КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Москва 2003Махина 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»
СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение……………………………………………………………………...………………………………...
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±10оС, атмосферном давлении 100±4 кПа, относительной влажности атмосферы 65±15%, при естественном фоне радиации, коэффициенте электрической нагрузки Кн=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 tк=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 loi – значение интенсивности отказов, полученное в нормальных условиях (при температуре 25±10оС; 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, pi(t) – вероятность безотказной работы i – элемента. С учетом того, что при постоянной интенсивности отказов элементов li , (4)
Рис.4. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн и рабочей температуры для германиевых транзисторов Рис.4. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн 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 Кн и рабочей температуры для кремниевых диодов Рис.7. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн и рабочей температуры для кремниевых транзисторов
Рис.8. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн и рабочей температуры для непроволочных резисторов Рис.9. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн и рабочей температуры для конденсаторов
Рис.10. Зависимость коэффициента а1 от коэффициента нагрузки Кн 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 Кэ – коэффициент эксплуатации; значения Кэ даны в табл. 7.
Таблица 7.
Определяется среднее время безотказной работы аппаратуры: Кривую вероятности безотказной работы рассчитать для 0 £ t £ 5To
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: 350; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |