Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет компьютерного проектирования

Кафедра радиоэлектронных средств

Пояснительная записка к курсовому проекту

по предмету:

«Теоретические основы конструирования, технологии и надежности»

на тему:

«Прогнозирование расчётным способом показателей безотказности РЭУ с учётом электрического режима, условий эксплуатации, конструкторско-технологических и других особенностей элементов»

Выполнил:

Студент гр.900201

Ковбеня В.Л

Проверил:

Боровиков С.М.

Минск 2012

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Выбор элементов печатного узла

2.1 Уточнение параметров элементов

2.2 Выбор типа и типоразмера соединителя

2.3 Выбор типов и типоразмеров элементов каскада

3. Методика прогнозирования расчётным способом показателей безотказности РЭУ

3.2 Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов

4. Оценка показателей безотказности печатного узла

4.1 Результаты расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов

4.2 Определение показателей безотказности печатного узла

5. Анализ результатов решения

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение

Многие современные технологические процессы немыслимы без использования энергии мощного ультразвука. Использование ультразвуковых колебаний в технологических процессах позволяет ускорить ход процесса, изменить направление процесса или получить результаты, невозможные без использования ультразвука [ 1 ].

Типичная ультразвуковая установка состоит из ультразвукового инструмента, преобразователя энергии электрических колебаний в механические колебания и электронного генератора, вырабатывающего электрические колебания необходимой частоты и мощности.

За десятилетия применения ультразвуковых технологических установок определились их сферы приложения, что позволяет говорить о некотором устоявшемся наборе ультразвуковых инструментов. Многообразие ультразвуковых установок предусматривает подачу ультразвуковых колебаний в газообразные, жидкие и твердые среды. При этом колебания подаются как непосредственно от преобразователя к инструменту, так и через различные согласующие звенья, волноводы или концентраторы.

В настоящее время разработчики и конструкторы ультразвуковых установок остановились на двух основных видах ультразвуковых преобразователей, основанных на магнитострикционном и пьезоэлектрическом эффектах. Подключение этих преобразователей к электронным генераторам требует различных согласующих схемных решений. Кроме того, при применении магнитострикционных преобразователей, генератор должен включать в себя источник тока поляризации (подмагничивания). Различная технологическая нагрузка на ультразвуковые преобразователи приводит к изменению ряда механических и электрических параметров преобразователей. Изготовление же универсальных электронных генераторов, исходя из выше перечисленных требований, представляет значительные трудности. Чтобы добиться в каждой конкретной ультразвуковой установке максимально возможного электроакустического КПД и соответствующего физического или химического эффекта, необходимы генераторы с различными электрическими параметрами.

1. Постановка задачи

Целью данного курсового проекта является изучение с основных показателей безотказности, приобретение навыков их расчета и как результат умение их использования в дальнейшей практической деятельности, связанной с проектированием и производством РЭУ т.к. безотказность является одним из ключевых групп показателей в области радиоэлектроники.

К основным показателям этой группы относятся:

· эксплуатационную интенсивность отказов РЭУ

· вероятность безотказной работы в течении заданного времени ;

· вероятность отказа в течении заданного времени ;

· средняя наработка до отказа (среднее время безотказной работы в случае, если наработка выражается временем) ;

· средняя наработка на отказ (кратко - наработка на отказ) ;

· параметр потока отказов ;

· гамма-процентная наработка на отказ .

При расчёте должны учитываться характеристики элементов РЭУ, эксплуатационные и организационные характеристики

2. Выбор элементов печатного узла

2.1 Уточнение параметров элементов

Исходными данными для выполнения расчетов, согласно заданию на курсовое проектирование, являются:

1) Электрическая принципиальная схема устройства «Инвертирующий ФНЧ второго порядка»;

2) Количество однотипных каскадов - 39;

3) Информация о параметрах элементов: f=100 кГц; Q=5 ед.; у тебя питание постоянное 12 В и частоты там нет

4) Вид электрического монтажа - двусторонний печатный;

5) Количество сквозных металлизированных отверстий на печатной плате - 32 % от общего числа отверстий;274

6) Для цепей питания, входных и выходных сигналов предусмотреть соединитель;

7) Условия эксплуатации по ГОСТ 15150-69 для категории исполнения УХЛ 5.1;

8) Вид приёмки элементов - приёмка ОТК («1»);

9) Перегрев в нагретой зоне РЭУ tЗ = 24єС; средний перегрев воздуха в РЭУ tВ = 19 єС;

10) Заданное время работы, указанное заказчиком tр = 1000 ч;

11) Интересующая гамма-процентная наработка до отказа - Тг=95%.

Исходных данных не хватает для решения поставленной задачи: необходимо выбрать типы резисторов и соединителя, выяснить электрические и эксплуатационные характеристики элементов. Некоторые исходные данные даны в неявном виде - количество отверстий (металлизированных и неметаллизированных) на печатной плате, условия эксплуатации (предельные рабочие температуры).

Таблица 2.1 - Параметры элементов и допуски на параметры

Обозначение	Номинал и допуск
R1	300 кОм ± 10%
R2	300 кОм ± 10%
R3	300 кОм ± 10%
С1	0,15 мкФ ± 20%
С2	100 мкФ ± 30%
Uвх	12 В ±10%

Выбираем операционный усилитель типа КР574УД1 (см. таблицу 2.2) - широкополосный, прецизионный ОУ, с низким уровнем шумов. Этот типономинал серии КР574 имеет хорошие точностные параметры и высокое быстродействие, помещен в керамический DIP-8 корпус.

Таблица 2.2- Основные электрические параметры КР140УД26А

мА	МОм	мВ	МкВ/єС	нА	нА/єС	тыс.	В	мА	В	В/мкс	МГц
4,7	0,5	0,03	0,3	35	0,2	1000	12	4	15	11	20

Из ГОСТ 15150-69 [4] находим, что предельная максимальная рабочая температура для категории исполнения УХЛ 5.1 tраб max = +35єС, дополнительное увеличение температуры изделия за счет нагрева солнечными лучами tС = 5єС, группа аппаратуры - 5.1 (для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категорий 5, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры)).

Количество отверстий на печатной плате вычисляется логическим путём:

каждый измерительный усилитель состоит из 1 ИМС, используемые ИМС собраны в корпусах DIP-8 и имеют по 8 выводов, на соединитель от нее идут 2 входа и 1 выход; по 2 отверстия на каждый резистор, по 2 отверстия для каждого конденсатора, всего для 39-го однотипных каскадов.

Отсюда количество отверстий на печатной плате Nотв=858 отверстие. Из них количество металлизированных Nотв мет=858•32%?274 отверстий.

2.2 Выбор типа и типоразмера соединителя

Характеристики соединителей СНП34-69 (XP1) получаем на сайте производителя [5] (69 контактов, максимальное количество сочленений-расчленений n=80; максимальный ток на контакт Iконт=1,8 А, tп=30єС).

Характеристики соединителей СНП64-64 (XS1) получаем на сайте производителя [6] (64 контактов, максимальное количество сочленений-расчленений n=80; максимальный ток на контакт Iконт= 2А А, tп=30єС).

2.3 Выбор типов и типоразмеров элементов каскада

Исходя из анализа полученной электрической схемы, выберем необходимые типы и типоразмеры элементов РЭУ и сведем их в таблицу 2.3.

Характеристики резисторов С2-23 ОЖО.467.081 ТУ (R1-R3) находим из [7] (постоянные, Е24 - ГОСТ 28884-90).

Характеристики конденсаторов К10-17а ОЖО. 460.107 ТУ (С1-С2) находим из (с керамическим диэлектриком, группа ТКЕ Н90).

