Москва 2003

Махина М. М.

Методические указания к лабораторной работе

Исследование надежности изделий РЭС

МАТИ - Российский государственный технологический

Университет им. К. Э. Циолковского

Кафедра «Наукоемкие технологии радиоэлектроники»

по дисциплине «Основы проектирования электронных средств»

Составил: Кирпиченков А. И.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение……………………………………………………………………...………………………………...
1. Цель работы……………………………………………………………………………………………….....
2. Задание…………………………………………………………………………………………………….....
3. Описание лабораторной установки………………………………………………………………………..
4. Порядок выполнения работы……………………………………………………………………………...
5. Содержание отчета………………………………………………………………………………………….
6. Литература……………………………………………………………………………………………….......

Введение

Радиоэлементы и электрорадиоматериалы обладают ограниче­нной теплостойкостью, т.е. могут работать лишь в заданном диапазоне температур. Причина этого в различных физических и химических процессах, которые при повышении (или понижении) температуры развиваются или лавинообразно, или приводит к усиленному старению материалов.

Для практической оценки пользуются понятием н а д е ж н о с т и как свойства РЭА сохранять величины выходных пара­метров в пределах установленных норм в определенных условиях эксплуатации. Надежность зависит от большого числа факторов: тепловых, механических, электрических, влажности и т.д., од­нако анализ статистических данных об отказах показывает, что нестабильность параметров элементов из-за воздействия темпе­ратуры составляет 60-70%.

В настоящих указаниях изложен методический подход к рас­чету надежности изделия на уровне функционального узла с уче­том тепловых и электрических режимов работы.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Овладеть методикой анализа и расчета надежности изделий РЭА; исследовать электрические и тепловые режимы; оценить влияние электрических и тепловых режимов эксплуатации на надежность.

2. ЗАДАНИЕ

Исходными данными для выполнения работы являются: принципиальная электрическая схема функционального узла усилителя низкой частоты; справочные значения интенсивностей отказов электрорадиоэлементов, входящих в УНЧ при нормальных условиях (температуре 25±10^оС, атмосферном давлении 100±4 кПа, относительной влажности атмосферы 65±15%, при естественном фоне радиации, коэффициенте электрической нагрузки К_н=1); справочные данные об электрических параметрах работы указанных электрорадиоэлемантов в номинальных режимах.

На основании измерений электрических и тепловых режимов работы УНЧ провести ориентировочный расчет надежности при нормальной и повышенной температуре окружающей среды. Проанализировать возможности повышения надежности исследуемого функ­ционального узла.

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Изучить принципиальную схему УНЧ, уяснить назначение входящих в него элементов, значений напряжений, токов или мощностей рассеяния, соответствующих номинальным электрическим режимам элементов [2-4], занести в табл.2.

Таблица 2

Таблица 3

2. Подключить к гнездам Х1 и Х2 вольтметры для измерения постоянного напряжения и температуры. Включить установку – нажать кнопку «сеть». При этом должен загореться ламповый индикатор включения в сеть.

3. Измерить электрические и тепловые режимы элементов УНЧ и заполнить соответствующие столбцы таблиц 2 и 3. При измерениях температуры следует иметь в виду, что в градировочной таблице 1 указаны значения термоэлектродвижущей силы.

(т.э.д.с.) при температуре холодных концов термопары, равной 0°С. Следовательно, необходимо учитывать поправку на реальную температуру холодных концов (комнатная температура). Т.э.д.с., соответствующая комнатной температуре, например 25°С, равна 1,64 мВ (по таблице 1). Эту поправку необходимо прибавить к показанию вольтметра.

Пример. Показания вольтметра 1,986 мВ. Комнатная температура t_к=20°C, что соответствует т.э.д.с, 1,31 мВ. Эту поправку прибавляем к показаниям прибора 1,986 мВ + 1,31 мВ=3,296 мВ. По табл.1 находим искомую температуру. При значении т.э.д.с 3.296 мВ она составляет примерно 49°С.

4. Нажать кнопку "нагрев". Ламповый индикатор должен ин­дицировать работу нагревательного элемента в камере с иссле­дуемым УНЧ. Нагрев произвести до температуры среды, заданной преподавателем (максимальное значение температуры среды из-за наличия системы термостабилизации не может превысить 52⁰С) и повторить пункт 3.

5. Рассчитать коэффициент электрической нагрузки, пользуясь при этом соотношением

(1)

где Nраб – нагрузка элемента в рабочем режиме,

Nном – нагрузка элемента в номинальном режиме.

Для транзисторов Кн определяется по одному из ниже приведенных отношений

;

для резисторов

для конденсаторов

для диодов (по одному из ниже приведенных)

.

