobu a při malých výrobních sériích mohou pomoci drobná racionalizační
opatření, pečlivá volba technologie, důkladná technologická příprava výroby včetně měřicích
přípravků, přístrojů a zařízení, nastavovacích a zkušebních předpisů atd. Zásadní řešení však
přináší automatizace kontrolních operací.
U elektronických zařízení byly totiž otázky zkoušení a kontroly jasné až do nástupu
komplexních integrovaných obvodů, neboť bylo možno změřit jednoduše všechny parametry
výrobku i ověřit všechny jeho funkce. Uplatnění mikroprocesorů, pamětí a obvodů velké
integrace obecně vyvolalo však otázku co, kdy a jak zkoušet, pokud máme udržet náklady na
kontrolní operace na ekonomicky přijatelné úrovni a přitom efektivně odstranit vady a
nedostatky obvodů a zařízení před zahájením jejich provozu. K tomu přistupují otázky
optimální metody vytřiďování vadných výrobků. Optimalizaci možno zde chápat buď
vzhledem k nákladům při daném zvýšení kvality, nebo vzhledem k účinnosti třídění při
daných nákladech. Přitom nutno počítat s tím, že o pravděpodobnosti odhalení vady či o
existujícím mechanismu poruch máme k dispozici málo informací.
10.2.1 Testování a třídění integrovaných obvodů
Kontrolu integrovaných obvodů je nutno provádět podle jejich významu a vlivu na
spolehlivost celého výrobku. U obvodů velké integrace (LSI) je podle zkušeností procento
vadných výrobků 0,5 až 5 %. Zde se vyplatí stoprocentní přejímka, jak ukazuje obr. 9.1, kde

348 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
je uvedena závislost pravděpodobnosti vady P desky plošných spojů na počtu n integrovaných
obvodů a procenta p vadných integrovaných obvodů.
Zkušenosti ukazují,
že žádná z používaných
metod
testování
neposkytuje absolutní
jistotu, a že zpravidla
určitý počet vadných
IO projde procesem
testování, aniž by byl
zjištěn a zjistí se teprve
při testování osazených
desek, případně ještě
p ozději (má to
nepříjemný
ekonomický dopad -
viz obr. 9.2).
Obrázek 11.1:
Vzhledem k rostoucímu počtu IO osazovaných na jedné desce má i malé procento vadných
z celkového počtu použitých obvodů značný
vliv na pravděpodobnou kvalitu desky. Např.
u desek se 100 IO, u nichž se předpokládá 1
% vadných, je pravděpodobnost vyhovující
kvality 0,99100 = 0,366, tedy pouze 37 %,
tzn., že pravděpodobně pouze jedna ze tří
desek bude vyhovující. Při stejné kvalitě IO,
ale pouze s 50 ks na jedné desce je
pravděpodobné, že jedna ze tří desek bude
vadná.
Možnost vadných IO, které projdou všemi
kontrolami, závisí především na úrovni
testovacích zařízení. Přitom úroveň testerů je
přímo úměrná jejich ceně. Pro většinu
uživatelů IO je ekonomicky efektivní používat
testery s parametrickým a funkčním
testováním, které zachycuje 95 % vadných IO.
Obrázek 11. 2:
U některých uživatelů IO se uplatňuje i metoda namátkové kontroly, a to v případech, kdy
se IO kupují podle tzv. přijatelné hladiny kvality (AQL). Např. při tomto způsobu vstupní
kontroly má dodávka, ve které není více než 0,65 % vadných kusů, asi 95 % naději, že bude
přijata. Při udávané kvalitě "2 % vadných" se šance na převzetí snižuje na 50 % a při "4,8 %
vadných" pouze na 10 %. V případě, že jsou tyto hodnoty překročeny, se celá dodávka IO
vrací výrobci a je nahrazena novou dodávkou, které podléhá stejné kontrole.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 349
Současný trend směřuje ke stoprocentnímu testování. Rozhodnutí o použití namátkové
nebo stoprocentní kontroly závisí na výsledku ekonomického rozboru. Především výrobce s
vyšší potřebou IO má podstatně příznivější podmínky pro dosažení vysoké ekonomické
efektivnosti testování než výrobce s nižší spotřebou. Přitom je nutno vzít také v úvahu, že
větší výrobce má současně předpoklady pro dosažení kratší doby návratnosti prostředků
vynaložených na nákup drahého testovacího zařízení, než je tomu u menšího výrobce,
vybaveného méně nákladným testovacím zařízením.
10.2.1.1 Testování integrovaných obvodů
U integrovaných obvodů sledujeme
- stejnosměrné parametry,
- dynamické parametry,
- funkci obvodu (u logického obvodu je to logická funkce) a
- ukazatele spolehlivosti.
V rámci statistických parametrů provádíme test připojení přívodů (continuity test), měříme
svodové proudy (leakage current), měříme výstupní napětí U0L, U0H, provádíme test šumové
imunity, měříme odběr z napájecích zdrojů. Statické parametry se mají měřit při normální
teplotě okolí a při obou mezních teplotách, aby byla zaručena činnost obvodu v celém rozsahu
zaručovaných teplot.
U složitých integrovaných obvodů se obvykle jednotlivé dynamické parametry měří pouze
u laboratorních vzorků, protože měření může být velmi zdlouhavé a jeho automatizace
nesnadná. U číslicových obvodů můžeme dynamické parametry rozdělit na tři skupiny:
parametry vstupního signálu, parametry výstupního signálu a parametry zátěže.
Parametry vstupního signálu spolu s parametry zátěže a statickými podmínkami (napájecí
napětí, úrovně signálů) tvoří podmínky pro měření parametrů výstupního signálu. Vzhledem k
velkému počtu přívodů integrovaného obvodu, a tím i velkému počtu časových závislostí
mezi nimi, se měření dynamických parametrů slučuje s testem logické funkce. Výsledkem je
pak dynamický test logické funkce. Při tomto testu nastavíme nejkritičtější dynamické
podmínky a provádí se komparační hodnocení odezvy integrovaného obvodu pro všechny
kroky jeho testu. Zjišťujeme-li skutečné maximální nebo minimální hodnoty dynamických
parametrů určujících podmínky testu, měníme po zvolených hodnotách (kroku) vybraný
parametr a provádíme test logické funkce. Ostatní parametry musí být v průběhu testu
konstantní. Zjišťujeme-li maximální zpoždění výstupního signálu, resp. vybavovací dobu,
posouváme postupně impuls, kterým vzorkujeme výstupy integrovaného obvodu a provádíme
test logické funkce. Zpoždění integrovaného obvodu je dáno zpožděním vzorkovacího
impulsu, při jehož hodnotě test logické funkce ještě prošel (postupujeme-li od delších časů ke
kratším).
Je nutno si uvědomit, že veškerá dynamická měření jsou širokopásmová, sice s relativně
nízkým opakovacím kmitočtem (max. 10 MHz), ale se strmostí hran impulsů v jednotkách
nanosekund. Proto přístrojové vybavení i obvodová technika musí tomu odpovídat.
Logickou funkci testujeme tak, že na vstupy testovaného obvodu přivádíme definovaný
sled logických signálů a kontrolujeme odpovídající sled logických signálů z výstupů; přitom
některé vstupy se mohou změnit na výstupy a naopak v průběhu jednoho kroku testu. Jedním
krokem testu rozumíme jednu vstupní logickou kombinaci signálů a jim odpovídající
kombinaci výstupních signálů. Podle způsobu kontroly sledu logických signálů z výstupů
testovaného obvodu můžeme testování logické funkce rozdělit
do tří skupin:

350 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Tabulka 11.1:
Tabulka 11.2:
Tabulka 11.3:

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 351
1. Srovnání s referenčním vzorkem. Definovaný sled vstupních logických signálů se
přivádí současně na testovaný i referenční obvod. Mezi výstupy obou obvodů jsou
zapojeny komparátory. Z jejich výstupů dostáváme informaci o shodě mezi výstupními
signály. Informaci na výstupech můžeme brát jako platnou až v ustáleném stavu.
Metodu nemůžeme použít při dynamickém testu logické funkce, protože referenční i
testovaný vzorek mají dynamické parametry obdobné. Dále je nebezpečí, že v
referenčním vzorku nastane porucha a než se zjistí, dostáváme nepravdivou informaci.
2. Srovnání s očekávanou odezvou uloženou ve vhodném paměťovém médiu testeru. Jako
paměťové médium se používá paměť řídicího počítače, velmi rychlá polovodičová
paměť, magnetický disk apod. Metoda je dnes propracována do značné hloubky.
Nastává částečné prolínání s průběžným generováním testů.
3. Vstupní a jemu odpovídající výstupní sled logických signálů je generován v průběhu
testování (on line). Tento způsob testování se používá tam, kde je počet kroků testu
příliš velký, např. u pamětí typu RAM.
Generování testovacích posloupností patří k základním problémům diagnostiky. Každá
testovací posloupnost musí nejprve přivést obvod do definovaného vnitřního stavu.
Integrované obvody LSI bývají navrženy tak, že to obvykle nečiní potíže (i když u obecného
sekvenčního obvodu, nacházejícího se v neznámém vnitřním stavu, je to komplikovanou
záležitostí).
Již u relativně jednoduchého kombinačního obvodu nelze použít tzv. triviální test, tj. test, u
kterého se vystřídají všechny možné kombinace vstupních signálů, a to z toho důvodu, že
těchto kombinací je velmi mnoho. Testujeme-li n-vstupový kombinační obvod, pak triviální
test obsahuje 2n
kroků. Takovýto test je zbytečně redundentní - každá z možných poruch se
testuje několikrát.
Existují metody, jak k dané poruše najít kombinaci vstupních signálů, aby se tato porucha
projevila na výstupu. Jednou z nejprůhledějších metod je tzv. intuitivní zcitlivění cesty, při
kterém se hledají takové hodnoty vstupních proměnných, aby se porucha projevila na
výstupu. Pracuje se, jak název metody napovídá, intuitivně a postup nemusí vést k
požadovanému výsledku (při určování hodnot dojdeme ke sporu).
Existují i dokonalejší metody jako D-algoritmus, kde se pracuje s tzv. D-krychlemi nebo
metoda booleovské diference, která vychází z formálního popisu obvodu. U sekvenčních
obvodů je situace ještě komplikovanější. Jednou z metod je jejich nahrazení kaskádou
kombinačních obvodů.
Testy sestavené na základě znalosti struktury obvodu se nazývají strukturní. Na rozdíl od
nich lze pro některé typy obvodů vygenerovat test nebo jeho část jako pseudonáhodnou
posloupnost, zkontrolovat, jaké poruchy pokryje a teprve test zbývajících poruch doplnit
pomocí jiných metod. Z nich jsou u obvodů LSI nejrozšířenější metody, vycházející ze
znalosti požadované funkce obvodu, přičemž nerespektují, jakým způsobem je požadovaná
funkce v obvodu realizována. Testy tímto způsobem sestavené se nazývají funkční.
Přikláníme se k nim většinou tehdy, pokud ostatní metody selhávají. Jejich výhodou je
relativně snadné získání testovacích posloupností a možnost testování obvodu v aplikačním
zapojení. Nevýhodou je, že takovéto testy nedávají záruku úplnosti. Například obvod
mikroprocesoru plně vyhovující v jednom aplikačním zapojení, může selhat v jiném
aplikačním zapojení.
Na diagnostiku s testování je třeba pamatovat od samého začátku návrhu integrovaného
obvodu (lze, většinou za cenu většího počtu logických členů, získat snáze testovatelný
obvod). Zvláště u sekvenčních obvodů se návrh testu i dagnostika značně usnadní,
jestliže je

352 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
možné rozpojit všechny zpětnovazební smyčky, nebo v lepším případě dokonce vyvést
informaci o vnitřním stavu obvodu a vnutit požadovaný vnitřní stav. Zde jsou nejznámější
čtyři metody - LSSD, Scan Path, Scan/Set a RAS.
Metoda LSSD (Level-Sensitive Scan Design) pochází od fy IBM a dovoluje přidáním asi
15 % obvodů zapojit v diagnostickém režimu všechny klopné obvody do sériového řetězce a
pomocí hodinových impulsů sériově přečíst původní stav vnitřních pamětí a sériovým
diagnostickým vstupem zapsat novou informaci do vnitřních pamětí. Po provedené výměně
informace je přepnuta struktura do normálního režimu a proveden jeden krok systémových
hodin a znovu je opakováno sériové čtení a zápis vnitřních pamětí. Tím je oddělen test
kombinační části logické struktury od paměťových členů a podstatně zjednodušeno zajištění
citlivé cesty poruchy na výstup logické sítě.
Metoda RAS (Random Access Scan) pochází od fy Fujitsu a dovoluje také přidáním
dodatečného materiálu v diagnostickém režimu číst obsah a zapisovat nový stav do
jednotlivých vnitřních paměťových členů testované logické struktury. Pomocí přídavného
materiálu jsou zde všechny vnitřní paměťové členy zapojeny na pomocnou diagnostickou
sběrnici. Přístup paměťových členů na diagnostickou sběrnici je v diagnostickém režimu
zajišťován přídavnými adresovými dekodéry aktivovanými v diagnostickém režimu. Metoda
RAS sice zapisuje a čte informaci z vnitřních paměťových členů v diagnostickém režimu
jiným způsobem než metoda LSSD, avšak vliv na zjednodušení testovatelnosti logické
struktury je u obou metod obdobný.
Velké množství metod usnadňujících diagnostiku naznačuje, že žádná z nich není
univerzálně použitelná, a také že žádnou z nich nelze jednoznačně prohlásit za nejlepší. Majíli
být metody orientace na snadnou diagnostiku zahrnuty do návrhového systému, je třeba
realizovat též mechanismus výběru nejlepší z nich podle určitých kritérií. Tato kritéria jsou v
současné době natolik neurčitá, že jako nejpřijatelnější varianta se jeví svěřit rozhodování
člověku. Pro spolupráci tohoto typu se v některých případech osvědčily expertní systémy.
10.2.1.2 Třídění integrovaných obvodů
Třídění je u integrovaných obvodů všech technologií důležitým předpokladem dosažení
jejich spolehlivosti potřebné při provozu v zařízeních. Třídicí zkoušky se provádějí jak u
výrobce, tak u uživatele součástek. Cílem je vytřídit součástky s možností výskytu časných
poruch. Výrobce dodává součástky prošlé těmito zkouškami ve třídě s vyšší spolehlivostí.
Tříděním (screening, Vorbehandlung) se přitom rozumí předem definované namáhání
součástek, případně sled takových namáhání, které by vyvolaly časné poruchy. Třídicí
zkouška se musí volit tak, aby se při ní nevyvolaly jiné degradační mechanismy než ty, ke
kterým dochází ve skutečném provozu. Třídění je efektivní a vyplatí se jen tehdy, dosáhne-li
se jím při malých nákladech dostatečného zvýšení spolehlivosti.
V oboru třídění existuje dosud řada nejasností a nejednotnost pojmů. Nerozlišuje se např.
mezi mechanismem poruch, jejich druhem (projevem) a příčinou. Údaje o velikosti
aktivačních energií jednotlivých mechanismů se značně liší, neboť jsou ovlivňovány
výchozím materiálem, technologií zpracování a konstrukce součástky. Příklady typických
mechanismů poruch, příznaky a metody třídění ukazuje tab. 16. Některé mechanismy
nevyvolávají časné poruchy a jejich vytřídění je proto obtížné (např. elektromigrace).
Časné poruchy integrovaných obvodů se vyskytují do 100 až 2000 hodin provozu. Třídění
při normální teplotě nemá tudíž velký význam. Je třeba zvolit takový postup a takové
podmínky třídění, abychom je urychlili např. působením teploty, elektrického pole,
proudového nebo napěťového zatížení, někdy i vlhkosti. Jde o tzv. zrychlené zkoušky.
Vychází se přitom z faktu, že poruchové mechanismy
lze zpravidla aktivovat zvýšeným

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 353
namáháním. Cílevědomě zaměřenými zkouškami se nejdříve zjišťuje kvantitativní vzájemná
souvislost mezi stupněm aktivity a velikostí namáhání, tj. činitel aktivace. Jak již bylo řečeno,
je přitom třeba zajistit "pravou" aktivaci, tj. důsledkem zvýšeného namáhání nesmí být žádný
stav, jež se nemůže nikdy objevit při normálních pracovních podmínkách. Druhým krokem je
zjištění reakční rychlosti. Pro zjednodušení se často předpokládá, že časový průběh reakce je
lineární. Po zjištění činitele aktivace a reakční rychlosti lze pak vypočítat zrychlující činitel a
extrapolací intenzitu poruch při normálních provozních podmínkách.
Poruchové mechanismy se aktivují v mnoha elektronických součástkách, zvláště
polovodičových, zvýšením teploty. Přitom lze často použít Arrheniova modelu. Pro tento
model je aktivační činitel A daný vztahem
⎛ − Ea ⎞
A = Ao
⋅ exp ⎜ ⎟
⎝ kT ⎠
kde A0 je konstanta, Ea
je aktivační energie, k je Boltzmannova konstanta (8,6.10-5 eV/K)
a T je absolutní teplota v K.
Obrázek 11.3:
Je-li pro daný poruchový mechanismus reakce lineární v závislosti na čase a MTBF1 (= l1)
a MTBF2 (= l2) jsou dané střední hodnoty bezporuchových provozních dob při teplotách
(přechodů) T1 a T2, potom je
Zrychlovací činitel je pak daný vztahem
A λ = A λ resp. A ⋅ MTBF = A ⋅ MTBF
1
1
2
2
MTBF λ2
A
= 1 2
= = = exp ⎡ E ⎛
a
1 1
F ⎢ ⎜ −
⎟ ⎞⎤
⎥
MTBF2 λ1
A1
⎢⎣ k ⎝ T1
T2
⎠⎦
Přitom je zvykem určovat teplotu přechodu T podle vztahu
T = T + P O
o
d
kde T o je teplota okolí, P d je ztrátový výkon a O je tepelný odpor pouzdra (např. 100 K/W
bez proudění, 60 až 70 K/W při proudění vzduchu 2,5 m/s).
Při známých hodnotách MTBF 1, MTBF 2, T1a T 2 lze obráceně určit aktivační energii
jo
1
1
2
2

354 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
k MTBF1
E a
= ⋅ ln
1 1 MTBF
−
2
T 1
T 2
Na obr. 9.3 je závislost mezi zrychlovacím činitelem a teplotou v 2 pro různé aktivační
energie pri v 1 = konst. = 35o C (plně vytažené průběhy) a v 1 = konst. = 55 oC (čárkované
průběhy).
Jedním z největších problémů při plánování a vyhodnocování zrychlených zkoušek je
právě určení aktivační energie. Může se totiž měnit i u stejného typu součástky od dávky k
dávce vlivem změn výrobního procesu. Často stačí však jen prověřit, je-li dosažená hodnota
MTBF nad předem danou mezní hodnotou. Potom stačí analyzovat nejhorší případ a použít
hodnoty aktivačních energií z literatury. Zajímavá a důležitá je zkušenost, že mnohdy je
koroze povrchu čipu rychlejší při nízkých teplotách. Čím vyšší je aktivační energie
mechanismu, tím je třídicí postup při vyšší teplotě účinnější.
10.2.2 Testování propojovací sítě
Testování propojovací sítě se v poslední době stává nedílnou fází technologie výroby
elektronických zařízení. Typické poruchy v propojovacích sítích závisejí na provedení sítě. V
drátových kabelážích (ovíjené spoje van a roštů, kabelové svazky, kabely) Bpřicházejí v
úvahu téměř pouze poruchy typu "spoj chybí" a
"spoj navíc". Počet spojů zde dosahuje tisíc až stovek tisíc. Při ručním ovíjení je v kabeláži
1 až 5 % závad, při poloautomatickém 0,1 až 0,5 %, při automatickém 0,01 %.
Na deskách plošných spojů mohou existovat poruchy následujících šesti typů:
1) spoj chybí,
2) spoj navíc,
3) nekvalitní spoj (velký odpor),
4) nekvalitní izolace mezi spoji,
5) vodivost spoje závisí na proudu,
6) svod mezi spoji závisí na napětí.
Poměrně zastoupení jednotlivých typů poruch závisí na použité výrobní technologii,
zvládnutí technologického procesu, technologické kázni, kvalitě výchozích surovin a na
kvalitě procesu návrhu spojových motivů. Nejčastější jsou poruchy typu 1 a 2, poruchy typu 5
a 6 se vyskytují zřídka. Zpravidla se běžné PS (např. pro spotřební elektroniku) testující jen na
poruchy 1 a 2, prokovené vícevrstvé desky pro automatizaci a výpočetní techniku je vhodné
testovat i na poruchy typu 3 a 4, zatímco testy na poruchy typu 5 a 6 jsou obvyklé pouze u
velmi náročných aplikací, kde cena zaplacená za případné selhání opravňuje podstatně
zvýšené náklady na testování. Zmetkovitost osmivrstvých desek dosahuje ve světě přibližně
25 %. Cena složitých desek je tak vysoká, že zmetky je nutno opravovat a dále používat.
Při řešení automatického testovacího systému (ATS) musíme brát v úvahu následující
okruhy problémů:
1) připojení měřené jednotky (objektu),
2) přepínání měřených míst,
3) měřicí metody,

