Расчет надежности типовых устройств радиоэлектронных средств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

надежность радиоэлектронное устройство

• Введение
• 1 основные понятия теории надежности
• 2 резервы повышения надежности элементов и возможности их реализации
• 3 расчет надежности типового устройства
• библиографический список
• Приложение

Введение

Надежность есть свойство изделия безотказно (исправно) работать в течение заданного времени в определенных эксплуатационных условиях.

Высокая надежность технических изделий достигается на стадии их проектирования и реализуется в процессе производства, хранения и эксплуатации изделий. Недостаточно получить хорошие конструкторские решения, обеспечивающие высокую запроектированную надежность комплектующих элементов РЭА, необходима эффективная их реализация на практике, которую достигают на основе согласованных научных, инженерно-конструкторских и организационных мероприятий.

Эксплуатационные показатели надежности элементов, под которыми будем понимать показатели надежности, определяемые при эксплуатации их в составе конкретной РЭА, могут существенно отличаться от показателей, определяемых при испытаниях элементов в соответствии с заданными техническими условиями. Понятия «надежные» и «ненадежные элементы» весьма относительны. Элементы, надежные в одних условиях и режимах, могут оказаться ненадежными в других. Надежность, подобно любому физическому свойству, проявляется всегда конкретно во времени и неразрывно связана с условиями внешней среды и режимом работы элемента. Поэтому обеспечение высоких эксплуатационных показателей надежности элементов является комплексной проблемой, успешное решение которой возможно посредством реализации научно обоснованных программ взаимоувязанных мероприятий как в области проектирования и производства самих элементов, так и в области проектирования, производства и эксплуатации РЭА.

1. Основные понятия теории надежности

Теория надежности опирается на совокупность различных понятий, определений, терминов и показателей, которые строго регламентируются государственными стандартами (ГОСТ). Все термины и определения даются применительно к техническим изделиям, под которыми понимаются объекты определенного целевого назначения, рассматриваемые в периоды проектирования, производства, эксплуатации и испытания на надежность.

С точки зрения теории надежности любое изделие можно характеризовать его свойствами, техническим состоянием и приспособленностью к восстановлению исправности (рисунок 1.1).

Важнейшим комплексным свойством изделия является его надежность.

Надежностью называют свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность включает в себя следующие свойства: безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность.

Рисунок 1.1

Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов называется долговечностью.

Сохраняемостью называется свойство изделия непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования. Сохраняемость характеризуется способностью изделия противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования на его безотказность и долговечность. Продолжительное хранение и транспортирование изделий могут снизить их надежность при последующей работе по сравнению с изделиями, которые не подвергаются транспортированию и хранению.

Ремонтопригодностью называется свойство изделия, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Данное свойство является очень важным, так как оно характеризует степень стандартизации и унификации элементов в РЭА, удобство их размещения с точки зрения доступности для контроля и ремонта, приспособленность к регулировочным операциям и т. д.

Техническое состояние изделия в данный момент времени характеризуется исправностью или неисправностью, работоспособностью или неработоспособностью, а также предельным состоянием.

Исправным состоянием (исправностью) изделия называется такое его состояние, при котором оно соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Если изделие не соответствует хотя бы одному из этих требований, то оно находится в неисправном состоянии. Если изделие находится в состоянии, при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией, то оно находится в работоспособном состоянии.

Неработоспособным состоянием изделия называется такое его состояние, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Понятие исправности шире понятия работоспособности. Неисправное изделие может быть работоспособным и неработоспособным - все зависит от того, какому требованию нормативно-технической документации не удовлетворяет данное изделие. Так, например, если погнут кожух или шасси, нарушено их лакокрасочное покрытие, повреждена изоляция проводников, однако параметры аппаратуры находятся в пределах нормы, то изделие считается неисправным, но в то же время работоспособным. Исправное изделие всегда работоспособно.

При длительной эксплуатации изделие может достигнуть предельного состояния, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, или ухода заданных параметров за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения среднего или капитального ремонта.

Исходя из возможности дальнейшего использования после отказа и приспособленности к восстановлению все изделия можно подразделить на ремонтируемые и неремонтируемые, восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Восстанавливаемым называется изделие, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. Если же в рассматриваемой ситуации восстановление работоспособности данного изделия при его отказе по каким-либо причинам признается нецелесообразным или неосуществимым, то изделие называется невосстанавливаемым.

Ремонтируемым изделием называется изделие, исправность и работоспособность которого в случае возникновения отказа или повреждения подлежат восстановлению. В противном случае изделие называется неремонтируемым.

Неремонтируемое изделие всегда является и невосстанавливаемым (например, резистор, конденсатор, полупроводниковый прибор и т. д). В то же время ремонтируемое изделие может быть как восстанавливаемым, так и невосстанавливаемым - все зависит от существующей системы технического обслуживания и ремонта, конкретной ситуации в момент отказа. Например, в условиях эксплуатации телевизоров отказавший кинескоп является изделием невосстанавливаемым, но на ремонтном заводе - уже восстанавливаемым, отказавший силовой трансформатор может оказаться в руках радиолюбителя восстанавливаемым изделием, если отсутствует запасной трансформатор.

Другими важными понятиями в теории надежности и практике эксплуатации РЭА являются повреждение и отказ.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности изделия или его составных частей из-за влияния внешних условий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации на изделие.

Отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Повреждение может быть существенным и явиться причиной отказа и несущественным, при котором работоспособность объекта сохраняется.

В качестве показателей безотказности невосстанавливаемых элементов применяют следующие количественные характеристики: вероятность отказа, вероятность безотказной работы, интенсивности отказов и средняя наработка до отказа.

Для статистического определения этих показателей ставят на испытания N(0) однотипных исправных элементов при одинаковых электрических нагрузках и одинаковых условиях воздействия внешней среды, определяемых техническими условиями испытаний. В процессе испытаний один элемент откажет через интервал , другой - через , i-й элемент -- через интервал и т. д. Отказавшие элементы не заменяются исправными. Значения случайной величины наработки до отказа фиксируются документально. При обработке результатов испытаний время их проведения разбивают на одинаковые интервалы .

Для каждого k-го интервала определяют: - число отказавших элементов в k-м интервале , - число исправных элементов, оставшихся к началу рассматриваемого k-го интервала , т. е. к моменту где k=1, 2, 3, ...; n(t_k) - число отказавших элементов за время .

Показатели безотказности элементов определяются по приводимым ниже формулам.

Вероятность отказа элементов за время

. (1.1)

Вероятность безотказной работы элементов за время

. (1.2)

Интенсивность отказов элементов в момент

 1/ч. (1.3)

По полученным значениям показателей строятся экспериментальные графики функций .

Если для каждого i-го элемента в процессе испытаний зафиксирована наработка до отказа, то средняя наработка до отказа определяется по формуле

. (1.4)

Вероятность отказа элемента есть вероятность того, что в пределах заданной наработки t возникнет отказ элемента, а вероятность безотказной работы - вероятность того, что за время t отказа элемента не произойдет. В теории вероятностей показывается, что статистическое значение вероятности при достаточно большом числе событий (опытов) можно принять за приближенное значение вероятности. Поэтому точность определения статистическим путем значений и тем выше, чем больше число испытываемых элементов.

Вероятность безотказной работы может характеризовать как множество элементов, так и один элемент из данного множества. Применительно к совокупности элементов, физический смысл вероятности безотказной работы сводится к ожидаемому числу элементов, которые могут безотказно проработать в течение времени t. Чем больше , тем точнее количество не отказавших на практике элементов совпадает с ожидаемым значением . Применительно к одному элементу величина определяет факт наличия 100 шансов из 100 возможных того, что элемент не откажет за время t. Смысл вероятности отказа заключается в ожидаемом числе элементов, которые могут отказать за время t. По отношению к одному элементу означает наличие 100 шансов из 100 возможных, что он откажет за время t.

Поскольку за время наработки t каждый элемент либо откажет, либо нет, то справедливо равенство

, (1.5)

что также следует из выражений (1.1) и (1.2), поскольку

.