В качестве операционных усилителй будут применятся аналоговые ИМС КР574УД1 в круглом в керамическом DIP корпусе. Керамический корпус применяется из-за схожего с кристаллом коэффициента температурного расширения. При значительных и многочисленных перепадах температур в керамическом корпусе возникают заметно меньшие механические напряжения кристалла, что снижает риск его механического разрушения или отслоения контактных проводников. Также, многие элементы в кристалле способны менять свои электрические характеристики под воздействием напряжений и деформаций, что сказывается на характеристиках микросхемы в целом. Керамические корпуса микросхем применяются в технике, работающей в жёстких климатических условиях.

Таблица 2.3 - Информация о типах и типоразмерах элементов измерительного усилителя

Элемент	Тип и типоразмер
Резистор R1-R3	С2-23-0,125
Конденсатор С1,С2	К10-17а
Операционный усилитель	КР574УД1, тип корпуса DIP-8

3. Методика прогнозирования расчетным способом показателей безотказности РЭУ

3.1 Метод расчета показателей безотказности РЭУ

При проектировании РЭУ всегда рассчитывают показатели безотказности и показатели ремонтопригодности (если по техническому заданию РЭУ относится к восстанавливаемым изделиям).

Основное расчетное соотношение для вероятности безотказной работы устройства получают в предположении, что элементы электрической схемы РЭУ с точки зрения надежности соединены последовательно. Эта модель надежности РЭУ иллюстрируется на рис. 3.1 и означает, что отказ РЭУ в целом происходит при отказе хотя бы одного из элементов.

Рис. 3.1. Схема (модель) соединения элементов в РЭУ с точки зрения надежности: N - количество элементов РЭУ

С учетом принятой модели надежности РЭУ и гипотезы об экспоненциальном законе надежности элементов вероятность безотказной работы РЭУ за заданное время находят, используя выражение

, (3.1)

где N - количество элементов в устройстве;

- параметр экспоненциального распределения для i-го элемента, численно равный интенсивности отказов этого элемента, i =1,…,N.

Из выражения (3.1) видно, что расчет показателя безотказности сводится к определению величины

, (3.2)

называемой суммарной интенсивностью отказов устройства [6, с. 15-16].

В случае сложных РЭУ (два и более блока, модуля и т. п.) порядок прогнозирования их надёжности расчётным методом определяется ГОСТ 27.301-95. Выделяют составные части РЭУ - модули, обычно на уровне печатных узлов. Отдельную самостоятельную часть составляют несущая конструкция с органами коммутации и управления, межблочный монтаж и ЭРИ, не входящие в печатные узлы. Рассчитываю показатели безотказности функциональных частей (модулей) и, используя эти показатели, оценивают безотказность РЭУ в целом.

Основными исходными данными для расчёта являются:

- электрические принципиальные схемы функциональных частей и устройства в целом, перечни элементов к схемам;

- спецификации к сборочным единицам и сборочные чертежи функциональных частей и РЭУ в целом;

- результаты расчёта теплового режима РЭУ с указанием значений перегрева в нагретой зоне tЗ и среднего перегрева внутри устройства tВ;

- информация о категории исполнения по ГОСТ 15150-69 и объекте размещения РЭУ или указание о требованиях к климатическим факторам и механическим воздействиям по другим ГОСТ либо численное описание этих требований;

- карты электрических режимов работы элементов (желательно);

- информация об уровне качества элементов (виде приёмки элементов в условиях производства).

Последовательность расчёта показателей безотказности следующая [6, c.61-63]. В рассматриваемом РЭУ выделяем функциональные части, которые с точки зрения надёжности будут рассматриваться как самостоятельные.

Для каждой (i-й) выделенной части (модуля) последовательно выполняем следующие действия.

1. Пользуясь перечнями элементов и (или) спецификациями, а при необходимости и технической документацией на элементы выясняем значение их электрических и эксплуатационных характеристик, необходимых для выбора или расчёта поправочных коэффициентов, используемых в математических моделях расчёта (прогнозирования) эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Для ИМС необходимо хотя бы ориентировочно уточнить количество элементов в составе ИС или количество бит (для ИМС памяти).

2. С помощью карт электрических режимов или методом экспресс-анализа электрических схем находим коэффициенты электрической нагрузки элементов. Допускается погрешность до 20 %.

3. Определяем максимально возможную температуру элементов при работе в составе РЭУ: для теплонагруженных элементов - с учётом значения tЗ, для нетеплонагруженных - с учётом значения tВ.

4. Даём оценку эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Для этого для каждого элемента последовательно выполняем следующее:

- пользуясь таблицей «Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС» [6, c.22-24], находим справочное значение интенсивности отказов группы элементов, в которую входит рассматриваемый элемент;

- по таблицей «Математические модели определения значений для элементов производства стран СНГ» [6, с.18-20] уточняем математическую модель расчёта эксплуатационной интенсивности отказов ;

- в зависимости от класса и группы, в которую входит рассматриваемый элемент, его характеристик и особенностей, а также условий эксплуатации РЭУ и вида приёмки элемента (при его изготовлении в условиях производства) определяем значения поправочных коэффициентов, входящих в выбранную модель расчёта эксплуатационной интенсивности отказов ;

- выполняем расчёт (прогнозирование) .

5. Т.к. печатная плата имеет металлизированные отверстия, то определяем её эксплуатационную интенсивность отказов, пользуясь моделью, приведённой в таблице «Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС» [6, c.18-20], и учитывая количество паек металлизированных отверстий.

6. Определяем эксплуатационную интенсивность отказов соединений пайкой на печатной плате для отверстий, где нет металлизации.

7. С помощью обычного суммирования значений элементов и компонентов подсчитываем эксплуатационную интенсивность отказов i-й функциональной части (модуля) ЛЭi, где i = 1, …, N , где N - количество модулей.

При расчёте величины ЛЭi элементы одного функционального назначения с одинаковыми электрическими режимами, конструктивно-технологическими и другими факторами могут объединяться в группы однотипных элементов. В этом случае значение ЛЭi для i-го модуля определяем по выражению (3.3) таблицы 3.1.

Эксплуатационную интенсивность отказов РЭУ в целом определяем суммированием значений по формуле (3.4) таблицы 3.1.

Если в составе РЭУ имеются одинаковые модули, то для расчёта величины РЭУ вместо (3.4) может использоваться выражение (3.5) таблицы 3.1.

В предположении экспоненциального закона надёжности наработку до отказа TО находим по формуле (3.6) таблицы 3.1.

В этом случае вероятность безотказной работы за время находится по формуле (3.7) таблицы 3.1.

Исходя из экспоненциального закона распределения гамма-процентная наработка до отказа вычисляется по формуле (3.8) таблицы 3.1.

Таблица 3.1 - Формулы для расчета показателей безотказности РЭУ

№	Расчетная формула	Описание параметров
(3.3)	Эксплуатационная интенсивность отказов i-й функциональной части (модуля)		i = 1, …, N , где N - количество модулей; - эксплуатационная интенсивность отказов элементов j-й группы; - количество элементов в j-й группе; в предельном случае в каждой группе может быть всего лишь по одному элементу (Для соединений пайкой на печатной плате для отверстий, где нет металлизации, количество элементов в j-й группе всегда больше единицы ( > 1)); k - число сформированных групп однотипных элементов.
3.4)	Эксплуатационная интенсивность отказов РЭУ в целом		N - количество модулей.
3.5)	Эксплуатационная интенсивность отказов РЭУ в целом		- количество модулей i-го вида в составе РЭУ; - число разновидностей модулей.
3.6)	Наработка на отказ
3.7)	Вероятность безотказной работы за время		- заданное время;
3.8)	Гамма-процентная наработка до отказа		- вероятность не возникновения отказа в устройстве.

3.2 Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов

Значения эксплуатационной интенсивности отказов большинства групп элементов (компонентов) рассчитываются по математической модели

, (3.9)

где - базовая интенсивность отказов элементов данной группы;

- коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интенсивности отказов в зависимости от различных факторов;

m - число учитываемых факторов.

Для отдельных групп сложных электрорадиоизделий (ЭРИ), суммарный поток отказов которых складывается из независимых потоков отказов составных частей ЭРИ (например, электромагнитной катушки и контактной системы реле), математическая модель расчёта эксплуатационной интенсивности отказов имеет вид

, (3.10)

где - исходная (базовая) интенсивность отказов j-й части изделия, j=1, …, n; n - количество составных частей изделия;

- коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора для j-й части изделия; i =1,…m; j =1, …, n;

- количество факторов, учитываемых для i-й части изделия [6, с.17-18].

Математические модели определения значений для классов (групп) элементов РЭС представлены в таблице 3.2. Пояснения величин (параметров), входящих в математические модели представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.2 - Математические модели определения значений для классов (групп) элементов РЭС

Класс (группа) элементов	Вид математической модели
Интегральные микросхемы (типовой электрический режим)
Резисторы постоянные металлодиэлектрические
Соединители (разъемы) низкочастотные
Платы со сквозными металлизированными отверстиями (пайки отверстий)
Соединения, в том числе пайкой

Таблица 3.3 - Пояснения величин (параметров), входящих в математические модели

Параметр	Пояснения
	Базовая интенсивность отказов элементов данной группы (или конкретного типа), отвечающая температуре окружающей среды +25?С и номинальной электрической нагрузке, т.е. значению коэффициента электрической нагрузки Кн=1
	Коэффициент, зависящий от температуры корпуса элемента (компонента)
	Коэффициент, учитывающий количество элементов в ИМС
	Коэффициент учитывающий тип корпуса
	Коэффициент, учитывающий напряжение питания
	Коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации РЭУ
	Коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов (компонентов РЭУ) в условиях производства
	Коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки (коэффициента Кн) и температуры корпуса элемента
	Коэффициент, зависящий от значения номинального сопротивления
	Коэффициент, зависящий от значения номинальной мощности (для металлодиэлектрических резисторов)
	Коэффициент, зависящий от значения от значения допуска на сопротивление (для металлодиэлектрических резисторов)
	Коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов
	Коэффициент, зависящий от количества сочленений-расчленений n (соединителя)
	Количество сквозных отверстий, пропаянных способом "пайка волной"
	Коэффициент, учитывающий количество слоев n в плате
	Количество сквозных отверстий, пропаянных ручным способом

4. Оценка показателей безотказности печатного узла

4.1 Исходные данные, используемые для расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов

печатный узел отказ эксплуатационный

В таблице 4.1 запишем информацию об элементах, используемых в печатном узле.

Для учета влияния температуры на эксплуатационную интенсивность отказов элементов принято во внимание верхнее значение предельной рабочей температуры (), соответствующее РЭУ исполнения УХЛ 5.1 по ГОСТ 15150-69, и возможное увеличение предельной рабочей температуры на значение за счет нагрева (солнечными лучами) РЭУ и, следовательно, модуля в составе РЭУ [7, п. 5.4].

Предельная рабочая температура теплонагруженных элементов (ИМС) определена как

,

где - перегрев в нагретой зоне конструкции РЭУ [6, с. 65].

Значение величины для нетеплонагруженных элементов (соединитель, соединения пайкой, слабонагруженные резисторы) подсчитано как

,

где - средний перегрев воздуха внутри конструкции РЭУ [6, с. 65].