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 355
4) algoritmy testů,
5) strategie testování.
Řešení zmíněných problémů je potřeba optimalizovat vzhledem ke spolehlivosti testu a
ceně testování vztažené na testovanou jednotku.
Připojení měřeného objektu
Řešení problému jak připojit testovanou propojovací síť k testeru vychází samozřejmě z
mechanických vlastností sítě. Ovíjená kabeláž se obvykle testuje při svém vytváření. Pro
spolehlivé připojení desek plošných spojů se používá převážně tzv. "fakirského lože" - pole
nezávisle odpružených hrotů ("jehel"). Potřebná síla je 1 až 2 N na měřicí hrot (obr. ).
Největším problémem je potřebné množství hrotů. Běžné měřicí hroty lze umisťovat ve
vzájemné vzdálenosti 2,5 mm a větší, pouze několik výrobců zvládlo výrobu hrotů pro
umístění v rozteči 1,25 mm. Je možno se rozhodnout mezi univerzálním jehlovým polem a
účelovými adaptory.
Přepínání měřených míst
Volba prvků a obvodového řešení pro přepínání měřených míst úzce souvisí se zvolenou
metodou měření. K přepínání lze využít relé, jejichž výhodou je malý odpor v sepnutém
stavu, velký izolační odpor v rozepnutém stavu, nevýhodou pak velké rozměry, velký
ovládací příkon, malá přepínací rychlost a menší spolehlivost. Dále lze využít polovodičových
prvků - buď bipolárních nebo se strukturou MOS, kterým dáváme přednost všude tam, kde to
dovolí technické podmínky navrhovaného zařízení.
Měřicí metody
Volba měřicí metody závisí na zvolené testovací strategii. Spolehlivost testu a diagnostické
pokrytí poruch totiž závisí na tom, jakým proudem testujeme spoje, jakým napětím testujeme
izolaci, zda používáme jeden vyhodnocovací práh odporu nebo dva (pro test souvislosti a test
izolace zvlášť) a jaké minimální (maximální) hodnoty odporů dokážeme použitou metodou
změřit.
Při testech na poruchy 1 a 2 se pro stimulaci sítě i detekci poruch používá přímo logických
obvodů TTL nebo MOS. Jde sice v podstatě (jako u všech ostatních metod) o měření odporů a
komparaci naměřených hodnot se zvoleným odporovým prahem, ale parametry testu (proud,
napětí, velikost prahového odporu) tady nelze volit - vycházejí obvykle z použitých logických
prvků a rozsahu testovacné sítě. Další obtíž představuje nízké napětí při testu izolace (typicky
3,5 až 5 V), které nezaručuje proražení mikroskopických izolačních filmů nečistot ve styku
mezi povrchem měřené desky a měřicím hrotem.
Testy na poruchy typu 1 až 4 lze dělat pomocí polovodičové spínací matice. Při kvalitním
obvodovém řešení z kvalitní součástkové základny lze měřit při dvouvodičovém uspořádání
odpory propojovací sítě v rozsahu 100 až 10 M , při čtyřvodičovém uspořádání v rozsahu 1 až
10 M .
Základní uspořádání pro testy na poruchy 1 až 6 je stejné jako pro poruchy 1 až 4, je však
nutno použít odpovídajících spínacích prvků, aby bylo možno testy uskutečnit při napětí řádu
stovek voltů a proudech v oblasti jednotek ampérů. Kromě relé vyhovují ještě tyristory, ale u
nich je přikážkou malý odpor v rozepnutém stavu a složité ovládací obvody. Kromě toho jsou
i uvedené součástky rozměrné a drahé.

356 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Obrázek 11.4:
Obrázek 11.5:
Obrázek 11.6:
Poznámka: Mikroohmetry s akustickým výstupem se také používají při ručním hledání
přerušených spojů a zkratů [SO 1984/9:452]. Lze také potřebné kontrolní pomůcky vyrobit.
Na obr. 9.4 [AR-A 5/76:187] je zapojení, které umožní indikovat odpor menší než asi 1 W.
Operační zesilovač porovnává malý rozdíl napětí na rezistoru 10 W. Zruší-li se tento
napěťový rozdíl zkratováním měřicích hrotů, rozsvítí se svítivá dioda. Není-li zkrat dokonalý

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 357
(odpor větší než cca 1 W), dioda svítí nepatrně nebo vůbec ne. Měřicí napětí je asi 2 mV,
takže nemůže otevřít přechody polovodičových součástek. Tak nízké napětí (a proud) ukáže i
ty špatné doteky kontaktů, které se při zkoušení vyšším napětím a proudem "prorazí" a
vykazují dobrou vodivost. Trimr slouží k nastavení maximální citlivosti zapojení. Nastavuje
se tak, aby při zkratovaném vstupu LED začala právě svítit. Rozsvícená dioda tedy signalizuje
zkrat. Viz též [ST 6/1976:237, AR-A 9/1983:327].
Na obr. 9.5 je zapojení testeru galvanického propojení s akustickým výstupem [ST
12/1987]. Výška tónu je závislá na odporu mezi testovacími body (rozsah asi 10 W až 100 k
W). Zapojení pro menší rozsah odporu je v [ST 6/1986:238].
Na obr. 9.6 je třístavová (zkrat-odpor-přerušení) zkoušečka odporů a polovodičových
součástek. Obě svítivé diody se navzájem blokují ve funkci. Podle zkoušeného odporu svítí
buď jedna, nebo druhá, nebo žádná dioda. Diody se rozsv ěcují a zhasínají pozvolna.
Jednodušší zkoušečky s optickou indikací jsou popsány v [AR-A 8/1988:286 a AR-A
9/1990:327].
Algoritmy testu
Nejjednodušší je algoritmus "každý bod s každým", který vyžaduje (n 2 ) elementárních
testů, když n je počet vývodů testované sítě (počet měřených bodů). Je možno jej
implementovat velmi jednoduchými technickými prostředky; postačí sekvenční přístup k
měřicím hrotům, jednoduchý řadič jako řídicí jednotka atd. Nevýhodou je velký počet
elementárních testovacích kroků. Doba testu exponenciálně narůstá s počtem měřených bodů
a může být řadu desítek minut. Proto byly navrženy algoritmy, které umožňují redukovat
počet elementárních kroků velmi podstatně - obvykle za cenu ztráty lokalizační schopnosti
testu, případně vyžadující dlouhou přípravnou dobu před měřením. Pro ATS se zdá být
nejvhodnějším algoritmem rozdělení testu na dvě části: test souvislosti spojů a test izolace
mezi spoji. Počet elementárních kroků pro první část je nejvýše n-1, počet elementárních
kroků testu izolace je pak k/2, kde k je počet souvislých spojů propojovací desky (k je u
běžných desek průměrně rovno n, takže proti algoritmu "každý s každým" je redukce počtu
kroků značná).
Strategie testování
Testovací strategie je souhrn technických a organizačních opatření v oblasti kontrolních
operací vedoucích k požadované kvalitě výsledné produkce. Testování propojovacích sítí je
samozřejmě pouze částí všech operací, které je potřeba v průběhu výroby elektronických
zařízení uskutečnit. Vedle požadované kvality produkce je druhým hlavním hlediskem
ekonomie. Testování musí přijít levněji než netestování, jinak by nemělo smysl. Testování
zvolenou
strategií musí být levnější než použitím alternativních strategií. V případě testu
propojovacích sítí je součástí návrhu testovací strategie volba testeru a jeho parametrů (např.
v rámci rozhodnutí, zda je lepší jeden produktivnější nebo několik pomalých). Důležité je
rozhodnutí mezi univerzálním řešením nebo účelovými adaptory a rozhodnutí o případném
omezujícím zásahu do návrhu provedení sítí.
10.2.3 Testování osazených desek
Testování na úrovni osazené desky je vůbec nejdůležitější součástí kontrolních operací ve
výrobě - nelze si představit ani jednu výrobní strategii, která by testování osazených desek
vynechávala. Osazené desky testují i amatéři. Problém tedy není v otázce zda testovat, ale jak

358 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
testovat, jak draho, jak produktivně. Testování obvykle musí být spojeno s oživováním desek,
protože nově osazené desky mají závady. Pro testování osazených desek se používají tyto
metody:
a) testování pomocí měřicích přístrojů vývojáře;
b) testování pomocí jednoúčelových přípravků;
c) testování pomocí částečně nebo plně automatizovaného měřicího pracoviště;
d) testování automatickým testovacím systémem (ATS);
e) ATS začleněný do systému CAD/CAM, tj. do systému automatizovaného
projektování a výroby.
Metody jsou seřazeny podle rostoucí účinnosti a zároveň i nákladů. Volba metody by
neměla být ovlivňována jen snahou po "modernosti" za každou cenu - na prvním místě musí
vhodnost účinnějších metod prokázat solidní ekonomická analýza stávající (nebo plánované)
výroby. Na druhé straně nadměrné váhání v zavádění nových metod zbavilo naše výrobní
závody schopnosti konkurence na světových trzích.
Metody a) i b) jsou tradiční. V našich závodech jsou běžně používány a není potřeba se
jimi podrobně zabývat. Metoda a) je částečně oprávněná při zahajování nové výroby tam, kde
se pozapomnělo na to, že výrobek nestačí jen vyrábět; odčerpává drahé univerzální přístroje a
pracovní síly z vývoje, má mizivou produktivitu. Metoda b) může být vhodná při takové
skladbě výroby, kde není nutno příliš často měnit výrobní sortiment. Takových výrob však v
elektronice, kde morální životnost zařízení nedosahuje ani tří let, v poslední době ubývá.
Částečné řešení by mohla přinést metoda c) v kombinaci s důsledně modulárním návrhem
přípravků tak, aby byly vícenásobně použitelné nebo jednoduše přestavitelné. Použití počítače
přináší značné zvýšené produktivity. Nesmí se však zapomínat na nutnost pořizovat nové
programové vybavení ke každému měřicímu přípravku. Cena pořízení programů může
několikanásobně převýšit cenu pořízení přípravků. V některých případech (např. testování a
nastavování analogových obvodů) se nabízí možnost využití přístrojové sběrnice IMS-2.
Metody d) a e) jsou zatím nejúčinnější, i když jejich zavedení je nákladné.
10.2.3.1 ATS pro osazené desky
Automatický testovací systém (automatický tester) je zařízení vybavené technickými a
programovými prostředky, které mu umožňují samostatně přivádět do testované jednotky
naprogramované sekvence stimulačních signálů a vyhodnocovat odezvy na ně. Testování
probíhá zcela bez zásahů nebo s minimálním počtem zásahů obsluhy (operátora) a je tedy
velmi produktivní. Typické doby testu se pohybují podle typu i vybavenosti systému a podle
typu i složitosti testované jednotky, od jedné do šedesáti minut. (Testem je zde míněn celý
proces od připojení testované jednotky, přes zachycení a lokalizaci závady až po dokumentaci
závady - vlastní test typu DOBRÁ/ŠPATNÁ trvá typicky řádově sekundy).
K testování osazených desek pomocí ATS existují v současné době dva základní přístupy:
funkční test a test prvků v obvodu (inspekční test, in-circuit test). Podle nich rozlišujeme
testery funkční a testery prvků v obvodu (inspekční testery).
Funkční tester (FT) sleduje činnost (funkci) celé zkoušené desky. Deska se vzhledem k
testeru chová jako uzavřený systém charakterizovaný specifickou odezvou na výstupech na
specifickou stimulaci vstupů. Metoda se dá aplikovat především na čistě číslicové desky,
jejichž logickou síť je možno protestovat vysíláním logických stavů (vstupních vektorů) na
vstupy, čtením logických stavů na výstupech a porovnáním se správnými (očekávanými)
stavy
výstupů vyhodnotit výsledek. Metodika funkčního testování logických sítí je teoreticky

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 359
dobře propracované (viz dříve). Existují i metody strojního návrhu testovacích vektorů,
optimalizace testů a metody pro počítačovou simulaci chování logické sítě. Také připojení
testované desky k testeru je velmi jednoduché - přes konektor desky. Funkční tester, kromě
detekce "tvrdých" závad, jako zkraty vnitřních uzlů do napájecí soustavy, dokáže snadno
detekovat i závady způsobené posunem dynamických parametrů součástek mimo toleranční
pole a ve spolupráci se simulací logických sítí i chyby návrhu (porušení pravidel návrhové
" kuchařky"). Proti tomu má funkční testování některé nedostatky. Jsou spojeny zejména se
dvěma problémy:
- návrh optimálního testu,
- lokalizace závad.
Lokalizace závad je velmi důležitá v praxi, kdy chceme vadné desky zpravidla nejen
vytřídit, ale i opravovat. U funkčního testeru je lokalizace obtížná právě proto, že test probíhá
přes konektor desky a vnitřní uzly nejsou přístupné stimulaci ani měření. Při testování desek
se obvykle požaduje lokalizace s přesností na vadnou součástku (např. pouzdro IO). K řešení
problému se používá převážně dvou metod (případně jejich kombinaci):
- slovníku poruch,
- naváděné sondy.
Slovník poruch se sestavuje na simulačním modelu zkoušené desky, případně se doplňuje
praktickými zkušenostmi získanými v průběhu oživování série desek. V podstatě jde o
tabulku, která přiřazuje projevům poruchy typ poruchy a tabulka může být uložena v paměti
počítače, který řídí tester. Naváděná sonda je určitá náhrada přístupu do vnitřních uzlů desky.
Pracuje se s ní v dialogovém režimu, kdy počítač testeru v průběhu lokalizace poruchy navádí
operátora s ruční sondou do jednotlivých vnitřních uzlů zapojení a na základě sejmutých
logických stavů rozhoduje o dalším postupu až do přesného určení místa poruchy. Postup není
obtížný, ale může být zdlouhavý, např. při odhalování zkratu dvou signálových cest. Existují i
systémy se strojním naváděním sondy, které vylučují možnost potenciálních omylů operátora.
Tester prvků v obvodu (TPO) využívá odlišného přístupu k testu než FT. Pomocí metody
aktivního stínění u pasivních prvků a metody vnucování logických stavů (backdriving) u
číslicových prvků se snaží minimalizovat vzájemnou interakci součástek na desce a testovat
jejich funkci součástku po součástce. Jako samostatnou
součástku je možno testovat i propojovací síť desky. Dvě základní výhody zmíněného
přístupu jsou okamžitě viditelné:
- jednoduchá lokalizace poruchy s přesností na součástku,
- snadné odhalení typických "výrobních" poruch, jako jsou zkraty nebo špatně osazené
součástky.
Mezi základní nevýhody naproti tomu patří:
- obtížnější připojení testované jednotky - desky (nestačí přes konektor),
- nepokrytí některých poruch (např. dynamické poruchy).
Poznámka: Statistika výskytu jednotlivých druhů závad v produkci desek ukazuje, že
daleko nejčastějšími poruchami jsou zkraty mezi spojovými cestami na obrazci plošného
spoje, následují chyby montáže (nezaložené nebo nesprávně orietované součástky), dále
nepropojené části obvodu i studené spoje a teprve na posledních místech statistiky figurují u
běžné produkce poruchy aktivních součástek nebo dynamické poruchy. Součástky je potřeba
testovat a zahořovat před osazením Samotné poruchy propojovací sítě - převážně zkraty -
tvoří
podle zkušenosti 50 až 80 % všech závad. Proto tester, který dokáže rychle odhalit a

360 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
lokalizovat běžné nebo "banální" závady, může značně zvýšit průchodnost celého výrobního
procesu. Ze statistiky výskytu závad plyne i ten závěr, že testování obvykle není možné
zahájit funkčním testem, tj. připojení napájecího napětí, při zkratech apod. by mohlo dojít k
trvalému poškození některých součástek, především aktivních.
Metody FT a TPO se v případě číslicových desek výhodně doplňují: TPO se hodí pro
rychlou inspekci pro odstranění typických výrobních poruch, FT pro finální test funkce včetně
dynamických parametrů. V případě analogových nebo kombinovaných desek je TPO
nejvhodnějším prostředkem.
Obrázek 11.7:
Na obr. 11.7a je znázorněno použití samotného funkčního testeru (FT). Při větším objemu
výroby by se však mohl stát úzkým místem výrobní linky, především z hlediska lokalizace
závady. Na obr. 9.7b je znázorněno použití samotného testeru prvků v obvodu (TPO). Jeho
nasazení do výrobní linky je typicky mírně výhodnější než použití samotného funkčního
testeru z důvodů levnějšího programování a vyšší produktivity testování. Při použití testovací
strategie podle obr. 9.7c je testeru prvků v obvodu použito jako inspekčního testeru před
závěrečným funkčním testem. TPO odstraňuje "triviální" závady a urychluje průchod
funkčním testerem. Kombinace nasazení zmíněné testovací strategie je výhodná především v
prostředí výroby, kde je dosahováno nízké výtěžnosti desek. Na obr. 9.7d je znázorněn způsob
testování, kde funkční tester je využíván v režimu GO/NOGO (bez lokalizace závady) a kde
je provedení funkčního testu velmi rychlé. Tester prvků v obvodu se v takovém případě
používá pro rychlou lokalizaci poruch na vadných deskách. Kombinace je výhodná v
prostředí výroby s vysokou výtěžností desek. Na podkladě kombinací podle obr. 9.7c a 9.7d
lze navrhnout další kombinace s více testovacími pracovišti a různým umístěním střediska
opravy.
Poznámka: U TPO je bezpodmínečně nutné mít možnost kontaktovat vnitřní uzly
testované desky. Nestačí tedy jednoduché připojení přes konektor desky, jako v případě FT.
Používá se metody "fakirského lože" a u jednodušších testerů orientovaných na číslicové
desky existuje alternativní metoda připojení - vícepólovou sondou (klipem), která se ručně
postupně připojuje na jednotlivá testovaná pouzdra IO.
Existují desky, které se testují snáze a desky testovatelné nesnadno. Zásady snadné
testovatelnosti přitom platí do jisté míry nezávisle na použité metodě testování. Mezi faktory,
které komplikují testování, patří zejména:
- logická redundance,
- kombinování číslicových a analových obvodů nebo číslicových obvodů s různými
principy činnosti na jedné desce,
- složité nerozpojitelné zpětné vazby (znesnadňují lokalizaci poruchy),

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 361
- používání nestandardních obvodových řešení,
- používání více nesynchronizovaných generátorů na jedné desce,
- nadměrné používání monostabilních a asynchronních obvodů.
Každý návrhář obvodů však ví, že 100 % respektováním všech zásad dobré testovatelnosti
by mohla vzniknout deska, která by byla sice dobře testovatelná, ale neplnila by dobře svou
původní funkci nebo by byla nadměrně drahá. (Např. požadavek na rozpojitelnost zpětných
vazeb může vést k požadavku uzavírat zásadně všechny vazby vně desky, přes konektor - co
to znamená jen pro návrh plošného spoje a kabeláže, si lze lehce představit). Přesto by nebylo
dobré návrh dobře testovatelných desek podceňovat. V mnoha případech nejsou požadavky
testovatelnosti v rozporu s funkcí nebo hospodárností. Rozumným respektováním uvedených
požadavků se získávají přehlednější a srozumitelnější zapojení a používají se spolehlivá,
standardní zapojení. V případě TPO by mohlo vypracování konstrukčních zásad pro
umisťování kontrolních bodů uvnitř desky uspořit značné náklady při návrhu a realizaci
připojovacích adaptérů. Počet kontaktovaných bodů by mohl být asi o řád menší než u desek
navrhovaných bez ohledu na testování.
10.2.4 Diagnostika při uvádění do provozu, servis
Obsahem poslední, čtvrté kontrolní úrovně je uvedení zařízení do provozu u odběratele
(zákazníka). Jak už z názvu vyplývá, jedná se o ověřování funkce zařízení mimo prostory
výrobního závodu. Ověřování záleží na charakteru zařízení:
a) Zařízení je takového charakteru, že je dodáno jako celek k odběrateli s příslušnou
dokumentací, podle které si uživatel dovede ověřit správnou funkci buď samostatného
zařízení, nebo ve spojení s jiným zařízením vyráběným uživatelem (nebo někým
jiným).
b) Zařízení je charakteru, kdy je dodáno v rozebraném stavu na samostatné funkční bloky
(jednotky), má příslušnou dokumentaci a uživatel po sestavení ověří správnou funkci
zařízení stejně jako v bodě a).
c) Zařízení je charakteru, kdy je dodáno v rozebraném stavu a na jeho uvedení do provozu
je zapotřebí pracovníků tohoto výrobního
závodu, které zařízení vyrobilo (nebo jiného
pověřeného). Vlastní ověření provedou pracovníci výrobního závodu, mohou k tomu
použít i zkušebního zařízení, které pro tento účel přivezli s sebou.
d) Zařízení je opět charakteru, kdy je nutná montáž a uvedení do provozu u zákazníka, ale
uvedení do provozu dělá jiná než výrobní organizace (obvykle specializovaná na
poskytování servisu a zákaznických služeb). Taková organizace však obvykle úzce
spolupracuje s výrobcem zařízení při výběru zkušebních metod a zařízení.
Zvláštní částí zmiňované kontrolní úrovně je servis zařízení, a to jak v záruční době, tak
i mimo záruční dobu. Servis zařízení mohou dělat:
- obchodně-technické služby vlastního výrobního podniku, který má speciálně školené
pracovníky pro opravu svých vyráběných zařízení;
- jiná organizace mimo výrobní podnik, která přejímá veškerý servis počínaje doručením
dodávky zařízení k odběrateli; přitom výrobní podnik školí pracovníky té organizace,
která servis převzala.
Přitom servis, ať je zabezpečován jakýmkoliv z uvedených způsobů, musí disponovat
zkušebním a diagnostickým zařízením pro opravu zařízení. Servis lze dělat dvojím
způsobem:

362 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
- při opravě takového charakteru, kdy je možné zařízení převést k organizaci zajišťující
servis, nezáleží na to, jaká zkušební zařízení jsou k dispozici, není podmínka jejich
snadného transportování;
- při opravě, kdy je servis poskytován u uživatele, je nutné poskytnout servisní organizaci
zkušební a diagnostické prostředky, které lze snadno transportovat a přitom zabezpečují
možnost kvalitního testování jako zařízení stacionární.
V zásadě je možno opírat servis buď o vysoce kvalifikovaný personál a poměrně
jednoduché univerzální prostředky (přenosné logické analyzátory, servisní osciloskopy,
multimetry, čítače) a smířit se s nutností udržovat poměrně rozsáhlý inventář náhradních dílů
(desek), které je nutno skladovat a případně vozit k servisním zásahům, nebo zavést servisní
ATS. Druhá metoda je racionálnější, umožňuje snížit invetář náhradních dílů na minimum a
zkrátit dobu opravy. ATS vhodné pro servis obvykle vycházejí z velkých testerů používaných
ve výrobě. Jsou zjednodušeny a miniaturizovány za cenu mnohem menší produktivity (v
případě servisu to však nevadí). Zpravidla využívají testovacích programů sestavených pro
testery ve výrobě, což snižuje provozní náklady.
U některých vyspělých výrobců zejména v oblasti výpočetní techniky se prosazuje metoda
tzv. dálkové diagnostiky, kde součástí dodaného zařízení je diagnostický modul, který může
být po telefonní lince napojen na servisní středisko. Personál střediska provede dálkový test,
který alespoň zhruba lokalizuje poruchu, takže pracovník vyslaný na opravu jenom vyměňuje
vadný díl.
Zvláštní pozornost zasluhuje metoda příznakové analýzy. Jde totiž o velmi jednoduchou
testovací metodu použitelnou ve výrobě, ale zejména v servisu. Podstatou metody je vlastně
porovnávání funkce zkoušeného zařízení s funkcí zařízení zaručeně bezchybného. K
vyhodnocování funkce slouží jednoduchý přístroj - příznakový analyzátor. Analyzátorem
snímáme logickou aktivitu ve všech důležitých uzlech zapojení zkoušeného zařízení. Aktivitu
analyzátor zaznamenává, komprimuje data a výsledky udává ve formě šestnáctibitového
" příznaku" zapsaného ve formě čtyř pseudohexadecimálních číslic (aby je bylo možno
zobrazit na levných sedmisegmentových zobrazovacích prvcích).
Z praxe jsou také známy mnohé heuristické metody, které je často užitečné kombinovat s
metodami systematickými. Někdy jde o kuriózní postupy. Např. čichem lze někdy odkrýt
závady v přístrojích, často i předejít větším škodám (např. požáru). Nejznámnějším případem
využití čichu je zjištění pálícího se síťového transformátoru. Jiný, již méně nápadný zápach,
lze cítit při přetížení rezistorů. Cítíme-li při závadě v přístroji pach pálícího se bakelitu,
smaltu nebo jiné izolace, můžeme čichem vystopovat místo závady. Především v TV
přijímačích se při koronových výbojích můžeme setkat se známým ozonem, připomínajícím
svěží vzduch. Přítomnost ozonu nám může pomoci při hledání závady, není-li výboj tak silný,
aby byl provázen světelnými efekty. Jeho průvodním zjevem je také syčení, to však může být
slabé a překryto jinými zvuky. Příčinou koronového výboje bývá zvýšení napětí nad
přípustnou mez, vlhkost nebo ostrý výstupek v blízkosti vodiče s vysokým potenciálem, např.
nedostatečně uhlazené spájené místo. Je-li cítit ozon, je dobře neopomíjet tento varovný
signál a přesvědčit se jak vzniká, protože může být předzvěstí závažné poruchy přístroje.[ST
2/1958:72]

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 363
11 BEZPEČNOSTNÍ POŽADAVKY NA
ELEKTRONICKÁ ZAŘÍZENÍ
Bezpečnost provozu elektronických zařízení lze posuzovat v jednak v rovině ohrožení osob
úrazem, jednak z hlediska vzniku škod na samotném zařízení i jeho okolí. Ochrana před úrazy
elektrickým proudem jako součást ochrany lidského zdraví je obsažena v zákonných normách
států a její dodržování je striktně vyžadováno. Dokumenty specifikujících požadavky
technického charakteru a vztahujících se na konkrétní okruh výrobků jsou převážně technické
normy a podobné předpisy.
11.1 Legislativa a užití výrobků
Výrobci a prodejci výrobků mohou být vedeni k výrobě a prodeji výrobků splňujících
bezpečnostní požadavky přímo - např. formou jejich povinného testování a schvalování - ale, i
nepřímo např. důsledky zákonné odpovědnosti za škody vzniklé užitím výrobku. V našich
podmínkách je přitom vhodné připomenout zákon č. 30/1968 Sb. o státním zkušenictví ve
znění zákonů č.54/1978 Sb., č.194/1988 Sb. a č.479/92 Sb., který ukládá výrobci resp.
dovozci povinnost přihlásit ke schválení - před uvedením na trh - stanovené elektrotechnické
výrobky, materiály a zařízení, které jsou v České republice vyráběny nebo do ní dováženy.
Smyslem tohoto zákona je ochrana uživatelů před nebezpečím úrazu elektrickým proudem a
ochrana m ajetku a osob před škodami, které by užíváním těchto výrobků mohly vzniknout
( formou jej ich nepřipuštění do užívání, nesplňují-li požadavky na ně kladené). Zákon zahrnuje
i ochranu před rušením telekomunikací, škodlivým zářením, zdravotní nezávadností
konstrukčních materiálů výrobků a hlediska ekologická. Seznam výrobků, materiálů a
zařízení podléhající zkoušení stanovuje Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní
zkušebnictví. Bezpečnostní hledisko se prakticky uplatňuje u každého výrobku, je-li napájen
napětím vyšším než bezpečným. Vlastní zkoušení je náplní zkušebních laboratoří, přičemž jen
státem akreditované zkušebny mohou vydávat úředně uznávané dokumenty - osvědčení,
certifikáty..., vystavené na základě provedených zkoušek k nimž je zmíněná zkušebna
akreditována. Příkladem takové instituce s dlouholetou tradicí je EZÚ - Elektrotechnický
zkušební ústav, Praha. Právo označovat výrobek mezinárodně registrovanou značkou
bezpečnosti výrobku "ESČ" může získat ten výrobce, jehož výrobek byl schválen nebo
certifikován v EZÚ a výrobce se podrobil inspekci výrobního závodu inspektory EZÚ
("základní", dle pravidel CENELEC, dokument MC-6) a dále se podrobuje kontrolám
následným (dle dokumentu MC-7) . Zkušebnictví v podstatě prověřuje shodu výrobků s
požadavky konkrétních norem a předpisů platných na daném trhu, v dané zemi. Aby se zde
budoucí výrobek mohl uplatnit, je třeba, aby parametry bezpečnosti, jimi vyžadované byly
obsaženy již v zadání a přihlíželo se k nim již v etapě vývoje/konstrukce. 10.2 Bezpečnostní
požadavky výrobkově-normativního charakteru Na výrobky nejširšího použití popř. třídy
těchto výrobků (např. elektroinstalační výrobky, osvětlovací techniku, zařízení spotřební
elektroniky) existují většinou technické normy; u výrobků, pro které normativní materiály
neexistují, je vhodné hledat analogii s jinými výrobky a přihlédnout k jejich specifice. Např.
na elektronové mikroskopy je možno pohlížet jako na výrobky třídy elektronických
měřicích
přístrojů, ovšem při jejich provozu může při dostatečné energii paprsku vznikat Röntgenovo
záření, jehož velikost musí splňovat i hygienické předpisy na přípustnou expozici obsluhy.

364 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Bezpečnostní požadavky na elektronické přístroje. Užitečným příkladem normy, která stanoví
bezpečnostní požadavky a metody zkoušení výrobků přístrojového charakteru je ČSN
356501, odpovídající IEC 348 - 1979. Norma platí pro elektronické měřicí přístroje a jejich
příslušenství.
Rozlišuje čtyři bezpečnostní třídy přístrojů
třída 0 - přístroj má pouze základní izolaci a nemá ochrannou svorku
třída I - přístroj má alespoň základní izolaci a ochrannou svorku (je-li připojen k síti
ohebným kabelem, musí být ochranná svorka součástí síťové vidlice resp.
přívodky)
třída II - přístroj bez ochranného uzemnění, ale s jedním z následujících druhů izolace
a) s dvojitou a (nebo) zesílenou izolací všech částí
b) s dvojitou a (nebo) zesílenou izolací všech částí na těch částech, kde je to možné,
a u těch, kde to možné není s ochrannou impedancí
Pozn. má-li kromě izolace dle a), či b) ještě svorku pro ochranné uzemnění, pokládá se
za přístroj třídy I
Přístroje třídy II jsou označovány symbolem
třída III - přístroj určený k připojování k bezpečnému napětí, který nemá vnitřní nebo
vnější obvody na napětí větší než bezpečné
Izolace proti nebezpečnému napětí se rozlišují na základní, přídavné (ochranné), dvojité a
zesílené. Přídavná izolace doplňuje základní izolaci a chrání před úrazem při průrazu základní
izolace. Dvojitá zahrnuje základní a přídavnou izolaci. Zesílená je taková izolace, která
zabezpečuje stejnou ochranu jako dvojitá izolace.
Dále se rozlišuje část přístroje přímo spojená s napájecí sítí, v níž při spojení této části s
jiný pólem napájecí sítě vznikne proud nejméně 9A při neuzemněném přístroji, a část vodivě
spojenou s napájecí sítí, v níž při spojení s jiným pólem napájecí sítě přes odpor 2kW proteče
špičkový proud větší než 0,7 mA (při neuzemněném přístroji).
Přístroj musí být konstruován a vyroben tak, aby nepředstavoval nebezpečí nejen při
běžném používání, ale ani v případě poruch. Mimo ochrany osob před úrazem elektrickým
proudem, musí být zajištěna ochrana i před nadměrnými teplotami, zářením, uvolněnými
plyny, ultrazvukovým tlakem, důsledky exploze nebo imploze a nebezpečím ohně.
Bezpečnostním požadavkům musí přístroj vyhovět v celém rozsahu vnějších podmínek,
které jsou u něj výrobcem udávány. Tj. v celém rozpětí provozních teplot, vlhkosti, rozmezí
napájecího napětí...
K zajištění bezpečnosti patří tato konkrétní opatření eliminující škody vadnou osluhou a
manipulací; požární nebezpečí, úrazy :
- označení ovládacích prvků, přípojných míst - jednotnost (= jednoznačnost), úplnost,
doplňkové informace obsluze
Př. Označení měřicí zemnicí svorky , ochranné svorky, společné svorky měřicích a
řídicích obvodů; svorky, na nichž se může vyskytnout nebezpečné napětí větší než 1kV jsou
označeny červeným symbolem , u "plovoucích" vstupů a výstupů musí být uvedeno max.
povolené připojené napětí. Napájcí napětí stejnosměrné se značí, střídavé, možnost
napájení střídavým i stejnosměrným napětím; u držáku pojistek musí být uveden typ a
jmenovitá hodnota proudu výměnných tavných vložek; vyžaduje se vyznačení poloh

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 365
zapnuto/vypnuto síťoveho vypinače - nestačí indikace zapnutí signálkou. Údaj ! značí
nutnost seznámit se s důležitými údaji, uvedenými v dokumentaci.
Přihlíží se ke skutečnosti, že má být maximálně chráněna i osoba, která z přístroje za
pomoci nástroje sejme vnější kryt. I ve vnitřní zástavbě se části pod nebezpečným napětím
označují ( ).
- dimenzování zatížení součástek z hlediska vyvíjeného tepla a chlazení, volba materiálů
Př. Povolené oteplení činí až 35°C na povrchu vystavenému běžnému dotyku (ovládací
panel, kryt...), u chladičů výkonových tranzistorů, stabilizátorů, kde není vyloučen možný
dotyk obsluhy max.65°C. Použití jistících prvků - tepelných pojistek. vypinačů..- pro
ochranu před přehřátím v provozním i poruchovém stavu. Použití nehořlavých resp.
samozhášivých izolačních a konstrukčních materiálů, látek tepelně nedegradujících; krytí
součástek s vysokou provozní teplotou.
- izolace obvodů
Výskyt nebezpečného napětí na přístupných částech přístroje je nepřípustný. Za
dostatečnou izolaci se nepokládají povlaky z laku, oxidu, anodické vrstvy,
neimpregnovaného papíru, zálivky z kompaudu apod. zejména z důvodu jejich snadného
poškození, nízké životnosti. Od všech ostatních obvodů musí být dostatečně izolovány
zejména síťové obvody; u přístrojů s napájecím napětím do 500V se požaduje izolace min.
2MW pro základní izolaci přístrojů bezpečnostní třídy I a II, 5MW pro přídavnou izolaci a
7MW pro dvojitou a zesílenou izolaci. Izolace síťové části vůči ostatním obvodům musí být
podrobena zkoušce vysokým napětím. Zkušební napětí pro přístroje třídy I s napájecím
napětím do 250V je 1500V, 50Hz; doba zkoušky 1 minuta.
- jistící a ochranné obvody
K nadproudové ochraně se užívají pojistky, jističe, elektromechanické a elektronické
prvky a obvody. Jejich funkce se testuje pomocí zkušebních poruch a to tak, že se sleduje
působení vždy jen jedné poruchy Příkladem je zkratování diody usměrňovače na
sekundárním vinutí síťového transformátoru. Při systémovém návrhu je nutno dbát na
zabránění situaci, kdy by došlo k nežádoucímu provoznímu stavu, či poruše, běžnou
činností obsluhy. Řešení takových ochran přihlíží k logickým souvislostem činnosti
přístroje a musí vyloučit např. nevhodný sled zapínání dílčích obvodů, hazardní stavy
řízení (i SW)...

366 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
12 PŘÍLOHA: KONTROLA KONSTRUKČNÍHO
NÁVRHU
Všeobecné zásady
1) Vyhovuje řešení platným normám ČSN (tč. je přechodné období, kdy platnost některých
norem je sporná, ovšem normy týkající se bezpečnosti je třeba dodržovat), doporučením
IEC a jiným aplikovaným předpisům?
2) Byly zjištěny a vzaty v úvahu tyto faktory:
- příkon
- hmotnost a rozměry
- materiálové a výrobní náklady
- spolehlivost ("MTBF", "MTTR")?
3) Jsou předvídatelné požadavky realizovatelné malými změnami již nyní? (např.
přizpůsobené plošné spoje, rezervní svorky apod.)
4) Jsou části a celý systém lehce testovatelný? Byly navrhnuté zkušební přípravky? Měla
zkušebna připomínky k návrhu?
5) Byly použité prvky vybrány z doporučeného sortimentu nebo ze standardních zásob
podniku? Nebylo možné použít některé již vyvinuté nebo vyrobené celky z jiných
výrobků?
6) Byla zvážená "vyrobitelnost"? Měla výroba připomínky?
7) Do jaké míry je řešení odolné vůči protichůdným příkazům obsluhy a vůči mechanickému
poškození? (Použijte svoji představivost! Obsluha to určitě udělá.)
8) Dají se jednotky nebo jiné celky lehce vyměňovat nebo demontovat?
9) Nezpůsobí některá porucha řetězovou reakci dalších poruch?
Polovodičové součástky
1) Pracují tranzistory při napětí menším než 80% UCEmax, UBEmax a v mezích povolené
výkonové ztráty? Mají dostatečně dimenzovaný chladič?
2) Jsou v obvodech s tyristory požadovány adekvátní mezní hodnoty jednotlivých tyristorů?
3) Jsou patřičně ošetřené indukční zátěže? (diody, členy RC, nelineární prvky.)
4) Tam, kde je to potřebné, jsou tranzistory párované a vhodně chlazené?
5) Dá se místo diskrétních prvků použít integrovaný obvod kvůli úspoře místa nebo nákladů?
6) Překontrolovali jste skutečné zapojení vývodů prvků s návrhem plošného spoje? (umístění
vývodů tranzistorů je v katalogu kresleno při pohledu zespodu, ale u pouzder DIL zhora!)
7) Pro jištění a ochranu výkonových prvků byly použity rychlé tavné pojistky nebo napájecí
zdroje s nadproudovou ochranou?
Kondenzátory
1) Jsou kondenzátory zatěžované na max 80% jmenovitého napětí?
2) Jsou připojené součástky schopné zvládnout nabíjecí a vybíjecí proudy bez následků?
3) Jsou paralelně k elektrolytickým kondenzátorům připojeny malé blokovací kondenzátory s
pevným dielektrikem? Mají velkokapacitní kondenzátory připojeny vybíjecí reziztory?
4) Byly dodrženy povolené teplotní tolerance?

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 367
Rezistory
1) Je výkonové zatížení rezistorů menší jako 80% jejich jmenovitého zatížení? Je uvážena
jejich povolená napěťová zatížitelnost?
2) Jsou v rychlých a vysokofrekvenčních obvodech použity rezistory s potlačenou
indukčností?
3) Byla přešetřena potřeba stability, přesnosti a šumu rezistorů? Je jejich výběr adekvátní
použití?
Proměnné prvky
1) Je nastavitelnost něčeho skutečně nevyhnutelná?
2) Jsou proměnné prvky vhodně označené? Zvětšuje se regulovaná veličina otáčením ve
směru hodinových ručiček?
3) Je podle možnosti jedno nastavení nezávislé na druhém? Změnou velikosti prvku se mění
pouze jedna veličina?
4) Je rozsah a citlivost proměnných prvků dostatečná? Jsou koncové dorazy dostatečně
pevné?
5) Jsou proměnné prvky přístupné i v sestaveném stavu zařízení? Je nastavovaný parametr
sledovatelný?
6) Jsou vhodně zajištěné prvky nastavené ve výrobě? Jsou umístěné tak, aby je obsluha
nemohla svévolně měnit?
7) Mají proměnné rezistory v sérii ochranný rezistor, aby nemohlo v koncové poloze dojít ke
zkratu? Je u reostatů běžec spojený s jedním koncem rezistoru, aby nemohlo dojít k
přerušení rezistoru?
8) Nedá se plynule nastavitelný prvek nahradit fixními hodnotami a volit je pájenými
propojkami?
Analogové prvky
1) Jsou vstupy a výstupy zesilovačů fyzicky i elektricky co nejvíce odděleny?
2) Byla širokopásmovým a vysokoziskovým prvkům věnována zvláštní pozornost? Má každý
zesilovač svoje vlastní vf blokovací kondenzátory v napájecích přívodech?
3) Dají se lineární prvky vybudit do nelineárního stavu? Obnoví se jejich lineární provoz
automaticky?
4) Jaký má vliv nelineární provoz zesilovačů na přenos a zpracování signálu?
5) Byl přešetřený efekt napěťové nesymetrie operačních zesilovačů na správnou činnost
obvodu? Je rychlost přeběhu ("slew rate") a rozkmit výstupního napětí dostatečný pro
danou aplikaci?
Plošné spoje
1) Bylo bezpodmínečně nutné použít vícevrstvou desku?
2) Jsou jednotlivé desky klíčované proti zasunutí do nesprávné pozice?
3)
Jsou na klišé nebo potiskem označené napájecí přívody, směr diod, polarita kondenzátorů,
čísla vývodů konektorů, orientace integrovaných obvodů a tranzistorů?
4) Kde to bylo možné, byly konektorové špičky vynechány kvůli minimalizaci možných
zkratů při opravách a oživování?
5) Jsou označené nastavitelné prvky?