Число отказавших элементов с увеличением увеличивается и приближается к , а число исправных элементов уменьшается и стремится к нулю. На некоторых интервалах значения и могут не изменяться, если отказов элементов не происходит. В некоторый момент , когда откажет последний из элементов, и . Поэтому, как это следует из (1.1) и (1.2), функция для любых законов распределения времени безотказной работы является невозрастающей функцией времени, т. е. она либо убывает, либо на отдельных участках может оставаться постоянной. При увеличении t от 0 до значение изменяется от до . Функция же - всегда неубывающая функция времени и при увеличении времени от 0 до возрастает от нуля до единицы (рисунок 1.2б).

Рисунок 1.2

Из формулы (1.3) видно, что интенсивность отказов представляет собой отношение числа отказавших элементов за единицу времени к числу исправных элементов к моменту времени t. Величину измеряют относительным числом отказов в час, т. е. размерность этого показателя безотказности принимают равной 1/ч. В зависимости от закона распределения случайной величины наработки до отказа характер изменения функции может быть различным. Поскольку интенсивность отказов является локальной характеристикой безотказности, то она показывает, каким образом изменяется безотказность данного элемента во времени.

Зависимость интенсивности отказов от времени имеет для многих типов элементов (например, резисторов, конденсаторов, транзисторов) три характерных участка (рисунок 1.2в). Первый участок соответствует периоду приработки во время которой после начала работы всех элементов проявляются наиболее грубые скрытые производственные дефекты, приводящие к внезапным отказам некоторых элементов. Их называют отказами периода приработки.

Период соответствующий наименьшему и практически постоянному значению интенсивности отказов, называют периодом нормальной эксплуатации элементов. В этот период эксплуатации внезапные отказы возникают вследствие несовершенства конструкции, производственных дефектов и эксплуатационных перегрузок.

Третий участок соответствует периоду увеличения , когда начинают проявляться последствия процесса старения и износа материалов и элементов в целом: количество внезапных отказов увеличивается. Этот период называется периодом старения, он предшествует предельному состоянию элементов.

В период старения за счет увеличения числа отказов в единицу времени скорость изменения функций и увеличивается (рисунок 1.2в).

Если на производстве хорошо поставлен технологический процесс и проводится отбраковка элементов со скрытыми производственными дефектами, то период приработки может отсутствовать. Для таких элементов, как полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы, интенсивность внезапных отказов остается постоянной в течение длительного времени их работы. Процессы старения в таких элементах характеризуются увеличением интенсивности постепенных отказов, обусловленных необратимыми изменениями параметров.

Рассмотрим теперь проявление только постепенных отказов, когда изменяющиеся во времени параметры Х различных однотипных элементов, работающих в одинаковых условиях, пересекут, например, нижнюю границу поля допуска в моменты и т. д. В эти моменты фиксируются постепенные отказы (рисунок 1.3,а). Для постепенных отказов показатели безотказности определяются статистически таким же образом, как и для внезапных отказов, и рассчитываются по формулам (1.1) - (1.4). Очевидно, что до момента появления первого отказа и (рисунок 1.3,б). С появлением постепенных отказов значение уменьшается, a растет. Из рисунка 1.3 видно, что изменение поля допуска влияет на ход функций и . Например, уменьшение до увеличивает на , на и т. д., что вызывает сдвиг функций вправо. Таким образом, показатели безотказной работы зависят от положения границ поля допуска. Значение же поля допуска для элементов устанавливается не только техническими условиями, но и условиями их применения в конкретных схемах. Поэтому показатели безотказной работы в отношении постепенных отказов могут быть определены для заданного поля допуска либо их необходимо определять как функцию не только времени, но и ширины поля допуска.

Рисунок 1.3

В реальных условиях эксплуатации необходимо учитывать как внезапные, так и постепенные отказы элементов (рисунок 1.4, а). Характер изменения функций и для этого случая представлен на рисунке1.4б. С появлением постепенных отказов начинает быстро уменьшаться, а возрастать.

Для периода нормальной эксплуатации элементов, когда можно принять показатели безотказности можно вычислять по формулам:

; (1.6)

; (1.7)

, (1.8)

где е -- основание натуральных логарифмов.

Из выражений (1.6)--(1.8) видно, что чем меньше , тем больше и и меньше , т. е. выше безотказность элементов.

Закон безотказности при называется экспоненциальным. Он характеризуется тем, что вероятность безотказной работы элемента на любом интервале не зависит от времени t предшествующей его работы, а зависит только от интервала . В теории надежности показано, что вероятность безотказной работы элемента с момента до определяется отношением

.

Так, например, для =10 ч вероятность безотказной работы элемента будет одинакова при работе от 0 до 10 ч или от 990 до 1000 ч, если в обоих случаях и одинакова.

Рисунок 1.4

Если элемент проработает время то в соответствии с (1.6) и (1.8) вероятность его безотказной работы равна . Это означает, что, например, из 1000 однотипных элементов, работающих в одинаковых условиях, за время могут отказать приблизительно 630 элементов и только 370 окажутся работоспособными. Отсюда следует, что при конструировании РЭА необходимо выбирать элементы, средняя наработка до отказа которых намного больше необходимой (заданной). Это один из путей обеспечения требуемой безотказности аппаратуры.

Интенсивность отказов является удобным показателем, так как для основного периода эксплуатации элементов при их безотказность оценивается просто числом, а остальные показатели безотказности определяются по (1.6) - (1.8) для любого периода времени. Например, если для элементов 1/ч и время работы t=1000 ч, то получим:;; ч.

Показателями долговечности элементов являются технический ресурс и срок службы . Техническим ресурсом элемента называется его наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, а сроком службы - календарная продолжительность эксплуатации от ее начала до наступления предельного состояния.

Для характеристики долговечности применяют такие показатели, как средний ресурс и средний срок службы элементов, определяемые математическим ожиданием ресурса и срока службы.

Следует отметить, что показатели надежности являются усредненными характеристиками. Если, например, для элементов определенного типа указана долговечность, то это не означает, что любые элементы этого типа проработают точно данный срок. Долговечность конкретных элементов может быть существенно меньше и больше указанной, т. е. по поводу отдельного элемента нельзя сказать точно, как долго он будет работоспособным. Можно лишь указать вероятность того, что элемент исправно проработает данный срок. Но чем больше элементов данного типа работает в одинаковых условиях, тем ближе их средняя долговечность будет приближаться к указанной.

Наиболее сильное влияние надежность элементов оказывает на надежность РЭА в том случае, когда отказ любого одного элемента приводит к отказу РЭА в целом. Такая ситуация имеет место в РЭА без резервирования. Для этого случая вероятность безотказной работы РЭА, состоящей из N элементов за время t определяется произведением вероятностей безотказной работы элементов

.

Для условий, когда эксплуатационную интенсивность отказов всех элементов можно принять постоянной единичные показатели безотказности РЭА определяются равенствами:

, (1.9)

, (1.10)

где интенсивность отказов РЭА

, (1.11)

а средняя наработка РЭА до отказа

. (1.12)

Из (1.9) - (1.12) видно, что уменьшение эксплуатационной интенсивности отказов элементов повышает безотказность РЭА в целом.

2. резервы повышения надежности элементов и возможности их реализации

В сфере разработки и производства элементов закладывается определенный уровень их надежности, характеризуемый значениями показателей надежности. Определение этих показателей производится статистическими методами на основе результатов испытаний элементов при уровнях внутренних и внешних нагрузок, определяемых техническими условиями. При дальнейшем изложении такие показатели надежности будем для краткости называть производственными показателями надежности.

Одни и те же типы элементов эксплуатируются в РЭА различного назначения в составе конкретных электрических схем. В зависимости от уровней нагрузок, характера взаимного влияния режимов работы элементов и схем, конструкции РЭА и условий ее применения элементы данного типа, имеющие одинаковые производственные показатели надежности, могут в различных схемах и различной РЭА обладать значениями показателей, существенно отличающимися от производственных. В связи с этим говорят об эксплуатационных показателях надежности элементов.

Эксплуатационные показатели надежности могут определяться только из статистики работы элементов данного типа в конкретной электрической схеме при конкретных условиях эксплуатации.

При проектировании элементы рассчитываются на определенный срок службы по наработке, который должен обеспечиваться при заданных уровнях эксплуатационных нагрузок. По значению выбираются запасы прочности структуры элементов по всем видам нагрузок, устанавливаются требования к характеристикам применяемых материалов и разрабатывается конструкция элементов.

Допустим, что при проектировании и производстве элементов обеспечивается безотказность, характеризуемая плотностью вероятности случайной наработки элементов до внезапных и постепенных отказов, сосредоточенной около расчетного значения (рисунок 2.1). Функция определяет как бы плотность, с которой распределяются значения случайной наработки до отказа в данной точке , т. е. характеризует среднюю вероятность отказа, приходящуюся на единицу времени около точки . Кроме того, можно указать усредненное отклонение наработки до отказа относительно , при котором в интервале до заключены отказы большинства (99%) элементов.

Рисунок 2.1

Если из партии элементов с такими характеристиками безотказности отбраковать все элементы, для которых ожидается наработка до отказа, меньшая, чем , то все оставшиеся элементы будут работать безотказно в течение не менее чем при эксплуатационных нагрузках, не превышающих расчетных. Построенная на таких элементах РЭА будет иметь наработку до первого отказа не менее .

Имеющуюся потенциальную возможность изготовления всех элементов со сроком службы не ниже заданного на практике реализовать трудно в виду невозможности учета при проектировании всех факторов, обусловливающих отказы элементов; ошибок и отклонений от норм при проектировании и конструировании; применения материалов с параметрами, отличающимися от расчетных; отклонения от норм в технологическом процессе изготовления элементов; высокого уровня затрат на разработку и реализацию мероприятий, обеспечивающих рассмотренные выше характеристики безотказности

Поэтому промышленность выпускает элементы, среди которых имеются экземпляры со сроками службы, существенно меньшими расчетного. В этом случае надежность РЭА существенно зависит от количества комплектующих элементов и основным путем ее повышения является уменьшение числа комплектующих элементов посредством увеличения доли интегральных микросхем в общем объеме РЭА.

Существуют следующие основные резервы повышения производственных показателей надежности элементов: ослабление интенсивности протекания в материалах физико-химических процессов, приводящих к изменению параметров элементов; увеличение запасов прочности структуры элемента по всем видам нагрузок и создание равнопрочной конструкции во всех звеньях структуры; применение новых конструктивных решений и новых принципов создания элементов с большими потенциальными возможностями в отношении повышения надежности; отбраковка элементов со скрытыми производственными дефектами.

В сфере проектирования и конструирования элементов первый резерв реализуется путем применения высококачественных материалов и разработки надежной защиты элемента от воздействия эксплуатационных факторов. Применение материалов с малым количеством примесей, локальных дефектов структуры, защита элементов от проникновения в них веществ окружающей среды и энергетических воздействий приводят к уменьшению числа видов физико-химических процессов и снижению интенсивности их протекания.

Второй резерв реализуется созданием в элементах процессов, компенсирующих накопление изменений в материалах. Например, введение в электровакуумные приборы газопоглотителя компенсирует снижение вакуума за счет газовыделений из материалов. Распыление активирующего слоя бария с поверхности оксидного катода компенсируется процессами образования бария в объеме оксидного слоя и его диффузией на поверхность катода, в результате чего поддерживается его эмиссионная способность.

Использование третьего резерва ограничивается задачей миниатюризации элементов, вытекающей из необходимости уменьшения габаритов и массы РЭА. Обычные активные и пассивные элементы имеют средний объем 0,5--0,7 см³ и массу 1--1,2 г. При таких характеристиках объем РЭА сложностью 10⁷ элементов составит не менее 10 м³, а масса--не менее 10 т. Даже в случае применения бескорпусных активных элементов и сверхминиатюрных пассивных элементов, для которых средний объем составляет 0,1-- 0,2 см³, а масса--0,1 г, приведенные выше цифры уменьшаются всего на порядок.

