Полный расчет надежности радиоэлектронных устройств и систем

Для того чтобы, производить более точный расчет надежности РЭА, необходимо знать условия эксплуатации, режимы работы и зависимости интенсивностей отказов от условий применения всех элементов аппарата. Условия использования и нагруженность режима эксплуатации каждого элемента могут быть определены на основании анализа технических условий на данную РЭА и ее принципиальной схемы, то есть на более позднем этапе проектирования. Условия эксплуатации и электрические режимы работы оказывают существенное влияние на интенсивность отказов элементов, а, следовательно, и на надежность аппарата в целом.

Для того чтобы характеризовать нагруженность электрических режимов элементов, вводятся коэффициенты нагрузки:

где А_раб и A_ном ‑ рабочий и номинальный электрические режимы

элемента по какому-либо показателю.

Например, для резисторов в большинстве случаев наиболее важ­ным показателем нагруженности электрического режима является рассеиваемая мощность. Поэтому его коэффициент нагрузки по мощности:

Однако в некоторых специфических схемах применения коэффициент нагрузки резисторов может выражаться иначе.

Так, на рис. 2.1 изображен сглаживающий фильтр высоковольтной цепи питания. Резистор R служит для разрядки конденсаторов C₁ и C₂ после выключения питания во избежание поражения током оператора. Электрическое сопротивление резистора R выбирается достаточно большим с тем, чтобы он не оказывал существенного влияния на работу аппарата. Поэтому R = 5 – 10 МОм.

Рис. 2.1. Сглаживающий фильтр

Если напряжение источника питания U = 10³ В, то мощность, рассеиваемая на резисторе R =5 Мом:

Вт

Отсюда коэффициент нагрузки по мощности для P_ном=2 Вт

Однако в рассматриваемом конкретном применении резистора R рассеиваемая мощность не является важный показателем, так как наи­большую нагрузку испытывает резистор R по приложенному напряжению. Каждый тип резистора рассчитан на некоторое предельно допустимое напряжение. Так, резистор типа ВС-2 (Р_ном = 2.0) .имеет U_ном = 1000 В, а резистор типа МЛТ-2 имеет U_ном = 700 В. Следовательно, наиболее правильно характеризовать нагруженность электрического режима резистора R в рассматриваемой схеме коэффициентом нагрузки по напряжению

(для BC-2)

Таким образом, зависимость интенсивностей отказов элементов А от режимов работы позволяет уточнить уровень вероятности исправной работы аппарата. Однако в настоящее время эти зависимости исследованы еще недостаточно. Имеются лишь ограниченные данные по влиянию температуры окружающей среды и электрического режима на интенсивность отказов типовых элементов. В большинстве случаев применения можно считать, что эти факторы являются наиболее существенными.

где ‑ интенсивность отказа системы

‑ значения интенсивности отказов элементов в известных температурных и электрических режимах, найденные из справочников.

Более полно интенсивность отказа каждого элемента можно представить в виде функции следующего вида:

Где ‑ среднестатистическое значение интенсивности отказов i‑го элемента схемы, полученное путем проведения специальных испытаний достаточно больших групп этих элементов в некоторых известных режимах при известном допуске на основные параметры (жесткости требований по надежности);

K₁ ‑ коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

K₂ и K₃ ‑ коэффициенты, учитывающие специфические особенности данного элемента;

K₄ ‑ коэффициент, учитывающий жесткость требований по надежности (категорию жесткости);

K₅ ‑ коэффициент, учитывающий влияние внешних климатических и механических факторов (значение K₅ устанавливается лабораторией надежности для каждого конкретного применения).

Исходные данные для расчета надежности РЭА, полученные в результате заводских испытаний, приводятся в справочниках по расчету надежности.

Пример. Определить интенсивность отказов транзистора типа П216, работающего в схеме при средней рассеиваемой мощности на коллекторе Р_кср=7 Вт, при T°=+50°C, K₅=2, категория жесткости I.

Категории жесткости устанавливаются в соответствии со следующими нормами:

I категория: от начального β₀;

II категория: от начального β₀;

III категория: от начального β₀.

В табл.2.1 приводятся необходимые сведения для транзистора П216.

Тип	ТУ	Режим испытаний		Критерий отказов
0С	час
П216	СБО.005.01	+20		0.05	По III категории

Тип	Предельная температура, 0С	Коэффициент категории жесткости
Верхняя	Нижняя	III	II	I
П216

Сначала подсчитывается нормированная температура

В приведенной таблице верхняя и нижняя предельные температуры относятся к интервалу температур, в пределах которого наблюдаются существенные изменения основных параметров транзисторов. При коэффициент K₁ принимается равным значению (рис. 2.2)

Рис. 2.2. Интервал нормированной температуры транзистора

Рис. 2.3. Зависимость тока коллектора от времени при работе тринзистора в импульсном режиме

Коэффициент нагрузки по мощности

По значениям К_р и Т⁰ находим

Для расчета интенсивности отказов транзисторов используется формула (7), принимающая в данном случае вид:

Тогда

В случае если транзистор работает в импульсном режиме, расчет средней мощности, рассеиваемой на коллекторе, производится с учетом характера режима:

где t₀ ‑ интервал открытого состояния транзистора (рис.2.3);

t₃ - интервал закрытого состояния;

t₁, t₂. - интервал переходных состояний;

t₄ - продолжительность цикла;

P₀, P₃, P_1,2 - мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора соответственно в открытом, закрытом и переходном состояниях.