368 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
6) Pro pojistky a žárovky byly použity patice a objímky?
7) Jsou citlivé přívody co nejkratší? Spoje vedoucí velký proud jsou dostatečně široké?
8) Teplé součástky jsou vzdálené od desky kvůli snížení přenosu tepla přes desku na okolní
prvky?
9) Dostaly hotové spoje určené do těžkých provozních podmínek patřičnou úpravu?
(lakování, zalévání apod.)
10) Nemůže nastat zkrat kovových pouzder tranzistorů s jinými součástkami ne desce,
případně se sousední deskou?
11) Je na desce vynechaný prostor pro případné rozšiřování v budoucnosti?
12) Je označení typu jednotky a výrobní číslo na klišé dobře viditelné a nezaměnitelné s
jinými nápisy?
Šum, vazby, poruchy
1) Je poloha citlivých vodičů a součástek bezpečně fixovaná?
2) Je vf blokování napájení v každé jednotce?
3) Silové vodiče, obzvláště k cívkám a k motorům, jsou izolované a odstíněné od signálových
(slaboproudých) obvodů a vodičů?
4) Je přenos signálů na větší vzdálenosti řešený způsobem zaručujícím maximální šumovou
imunitu? (diferenciální přenos, vyšší napětí, stínění vodičů apod.)
5) Náběžné hrany spouštěcích impulsů jsou monotónní?
6) Je síťový přívod filtrovaný a průřez vodičů dostatečný?
7) Zemnění je vedené do jednoho bodu?
8) Neovlivňují se různá napájecí napětí přes odbočky na transformátoru?
Rozhraní a propojení
1) Bylo použito standardizované rozmístění a označení vývodů?
2) Dají se propojovací kabely budit bez ztráty kvality přenosu? Jsou všechny zatěžovací
impedance přiměřené svým budičům?
3) Jsou obvody odolné vůči zkratu na výstupu, příp. vůči výstupu naprázdno (odpojení
zátěže)?
4) Byla prošetřená časová zpoždění a mají nějaký vliv na správnou činnost?
Napájení
1) Nastavení počátečního stavu obvodů po zapnutí je automatické nebo manuální? Je potřeba
určitá doba na ustálení teploty?
2) Způsobí odpojení jednoho nebo více zdrojů nevratnou poruchu, např. zničení některých
součástek?
3) Je zapotřebí dodržovat určitou posloupnost připojování nebo odpojování napájecích napětí?
Jestliže ano, je zabudované blokování?
4) Je možné připojit nebo odpojit síť v libovolném okamžiku?
5) Jaký má vliv opačné připojení stejnosměrného napětí?
Teplota, chlazení
1) Je zabezpečeno dostatečné chlazení ve všech pracovních režimech? Může být snížené
nedbalostí obsluhy? (např. stohováním papírů na skříňce apod.)

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 369
2) Vystačí přirozená konvekce vzduchu nebo je potřebný nucený oběh? Jestliže ano,
vyzkoušejte účinnost ventilátorů v navrhnutém zařízení.
3) Jsou osoby chráněné před dotykem na horké části?
4) Jsou součástky citlivé na teplo (umělé hmoty, tranzistory, elektrolytické kondenzátory
apod.) chráněné a dostatečně vzdálené od zdrojů tepla?
5) Byla zjišťována max. teplota okolí a prašnost v místě konečného nasazení?
6) Byly vyšetřované tepelné ztráty při nejhorších podmínkách (worst case conditions)?
URelé, stykače, elektromagnetyU
1) Byla prošetřena doba přítahu, odpadu a zakmitávání kontaktů?
2) Je nutné potlačení jiskření kontaktů? Jestliže ano, je navržený způsob účinný?
3) Jsou kontakty správně dimenzované?
4) Použití bezkontaktních spínačů je výhodné/nevýhodné?
5) Byl zjištěn záběrový a trvalý příkon cívky? Je cívka dimenzovaná na trvalé sepnutí?
6) Je předepsaná montážní poloha prvku a má tato vliv na jeho životnost?
UTlumivky, transformátoryU
1) Není síťový transformátor předimenzovaný/poddimenzovaný?
2) Neovlivňuje rozptylové magnetické pole jiné obvody? (např. vstupy nf zesilovačů)
3) Nezpůsobuje stejnosměrná složka proudu saturaci jádra? Je magnetický obvod z tohoto
hlediska dostatečně dimenzovaný?
4) Provozní teplota jádra a vinutí je vyhovující?
5) Je počítáno s odbočkami na sekundáru kvůli dodatečným malým úpravám výstupních
napětí?
UOvládací panely a rozvaděčeU
1) Ovládací a signalizační panel je řešený z hlediska ergonomických, funkčních a estetických
kritérií nebo byly prvky umístěné "tak, jak to vyšlo"?
2) Budou signálky dostatečně viditelné při okolním osvětlení a akustická návěstí výrazně
odlišná od okolního hluku? Bylo pro výstražnou signalizaci použito přerušované světlo?
3) Tlačítka a vypínače je v případě potřeby možné ovládat i v rukavicích?
4) Je dobrý přístup při opravách? Bylo pamatováno na montážní síťovou zásuvku, případně
osvětlení?
5) Při rozmisťování prvků do skříně byl zachovávaný určitý systém? Byl zkoumám vliv
otřesů a vibrací na upevnění a funkci všech elementů?
6) Svorkovnice jsou lehko přístupné a zřetelně označené? Je oddělena ovládací a signalizační
část od silové?
7) Je možná náhrada tavných pojistek jističi?
8) Průřezy spojovacích vodičů jsou adekvátně dimenzované a vhodně fixované?
9) Jsou sběrnice jednotlivých napětí označené zřetelně a ve smyslu platné ČSN?
UMateriálové a výrobní nákladyU
1) Je návrh podle možností bez speciálních elementů? (např. transformátory na zakázku,
speciální mechanické díly, úzkotolerantní rezistory, exotické polovodiče)

370 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
2) Je sortiment použitých součástek minimální?
3) Je jednotka nebo celek lehko sestavitelný a rychle testovatelný?
4) Byly použity perspektivní součástky? Tam, kde to bylo možné, byly použity laciné
součástky, případně s klesající tendencí ceny?
5) Ruční drátování je omezeno na minimum?
UZkoušení
1) Je výkresová dokumentace úplná a odpovídající skutečnosti?
2) Jsou měrné body umístěné tak, že jsou přístupné i v konečné sestavě?
3) Mohou se měrné body zkratovat na zem bez nebezpečí?
4) Jsou měrné body patřičně označené a shodně s výkresy? Je ze schémat zřejmá funkce
obvodů?
5) Byly vypracované měřicí předpisy a popis funkce a činnosti všech obvodů?

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 371
13 LITERATURA
[1] MUSIL, V.: Ekonomika a řízení II. Skriptum VUT FE, Brno, Ed. stř. VUT 1987.
[2] VRBA, K. - VRBA, K.: Ekonomika a řízení II. Skriptum VUT FE, Praha, SNTL 1984.
[3] FILKA, M. - VRBA, K.: Telekomunikační projekty. Specializované přednášky. Skriptum VUT FE, Brno, Ed. stř. VUT 1989.
[4] FILKA, M. a kol.: Diplomní semináře - telekomunikace. Skriptum VUT FE. Ed. stř. VUT, Brno 1989.
[5] BAKER, D. aj.: Physical Design of Electronic Systems. Vol. I. Design Technology. Vol. II. Materials Technology. Vol. III. Integrated
Device and Connection Technology. Vol. IV. Design Process. Prentice - Hall, 1970.
[6] PETŘINA, J.: Konstrukce a spolehlivost elektronických zařízení. Praha, SNTL 1964.
[7] BEDNAŘÍK, J. a kol.: Elektronická zařízení. Zásady pro navrhování. Praha, SNTL 1967.
[8] ČÁSENSKÝ, M. - MAÒAS, S.: Metodika konstruování. Skriptum ČVUT FS. Praha, Ed. stř. ČVUT 1990.
[9] BRACHTL, I.: Konstrukce počítačù I. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1988.
[10] BRACHTL, I.: Konstrukce počítačù II. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1986.
[11] DVOŘÁK, V.: Konstrukce počítačù. Skriptum VUT FE. Praha, SNTL 1986.
[12] URBÁNEK, J. - VACKÁŘ, J.: Technologie elektronických zařízení I. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT, 1982.
[13] VACKÁŘ, J.: Technologie elektronických zařízení II. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1983.
[14] TRNKA, J. - MOOS, P.: Návrh telekomunikačních zařízení. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1983.
[15] NOVÁK, J.: Konstrukce a technologie spojovacích zařízení. Přednášky. Skriptum ČVUT FEL. Ed. stř. ČVUT, Praha 1986.
[16] JÁNEŠOVÁ, E. - NOVÁK, J.: Konstrukce a technologie spojovacích zařízení. Cvičení. Skriptum ČVUT FEL. Ed. stř. ČVUT, Praha
1984.
[17] URBÁNEK, J.: Výroba sdělovacích zařízení drátových. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1981.
[18] ŠAVEL, J.: Výrobní procesy II. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1987.
[19] KALÁB, P. - KEBRLE, O. - ZATLOUKAL, M.: Výrobní procesy II. Skriptum VUT FE. Brno, Ed. stř. VUT 1986.
[20] KRÁL, J.: Technologie výroby elektrických přístrojù. Skriptum VUT FE. Praha, SNTL 1982.
[21] NEČÁSEK, S. - JANEČEK, J. - RAMBOUSEK, J.: Elektronické a elektroakustické součástky. Jejich volba a použití. Praha, SNTL/
Alfa 1985.
[22] CHARINSKIJ, A.L.: Konstrukce radiotechnických prvkù. Praha, SNTL 1962.
[23] HOFT, H.: Pasívní součástky pro elektroniku. Praha, SNTL 1983.
[24] RYŠÁNEK, V.: Součástková základna slaboproudá I. a II. Skripta ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1983.
[25] URBÁNEK, J. a kol.: Technologie elektronických součástek. Laboratorní cvičení I. Skriptum ČVUT, Praha, Ed. stř. ČVUT 1987.
[26] ŠEBOR, M.: Odstavce z technologie elektronických měřících přístrojù. ST, 1974, č. 5, s. 183 - 184.
[27] HANLÍČEK, D.: Metaloxidové vrstvové odpory. ST, 1978, č. 3, s. 107 - 109.
[28] GOGELA, J.: Zlepšená řada přesných stabilních odporù s kovovou vrstvou TR161 až TR164. ST, 1981, č. 4, s. 137- -138.
[29] HANZLÍČEK, D.: Nová řada uhlíkových vrstvových odporù TR211 až TR217. ST, 1980, č. 1, s. 19 - 22.
[30] HANZLÍČEK, D.: Metaloxidové vrstvové rezistory TR223 až TR226. ST, 1989, č. 2, s. 55 - 57.
[31] BURIÁNEK, R.: Jak se chovají vrstvové odpory při frekvencích 10 - 200 Mc/s. ST, 1953, č. 6, s. 172 - 173.
[32] BURIÁNEK, R.: Kmitočtová závislost vrstvových rezistorù. ST, 1963, č. 8, s. 314.
[33] HANZLÍČEK, D.: Vysokoohmové a vysokonapěové rezistory. ST, 1991, č. 5, s. 175.
[34] STÁREK, J.: O vlivu vlastního zahřívání rezistorù. SO, 40, 1979, č. 2, s. 88 - 90.
[35] SMETANA, P.: Jednoduchá úprava prùběhu potenciometrù. AR-A, 1980, č. 9, s. 384 - 389.
[36] DANČÍK, B. - BURSA, J.: Nové druhy odporových vrstev pro měnitelné odpory a potenciometry. ST, 1966, č. 12, s. 451.
[37] STUPKA, J.: Přechodové odpory v radiotechnice. ST, 1960, č. 2, s. 56 - 57.
[38] SZENDIUCH, I.: Proudový šum odporù a potenciometrù a zjištění jeho velikosti. ST, 1968, č. 6, s. 216.
[39] SZENDIUCH, I.: Pùsobení kontaktního přechodu v elektronickém obvodu. ST, 1969, č. 5, s. 146 - 147.
[40] KINSKÝ, V.: Některá neobvyklá použití žárovek. ST, 1957, č. 8, s. 242 - 244.
[41] ANTOŠ, J.: Napěově závislé odpory. ST, 1965, č. 11, s. 414 - 415.
[42] TUČEK, Z.: Provozní, špičkové, zkušební a prùrazné napětí kondenzátorù. ST, 1953, č. 12, s. 359 - 360.
[43] ANTOŠ, J.: Volba kondenzátorù. ST, 1966, č. 1, s. 18 - - 19.
[44] SELLNER, V.: Kondenzátor je když ... ST, 1984, č. 1 , s. 23 - 27.
[45] SELLNER, R.: Ztrátový činitel kondenzátorù a spolehlivost elektronických přistrojù. ST, č. 4, s. 129 - 132.
[46] RETÍK, J.: Monolitické keramické kondenzátory. AR-A, 1985, č. 6, s. 214 - 216.
[47] RETÍK, J. - HUŠEK, B.: Keramické kondenzátory. AR, 1973, č. 8, s. 303 - 304.
[48] SELLNER, V.: Ztrátový činitel kondenzátorù a spolehlivost elektronických přístrojù. ST, 1986, č. 4, s. 129 - 132.
[49] KABEŠ, K.: Měření dielektrické absorpce kondenzátoru. ST, 1968, č. 9, s. 342.
[50] STUPKA, J.: Dielektrická absorpce kondenzátorù. ST, 1975, č. 1, s. 12 - 13.
[51] SEDLÁČEK, M.: Rozbor chyb integrace napětí elektronickým analogovým integrátorem v časové oblasti. SO, 40, 1979, č. 2, s. 57
- 63.
[52] NĚMEC, A.: Elektrolytické kondenzátory a jejich vlastnosti. Konstrukční příloha časopisu AR 1984, s. 69 - 74.
[53] BĚLOHUBÝ, R. - KRUML, J.: Hliníkový elektrolytický kondenzátor s pevným elektrolytem. ST, 1968, č. 9, s. 337 - 338.
[54] DRAŠAR, M.: Tantalový kondenzátor s tekutým elektrolytem. ST, 1971, č. 9, s. 291 - 294.
[55] RUŽINSKÝ, M.: Dielektrické tenké vrstvy v elektrolytických kondenzátoroch. SO, 38, 1977, č. 5, s. 233 - 234.
[56] OLACH, O.: Jednosmerná kapacita elektrolytických kondenzátorov. SO, 46, 1985, č. 12, s. 580 - 584.
[57] POSLT, Z.: Co jsou to thermistory. ST, 1954, č. 3, s. 67 - 70.
[58] ROTH, L.: Typy československých termistorù. ST, 1962, č. 3, s. 91 - 94
[59] VEPŘEK, J.: Termistory a jejich použití pro měření neelektrických veličin. SO, 23, 1962, č. 4, s. P17 - - P24.
[60] ROTH, L.: Termistory s kladným teplotním koeficientem. ST, 1964, č. 8, s. 284 - 287.
[61] DOČKÁLEK, A.: Aplikace termistorù s kladným teplotním koeficientem. ST, 1964, č. 9, s. 343 - 345.
[62] KOLOMAZNÍK, K. - NOVOTNÝ, M.: Nové typy perličkových termistorù čs. výroby pro měření teploty. ST, 1970, č. 10, s. 298 - 299.
[63] JANSA, J.: Termistory. ST, 1983, č. 7, s. 259 - 262.
[ ] REINBOTH, H.: Vlastnosti a použití magnetických materiálù. SNTL, Praha 1975.
[64] ŠAVEL, J.: Přehled ferromagnetických materiálù. ST, 1957, č. 10, s. 302 - 306.
[65] HROUDNÝ, L.: Kysličníkové magnetické materiály - ferrity. ST, 1961, č. 5, s. 176 - 178.
[66] TISCHER, Z.: Druhy a vlastnosti magneticky měkkých materiálù naší výroby. ST, 1963, č. 5, s. 162 - 166.