Увеличение запасов прочности структуры элементов при одновременной их миниатюризации достигается применением новых вы-сокопрочных и высокостабильных материалов, например, для элементов, работающих в схемах преобразования и генерации сигналов большой мощности, а также снижением уровней электрических нагрузок для элементов схем обработки информации, в которых не требуется большая мощность сигналов. Существуют интегральные микросхемы, в которых элементы работают в нановаттном диапазоне мощности.

Примером использования четвертого резерва повышения надежности является создание новых перспективных элементов (объемных резисторов, полупроводниковых конденсаторов и т.д.).

Реализация в сфере производства уровня надежности, заложенного при проектировании и конструировании, определяется степенью технологичности элементов, которая должна учитываться при их разработке, и качеством технологического процесса их производства.

Для организации качественного технологического процесса необходимо осуществлять оперативный количественный контроль надежности производимых элементов. Количественную оценку надежности позволяют получить статистические методы, применяемые при проведении испытаний выборочной партии изготовленных элементов. Однако с повышением надежности элементов эти методы требуют для получения достоверных результатов увеличения объема выборки (количества испытываемых элементов в партии) или увеличения времени испытаний при относительно малых объемах выборки. Уже при современном уровне надежности элементов получение результатов статистического контроля за приемлемое время приводит к существенному увеличению количества элементов в испытываемой партии, что делает экономически невыгодным этот метод контроля. Уменьшение же количества элементов в партии значительно увеличивает время испытаний, что не позволяет оперативно вносить коррективы в технологический процесс и делает такой контроль также экономически нецелесообразным.

Для уменьшения времени получения информации о надежности иногда прибегают к ускоренным методам испытаний, при которых элементы работают в форсированном режиме. Однако в этом случае необходимо знать коэффициент ускорения относительно обычных испытаний. Если коэффициент ускорения неизвестен, то метод ускоренных испытаний дает только качественную оценку надежности. Если такая оценка не выходит за определенные границы, то считают, что технологический процесс идет стабильно.

С увеличением уровня надежности элементов наиболее перспективными методами оперативного контроля становятся методы неразрушающего контроля, позволяющие быстро определять скрытые производственные дефекты изделий и вносить соответствующие коррективы в технологический процесс. Статистические методы позволяют только установить факт уменьшения надежности изделий, а для выяснения причины требуется специальный анализ.

Повышение надежности элементов может быть достигнуто также приработкой их под нагрузкой, приемо-сдаточными испытаниями при жестких критериях отказов и отбраковкой элементов со скрытыми производственными дефектами. Приработка элементов под нагрузкой на заводах позволяет отбраковать отказавшие элементы со скрытыми производственными дефектами и стабилизировать параметры оставшихся элементов. Интенсивность отказов снижается до стабильного уровня, соответствующего периоду нормальной эксплуатации.

Приемочный контроль производят на основании результатов контрольных (приемо-сдаточных) испытаний. Испытания элементов на надежность проводят при типовых электрических и внешних нагрузках, при заданных контролируемых параметрах и критериях годности. Схему, в которой испытывают элементы, выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму возможное ее влияние на надежность элементов. В качестве контролируемых параметров выбирают основные параметры, имеющие тенденцию к дрейфу.

Приемо-сдаточные испытания при жестких критериях отказов заключаются в том, что режимы электрических и внешних нагрузок выбирают предельными или близкими к предельным, а критерии годности -- значительно более жесткими, чем при работе элементов в схеме. Производство, поставляющее элементы, которые удовлетворяют жестким приемо-сдаточным испытаниям, обеспечивает и более высокий уровень производственной надежности по сравнению с испытаниями при типовых нагрузках.

Однако надежность может быть повышена и дальше отбраковкой потенциально ненадежных элементов со скрытыми производственными дефектами, не проявившими еще себя в период приработки и испытаний. Такая отбраковка осуществляется методами неразрушающего контроля каждого элемента выпускаемой партии. Эффективность такой программы отбраковки должна оцениваться с учетом экономической целесообразности. Известны случаи, когда снижение интенсивности отказов этим методом от 1/ч до 1/ч приводило к увеличению стоимости элементов в 50 раз, а сроки поставки увеличивались в 2--3 раза.

