Министерство транспорта Российской Федерации

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Радиотехнические и управляющие системы»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТЕЙ ОТКАЗОВ УСИЛИТЕЛЯ

Лабораторная работа № 6

по теме: Основы теории надежности

Студент гр. 29а

________________ Швед С.В.

Руководитель –

преподаватель каф. «РУС»

__________________ А.А.Любченко

Омск 2011

Цель работы: определение поправочных коэффициентов и расчет эксплуатационных интенсивностей внезапных и постепенных отказов
усилителя.

Краткие сведения из теории

Для точного расчета безотказности электронного устройства и выбора электрических режимов работы элементов необходимо располагать данными о зависимости интенсивности отказов λ от всех воздействующих факторов, определяемых при работе элементов в конкретных схемах устройств. Обычно такие данные отсутствуют ввиду практических трудностей их получения. Поэтому для приближенных расчетов надежности в отношении внезапных отказов определяют номинальную интенсивность отказов λ_н. Значение λ_н определяется в так называемых «нормальных» условиях работы, соответствующих температуре (25 ± 10) °С, относительной влажности

(60 ± 20) %, номинальному электрическому режиму и в отсутствие остальных воздействующих факторов.

Для каждого типа элементов получена экспериментальным путем зависимость отношения эксплуатационной интенсивности отказов к номинальной (α = λ_э/λ_н), называемое поправочным коэффициентом, от наиболее существенных факторов: температуры Т_ср окружающей среды и уровня электрических нагрузок, характеризуемых коэффициентом нагрузок К_н. Значение λ_э экспоненциально возрастает с увеличением температуры, а λ_н остается неизменной, поэтому и отношение α = λ_э / λ_н экспоненциально растет с увеличением Т_ср для каждого коэффициента нагрузки К_н.

После выбора типа элемента становится известным значение λ_н. Поэтому для заданной температуры Т_ср и коэффициента нагрузки К_н по соответствующим зависимостям находят α и определяют эксплуатационную интенсивность отказов λ_э = αλ_н.

Например, если заданы λ_э и Т_ср = Т^̕_ср, то известно α = α^' = λ_э/λ_н. Тогда по графикам рис. 6.1. определяют К_н = К^'_н, а следовательно, и электрический режим элемента по постоянному току.

Рисунок 1 – Типовая зависимость изменения эксплуатационной интенсивности отказов элементов от температуры среды и коэффициентов нагрузки

Если полученная таким образом точка М лежит в области рекомендуемых нагрузок, то выбор типа элемента произведен удовлетворительно и его можно использовать в схеме в любых электрических режимах с К_н ≤ К^'_н и при Т_ср ≤ Т^'_ср, но лежащих в области рекомендуемых нагрузок. Если точка вышла за область рекомендуемых нагрузок, то необходимо выбрать элемент с другим значением λ_н.

Воздействие других внешних факторов на выбранный элемент учитывают умножением λ_н на поправочные коэффициенты α_i. При этом λ_э = αλ^'_э, λ^'_э = α₁… α_i … α_nλ_н, где α₁ характеризует влияние влажности, α₂ – вибрации, α₃ – давления и т. д.

Учет с помощью поправочных коэффициентов α_i влияния внешних факторов на безотказность элементов носит также приближенный характер, так как многие из этих коэффициентов зависят один от другого, от температуры и электрической нагрузки.

Если для элементов с наивысшими показателями надежности не удается обеспечить заданную λ_э, то необходимо прибегать к более качественной защите элементов в электронных устройствах от воздействия внешних факторов для снижения значений коэффициентов α_i.

Статистика работы элементов одного типа в различных схемах показывает, что в хорошо спроектированных схемах и при правильном выборе элементов и режимов их работы можно получить λ_э = 0,1 λ_н и менее.

Суммируя эксплуатационные интенсивности отказов элементов схемы усилителя, можно рассчитать интенсивность внезапных отказов усилителя в целом.