372 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
[67] PETREK, J.: Čs. feritové materiály. AR, 1968, č. 7, s. 263 - 266.
[68] KRISTOFOVIČ, G.: Vlastnosti magneticky měkkých feritù. AR, 1976, č. 1, s. 29 - 30, č. 2, s. 68 - 71, č. 3, s. 108 - 110.
[69] MERHAUT, J.: Konstrukce a výpočet permanentních magnetù. ST, 1968, č. 6, s. 211 - 213.
[70] TAMELE, J.: Miniaturní cívky na feritových tyčinkách. ST, 1963, č. 3, s. 338 - 342.
[71] KOČÍ, L.: Dělení feritových tyček. AR, 1971, č. 8, s. 285.
[72] KAŠŠA, V.: Miniatúrne feritové cievky pre rozhlasové prijímače. ST, 1964, č. 6, s. 218 - 219.
[73] BENEDIKT, V.: Induktivní anténa s feritovým jádrem. ST, 1956, č. 6, s. 163 - 165.
[74] HROUDNÝ, L.: Ferritové přijímací antény. ST, 1963, č. 4, s. 130 - 133.
[75] BLABLA, J.: Prùchodkové prvky s ferritovým jádrem. ST, 1958, č. 8, s. 313.
[76] DUŠÁNEK, V.: Feritové toroidní cívky. AR, 1975, č. 9, s. 355 - 356.
[77] Toroidy z prodejny svazarmu. AR, 1974, č. 12, s. 469 - - 470.
[78] PETREK, J.: Feritová hrníčková jádra. AR, 1975, č. 9 a č. 10.
[79] PETREK, J.: Návrh cívek s feritovými hrníčkovými jádry. AR-A, 1976, č. 11, s. 419 - 422, č. 12, s. 457 - - 463.
[80] PETŘÍK, P.: Návrh cívek s feritovými hrníčkovými jádry II. Konstrukční příloha AR, 1988, s. 56 - 65.
[81] FAKTOR, Z. - REJMÁNEK, M. - ŠIMEK, B.: Transformátory a laděné cívky pro sdělovací techniku. Praha, SNTL 1968.
[82] NEČÁSEK, S.: Radiotechnika do kapsy. Praha, SNTL 1981.
[83] PROVAZ, J.: Význam teplotní kompenzace kmitočtu vf. obvodù. ST, 1956, č. 1, s. 11 - 14.
[84] Teplotní koeficienty. ST, 1956, č. 3, s. 77 - 80.
[85] Výpočet TK indukčnosti. ST, 1956, č. 8, s. 226 - 230.
[86] PROVAZ, J.: Teplotní kompenzace kmitočtu vysokofrekvenčních obvodù. Praha, SNTL 1958.
[87] REJMÁNEK, M.: Subminiaturní mezifrekvenční transformátor čs. výroby. ST, 1956, č. 7, s. 196 - 198.
[88] REJMÁNEK, M.: Mezifrekvenční transformátor pro náročnější přijímače. ST, 1955, č. 9, s. 266 - 268.
[89] ŠIMÙNEK, Z.: K laboratorní a výrobní praxi s mf. transformátory v rohlasových přijímačích. ST, 1961, č. 1, s. 19 - 22.
[90] REJMÁNEK, M.: Mezifrekvenční trasformátor pro úzkopásmové mf zesilovače 10 až 40 MHz. ST, 1960, č. 5, s. 174 - 175.
[91] REJMÁNEK, M.: Hermetisovaný mezifrekvenční transformátor. ST, 1960, č. 6, s. 213 - 214.
[92] DOČEKAL, J.: Hermetisovaný mf. transformátor s uzavřeným magnetickým obvodem. ST, 1961, č. 6, s. 204 - - 205.
[93] FAKTOR, Z.: Současný stav měřící techniky cívek. SO, 46, 1985, č. 2, s. 81 -83.
[94] VÍAZ, I.: Širokopásmové transformátory. SO, 47, 1986, č. 1, s. 14 - 22.
[95] LAÒKA, Z.: Význačné kmitočty rezonančních obvodù. SO, 46, 1985, č. 9, s. 424 - 427.
[96] SHRBENÝ, S. - TRENDA, J.: Výroba vinutých transformátorových jader. ST, 1960, č. 9, s. 334.
[97] POHANKA, J.: Stavba síových transformátorù. Praha, SNTL, 1960.
[98] VAŠÍČEK, A.: Typizované napájecí transformátory a vyhlazovací tlumivky. Praha, SNTL 1963.
[99] Návrh síových transformátorù. AR, 1975, č. 3, s. 90 - - 92.
[100] Jak na to. AR, 1966, č. 2, s. 5 - 7, č. 3, s. 26 - - 27.
[101] KABEŠ, K.: Výpočet normalizovaných transformátorù. ST, 1956, č. 2, s. 42 - 45.
[102] TUČEK, Z.: Normalizované napájecí transformátory Adast. ST, 1960, č. 12, s. 462 - 464.
[103] PACÁK, M.: Grafický postup návrhu napájecího transformátoru. ST, 1969, č. 1, s. 20 - 22.
[104] SVOZIL, M.: Výpočet transformátorù na jádrech C. ST, 1959, č. 8, s. 284 - 288.
[105] SVOZIL, M.: Ještě transformátory na jádrech C. ST, 1960, č. 2, s. 54 - 55.
[106] SVOZIL, M.: Vlastnosti jader C v podmínkách stejnosměrné předmagnetizace. ST, 1961, č. 10, s. 368 - - 370.
[107] FAKTOR, Z. a j.: Výkonové transformátorky s jádry C. ST, 1980, č. 3, s. 87 - 91.
[108] SVOZIL, M.: Návrh předmagnetovaných indukčností na jádrech C. ST, 1962, č. 4, s. 133 - 137.
[109] KOPŘIVA, J.: Napájecí transformátory vyšších technických kmitočtù s jádry C. ST, 1960, č. 7, s. 242 - 243.
[110] ŽEŽULKA, R.: Držáky jader C a jejich vlastnosti. ST, 1961, č. 8, s. 283 - 284.
[111] HROMÁDKA, L.: Jednoduchá konstrukce držáku jader C. ST, 1963, č. 1, s. 25.
[112] KABEŠ, K.: Transformátorové plechy s řezem MD. ST, 1963, č. 3, s. 100 - 101.
[113] ŠEBOR, M.: Malé napájecí transformátory. ST, 1979, č. 2, s. 67 - 71.
[114] PRÙCHA, S.: Výpočet sdělovacích transformátorù. ST, 1956, č. 5, s. 150 - 153.
[115] REJMÁNEK, M.: Řada miniaturních nízkofrekvenčních transformátorù. ST, 1959, č. 12, s. 442 - 447.
[116] FIALA, V.: Výstupní transformátory pro kvalitní reprodukci. ST, 1958, č. 2, s. 64.
[117] K výpočtu nízkofrekvenčních sdělovacích transformátorù. ST, 1960, č. 7, s. 252 - 254.
[118] FAKTOR, Z. - ŠÁLEK, V.: Feritová jádra E. ST, 1962, č. 11, s. 402 - 408.
[119] FAKTOR, Z.: K návrhu miniaturních sdělovacích transformátorù. ST, 1958, č. 12, s. 446 - 449.
[120] Výpočet převodního transformátoru. ST, 1953, č. 9, s. 272.
[121] SVITOK, P.: Ako dimenzova malý regulačný autotransformátor? ST, 1954, č. 11, s. 332 - 334.
[122] ŠTOČEK, F.: Výpočet elektrických vinutí. ST, 1954, č. 11, s. 327 - 332.
[123] Určení teploty transformátorù měřením odporu vinutí. ST, 1971, č. 1, s. 31.
[124] Kam s ním? ST, 1977, č. 7, s. 268.
[125] MIHÁLKA, P.: Ako opravi partiové transformátory. AR, 1969, č. 5 s. 187 - 188.
[126] LUKOVSKÝ, M.: Přibližné určení parametrù neznámého transformátoru. AR-A, 1976, č. 5, s. 170.
[127] KURKA, P.: Určení jmenovitého napětí a jmenovitého výkonu neznámého síového transformátoru. AR, 1970, č. 6, s. 205.
[128] KABEŠ, K.: Výpočet tlumivek s normalizovanými plechy řezu EI a M. ST, 1956, č. 12, s. 370 - 374.
[129] KOLOUCH, J.: Jednoduchý návrh tlumivky se stejnosměrnou předmagnetizací. ST, 1975, č. 1, s. 14 - - 15.
[130] KUNA, M. - DVOŘÁK, S.: Návrh vzduchové tlumivky s optimální geometrií. ST, 1977, č. 7, s. 242 - 244.
[131] KABEŠ, K.: Nomogram pro návrh tlumivek se stejnosměrnou předmagnetizací s normalizovaným jádrem. ST, 1963, č. 1, s. 38 - 40.
[132] TLAMSA, J.: Jazýčkové kontakty a relé. AR, 1966, č. 11, s. 20 - 21.
[133] ZÁCHEJ, K.: Výpočet vinutia relé. AR-A, 1979, č. 1, s. 25.
[134] KUCHTA, K.: Grafický návrh vinutí relé. AR-A, 1979, č. 2, s. 55 - 56.
[135] MAYER, A.: Solid state relay. ST, 1976, č. 5, s. 187 - 188.
[136] Relé a jejich použití. AR, 1968, č. 10, s. 375 - 382.
[137] ZELENKA, J.: Piezoelektrické rezonátory. SO, 23, 1962, č. 12, s. P73 - P80.
[138] HAVELKA, V.: Nízkofrekvenční piezoelektrické rezonátory. ST, 1961, č. 11, s. 409 - 414.
[139] ŠOLC, I.: Co všechno nás zajímá na piezoelektrickém krystalu. ST, 1953, č. 7 - 8, s. 221 - 222.
[140] OBRAZ, J.: Zpùsob měření veličin náhradního obvodu piezoelektrických a elektrostrikčních látek. ST, 1956, č. 5, s. 145 - 146.
[141] HOFMANN, A.: Stanovení prvkù náhradního zapojení piezokeramických rezonátorù měřičem impedance. ST, 1982, č. 1, s. 13 - 15.
[142] NOSEK, J.: Nelineární elektrický náhradní obvod piezoelektrického rezonátoru. SO, 45, 1984, č. 3, s. 133 - 137.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 373
[143] PROCHÁZKA, J.: Chemická úprava krystalových výbrusù. AR, 1963, č. 12, s. 352 - 354.
[144] ERBEN, J.: Úprava krystalù nizkých kmitočtù. AR, 1970, č. 7, s. 76.
[145] MIKULASCHEK, A.: Problémy kalibrace a dlouhodobé frekvenční stability křemenných oscilátorù. ST, 1957, č. 10, s. 290 - 295.
[146] SOBOTKA, Z.: Přeladitelný krystalový oscilátor. ST, 1961, č. 1, s. 15 - 17.
[147] PAVLOVEC, J.: Frekvenční rozlaïování krystalových oscilátorù. SO, 42, 1981, č. 8, s. 378 - 384.
[148] PÁTÝ, J.: Rozbor některých typù krystalových oscilátorù. SO, 19, 1958, č. 3, s. 157 - 166.
[149] PAVLOVEC, J. - ŠRAMAR, J.: Krystalové jednotky a oscilátory. AR-B, 1987, č. 2, s. 42 - 61.
[150] DOČEKAL, J. - MACÙREK, I.: Piezokeramické filtry - moderní prvky soustředěné selektivity. ST, 1966, č. 7, s. 242 - 245.
[151] Krystalové oscilátory s invertory TTL. ST, 1984, č. 5, s. 167 - 168.
[152] HÁJEK, J.: Krystalové oscilátory s obvody TTL. ST, 1975, č. 11, s. 426 - 427.
[153] VACHALA, V.: Krystalové oscilátory s unipolárními integrovanými obvody. ST, 1986, č. 2, s. 44 - 46.
[154] Krystalové oscilátory. AR, 1974, č. 11, s. 435 - 437.
[155] ČERNOHLÁVEK, D. - STEFAN, O.: Keramická feroelektrika a jejich užití v systémech piezoelektrických filtrù. ST, 1966, č. 5, s.
168 - 170.
[156] KOLLMANN, M.: Širokopásmový krystalový filtr. ST, 1977, č. 3, s. 99 - 103.
[157] POMICHÁLEK, J.: Piezoelektrické rezonátory v syntéze aktivních filtrù RC. SO, 45, 1984, č. 12, s. 570 - 573.
[158] STEFAN, O.: Keramické monolitické piezoelektrické filtry. ST, 1970, č. 12, s. 366 - 368.
[159] BÉM, J. a kol.: Československé polovodičové součástky. Praha, SNTL 1971.
[160] BÉM, J a kol.: Československé polovodičové součástky II. Praha, SNTL 1979.
[161] STACH, J. a kol.: Československé integrované obvody. Praha, SNTL 1975.
[162] KARLOVSKÝ, J.: Zenerovy diody - historický omyl. ST, 1968, č. 10 - 11, s. 394 - 395.
[163] MATULÍK, F.: Nové stabilizačné diody KZ140 a KZ141. ST, 1974, č. 5, s. 173 - 174.
[164] TOMEŠ, M.: Šum zenerových diod. ST, 1965, č. 3, s. 82 - 84.
[165] Integrované Zenerovy diody. ST, 1982, č. 3, s. 89 - - 90.
[166] MATULÍK, F.: Schottkyho diódy a rýchle usmeròovacie diódy pre impulzové napájacie zdroje. ST, 1984, č. 8, s. 284 - 286.
[167] Schottkyho hradlové diody. ST, 1984, č.2, s. 54 - 56.
[168] DUDÍK, M. - MATULÍK, F.: Velmi rýchle výkonové diódy pre impulzné napájacie zdroje. ST, 1982, č. 1, s. 17 - - 20.
[169] KRUTÍLEK, F. - TRHLÍK, J.: Difusní výkonové diody TESLA. ST, 1966, č. 12, s. 452 - 459.
[170] KRUTÍLEK, F.: Kapacitní diody - varikapy. ST, 1966, č. 9, s. 332 - 334.
[171] BÍLÝ, K. - KRUPA, K.: Ladicí varaktory. ST, 1982, č. 2, s. 55 - 58.
[172] SVOBODA, V.: Varaktorové násobiče kmitočtu. AR, 1967, č. 10, s. 312.
[173] VRBA, J.: Celková a náhradní kapacita varaktoru. SO, 38, 1977, č. 10, s. 464 - 470.
[174] BÍLÝ, K.: Dioda PIN - princip a použití. ST, 1973, č. 10, s. 362 - 365.
[175] ŽALUD, V.: Útlumové články s diodami PIN. ST, 1976, č. 6, s. 226 - 227.
[176] ŽALUD, V.: Diodové fázové demodulátory. SO, 44, 1983, č. 10, s. 503 - 508.
[177] ŽALUD, V.: Diodové směšovače. ST, 1979, č. 8, s. 307 - 310.
[178] ČERVENÁK, J.: Fotoelektrické ovládacie a ochranné obvody so selénovými fotónkami. ST, 1961, č. 1, s. 2 - - 5.
[179] ČERVENÁK, J.: Selénové fotónky československej výroby. ST, 1960, č. 4, s. 139 - 144.
[180] VČELAŘ, J.: Vlastnosti křemíkových fotonek TESLA 1PP75. ST, 1964, č. 9, s. 323 - 325.
[181] BÉM, J.: Křemíková fotonka KP101. ST, 1970, č. 3 - 4, s. 93 - 94.
[182] Nové značení světelných diod SIEMENS. ST, 1986, č. 4, s. 138 - 140.
[183] ŠEVČÍK, B.: Nový germaniový tranzistor GS507. ST, 1968, č. 6, s. 202 - 204.
[184] KOUTNÍK, Z.: Nízkošumové tranzistory TESLA KC507 - KC509. ST, 1969, č. 8, s. 226 - 230.
[185] HÙLKA, Z.: Vlastnosti tranzistorù KC507 v oblasti malých kolektorových proudù. ST, 1971, č. 9, s. 281 - - 283.
[186] Tranzistor KC147 jako spínač. ST, 1973, č.12, s. 466.
[187] BÉM, J.: Křemíkové spínací tranzistory KSY62 a KSY63. ST, 1969, č. 1, s. 4 - 7.
[188] FOLVARČNÝ, R.: Vysokofrekvenční tranzistory TESLA KF167, KF173. ST, 1970, č. 12, s. 358 - 361.
[189] JUREČKA, J.: Vysokofrekvenční tranzistory TESLA KF257, KF258. ST, 1974, č. 4, s. 127 - 130.
[190] HÁJEK, J.: Vícenásobné tranzistory. ST, 1974, č. 1, s. 21 - 23.
[191] MACHALÍK, L. - KRYŠKE, M.: Integrované dvojice bipolárních tranzistorù NPN pro rozdílové zesilovače. ST, 1978, č. 5, s. 162 -
166.
[192] SLÍŽEK, R.: Nový typ tranzistorù TESLA - KD601. ST, 1969, č. 12, s. 359 - 360.
[193] MIKULENKA, F.: KD270, KD271 - Komplementární dvojice výkonových tranzistorù. ST, 1989, č. 8, s. 305 - 306.
[194] NEUMANN, P. - SPRINGER, V.: Sériové řazení tranzistorù. ST, 1963, č. 8, s. 295 - 299.
[195] KADLEC, V.: Paralelní řazení tranzistorù. ST, 1987, č. 5, s. 177 - 178.
[196] BUDÍNSKÝ, J.: Statické vlastnosti plošných tranzistorù v impulsovém provozu. SO, 20, 1959, č. 9, s. 570 - 577.
[197] HAVLÍK, L.: Spínací vlastnosti polovodičových součástek. ST, 1967, č. 5, s. 162 - 167.
[198] HÁJEK, J.: Tranzistor v obvodu střídavého proudu. ST, 1973, č. 2, s. 67.
[199] TRHLÍK, J.: Přetěžovací charakteristiky tranzistorù TESLA. ST, 1967, č. 9, s. 329 - 332.
[200] STACH, J.: Nepřímé hodnocení saturační časové konstanty tranzistorù. ST, 1968, č. 12, s. 433 - 435.
[201] STACH, J.: Mezní hodnoty tranzistorù. AR, 1967, č. 1, s. 8 - 11.
[202] STACH, J.: Jak používat údajù o zatížitelnosti výkonových tranzistorù. ST, 1973, č. 3, s. 205 - 208.
[203] HOTMAR, Z.: Možnosti a užití tranzistorù pracujících v lavinové oblasti charakteristiky. AR-R, 1981, č. 5, s. 24 - 26.
[204] HAVLÍK, L.: Lavinové generátory. Konstrukční příloha časopisu AR, 1982, s. 42 - 51.
[205] ŽALUD, V.: Tranzistory řízené elektrickým polem typu MOS. AR, 1968, č. 3, s. 104 - 105, č. 4, s. 136 - 137.
[206] BALÁŠ, J.: Výstupní charakteristiky MOS tranzistoru KF520 TESLA. ST, 1968, č. 10 - 11, s. 372 - 373.
[207] HRUBÝ, F.: Vlastnosti tranzistorù MOS TESLA - KF521. ST, 1970, č. 11, s. 325 - 329.
[208] PUČELÍK, J.: Nelineární převodník obdélníkového napětí na sinusové s tranzistorem MOS KF521. ST, 1974, č. 1, s. 3 - 4.
[209] HRUBÝ, F.: Dvojice tranzistorù MOS - KF552. ST, 1971, č. 10, s. 319 - 325.
[210] PELIKÁN, L.: Teplotní stabilizace obvodù s tranzistory MOS. ST, 1971, č. 9, s. 284 - 286.
[211] FADRHONS, J.: Kaskodový zesilovač pro KV s tranzistory MOSFET TESLA KF521. ST, 1971, č. 2, s. 44 - - 46.
[212] ŽALUD, V.: Tranzistory řízené elektrickým polem ve vstupních obvodech přijímačù. ST, 1969, č. 8, s. 241 - - 243.
[213] KIPNICH, H.D.: Tranzistory řízené polem MOS a PLL v přijímačích VKV. AR-A, 1983, č. 10, s. 373 - 375, č. 11, s. 429 - 431.
[214] PACÁK, M.: Polovodičový elektrometr. ST, 1971, č. 8, s. 249 - 252.
[215] ŽALUD, V.: FET v nízkofrekvenční technice. ST, 1970, č. 2, s. 41 - 44.
[216] MELÍŠEK, T.: Náhrada výkonového MOS FET. AR-A, 1984, č. 9, s. 336.

