Студопедия

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 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±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

Наи-менование и тип Обозначение по эл. схеме Номинальный режим Рабочие режимы комнатная Т повыш. Т Коэффициент нагрузки Кн
Uoi Ioi Poi U1i I1i P1i U2i I2i P2i
                         
                         

Таблица 3

Номер контрольной точки в электрической схеме УНЧ Электрический потенциал в контрольной точке относительно земли
При комнатной температуре При повышенной температуре
     
:    
     

 

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.

Элементы и узлы loi*106 Элементы и узлы loi*106
Электровакуумные приборы Лампы накаливания Лампы неоновые Ламповые панели Транзисторы германиевые: мощностью до 1 Вт мощностью более 1Вт Транзисторы кремниевые: мощностью до 1 Вт мощностью более 1Вт Диоды: германиевые кремниевые Термисторы Резисторы: непроволочные проволочные Конденсаторы: постоянной емкости переменной емкости Клеммы, гнезда многоштыревые соединители (на 1 штырь) Соединения: с помощью пайки с помощью сварки обжимные крученые Электромагнитные реле коммутационные силовые Катушки индуктивности   5-200   1,0 0,2 0,75     0,1 0,5     0,08 0,8   0,8 0,5-0,05 0,6   0,1-0,02 0,1-1,0   0,5-1,0 0,01-0,4 0,14   0,05     0,01 0,04 0,02 0,001   0,01-1,0 0,02 Транзисторы: в режиме усиления в режиме переключен. Герконовые реле: с одной группой на переключение с двумя группами на переключение Переключатели: кнопочные(на 1 пару контактов) вращающиеся (на 1 контакт) микро (на пару контактов) Предохранители Трансформаторы и дроссели Микромодули этажерочные Полупроводниковые ИМС средней степени интеграции (20-40 компонентов): логические линейные Гибридные ИМС средней степени интеграции Большие ИМС (200-300 компонентов) Измерительные стрелочные приборы Электромоторы малой мощности Двигатели шаговые Кристаллы кварцевые Кабели   0,5 0,4     0,01   0,03     0,2   0,1   0,1   0,2 0,8-7   0,1-5     0,1-0,5 0,3-0,6   0,5-8     1-10 0,1   5,0   3,0 0,162 0,472

 

Таблица 5

Значения коэффициента а2

  Элементы Амортизированные элементы Неамортизи рованные элементы при температуре 20-60оС
Влажность до 70% Влажность до 90%
температура влажность
20-25 оС 40 оС 20 оС 20-25 оС до 70% 90%
Полупровод-никовые Сопротив-ления и конденсаторы Прочие элементы                                    

 


 

Таблица 6.

Наименование и тип элемента Кн ti,oC loi a1 a2 li
             

 

       
   

 

 

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.

Условия эксплуатации изделия Кэ
В лабораториях и благоустроенных помещениях В стационарных наземных устройствах На кораблях при монтаже приборов и защищенных отсеках На автоприцепах На железнодорожных платформах В высокогорной аппаратуре В составе бортовой аппаратуры: - на самолетах - на управляемых снарядах - на современных ракетах   25-30   120-150 300-350 900-1000

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.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Надежность соединений с натягом | Методические подходы к оценке риска
Поделиться с друзьями:


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



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.