Интенсивность постепенных отказов элементов рассчитывают из рекомендуемых соотношений с интенсивностью внезапных отказов этих элементов. Суммируя интенсивности постепенных отказов элементов по группам (резисторов, конденсаторов, транзисторов и др.), можно определить интенсивность постепенных отказов усилителя.

Практическая часть

Таблица 1 – Номинальные интенсивности отказов элементов

Элемент	Тип	λн, 10^-6 1/ч	Тср, °С
Резисторы	МЛТ	0,б004202
Конденсаторы	К70	0,138
Транзисторы	КТ315	0,855

Таблица 2 – Расчет эксплуатационной интенсивности внезапных отказов резисторов

Обозначение в схеме	Маркировка	Кн	α	λв, 10^-6 1/ч
R1	МЛТ -0,125 4,3кОм±10%	0,132	0,20592	0,04159584
R2	МЛТ-0,125 1кОм±5%	0,021	0,03276	0,00661752
R3	МЛТ-0,125 1кОм±5%	0,592	0,92352	0,18655104
R4	МЛТ-0,125 100Ом±5%	0,064	0,09984	0,02016768
R5	МЛТ-0,125 43кОм±10%	0,0144	0,022464	0,004537728
R6	МЛТ-0,125 10кОм±5%	0,0016	0,002496	0,000504192
R7	МЛТ-0,125 10кОм±5%	0,0472	0,073632	0,014873664
R8	МЛТ-0,125 1кОм±5%	0,00552	0,0086112	0,001739462
R9	МЛТ-0,125 430кОм±10%	0,0014	0,002184	0,000441168
R10	МЛТ-0,125 100кОм±5%	0,000264	0,0004118	8,31917E-05
R11	МЛТ-0,125 200кОм±5%	0,00006	0,0000936	1,89072E-05

Таблица 3 – Расчет эксплуатационной интенсивности внезапных отказов конденсаторов

Обозначение в схеме	Маркировка	Кн	α	λв, 10^-6 1/ч
С1	К70-6-10нФ±5%-65В	0,0253	0,000889	0,0001222
С2	К70-6-1мФ±5%-65В	0,0137	0,00048	0,00006617
С3	К70-6-1нФ±5%-65В	0,0103	0,000361	0,00004975
С4	К70-6-1мФ±5%-65В	0,0215	0,000753	0,00010385

Таблица 4 – Расчет эксплуатационной интенсивности внезапных отказов транзисторов

Обозначение в схеме	Маркировка	Кн	α	λв, 10^-6 1/ч
VT1	КТ315А	0,07	0,00805	0,00688275
VT2	КТ315D	0,0118	0,001357	0,001160235
VT3	КТ315А	0,00046	0,0000529	4,52295E-05

Таблица 5 – Расчет интенсивности внезапных и постепенных отказов усилителя

Таблица 5 – Расчет интенсивности внезапных и постепенных отказов усилителя

Группы элементов	λв, 10^-6 1/ч	Соотношение lп/lв	λп, 10^-6 1/ч
Резисторы	0,277130393	1/19	0,01458
Конденсаторы	0,000342	1/4	0,00008
Транзисторы	0,008088		0,15371
Усилитель	0,28556	-	0,16837

Ответы на контрольные вопросы

1) Чем отличается внезапный отказ от постепенного?

Внезапный отказ- отказ, проявляющийся при резком (мгновенном) изменении характеристик объекта. Постепенный отказ-происходит в результате постепенного изменения значений, в результате его старения. Постепенный отказ можно прогнозировать.

2) Какие факторы оказывают влияние на безотказность элементов электронного устройства?

Температура Т_ср и влажность окружающей среды, уровень электрических нагрузок, характеризуемых коэффициентом нагрузок.

3) Почему и как безотказность устройства зависит от количества элементов в его схеме?

Поскольку каждый элемент в схеме может отказать, следовательно, чем их больше, тем ниже безотказность схемы в целом.

4) По какому закону изменяется эксплуатационная интенсивность отказов элементов от температуры окружающей среды?

Эксплуатационная интенсивность отказов элементов от температуры окружающей среды изменяется по экспоненциальному закону.

Дата добавления: 2015-11-04