Уровень эксплуатационных показателей надежности элементов закладывают при проектировании и производстве РЭА и поддерживают, соблюдая правила и режимы эксплуатации. В РЭА элементы входят в состав конкретных электрических схем. Небольшие изменения какого-либо параметра элемента могут привести к сдвигу рабочей точки электрического режима схемы и существенному изменению этого же или другого параметра. Схема по-разному может реагировать на изменение параметров: либо стабилизировать дрейф, либо усиливать его вплоть до лавинного убыстрения этого процесса. Поэтому вопросы стабилизации внутренних процессов в элементах и их электрических режимов приобретают важное значение для получения высокой надежности элементов и РЭА в целом. Таким образом, существенное значение имеет устойчивость схемы к изменению внешних условий эксплуатации и дрейфу параметров элементов.

Поскольку эксплуатационные показатели надежности элементов определяются устройством, в котором они работают, то их в общем случае необходимо относить к конкретному типу устройства с конкретным типом элементов. Более того, конструкция РЭА влияет на надежность элементов, так как она определяет степень защиты их от внешних воздействий, характера теплообмена и т. д. Практика показывает, что для одного и того же типа элемента в зависимости от типа схемы и нагрузочного режима эксплуатационные показатели надежности могут существенно отличаться. Отсюда следует вывод, что эксплуатационные показатели надежности не могут являться объективной и однозначной характеристикой элементов, если они в значительной степени зависят от свойств и характеристик электрической схемы и конструкции устройства.

3 Расчет надежности типового устройства

Предварительный усилитель с изменяемой АЧХ на рисунке 3.1

Основная функция предусилителя -- усиление слабого сигнала до уровня сигнала в линии. Слабый сигнал может приходить со звукоснимателей, микрофона, проигрывателя, или приёмника.

Рисунок 3.1 - Предварительный усилитель с Изменяемой АЧХ

Основные требования к предварительным усилителям - малые нелинейные искажения сигнала (коэффициент гармоник - не более нескольких сотых долей процента) и небольшой относительный уровень шумов и помех (не выше -66...-70 дБ), а также достаточная перегрузочная способность.

Определим для данной схемы типы элементов, исходя из возможностей обеспечения максимальной надежости.

Выберем для R1, R3, R4, R5 - R10, R_г тип резисторов - постоянные композиционные из таблицы 3.1 и среднее значение интенсивности отказов . Для переменных резисторов R2,R5 возьмем средней значение интенсивности отказов равной .

Таблица 3.1

Тип резисторов	Интенсивность отказов, 10-6 1/ч
Постоянные углеродистые	0,005	0,9
Постоянные композиционные	0,005	0,3
Постоянные металлопленочные	0,01	0,06
Постоянные проволочные	0,02	0,1
Переменные композиционные	0,02	0,3

Выберем из таблицы 3.2 тип конденсаторов - электолитическе, также возьмем среднее значение интенсивности отказов конденсаторов .

Таблица 3.2

Тип конденсаторов	Интенсивность отказов, 10-6 1/ч
Бумажные	0,003	0,29
Керамические	0,042	1,64
Слюдяные	0,005	0,132
Стеклянные	0,0005	0,87
Воздушные переменные	0,01	0,082
Электролитические	0,003	0,513

Транзистор КТ312 -кремниевый транзистор маломощный, поэтому из таблицы 3.3 выбираем среднее значение интенсивности отказов для маломощных кремниевых транзисторов .