374 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
[217] ŽALUD, V.: Tranzistory V-MOS a jejich použití v lineárních obvodech. ST, 1980, č. 8, s. 301.
[218] Řízení výkonových tranzistorù MOS. ST, 1983, č. 5, s. 171 - 172.
[219] PARKAN, P. - PATÁK, Z.: Použití výkonových tranzistorù MOS u zdrojù a měničù elektrického napájení s impulsní regulací. ST,
1985, č. 6, s. 207 - 211.
[220] Další aplikace výkonových tranzistorù MOS. ST, 1985, č. 7, s. 261 - 264.
[221] Zacházení s elektrostaticky citlivými součástkami. AR-A, 1988, č. 7, s. 268 - 269.
[222] KOZA, V.: Ochrana tranzistoru MOSFET. AR-A, 1979, č. 10, s. 369.
[223] ŽALUD, V.: Tranzistor MESFET. ST, 1975, č. 10, s. 379 - 380.
[224] ŽALUD, V.: Mikrovlnné tranzistory. ST, 1977, č. 12, s. 471 - 473.
[225] ŽALUD, V.: Mikrovlnné tranzistory HEMT. ST, 1990, č. 1, s. 7 - 9.
[226] BUDĚJICKÝ, J. - KLÍMA, F.: Šum elektronických obvodù. Praha, SNTL 1962.
[227] ŽALUD, V. - KULEŠOV, V.N.: Polovodičové obvody s malým šumem. Praha, SNTL 1980.
[228] HORNA, O.A.: Šumové vlastnosti tranzistorù. ST, 1964, č. 9, s. 326 - 329.
[229] OCÁSEK, L. - ŠENFLUK, J.: Nízkofrekvenční šum tranzistorù. ST, 1978, č. 4, s. 131 - 136.
[230] ŽALUD, V.: Šum bipolárních tranzistorù při vyšších kmitočtech. ST, 1971, č. 8, s. 245 - 247.
[231] ŽALUD, V.: Co je to 'praskavý' šum a jak se měří. ST, 1975, č. 3, s. 107 - 108.
[232] ŽALUD, V.: Termický šum tranzistoru MOS. ST, 1968, č. 12, s. 436 - 438.
[233] ŽALUD, V.: Souhrnný pohled na vf šumové vlastnosti tranzistoru FET. ST, 1971, č. 3 - 4, s. 86 - 89.
[234] PLZÁK, J.: Program výpočtu vlastností zesilovače pomocí parametrù SsS. ST, 1978, č. 8, s. 307 - 309.
[235] ŽALUD, V.: Parametry Ss Sa jejich použití. ST, 1977, č. 11, s. 409 - 412.
[236] REGNARD, F.: Šumové parametry vybraných modifikovaných dvojbranù. SO, 45, 1984, č. 10, s. 490 - - 493.
[237] ŽALUD, V.: Nový princip optimalizace vstupních zesilovačù. SO, 40, 1979, č. 6, s. 291 - 293.
[238] HAVLÍK, L.: Stav měřící techniky tranzistorù ve světě. SO, 21, 1960, s. 89 - 96.
[239] HAVLÍK, L.: Některé metody měření vysokofrekvenčních tranzistorù. ST, 1958, č. 11, s. 424 - 426.
[240] HEJSEK, F. a j.: Statické spínací parametry tranzistorù a jejich měření. ST, 1968, č.2, s. 42 - 45.
[241] HAVLÍK, L.: Měření spínacích vlastností polovodičových diod. ST, 1969, č. 11, s. 325.
[242] HAVLÍK, L.: Měření spínacích dob tranzistorù bez osciloskopu. ST, 1970, č. 5, s. 130 - 133.
[243] BÉDA, A.Š.: Určenie parametrov u tranzistorov neznámeho typu. AR, 1972, č. 3, s. 98 - 99.
[244] Nejjednodušší měřiče tranzistorù a diod zapojených v obvodech. ST, 1968, č. 6, s. 226.
[245] MACH, J.: Vlastnosti triaku, zpùsoby řízení a ochrany. ST, 1973, č. 6, s. 209 - 212.
[246] PELIKÁN, L.: Polovodičové prvky dinistor, tyristor, diak, triak a kvadrak. ST, 1971, č. 11, s. 357 - 360.
[247] KRUTÍLEK, F.: Křemíkové tyristory. ST, 1967, č. 8, s. 282 - 286.
[248] RUČKA, M. - ARENDÁŠ, M.: Diac a triac. AR, 1972, č. 3, s. 108 - 109.
[249] HRUBÝ, F.: Zpùsoby řízení tyristorù a triakù. ST, 1974, č. 11, s. 407 - 410.
[250] HRUBÝ, F.: Integrovaný obvod pro fázové řízení triakù a tyristorù MAA436. ST, 1974, č. 12, s. 449 - 454.
[251] Měřič prùrazného napětí tyristorù. AR, 1973, č. 5, s. 178.
[252] Měřič prùrazného napětí diod. AR, 1968, č. 6, s. 228. [253] KELLNER, L.: Měřič prùrazného napětí tranzistorù. AR, 1971, č. 12, s.
450 - 451.
[254] ARENDÁŠ, M.: Jednoduchý zkoušeč tyristorù. AR-A, 1976, č. 3, s. 94.
[255] ČECH, K. - MACH, J.: Obvod RC jako ochranný článek polovodičových spínačù v obvodech s odporovou nebo mírně induktivní
zátěží. SO, 38, 1977, č. 5, s. 215 - - 225.
[256] ŽALUD, V.: Obvody s tranzistory UJT. AR, 1969, č. 12, s. 465 - 467.
[257] MACH, J.: Komplementární tranzistory jako řízený spínač. AR, 1975, č. 1, s. 20 - 22.
[258] HRUBÝ, F.: Polovodičové snímače tlaku. ST, 1979, č. 2, s. 49 - 53.
[259] PUNČOCHÁŘ, J.: Jeden symbol - tři rozdílné struktury. ST, 1990, č. 4, s. 131 - 134, č. 5, s. 169 - 171.
[260] PŘÍHODA, K.: Monolitické operační zesilovače I. ST, 1971, č. 9, s. 287 - 290.
[261] ZÍMA, J.: Monolitický operační zesilovač µA740. AR, 1971, č. 10, s. 384 - 387.
[262] HRUBÝ, F.: Vlastnosti operačních zesilovačù MAA741 a MAA741C. ST, 1978, č. 3, s. 82 - 86.
[263] Operační zesilovače MAA748 a MAA748C. ST, 1978, č. 6, s. 215 - 219.
[264] ZÍMA, J.: Monolitický operační zesilovač µA725. AR, 1971, č. 4 a 5, s. 330 - 332.
[265] STEHNO, I.: Operační zesilovače řady MAA725 Tesly Rožnov. ST, 1975, č. 6, s. 202 - 210.
[266] KABEŠ, K.: Použití operačních zesilovačù při vyšších kmitočtech. ST, 1978, č. 7, s. 247.
[267] MACHALÍK, L. - SLÍŽEK, R.: Vlastnosti a parametry integrovaných obvodù MDA2020 a MDA2010. ST, 1978, č. 4, s. 125 - 129.
[268] Integrovaný výkonový nízkofrekvenční zesilovač MDA2005. ST, 1991, č. 4, 5, 6.
[269] STRIČEK, F.: Vysokofrekvenčné lineárne obvody MA3005, MA3006. ST, 1971, č. 10, s. 314 - 318.
[270] KALVODA, R.: Offset a drift u operačních zesilovačù. ST, 1971, č. 10, s. 328 - 330.
[271] DOSTÁL, J.: Operační zesilovač. ST, 1969, č. 3 - 4, s. 84 - 88.
[272] DOSTÁL, J.: Operační zesilovač ve zpětnovazební síti. ST, 1969, č. 9 - 10, s. 265 - 272.
[273] DOSTÁL, J.: Operační zesilovač: zdroje, omezovače, boostery. ST, 1969, č. 12, s. 366 - 370.
[274] DOSTÁL, J.: Operační zesilovače. ST, 1970, č. 3 - 4, s. 76 - 82.
[275] ZÁBRANSKÝ, J.: Parametry nízkofrekvenčního zesilovače MDA2020 ve funkci výkonového operačního zesilovače. ST, 1985, č. 12,
s. 446 - 449.
[276] LOJEK, B.: Korekční obvody a jejich vliv na rychlost operačního zesilovače. ST, 1985, č. 8, s. 303 - 304.
[277] MOHAMED, Y.T.: Korekční obvody operačních zesilovačù. ST, 1973, č. 10, s. 366 - 368.
[278] PLZÁK, J.: Vyšetřování stability Bodovou metodou. ST, 1974, č. 5, s. 163 - 166.
[279] PUNČOCHÁŘ, J.: Souvislost mezi rychlostí přeběhu a činitelem nelineárního zkreslení u operačních zesilovačù. ST, 1980, č. 11, s.
417 - 420.
[280] PUNČOCHÁŘ, J.: Rozšíření pracovní oblasti operačního zesilovače. ST, 1988, č. 11, s. 423 - 424.
[281] PUNČOCHÁŘ, J.: Dynamické vlastnosti operačních zesilovačù a jejich orientační určení z katalogových údajù. ST, 1982, č. 4, s. 123 -
127.
[282] ŠVEC, A.: Jeden zpôsob frekvenčnej kompenzácie operačného zosilòovača MAA725 pre velké signály. ST, 1985, č. 7, s. 267 - 268.
[283] STŘÍŽ, V.: Značení integrovaných obvodù RFT z NDR. ST, 1989, č. 11, s. 422.
[284] Značení sovětských polovodičových součástek a integrovaných obvodù. ST, 1988, č. 2, s. 65 - 67.
[285] TUČEK, Z.: Normalizace schematických značek. ST, 1955, č. 3, s. 80 - 82.
[286] TUČEK, Z.: O dalším vývoji schematických značek pro elektroniku. ST, 1955, č. 4, s. 106 - 108.
[287] TUČEK, Z.: Nové normalizované schematické značky pro elektroniku. ST, 1962, č. 2, s. 42 - 46.

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 375
[288] TUČEK, Z.: Normalizace - typisace - unifikace - specializace. ST, 1962, č. 7, s. 242.
[289] TUČEK, Z.: Označování odporù a kondenzátorù. st, 1970, č. 6, s. 172 - 175.
[290] TUČEK, Z.: Kódové značení a označování odporù a kondenzátorù. ST, 1980, č. 6, s. 219 - 221.
[291] TUČEK, Z.: Kódové označování jmenovitých hodnot odporù a kapacit a jejich dovolených úchylek. SO, 40, 1979, č. 2, s. 94 - 96.
[292] TUČEK, Z.: K popisu schémat. AR-A, 1985, č. 10, s. 391 - 392, č. 11, s. 428.
[293] TUČEK, Z.: Normalizovaná čísla. SO, 46, 1985, č. 8, s. 400 - 402.
[294] TUČEK, Z.: Normalizované schématické značky odporù a kondenzátorù. SO, 42, 1981, č. 8, s. 409 - 410.
[295] TUČEK, Z.: Normalizované schématické značky pro lasery a masery. SO, 44, 1983, č. 5, s. 256 - 257.
[296] TUČEK, Z.: Normalizované schématické značky pro vlnovody. SO, 41, 1983, č. 6, s. 304 - 306.
[297] TUČEK, Z.: Normalizované schématické značky rádiových stanic. SO, 40, 1979, č. 6, s. 302 - 303.
[298] TUČEK, Z.: Sdělovací zásuvky a vidlice. ST, 1984, č. 1, s. 7 - 10.
[299] TUČEK, Z.: Schématické značky pro teorii elektrických obvodù. SO, 46, 1985, č. 5, s. 237 - 246.
[300] ČAJKA, J. - POSPÍŠIL, J.: K návrhu schématických značek pro teorii elektrických obvodù. SO, 48, 1987, č. 3, s. 146 - 147.
[301] TUREK, K. - ANDRLE, C.: K otázkám názvosloví a normalizace v oblasti přenosu světlovody. SO, 43, 1982, č. 7, s. 355 - 360.
[302] TUČEK, Z.: Značky nahrazující nápisy na přístrojích. ST, 1974, č. 7, s. 249 - 252.
[303] POHNER, B.: Normalizace odborného názvosloví. SO, 19, 1958, č. 6, s. 411.
[304] FOREJT, Z.: Základy tvoření odborných názvù. ST, 1961, č. 9, s. 344 - 345.
ULiteratura k elektromagnetické kompatibilitě
[305] SVOBODA, J. - VACULÍKOVÁ, P. - VONDRÁK, M. - ZEMAN, T.: Základy elektromagnetické kompatibility. Skriptum ČVUT
FEL. Praha, vydavatelství ČVUT 1993.
[306] SVOBODA, J.: Elektromagnetická kompatibilita-nutná podmínka k elektronizaci. ST, 1985, č. 10, s. 361 - 364.
[307] KARLOVSKÝ, J.: Elektromagnetická slučitelnost. ST, 1991, č. 6, s. 203 - 205.
[308] HAVLÍK, L.: Elektromagnetická kompatibilita. AR-A, 1992, č. 11, s. 527 - 529.
[309] Největší a nejmodernější evropská zkušebna EMK. ST, 1990, č. 8, s. 301.
[310] VOLIN, M. L.: Parazitní vazby a přenosy. Praha, SNTL 1970.
[311] TORNAU, F.: Elektrické rušivé vlivy v zařízení pro automatizaci a zpracování dat. Praha, SNTL 1978.
[312] SKÁLA, J.: Rušení a odrušování. AR-B, 1980, č. 2, s. 42 - 78.
[313] SKÁLA, J. - SKÁLOVÁ, A.: Rádiové (kmitočtové) spektrum a jeho ochrana. AR-B, 1992, č. 4, s. 123 - 151.
[...] VÁÒA, V. - HALAČKA, F.: Elektromagnetická kompatibilita v praxi. ST, 1993, č. 10, s. 390-392.
[314] Elektrické rušení a jeho vliv na citlivé obvody. ST, 1976, č. 8, s. 311.
[315] TUPTA, L.: Význam a podmienky tienenia a uzemnenia v meracej technike. ST, 1974, č. 10, s. 381 -382.
[316] TUPTA, L.: Závislost tienenia od uzemnenia. ST, 1969, č. 8, s. 238 - 240.
[317] TUPTA, L.: Tienenie z hladiska možnosti praktického využívania. SO, 35, 1974, č. 1, s. 28 - 31.
[318] KABEŠ, K.: Příčiny brumu nízkofrekvenčních zesilovačù. ST, 1957, č. 8, s. 244 - 247.
[319] KABEŠ, K.: Stínění magnetických polí. ST, 1957, č. 10, s. 295 - 299.
[320] STÁREK, J.: Střídávé relé jako zdroj řízení. SO, 38, 1977, č. 11, s. 531 - 533.
[321] SELLNER, V.: Stresy - příčina poškozování polovodičù a špatné činnosti elektronických přístrojù. ST, 1985, č. 10, s. 365 - 367.
[322] KUBEŠ, J.: Nebezpečí ze statické elektřiny. ST, 1965, č. 8, s. 294 - 296.
[323] ROUS, Z.: Kysličníkové varistory pro přípěovou ochranu zdělovacích zařízení. ST, 1985, č. 5, s. 185 - 186.
[324] ROUS, Z.: Užití miniaturních bleskojistek TESLA. ST, 1984, č. 11, s. 413 - 416.
[325] ROUS, Z.: Optoelektrické vazební členy jako ochrana sdělovacích zařízení proti vnějším elektrickým vlivùm. ST, 42, 1981, č. 5, s. 251
- 252.
[326] KLIKOŠ, M. - MOROZOVIČ, K. - ROUS, Z.: Pracoviště pro zkoušky odolnosti sdělovacích zařízení proti přepětí a nadproudu podle
ČSN 33 4000. ST, 1984, č. 7, s. 261 - 262.
[327] Přepěová ochrana přenosových zařízení. ST, 1978, č. 4, s. 143 - 144.
[328] KARLOVSKÝ, J.: Odrušovací kondenzátory TESKA. ST, 1992, č. 4, s. 137 - 139.
[329] JANSA, J.: Dvojité proudově kompenzované odrušovací tlumivky. AR-A, 1992, č. 7, s. 315 -316.
[330] ANDRAS, J.: Vysokofrekvenční filtry pro odrušovací účely. ST, 1968, č. 9, s. 332 - 336.
[331] PEŠTA, J.: Filtry proti rušení televize. AR, 1969, č. 4, s. 151 - 152.
[332] PRCHAL, J.: Triekové zdroje rušivých napětí. AR-A, 1977, č. 6, s. 223.
[333] VONDRÁK, J.: Filtry pro triakové regulátory. AR-A, 1977, č. 7 a 8.
[334] MRÁZ, A.: Rušenie rozhlasu, televízie a nf zosilòovačov amatérskymi vysielačmi a zposoby odstranenia. AR-A, 1977, č. 8, 9, 10.
[335] Marshman, C.: The Guide to the EMC Directive 89/336/EEC.
E.P.A Press, Wendens Ambo, Essex, 1992, ISBN 0 9517362 3X
[336] Paul, C.R.: Introduction to Electromagnetic Compatibility. J. Wiley, 1992, ISBN 0 471 54927 4, hbk L64
[337] Ott, H.W.: Noise Reduction Techniques in Electronic Systems. J. Wiley, 2nd ed., 1988.
[338] Goedbloed, J.: Electromagnetic Compatibility. Prentice Hall, 1992, ISBN 0 13 249293 8, hbk, 381 pp.
[339] Williams, T.: EMC for Product Designers. Meeting the European EMC Directive. Newnes, 1992, ISBN 0 7506 1264 9, 255 pp. pbk
L25.45
[340] Williams, T.: The Circuit Designer's Companion. Butterworth Heinemann, 1991, ISBN 0 7506 1142 1, hbk L25
[341] Benda, S.: Interference-free Electronics. Design and Applications. Studentlitteratur and Chartwell-Bratt, 1991, ISBN 0 86238 255 6,
pbk, 403 pp.
[342] Chatterton, P.A. - Houlden, M.A.: EMC: Electromagnetic Theory to Practical Design. J. Wiley, Chichester, 1992, ISBN 0 471 92878X
[343] Keiser, B.: Principles of Electromagnetic Compatibility. Artech House, 1987, ISBN 0 89006 206 4, 383pp. hbk L56-61
[344] Weston, D.A.: Electromagnetic Compatibility. Principles and Applications. Marcel Dekker, New York, 1991, ISBN 0 8247 8507 X,
686 pp., USD 132
[345] Clayton, R.R.: Introduction to Electromagnetic Compatibility. J. Wiley, New York, 1992, ISBN 0 471 54927 4
[346] Mills, J.P.: Electro-magnetic Interference. Reduction in Electronic Systems. Prentice Hall, Englewood Cliffs (NJ), 1993, ISBN 0 13
463902 2, hbk L37.50
[347] Morrison, R.: Noise and Other Interfering Signals. J.Wiley, New York, 1992, ISBN 0 471 54288 1, hbk, 143 pp, L35
[348] Morrison, R. - Lewis, W.H.: Grounding and Shielding in Facilities.J. Wiley, New York, 1990, ISBN 0 471 83807 1, hbk 40.50
[349] Morrison, R.: Grounding and Shielding in Instrumentation.J. Wiley, 3rd ed., 1986
[350] White, D.R.J.:EMI Control in the Design of Printed Circuit Boards and Backplanes. Don White Consultants, 1984, hbk
[351] Mardiguian, M.: Interference Control in Computers and Microprocessor-Based Equipment.DonWhite Consultants, 1984, hbk
[352] McAteer, O.J.: Electrostatic Discharge Control. McGraw-Hill, 1990, ISBN 0 07 044838 8, hbk L49.95
[353] Violette, N. - White, D.R.J. - Violette, M.: Electromagnetic Compatibility Handbook. Van Nostrand Reinhold, 1987