6. Провести ориентировочный расчет надежности УНЧ при нормальной и повышенной температурах окружающей среды по изло­женной ниже методике; результата расчета представить в табл.6.

Определяется интенсивность отказов элементов в схеме УНЧ в рабочем режиме и при реальных условиях окружающей среды по формуле

li = loi*a₁a₂ (2)

где l_oi – значение интенсивности отказов, полученное в нормальных условиях (при температуре 25±10^оС; атм. давлении 100±4кПа; относительной влажности атмосферы 65±15%; при естественном фоне радиации; коэффициенте электрической нагрузки Кн=1); a₁ – поправочный коэффициент, учитывающий электрическую нагрузку и температуру элемента; a₂ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических нагрузок.

Значения интенсивностей отказов в нормальных условиях приведены в таблице 4. Значения коэффициентов a₁ и a₁ можно определить из графиков (рис.4-10) и таблицы 5.

Радиоэлектронные системы состоят из совокупности элемен­тов, соединенных между собой по определенной схеме. Для анализа влияния отдельных элементов на надежность системы составляют схему надежности. Последняя не имеет ничего общего с построением обычных структурных или принципиальных схем РЭА. Схему надежности составляют исходя из следующих принципов ком­бинации параллельного ипоследовательного соединений элементов:

если элемент принципиальной или структурной схемы при полном отказе вызывает полный отказ системы, он включается в схему надежности последовательно;

если элемент принципиальной схемы при полном отказе не вызывает полного отказа системы, он включается в схему надежности параллельно;

Так как в подавляющем большинстве полные отказы элементов приводят к полным отказам системы, схема надежности таких радиоэлектронных устройств представляет собой цепочку последовательно соединенных элементов, рис.11.

Пусть вероятность безотказной работы каждого элемента задана. Очевидно, что система* будет работать только в том случае, если не откажет ни один элемент цепочки. Согласно теории вероятностей общая вероятность безотказной работы такой системы равна [5]

, (3)

где N – количество элементов, p_i(t) – вероятность безотказной работы i – элемента.

С учетом того, что при постоянной интенсивности отказов элементов l_i

, (4)

Рис.4. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для германиевых транзисторов

Рис.4. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для проволочных резисторов

*- "системой" в данном случае является исследуемый УНЧ.

Таблица 4.

Таблица 5

Значения коэффициента а₂

Таблица 6.

Рис.6. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для кремниевых диодов

Рис.7. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для кремниевых транзисторов

Рис.8. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для непроволочных резисторов

Рис.9. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для конденсаторов

Рис.10. Зависимость коэффициента а₁ от коэффициента нагрузки К_н и рабочей температуры для трансформаторов.

Рис.11. Схема последовательного соединения по надежности

выражение (3) приобретает вид:

(5)

Полагая

(6)

где величиной L обозначена интенсивность отказов системы, находим соотношение для расчета зависимости вероятности безотказной работы от времени

(7)

В практических расчетах надежности РЭА при определении интенсивности отказов системы L учитывает общие условия работы РЭА следующим образом:

(8)

где К_э – коэффициент эксплуатации; значения К_э даны в табл. 7.

Таблица 7.

Определяется среднее время безотказной работы аппаратуры:

Кривую вероятности безотказной работы рассчитать для 0 £ t £ 5T_o

7. На основании полученных результатов выявить надежные элементы, сделать рекомендации по улучшению надежности УНЧ.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по работе должен содержать: схему принципиальную электрическую УНЧ, таблицы номинальных и рабочих режимов, таблицы расчета интенсивностей отказов элементов при нормаль­ной и повышенной температурах окружающей среды, графики зави­симостей вероятности безотказной работы УНЧ от времени при нормальной и повышенной температурах, выводы.

ЛИТЕРАТУРА

основная

1. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппа­ратуре: Учебник для вузов по спец. "Конструирование и производство радиоаппаратуры".-М.: Высшая школа, 1984.- 247 с., ил.

Дополнительная

2. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник/ В.Л. Аронов,. А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н. Горюнова.-2-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат,1985, -904 с., ил.

3. Резисторы: справочник/ Ю.Н. Андреев, А. И, Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И. И. Четверткова.-М.: Энергоиздат. 1981.-352 с., ил.

4. Справочник по электрическим конденсаторам. /Под ред. И. И. Четверткова.-М.: Радио и связь, 1983. -576 с.

5. Вентцель E.С. Теория вероятностей. -М.: Гос.изд-во физ-мат. литературы, I962.-_564 с., ил.

Дата добавления: 2015-04-30; Просмотров: 369; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!