Таблица 3.3

Наименование элемента	Интенсивность отказов (x 10-6 1/ч )
Диоды германиевые	0,002 - 0,7
Диоды кремниевые	0,02 - 0,4
Транзисторы германиевые маломощные	0,4 - 0,7
Транзисторы германиевые мощные	0,6 - 2
Транзисторы германиевые в ключевом режиме	0,7 - 1
Транзисторы кремниевые маломощные	0,45 - 1,4
Транзисторы кремниевые высокочастотные	0,15 - 1,6
Транзисторы кремниевые в ключевом режиме	0,25 - 0,8
Провода соединительные	0,008 - 0,12
Соединения пайкой	0,01 - 0,04
Резисторы переменные (потенциометры)	0,02 - 0,5
Конденсаторы переменные	0,1 - 0,3
Микросхемы интегральные	0,001 - 0,1
Трансформаторы	0,012 - 0,052

При расчетах, по условию, принимаем , что функция плотности распределения вероятности безоткатной работы является экспотенциальной.

Рассчитаем вероятность отказа элементов и вероятность без отказной работы элементов по формулам 1.9 и 1.10 для времени эксплуатации часов.

Составим упрощеную схема данной схемы для расчета вероятностей безотказной работы.

Рисунок 3.2 - Упрощенная схема данной схемы для расчета вероятностей безотказной работы.

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка в - г



Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка а - у

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка р - с

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка р - с

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка п - т

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка м - н

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка м - о

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка мопт



Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка и - к

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка и - л

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка имопт

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка емопт

Рассчитаем вероятность безоткатной работы для участка аует

Заключение

Высокие эксплуатационные показатели надежности РЭА достигаются, прежде всего, правильным выбором типов элементов с учетом особенностей их работы в электрических схемах и условий эксплуатации. Элементы, выбираемые для проектируемой аппаратуры, должны удовлетворять следующим требованиям: технические параметры элементов должны обеспечивать заданные выходные характеристики РЭА; число типов применяемых элементов должно быть минимальным; по своим параметрам и характеристикам элементы должны соответствовать требованиям, предъявляемым к РЭА по климатическим, механическим и электрическим уровням нагрузок; элементы должны быть освоены в серийном производстве, их надежность должна обеспечивать требуемую долговечность и безотказность работы РЭА в течение заданного времени; стоимость элементов должна быть минимальной; элементы должны применяться по своему прямому назначению в соответствии с требованиями технических условий на них.

Выбору конкретного типа элемента должен предшествовать детальный анализ функций и условий его работы в конкретной электрической схеме и аппаратуре. На основании этого анализа составляют требования к функциональному назначению и основным параметрам элементов и по ним выбирают тип элементов.

Исходя из требуемого уровня надежности проектируемой РЭА, специальными методами, основанными на технико-экономическом анализе, определяют необходимый уровень надежности каждого элемента, который можно обеспечить: выбором элементов с необходимыми производственными показателями надежности; проектированием электрических схем с введением обратных связей и регулировок, компенсирующих и стабилизирующих дрейф параметров элементов; введением нагрузочного резервирования путем снижения уровня электрических нагрузок элементов; защитой элементов от воздействий эксплуатационных факторов.

Библиографический список

1. Бережной В.П. Дубицкий Л.Г. Выявление причин отказов РЭА. - М.: Радио и связь, 1983. - 232 с.

2. Георгиу В.Г., Галамага В.Н. Практическая электроника. - Кишинев. МСЭ, 1989 -256 с.

3. Голинкевич. Т.А. Прикладная теория надежности. Учебник. М. Высш. школа. 1977. 160 с.

4. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. - М.: Радио и связь, 1984 - 400 с.

5. Никулин С.М. Надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры. - М. : Энергия, 1979. - 80 с.

6. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Лавриненко В.Ю. - М.: Высшая школа, 1978. 320 с.

7. Панов Б.В. и др. Оформление курсовых и дипломных проектов. Учебное пособие. Ростов-на-Дону. РВИРВ, 2000. 190 с.

8. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах. Учебное пособие. Под ред. Г.В. Дружинина. М.: Энергия, 1976. 448 с.

9. Терещук Р.М. и др. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник. Киев.: Наукова думка. 1981. 672 с.

10. Тюриков В.Л. Теоретические основы надежности. Учебное пособие. МО РФ. 1999. 132 с.

11. Улинич Р.Б. Практическое обеспечение надежности РЭА при проектировании. - М.: Радио и связь, 1985. 112 с.

Приложение

Размещено на Allbest