376 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
[354] Barnes, J.R.: Electronic System Design: Interference and Noise Control Techniques. Prentice-Hall, 1987.
[355] Fluke, J.C.: Controlling Conducted Emissions by Design. Van Nostrand Reinhold, 1991
[356] Nave, M.J.: Power Line Filter Design for Switched-Mode Power Supplies. Van Nostrand Reinhold, 1991
[357] Kolyer, J.M. - Watson, D.E.: ESD from A to Z. Electrostatic Discharge Control for Electronics.Van Nostrand Reinhold, New York,
1990, ISBN 0 442 00347 1, hbk L30.50
[358] Greason, W.D.:Electrostatic Damage in Electronics. Devices and Systems. Research Studies Press and J. Wiley, 1989, hbk L40ISBN 0
471 91539 4 (J. Wiley), 0 86380 053x (RSP)
[359] Boxleiter, W.: Electrostatic Discharge and Electronic Equipment: A Practical Guide for Designing to prevent ESD Problems.IEEE
Press, 1989
[360] Mardiguian, M.: Electrostatic Discharge: Understand, Stimulate, and Fix ESD Problems. Interface Control Technologies, 1986
[361] Bakoglu, H.B.: Circuits, Interconnections, and Packaging for VLSI. Addison-Wesley, 1990, ISBN 0 201 06008 6
[362] Goel, A.K.: High-Speed VLSI Interconnection Modelling, Analysis, and Simulation. J. Wiley, 1994, ISBN 0471 57122-9, USD 80
[363] PROCHÁZKA, M.: Měření konstant vysokofrekvenčních kabelù. ST, 1955, č. 9, s. 271 - 272.
[364] JELÍNEK, M.: Volba charakteristické impedance souosého vedení. ST, 1968, č. 1, s. 20 - 21.
[365] ČALFA, P.: Základní vlastnosti páskových vedení a ich aplikácia. ST, 1981, č. 3, s. 101.
[366] KUBÍČEK, Z.: Pásková vedení. ST, 1958, č. 4, s. 147 - 148.
[367] KLÍMA, F.: Několik poznámek ke koaxiálním kabelùm. ST, 1955, č. 9, s. 273.
[368] VEBRICH, O.: Príspevok k problematike tlmenia koaxiálnych káblov. SO, 47, 1986, č. 3, s. 274 - 278.
[369] SLANINKA, P.: Dielektrický model vysokofrekvenčního páskového káblu. SO, 46, 1985, č. 5, s. 223 - 228.
[370] Určení místa přerušení souosého kabelu. AR, 1966, č. 7, s. 24.
[371] AKSENOV, A. I. - GLUŠKOVA, D. N. - IVANOV, V. I.: Chlazení polovodičových součástek. Praha, SNTL 1975.
[372] ELBERG, S. - MATHONNET, P.: Odvod tepla s elektronických zařízení. Praha, SNTL 1983.
[373] KABEŠ, K.: Oteplování a chlazení elektronických přístrojù. ST, 1957, č. 4, s. 104 - 107.
[374] KUDLÁČEK, J.: Chlazení výkonových tranzistorù. ST, 1964, č. 3, s. 86 - 88.
[375] STACH, J.: Chlazení výkonových tranzistorù. AR, 1965, č. 10, s. 16 - 18.
[376] SLAVÍČEK, I.: Chlazení výkonových transistorù. ST, 1966, č. 10, s. 385 - 386.
[377] TESKA, V.: Chladiče pro polovodiče. AR, 1974, č. 9, s. 338 - 342.
[378] FOIT, J.: Určení tepelných odporù chladicích žeber. ST, 1976, č. 4, s. 135 - 136.
[379] BUDÍNSKÝ, J.: Odvádění tepla v elektronických zařízeních konvekcí. SO, 48, 1987, č. 5, s. 240 - 244.
[380] ŽILKA, Z.: Odhad teploty součástek při návrhu elektronického zařízení. SO, 51, 1990, č. 6, s. 244 - 248.
[381] HONOMICHL, V.: Jakost montáže vysokofrekvenčních tranzistorù na chladiče a její vliv na odvod tepla. SO, 46, 1985, č. 10, s. 486 -
487.
[382] HONOMICHL, V.: Vliv rovinnosti, drsnosti a plošného obsahu stykové plochy na tepelný styk tranzistoru s chladičem. SO, 47, 1986,
č. 8, s. 399 - 401.
[383] HONOMICHL, V.: Chlazení moderních elektronických počítačù. Automatizace, 29, 1986, č. 1, s. 20 - 22.
[384] HONOMICHL, V.: Rozbor odvodu tepla z integrovaných obvodù velké integrace. SO, 46, 1985, č. 8, s. 388 - 389.
[385] HONOMICHL, V.: Integrální chlazení integrovaných obvodù s velkým ztrátovým výkonem. SO, 46, 1985, č. 12, s. 596 - 598.
[386] FEJFAR, K.: Vliv utěsnění skříòových van na zvýšení účinnosti nuceného vzduchového chlazení elektronických součástek. SO, 46,
1985, č. 3, s. 150 - 152.
[387] FEJFAR, K.: Chlazení výkonového tranzistoru KD 503 ve stísněných prostorových podmínkách. ST, 1986, č. 10 - 11, s. 386 - 387.
[388] PŘIBYL, P.: Využití tepelných trubic v elektroakustice. ST, 1989, č. 5, s. 169 - 172.
[389] KABEŠ, K.: Účinné chlazení bez ventilátoru. ST, 1992, č. 8, s. 311.
[390] SCARLETT, J. A.: Plošné spoje pro mikroelektroniku. Praha, SNTL 1977.
[391] KLABAL, J.: Desky s plošnými spoji a jejich výroba. ELECTUS 91. Příloha časopisu amatérské rádio, s. 58 - 65.
[392] JELÍNEK, V. - HAVRÁNEK, M.: Pokovování otvorù v plošných spojích. Jemná mechanika a optika, 1974, č. 3, s. 79 - 84.
[393] PLENERT, O.: Seminář o vrtání plošných spojù číslicově řízenými vrtačkami. SO, 35, 1974, č. 4, s. 197 - 199.
[394] Plošné spoje u nás. ST, 1982, č. 3, s. 81 - 84.
[395] KOVÁČIKOVÁ, M.: Samozhášové vrstvené izolanty pre plošné spoje. ST, 1983, č. 11, s. 419 - 422.
[396] HOVORKOVÁ, K.: Spájkovanie a úprava zostavených dosiek s plošnými spojmi. ST, 1989, č. 6, s. 209 - 210.
[397] MUNZ, V.: Perspektivní pouzdra integrovaných obvodù pro telekomunikační zařízení. SO, 44, 1983, č. 12, s. 595 - 596.
[398] NOVOTNÝ, J.: Technologie povrchové montáže součástek bez vývodù. SO, 47, 1986, č. 8, s. 391 - 399.
[399] MACH, Z.: Technologie čipové montáže na desky plošných spojù. ST, 1990, č. 5, s. 167 - 168.
[400] CIPROVÁ, R.: Některé zkušenosti s pájením v povrchové montáži. SO, 49, 1988, č. 3, s. 146 - 148.
[401] ČSN 34 5770 Zkouška pájitelnosti a odolnosti při pájení. SO, 38, 1977, č. 8, s. 393.
[402] TESAŘÍK, B.: Účinnost leptání amoniakálních lázní. SO, 40, 1979, č. 3, s. 155 - 156.
[403] TESAŘÍK, B.: Amoniakální lázeò na leptání mědi. SO, 39, 1978, č. 7, s. 334 - 336.
[404] TESAŘÍK, B.: Metody zkoušení lázní na leptání mědi. SO, 45, 1984, č. 9, s. 441 - 442.
[405] VLK, M.: Ovíjené spoje. ST, 1965, č. 4, s. 127 - 129.
[406] NOVOTNÝ, J.: Technologie ovíjení spojù. ST, 1967, č. 5, s. 172 - 177.
[407] VACHEK, V.: Frézované plošné spoje. ST, 1968, č. 6, s. 225.
[408] Bosshart, W.C. Printed Circuit Boards Design and Technology Tato McGraw-Hill, New Delhi 1992, ISBN 0 07 451549 7, pbk L8.95
[409] Matisoff, B.S. Handbook of Electronics Packaging Design and Engineering Van Nostrad Reinhold, New York 1990, ISBN 0 442
26502 6, hbk L49
[401] Lund, P. Printed Circuit Board Precision Artwork Generation and Manufacturing Methods. Bishop Graphics (Cal.), 1986, ISBN 0 13
709601 1, hbk L45.65
[411] Lindsey, D. Digital Printed Circuit Design & Drafting. Bishop Graphics (Cal.), 1986, ISBN 0 13 214009 8, hbk L57.05
[412] Ginsberg, G.L. Printed Circuit Design McGraw-Hill, New York, 1991, ISBN 0 07 023309 8, hbk L 37.95
[413] Haskard, M.R. Electronic Circuit Card and Surface Mount Technology Prentice-Hall, 1992, ISBN 0 13 249988 6, pbk L16.95
[414] Scarlett, J.A. An Introduction to Printed Circuit Board Technology Electrochemical Publications, Ayr, 1984, ISBN 0 901150 16 9
[415] Scarlett, J.A. Printed Circuit Boards for Microelectronics Electrochemical Publications, Ayr, 1984, ISBN 0 901150 08 8
[416] Scarlett, J.A. The Multilayer Printed Circuit Board Handbook Electrochemical Publications, Ayr, 1984
[417] Leonida, G. Handbook of Printed Circuit Design, Manufacture, Components and AssemblyElectrotechnical Publications, Ayr, 1981,
ISBN 0 901150 09 6
[418] Noble, P.J.W.: Printed Circuit Board Assembly. Halsted Press (J. Wiley), New York, 1989, ISBN 0 335 15418 2
[419] Hamilton, G. A Guide to Printed Circuit Board Design Butterworths, London, 1984, ISBN 0 408 01398 2
[420] Sikonowitz, W. Designing and Creating Printed Circuits Hayden Book Comp., Rochelle Park (NJ), 1981, ISBN 0 8104 0964 X

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 377
[421] Combs, C.F. (ed.) Printed Circuits Handbook McGraw-Hill, New York, 3rd ed., 1988, ISBN 0 07 012609 7
[422] Kear, F.W. Printed Circuit Assembly Manufacturing Marcel Dekker, New York, 1987, ISBN 0 8247 7675 5
[423] Pawling, J.F. Surface Mounted Assemblies Electochemical Publications, Ayr, 1987, ISBN 0 901150 21 5
[424] Kirkpatrick, J.M Electronic Drafting and Printed Circuit Board Design Delmar Publishers, 1985, ISBN 0 8273 2315 8
[425] Hughes, F.W. Electronic Assembly Regents/Prentice Hall, 1992, ISBN 0 13 249731 X
[426] Seraphim, D.P. - Lasky, R. - Che, Yu Li Principles of Electronic PackagingMcGraw-Hill, New York, 1989, ISBN 0 07 056306 3, hbk
962p.
[427] Harper, C.A. Electronic Packaging and Interconnection Handbook McGraw-Hill, New York, 1991, ISBN 0 07 026684 0, hbk cca
1000p.
[428] Ginsberg, G.L. Electronic Equipment Packaging Technology Van Nostrand Reinhold, New York, 1992, ISBN 0 442 23818 5, hbk,
279p.
[429] Brindley, K. Electronics Assembly Newnes
[430] Clark, R.H. Printed Circuit Engineering. Optimizing for Manufacturability VanNostrand Reinhold, New York, 1989, ISBN 0 422
21115 5, hbk L41.50
[431] Hymes, L. (ed.) Clearing Printed Wiring Assemblies in Today's Environment VanNostrand Reinhold, 1991, ISBN 0 442 00275 0, hbk
L32.50
[432] Lea, C. A Scientific Guide to Surface Mount Technology. Electrochemical Publications, Ayr, 1988, ISBN 0 981150 22 3
[433] Starý, I. Teorie spolehlivosti Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1990.
[434] Hlavička, J. Diagnostika a spolehlivost číslicových systémù (doplòkové skriptum) Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1983.
[435] Hlavička, J. Diagnostika a spolehlivost číslicových systémù. Skriptum ČVUT FEL. Praha, Ed. stř. ČVUT 1989.
[436] Drábek, V. Spolehlivost a diagnostika. Skriptum VUT FE. Praha, SNTL 1986.
[437] Bednařík, J. a kol. Technika spolehlivosti v elektronické praxi. Praha, SNTL 1990.
[438] Ušakov, I.A. Příručka spolehlivosti v radioelektronice a automatizační technice. Praha, SNTL 1989.
[439] Leitl, R. Spolehlivost elektrotechnických systémù. Praha, SNTL 1990.
[440] Calabro, S.R. Základy spolehlivosti a jejich využití v praxi. Praha, SNTL 1965.
[441] UHLÍŘ, K. - KOLLINER, R.: Testování v elektronice - současné možnosti a směry vývoje. ST, 1984, č. 2, s. 41 - 45.
[442] UHLÍŘ, K. - KOLLINER, R.: Testování v elektronice - propojovací sí. ST, 1984, č. 3, s. 81 - 85.
[443] KRATOCHVÍL, J.: Testování v elektronice - kabeláž a propojovací desky. ST, 1988, č. 2, s. 43 - 45.
[444] KRATOCHVÍL, J. - BACHURA, V.: Testování kabeláží a propojovacích desek při výrobě RLK. SO, 50, 1989, č. 8, s. 401 - 402.
[445] UHLÍŘ, K. - KOLLINER, R.: Testování v elektronice - sazená deska. ST, 1984, č. 9, s. 339 - 343.
[446] UHLÍŘ, K.: Testery desek historie a perspektiva. In: Diagnostika mikroprocesorù IX, 1988, s. 37 - 47.
[447] SLAČÁLEK, Z. - LAUDA, J.: Automatický systém ke zkoušení vsazených desek s plošnými spoji. ST, 1985, č. 6, s. 227 - 229.
[448] TÙMA, J.: Automatický systém ZDK 201/211 - ADT pro testování desek osazených logickými integrovanými obvody. ST, 1985, č. 3,
s. 91 - 94.
[449] UHLÍŘ, K.: Zkoušení prvkù v obvodu. In: Diagnostika mikroprocesorù 1981, s. 159 - 162.
[450] COL, K. - ŽILKA, Z.: Testování pasivních prvkù v obvodu. ST, 1988, č. 3, s. 83 - 86.
[451] COL, K.: Testování diod a tranzistorù v analogových obvodech. ST, 1989, č. 8, s. 293 - 294.
[452] KREJČÍ, O.: Testování v elektronice - zkušenosti a poznatky z měření a testování elektronických součástek. ST , 1984, č. 5, s. 165 -
167.
[453] DOLEŽAL, V.: Testování osazených plošných spojù v praxi. SO, 50, 1989, č. 2, s. 75 - 77.
[454] SVOBODA, J. - DOLEŽAL, V.: Testování jednotek plošných spojù metodou in - circuit. SO, 48, č. 7, s. 301 - 310.
[455] DOLEŽAL, V.: Přesnost tříbodové měřící metody in - circuit. SO, 49, 1988, č. 2, s. 86 - 87.
[456] RUTRLE, T.: Zkušenosti z používáním vnitroobvodového zkoušeče DIGITEST 100 AD. In: Diagnostika v elektronice 1990, s. 31 -
34.
[457] KVAPIL, B.: Úvod do servisního testování. ST, 1992, č. 4, s. 146.
[458] SELLNER, V.: Nové pohledy na spolehlivost výrobkù. ST, 1987, č. 2, s. 41 - 43.
[459] SELLNER, V.: Problémy spolehlivosti elektronických přístrojù. Technické příručky, sv. 28, Praha, TESLA VÚST 1988.
[460] DRAŠNAR, M.: K problému zrychlených zkoušek spolehlivosti. ST, 1968, č. 10 - 11, s. 362 - 364.
[461] HOFF, F.: Matematické metody v teorii zrychlených zkoušek života. ST, 42, 1981, č. 8, s. 397 - 398.
[462] HODER, K.: Příspěvek k analýze časných poruch. ST, 1986, č. 3, s. 104.
[463] KOLOMAZNÍK, Z.: Racionální využití intenzity poruch pro výpočty spolehlivosti. ST, 1990, č. 2, s. 55 - 57.
[464] BERÁNEK, M.: Plánování a kontrola spolehlivosti zařízení. SO, 40, 1979, č. 4, s. 185 - 187.
[465] BUDÍNSKÝ, J.: Zvyšování spolehlivosti ve vývojové a výrobní fázi. SO, 45, 1984, č. 12, s. 581 - 588.
[466] HOFF, F.: Význam zkoušení a třídění elektronických součástek a zařízení. SO, 43, 1982, č. 1, s. 42 - 44.
[467] HONOMICHL, V.: Předcházení poruch vyvolaných údržbou elektronických zařízení. SO, 48, 1987, č. 7, s. 344 - 346.
[468] ROUS, B.: Příčiny poruch elektronických zařízení v klimaticky ztížených prostředích. SO, 42, 1981, č. 6, s. 272 - 275.
[469] STUPKA, J.: Poruchy přijímačù dříve a nyní. ST, 1975, č. 4, s. 145 - 146.
[470] HOFF, F.: Doba života optoelektronických prvkù. SO, 43, 1982, č. 11, s. 538 - 544.
[471] HOFF, F.: Kombinované lineární modely chování optoelektronických součástek za provozu a jejich užití. SO, 42, 1981, č. 10, s. 480 -
484.
[472] HLAVÁČEK, I.: Některé ověřené modely rùstu spolehlivosti programového vybavení. ST, 1985, č. 3, s. 87 - 88.
[473] KOTTEK, E. - TOMANOVÁ, B.: Testy integrovaných obvodù řady MH74 a MH74S vycházejí ze struktury. ST, 1976, č. 5, s. 163 -
164.
[474] KOTTEK, E. - JAKL, M. - TOMANOVÁ, B.: Testy integrovaných obvodù řady MH74 vycházející z logické struktury. ST, 1977, č. 5,
s. 163 - 166.
[475] KOTTEK, E.: Testy dovážených integrovaných obvodù řady 74 vycházejí z logické struktury. ST, 1981, č. 8, s. 282 - 284.
[476] RITSCHEL, M. - OVSÍK, V.: Logická sonda a co s ní. ST, 1981, č. 1, s. 23 -
[477] Čtyři generace logických analyzátorù. ST, 1991, č. 7, s. 264- 265.
[478] CHYBA, P.: Příznaková analýza. ST, 1982, č. 1, s. 3 - 4.
[479] GOLAN, P.: Trendy v diagnostice a zabezpečení obvodù VLSI. In: Diagnostika mikroprocesorù XIII, 1987, s. 8 - 17.
[480] Návrh digitálních integrovaných obvodù s ohledem na možnost jejich testování. ST, 1992, č. 8, s. 296 - 298 a č. 9, s. 329 - 332.
[481] HRUŠKA, J.: Testovací prvky na čipech integrovaných obvodù. ST, 1989, č. 8, s. 281 - 285.
[482] HONOMICHL, V.: Modelování intenzit poruch integrovaných obvodù. SO, 50, 1989, č. 4, s. 184 - 187.
[483] HONOMICHL, V.: Vliv velmi velké integrace na znaky spolehlivosti budoucích číslicových zařízení. SO, 50, 1989, č. 12, s. 584 - 586.
[484] ŠTELLA, J.: Návrh mikroprocesorových systémù z hlediska spolehlivosti. SO, 41, 1980, č. 11, s. 517 - 523.
[485] SELLNER, V.: Destrukční účinky statické elektřiny na polovodiče. ST, 1982, č. 7, s. 255 - 258.

378 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
[486] CETKOVSKÝ, J.: Spolehlivost inegrovaných obvodù typu MOS. ST, 1987, č. 11, s. 415 -416.
[487] HONOMICHL, V.: Zabezpečení odolnosti družicové elektroniky proti účinkùm kosmického záření. SO, 49, 1988, č. 12, s. 598 - 600.
[488] HONOMICHL, V.: Výběr integrovaných obvodù pro radiační vnější prostředí. SO, 50, 1989, č. 12, s. 590 - 592.
[489] HLAVIČKA, J. - KOTTEK, E. - ZELENÝ, J.: Diagnostika elektronických číslicových obvodù. SNTL, Praha 1982.
[490] HORSKÝ, J. - ZEMAN, p. - ŠKAPA, L.: Měřící přístroje a měření. AR B, 1984, č. 6, s. 202 - 240; 1985, č. 1, s. 2 - 40.
[491] MAJOR, L. - POLÁČEK, D.: Stavebnicové konstrukce pro elektroniku. ST, 1990, č. 11, s. 418 - 421.
[492] NOVOTNÝ, O.: Přístrojové pojistky. ST, 1968, č. 6, s. 220 - 222.
[493] HAMMEL, J.: Skor, něž odovzdáte konštrukčný návrh... ST, 1980, č. 1, s. 7 - 8.
[494] MACKÙ, J. - DUŠEK, J.: Návod na návod. ST, 1987, č. 11, s. 428.
[495] TOMAN, J.: Jak sbírat vědomosti. Praha, Orbis 1961.
[496] TOMAN, J.: Metody a technika informační činnosti. Praha, SNTL 1970.
[497] TOMAN, J.: Organizace a technika duševní práce. Praha, Svoboda 1970.
[498] TOMAN, J.: Jak dobře mluvit. Praha, Svoboda 1981.
[499] TOMAN, J.: Jak zlepšit organizaci a techniku duševní práce. Praha, Svoboda 1984.
[500] REINEKE, W.: Jak vést úspěšně jednání. Praha, Svoboda 1991.
[501] ZIELKE, W.: Jak racionálně studovat. Praha, Svoboda 1977.
13.1 Výsledky testů
13.1.1 Vstupní test
1. TNakreslete základní strukturu bipolárního tranzistoru a vysvětlete
podstatu tranzistorového jevu.
Je možné i uspořádání s vodivostí p-n-p,
které je z hlediska principu ekvivalentní
uvedené struktuře n-p-n .
Bipolární tranzistor sestává ze tří částí navazujících na sebe prostřednictvím dvou přechodů
PN.
V základní zapojení tranzistoru, které je znázorněno na obrázku je jeden přechod PN
pólován vzhledem ke střední části – bázi (B) - v propustném směru a druhý v závěrném
směru. Krajní elektrody tranzistoru jsou označovány v souvislosti s jejich funkcí jako emitor
(E) a kolektor (C). Na obrázku je tranzistor nakreslen jako symetrický, v praxi bývá plocha

je
je
a
splňovat
může
emitorový
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 379
kolektoru podstatně větší, než plocha emitoru, dotace emitoru příměsemi bývá vyšší a dotace
kolektoru nižší.
Při pólování přechodu emitor-báze v propustném směru dochází injekci majoritních
nosičů z emitoru do báze. U struktury n-p-n jsou elektrony jako majoritní nosiče v emitoru
injekovány do báze a v blízkosti přechodu emitor-báze se tedy v bázi vytváří zvýšená
koncentrace elektronů. Vzniká gradient koncentrace elektronů v bázi tak, že směrem ke
kolektorovému přechodu elektronů v bázi ubývá. Gradient koncentrace elektronů v bázi je
důvodem pro difuzi elektronů skrz bázi ve směru klesajícího gradientu, tedy směrem ke
kolektorovému přechodu. Cestou přes bázi řada elektronů zrekombinuje, neboť majoritními
nosiči v bázi jsou díry a tak pravděpodobnost rekombinace je vysoká, avšak vzhledem k
tomu, že tloušťka báze je malá ve srovnání s difuzní délkou, velké procento elektronů se
dostane do bezprostřední blízkosti přechodu báze-kolektor. Tento přechod je pólován v
závěrném směru, ale pro majoritní nosiče v bázi, tedy díry. Pro elektrony, které
prodifundovaly bází ke kolektorovému přechodu představuje blízkost kladného kolektoru
urychlující potenciálový skok a tak elektrony, které se dostaly do blízkosti kolektorového
přechodu (do oblasti dané šířkou přechodu báze-kolektor), budou tímto potenciálovým
skokem vtaženy do kolektoru.
Teče-li bází elektronový proud, je nutné do báze dodávat díry na rekombinaci těch
elektronů, které v bázi rekombinují; tento děrový proud tedy tvoří proud báze. Vzhledem k
tomu, že v bázi zrekombinuje jen malé procento z celkového proudu elektronů, je bázový
proud malý ve srovnání s proudem, který teče cestou emitor-báze-kolektor. Kromě složky
kolektorového proudu tvořené elektrony, které prošly bází od emitoru existuje ještě jedna
složka a to závěrný proud kolektorové diody, tvořený minoritními nosiči v bázi a v kolektoru.
Pro kolektorový proud můžeme tedy napsat rovnici, kterou nazýváme základní rovnicí
tranzistoru
IBkB=IBk0B+αIBeB,
kde IBkB celkový proud kolektoru, IBk0B zbytkový proud diody báze-kolektor, proudové
zesílení tranzistoru v zapojení se společnou bází a IBeB proud. Kromě této rovnice
musí proudy IBkB, IBbB IBeB 1. Kirchhoffův zákon, tedy
IBeB=IBbB+IBkB,
kde IBbB proud bází. Zdálo by se, že proud IBk0B bychom mohli zanedbat vzhledem ke složce od
emitoru, ale nejde to, neboť jednak IBeB být rovno nule a pak IBk0B tvoří jedinou složku
kolektorového proudu, jednak při překročení maximálního závěrného napětí diody kolektorbáze
dojde k průrazu kolektorové diody (nemusí být nutně destruktivní) a ”zbytkový” proud
IBk0B pak bude tvořit převažující složku kolektorového proudu. Koeficient proudového zesílení
tranzistoru v zapojení se společnou bází α, je sice menší než jedna, ale v tomto zapojení se
tranzistor užívá je pro některé aplikace. Ve většině aplikací, kde se vyžaduje zesílení se užívá
zapojení se společným kolektrorem u kterého je proudové zesílení β mnohem větší než jedna.

IBCB [mA]
380 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
2. Uveďte složky proudu v bipolárním tranzistoru typu NPN
přechod emitor-báze
zapojen v propustném směru
přechod kolektor-báze
zapojen v závěrném směru
zpětná injekce děr
z báze do emitoru –
děrová složka
proudu emitorového
přechodu
rekombinace
elektronů a děr
v bázi
elektronová a děrová
složka proudu
kolektorového
přechodu
injekce elektronů
z emitoru do báze
– elektronová
složka proudu
emitorového
přechodu
difúze
elektronů v bázi
elektrony
extrahované
kolektorovým
přechodem –
elektronová složka
kolektorového proudu
3. Do čtyř kvadrantů souřadného systému zakreslete základní
charakteristiky bipolárního tranzistoru.
převodní
= f I )
UBCEB > 0,5 V
výstupní
= f ( U )
I
C
(
B
I
U = konst
C
CE I = konst
CE
Charakteristiky
IBCkB
B
I
BB [µA]
P
I
BB
[µA]
UBC
UBCEB [V]
I
BB
UBCEB > 5 V
UBCEB = 0
vstupní
= f U )
zpětné
= f ( U )
U BEB
I [mV]
B
( U
BE
CE
BE
I konst
U CE = konst
B =

IBCB
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 381
4. Uveďte používané pracovní režimy tranzistoru.
režim saturace
U BEB > 0, U BCB > 0
U BCB = 0
hranice režimu
saturace
režim aktivní normální
U BEB > 0, U BCB < 0
I
BB
I
BB =
0
režim závěrný
U BEB < 0, U BCB < 0
UBCEB
U BEB = 0
hranice závěrného
režimu
5. Uveďte tři základní zapojení bipolárního tranzistoru a jejich vlastnosti.
zapojení se společným
(uzemněným) emitorem - SE
zapojení se společnou
(uzemněnou) bází - SB
zapojení se společným
(uzemněným) kolektorem - SC

382 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně

CBEB …
…
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 383
6. Jak jsou vyjádřeny zesilovací schopnosti tranzistoru ?
h-parametry v pracovním
bodě:
Funkce součástek:
R BB, RBCB, RBEB nastavení
pracovního bodu tranzistoru
a jeho stabilizace
zavedením emitorové
zpětné vazby (RBEB)
CBVB…vazební (oddělovací)
kondenzátory – oddělují
stejnosměrnou a střídavou
složku; 1/ωCBVB je velmi
malé
přemostění
emitorového odporu RE pro
střídavou složku a její
uzemnění; 1/ωCBEB

βBNB desítky
<
384 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
7. Nakreslete Ebersův-Mollův model tranzistoru a uveďte význam jeho
jednotlivých prvků
Ebersův-Mollův model bipolárního tranzistoru nelineární statický model pro malé signály:
Vystihuje velmi názorně princip tranzistoru
Princip: Přechody EB, CB jsou modelovány jako samostatné diody, jejich vzájemné
působení je modelováno proudovými zdroji řízenými proudem diody druhého přechodu.
Parametry modelu: αBNB, αBIB, IBENB, IBCI
Zesilovací činitelé α, β se definují pro aktivní normální (αBNB, βBNB) a pro aktivní inverzní režim
(αBIB,βBIB):
až stovky; βBIB
βBN
B
Proud přechodem B-E
Proud přechodem B-C
Závěrný proud přechodu B-E
Základní rovnice Ebersova-Mollova modelu
závěrný proud přechodu B-C

Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 385
8. Co je to bezpečná pracovní oblast tranzistoru – jak ji lze vyjádřit ve
výstupních charakteristikách ?
První průraz
9. Za jakých okolností dochází k průrazům tranzistorové struktury
Druhý průraz
Tepelný druhý průraz je
lokální tepelný průraz, k němuž dojde v
místě vyšší proudové hustoty (může
souviset s geometrií struktury nebo
s nehomogenitou struktury).
Zvýšení proudu vede ke zvýšení
teploty, to opět ke zvýšení proudu
atd. (kladná zpětná vazba), vzniká
horké místo, do něhož se soustřeďuje proud.
Proudový druhý průraz vzniká při vypínání tranzistoru v obvodu s indukční zátěží:
napětí UCE vlivem indukčnosti zátěže vzroste při velkém IC , dochází k nárazové ionizaci a k
náhlému zvýšení proudové hustoty.

=
uB1B –
v
–
=
=
=
=
,
pomocí
386 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
10. Co je to Earlyho jev ?
11. Co jsou linearizované modely tranzistoru a jaký mají vztah k parametrům
dvojbranu ?
Vytvoříme náhradní lineární dvojbran, sestavený na základě linearizace charakteristik
v okolí klidového pracovního bodu PBoB Taylorova rozvoje se zanedbáním druhé
derivace a vyšších.
Při vytváření náhradního lineárního dvojbranu pro bipolární tranzistor je vhodné
použít charakteristické rovnice dvojbranu a to tzv. rovnice hybridní příp. admitanční.
Pro hybridní rovnice jsou výsledkem linearizace následující rovnice pro celkové
hodnoty elektrických veličin:
B hB11B.(iB1B UB1Po – IB1PoB) + hB12B.(uB2 B- UB2PoB) (1)
B IB2PoB iB2 = hB21B.(iB1B – IB1PoB) + hB22B.(uB2B – UB2PoB) (2)
(Index Po označuje hodnoty ve zvoleném klidovém pracovním bodě)
Rovnice pro změny elektrických veličin pak mají následující tvar:
B hB11B.∆iB1B ∆uB1 + hB12B.∆uB2
B(3)
B hB21B.∆iB1B ∆iB2 + hB22B.∆uB2
B(4)
Fyzikální význam jednotlivých parametrů h získáme následujícím způsobem:
položíme-li v rovnici (3) U∆uUBU2UBU potom
0U
h
∆u2=
0
⎛ ∆u2
⎞
11 = ⎜
i
⎟ [Ω]
⎝ ∆ 1 ⎠Po
Pro U∆iUBU1UBU
0U
(3) dostaneme
rovnici
je vstupní diferenciální odpor při výstupu z hlediska
střídavého signálu nakrátko (∆uB2B = 0), tj. při konstantním
výstupním napětí
h
12
∆i2=
0
⎛ ∆u1
⎞
= ⎜
u
⎟ [bez rozměru]
⎝ ∆ 2 ⎠Po
je zpětný diferenciální přenos napětí při vstupu
hlediska střídavého signálu naprázdno (∆iB1B = 0), tj. při
konstantním vstupním proudu
Analogickým způsobem dostaneme z rovnice (4) parametry hB21B a hB22 B.
∆u2=
0
⎛ ∆i
2 ⎞
h21
= ⎜
i
⎟ [bez
⎝ ∆ 1 ⎠Po
rozměru]
je proudový diferenciální přenos při výstupu nakrátko (∆uB2B = 0),
tj. při konstantním výstupním napětí

uB1B =
iB2B =
(5)
(6)
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 387
h
22
∆i1=
0
⎛ ∆i
2 ⎞
= ⎜
u
⎟ [S]
⎝ ∆ 2 ⎠Po
je výstupní diferenciální vodivost při vstupu naprázdno (∆iB1B = 0),
tj. při konstantním vstupním proudu
Náhradní lineární obvod v analogii s obecným schematem dvojbranu může vypadat
následovně:
podle
rov.
podle
rov.
obr. 1
podle
rov.
obr. 2
podle
rov.
Výsledkem jsou pak rovnice
hB11B.iB1B + hB12B.uB2B + UB1B
hB21B.iB1B + hB22B.uB2B + B IB2
které již umožňují sestavení nábradniho obvodu podle obr.1. Náhradní lineární obvod pro změny
elektrických veličin pak dostaneme přímým překreslením rovnic (5) a (6) tak, jak je uvedeno na obr. 2.
Uvedené náhradní obvody jsou zhlediska použitých prvků totožné pro všechny
dvojbrany, a tedy i pro všechny typy tranzistorů a jejich obvodové konfigurace jako je
zapojení se společným emitorem SE, kolektorem SC a bázi SB. Velké rozdíly ale existují pro
tyto případy v hodnotách jednotlivých h parametrů, a proto je odlišujeme třetím indexem e, r
nebo b, který označuje zapojení SE, SC nebo SB, např. hB21eB, hB21bB .
12. Jak jsou vyjádřeny mezní kmitočty bipolárního tranzistoru ?

388 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
13. Jak pracuje bipolární tranzistor ve funkci spínače ?
Principiální zapojení spínacího obvodu s tranzistorem
je na obrázku. Obvykle se používají tranzistory v zapojení se
společným emitorem, protože k ovládání stačí menší výkon
než např. v zapojení se společnou bází.
Základními stavy tranzistoru jako spínače jsou :
Uotevřený stavU odpovídající sepnutí jakéhokoliv spínače a
Uuzavřený stavU odpovídající rozepnutí spínače.
Jak je zřejmé z grafu výstupních charakteristik tranzistoru, když tranzistor simuluje
rozepnutý stav spínače, teče obvodem kolektor - emitor jen zbytkový proud kolektoru IBCE0B. V
této oblasti je tranzistor uzavřený a přechody B-E a B-C jsou polarizovány v závěrném směru.
Při spínání přechází pracovní bod tranzistoru aktivní oblastí. V ní je přechod B-E polarizován
v propustném směru a přechod B-C v závěrném směru. Tranzistor simuluje sepnutý stav
spínače, když je jeho pracovní bod v oblasti nasycení - saturace. Tato oblast je oddělená od
aktivní oblasti hraniční křivkou oblasti saturace. Tato křivka je charakteristická tím, že body
ležící na ní splňují podmínku U BEB = UBCEB tedy :
UBCEB - U BEB = UBCBB = 0
Když se pracovní bod nachází v oblasti nasycení , přechody B-E a B-C jsou
polarizovány v propustném směru.
Bipolární tranzistor v otevřeném stavu je řízený proudem vtékajícím do báze, protože
jeho vstupní odpor je ve stavu saturace výstupu mnohem menší než výstupní odpor zdroje

RB1B
RBCB
IBCB
IBEB
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 389
budícího signálu. Naopak ve stavu uzavřeném (nevodivém) je bipolární tranzistor řízen
napětím na bázi, protože jeho vstupní odpor je v tomto stavu mnohem větší než výstupní
odpor zdroje budícího signálu.
14. Jak se provede volba a nastavení pracovního bodu zesilovače s bipolárním
tranzistorem.
Tranzistor je zesilovacím prvkem, proto nachází nejčastější použití v zesilovačích. Pro
spolehlivou funkci tranzistorů je nutné nastavit určité pracovní podmínky. Hovoříme o nastavení
pracovního režimu nebo pracovního bodu. Teprve vhodný pracovní režim zesilovací
součástky dává předpoklad k její řádné funkci, ke zpracování střídavého signálu.
Na elektrody tranzistoru musíme připojit stejnosměrná napětí tak, aby emitorová dioda
byla zapojena v propustném, kolektorová v nepropustném směru. Velikostí stejnosměrných
napětí a proudů je určen pracovní bod tranzistoru.
Základní nastavení pracovního bodu není nijak složité. Obvody pro nastavení
pracovního bodu se stávají složitějšími jen vlivem opatření, kterými zajišťujeme stabilitu
pracovního bodu, tj. neměnnost nastaveného pracovního režimu.
Teplotní nestálost polovodičů způsobuje určité kolísání nastavených pracovních
parametrů - pracovního bodu. Toto kolísání může způsobit velmi nepříjemné jevy. Zvýšení
teploty vyvolá zvýšení kolektorového proudu, zejména zbytkového proudu IBK0B. Pokud se
tranzistor napájí přes větší rezistor v obvodu kolektoru, zvětšuje se při stoupání kolektorového
proudu úbytek napětí na kolektorovém rezistoru, potřebné napětí na kolektoru tranzistoru se
zmenšuje. Zmenšuje se zesílení i výstupní výkon tranzistoru. Kolektorové napětí může
poklesnout natolik, že stupeň s tranzistorem přestane pracovat. Pokud se tranzistor napájí přes
malý kolektorový rezistor, může se zvýšit teplota tranzistoru tak, až dojde ke zničení
tranzistoru. Zvětšení kolektorového proudu vlivem zvýšení teploty zvětšuje kolektorový
ztrátový výkon. Tím se dále zvětšuje teplota tranzistoru a kolektorový proud dále narůstá a
může tedy vést až k destrukci.
U přístrojů s tranzistory, které budou pracovat v prostředí s proměnlivou teplotou (a to
je většina praktických případů), musíme v napájecích obvodech tranzistorů učinit opatření pro
teplotní stabilizaci pracovního režimu. U tranzistorů je rozdíl mezi provozní teplotou
vlastního tranzistorového systému a teplotou okolí malý. Změny teploty prostředí proto značně
ovlivňuji pracovní režim tranzistorů. Množství nosičů proudu v polovodičovém materiálu
se při vzrůstání teploty zvětšuje. Zvětšují se tedy i proudy protékající tranzistorem. Tak např.
zvýšení teploty o každých 10 °C odpovídá vzrůst proudu
přibližně na dvojnásobek.
+
Ta) Nastavení pracovního bodu tranzistoru
UBRcB
Základní zapojeni pro nastavení pracovního bodu
UBCCB
tranzistoru je na obr. VI-3. Je to zapojení pro nastaveni
pracovního bodu pomoci předřadného rezistoru Rl.
UBCEB
Emitor se v tomto zapojení připojuje přímo na záporný U BEB
pól stejnosměrného zdroje UBCCB (pokud jde o tranzistor
typu NPN; pro tranzistory typu PNP je zapojení
-
úplně shodné, jen polarita zdroje UBCCB je obrácená). Báze
Obr. 1
tranzistoru se připojuje na kladný pól zdroje přes
předřadný rezistor RBlB. Emitor je tedy polarizován proti bázi kladně - je splněn jeden
I
BB

z
-
a
je
na
RB1B
CB1B
RB1B
CB1B
RB2B
RBCB
IBEB
IBCB
RBEB
RBCB
IBEB
IBCB
RBEB
CBVB
UBREB
CBVB
UBREB
na
na
390 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
požadavek: emitorová dioda je zapojena v
propustném směru. Kolektor se připojuje na kladný
pól zdroje. Má-li být splněn druhý požadavek, tj.
zapojení kolektorové diody v nepropustném směru,
musí být kolektor proti bázi kladnější. Toho dosahujeme
vhodnou volbou předřadného rezistoru RB1B.
Musí na něm vznikat větší úbytek napětí než na
kolektorovém rezistoru RBKB. Tím bude potenciál báze
tranzistoru méně kladný než potenciál kolektoru.
Kolektor bude tedy proti bázi tranzistoru kladnější -
kolektorová dioda bude zapojena v nepropustném
směru.
Tímto zapojením byl jen nastaven pracovní bod. Pro
stabilizací pracovního bodu zatím nebylo uděláno
nic.
~
U BEB
I
BB
Obr. 2
UBRcB
UBCEB
~
+
UBCCB
-
b) Stabilizace pracovního bodu
Stabilizace pracovního bodu při kolísání teploty se dosáhne tím, že se proti narůstání
kolektorového proudu (způsobeného vzrůstem teploty ) působí změnou potenciálu báze
tranzistoru.
Jednoduché zapojení pro nastavení pracovního bodu tranzistoru i s jeho stabilizací je na
obr. VI-4. Od základního zapojeni na obr.VI-3 se liší tím, že mezi emitor a kladny pól zdroje
je zapojen rezistor RBEB emitorový stabilizační rezistor. V čem spočívá stabilizační účinek
tohoto rezistoru. Napětí na předřadném rezistoru Rl je v daném zapojení dáno rozdílem mezi
napájecím napětím UB0B úbytkem napětí na emitorovém rezistoru RBEB.
Zvětší-li se proud kolektoru (např. zvýšením teploty), zvětší se úbytek napětí UBEB
emitorovém rezistoru. Tím se zmenší napětí UB1B rezistoru RBlB, klesne proud báze a výsledkem
je zmenšení proudu kolektoru, tedy částečná kompenzace jeho původního narůstání.
Zapojení na obr. VI-4 je vlastně základním zapojením jednoho stupně tranzistorového
zesilovače. Střídavý signál, který má tranzistor zesílit, se dostává přes kondenzátor CB1B bázi
tranzistoru, výstupní střídavý signál se odebírá přes
kondenzátor CBVB kolektoru.
+
V zásadě platí, že stabilizační účinek obvodu je
UBRcB
tím lepší, čím větší je rezistor v obvodu emitoru a
čím menší je rezistor RB1 Bv obvodu báze. Zvětšování
emitorového rezistoru RBEB nevýhodné (zejména u
výkonových tranzistorů), na velkém emitorovém
rezistoru se objeví značná část napětí napájecího -
zdroje. Je zde však určitá možnost sníženi odporu
rezistoru v obvodu báze. Této možnosti je využito v
zapojení na obr. VI-5.
Pracovní bod není nastaven pomocí
předřadného rezistoru, ale pomocí děliče napětí RB1B,
RB2B, připojeného na zdroj UBCCB. Potenciál báze
tranzistoru je určen napětím na odbočce děliče, na
~
I
BB
U BEB
Obr. VI - 5
UBCEB
~
UBCCB
-

ývá
zvětší
(obr.
Návrh a konstrukce elektronických přístrojů 391
kterou je báze připojena. Jak lze z obr. VI-5 snadno vyčíst, jsou rezistory děliče (přes malý
vnitřní odpor napájecího zdroje) zapojeny vlastně paralelně. Jako odpor v obvodu báze se
uplatňuje odpor paralelní dvojice RB1B, RB2B, který je menší než samotný odpor rezistoru B RB1
VI-3 a 4).
Stabilizační účinek zapojení podle obr. VI-5 je dobrý. Kompenzace změn kolektorového
proudu je účinná, při zvýšení IBKB se napětí na emitorovém rezistoru, napětí mezi bází a
emitorem se zmenší a výsledkem je zmenšení kolektorového proudu.
Zapojeni na obr.VI-5 je jedním z nejpoužívanějších. Představuje opět základní zapojení
jednoho tranzistorového zesilovacího stupně. Střídavý signál se přivádí do obvodu báze přes
kondenzátor CBlB, zesílený signál se odebírá z kolektoru přes kondenzátor CBVB. Děličem napětí
RB1B, RB2B v praxi často potenciometrický trimr. Pracovní bod se nastaví přesně podle
žádané velikostí kolektorového proudu (měřidlo se zapojí do série s kolektorem) natáčením
běžce potenciometrického trimru.
Kromě popsaných způsobů jsou ještě jiné možnosti nastavení a zejména stabilizace
pracovního bodu, které jsou však složitější.