Таблица 4.1 - Информация об элементах, используемых в печатном узле

Количество элементов правильно считай с учетом количества каскадов

Элемент	Позиционное обозначение	Тип	Функциональное назначение	Кол-во	Примечание	Предельные рабочие температуры
ИМС	DA1	КР574УД1	Операционный усилитель	1	39 элемент	81°С
Конденсатор	С1, С2	К10-17а	С керамическим диэлектриком	41	С=0,15,C2=100 мкФ U=25 В	85°С
Резистор	R1, R2,R3	С2-23	Постоянные, металлодиэлектрические	41	Pном=0,125 Вт R=300 кОм Допуск ±10%	76°С
Резистор	R4,R5	С2-23	Постоянные, металлодиэлектрические	41	Pном=0,125 Вт R4=1 МОм ,R5=100 Ом. Допуск ±10%	76°С
Соединитель	XP1	СНП34-69/ 132х9,4-P-224	Розетка, угловая	1	69 конт., tп=30єС, n=80, Iконт=1,8А	76°С
Соединитель	XS1	СНП64-64/ 95х11-В-21	Вилка прямая	1	64 конт., tп=30єС, n=80, Iконт=2А	76°С
МО, пропаянные волной	-	-	-	274	Количество отверстий N1	76°С
Соединения пайкой волной	-	-	-	858	Дополнительно к МО, пропаянной волной	76°С

4.2 Коэффициенты электрической нагрузки элементов

Реальный уровень безотказности элементов зависит от коэффициентов их электрической нагрузки, определяемых отношением

, (4.1)

где - электрическая нагрузка элемента в рабочем режиме, т.е. фактическая нагрузка на рассматриваемом схемном элементе;

- номинальная или предельная по ТУ электрическая нагрузка элемента, выполняющего в конструкции функцию схемного элемента.

На практике при определении коэффициентов электрической нагрузки конкретного элемента выбирают такую электрическую характеристику, которая в наибольшей степени влияет на надежность этого элемента. Формулы для определения коэффициентов электрической нагрузки приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Формулы определения коэффициентов электрической нагрузки

Элемент	Формула для определения Кн	Пояснения
Резистор	Кн = Рраб / Рном	Р -- мощность
Конденсатор	Кн = Uраб / Uном	U -- напряжение
Цифровые интегральные микросхемы (ИМС)	Кн(I)=Iвых.раб/Iвых.max при Uпит=Uпит.ном	Iвых -- выходной ток ИМС Uпит - напряжение источника питания
Элементы коммутации низковольтные (U < 300 В)	Кн = Iраб / Iном	I -- ток через контакт

Для определения токов и напряжений заданной схемы полосового фильтра, необходимых для расчета коэффициентов электрической нагрузки элементов воспользуемся источником [2].

Для построения инвертирующего ФНЧ второго порядка использована сложная отрицательная (МОС). Электрические характеристики определим с помощью системы уравнений, составленной для токов и напряжений, действующих на элементах схемы, показанной на рисунке 4.1, с учетом идеальности ОУ.

Для этой схемы

I = I1 + I2 + I3 (4.2)

или

(4.3)

где р - комплексная переменная, равная р = jщ + у;

U2 - выходное напряжение схемы, равное выходному напряжению операционного усилителя (ОУ), которое равняется U2 = 12 В согласно справочным данным микросхемы DA1.

Связь между напряжениями U' и U находим посредством элементов цепи МОС R3 и C1:

U2 / U' = -pCR3 (3.4)

где С1=С2=С.

Отсюда выражаем U', получаем

U' = U2 / -pCR3,

U' ? 2,76 В.

Резонансную (центральную) частоту фильтра определяем по формуле:

(3.5)

Определяем токи и напряжения, действующие на элементах схемы с помощью уравнений (3.2), (3.3) и (3.4), принимая р = f0 = 21 Гц.

Из уравнения (3.3), с помощью (3.4) находим U1. Получаем U1 = 9,1 В.

Рассчитываем токи, действующие в схеме:

I = = (9,1-2,76) / 1500 ? 3 мА; (3.6)

I1 = = (4,7-10)*21*10-6 = -0,1113 мА; (3.7)

I2 = = 4,7*21*10-6 ? 0,0987 мА; (3.8)

I3 = = 4,7 / 1500 ? 3,1 мА. (3.9)

Рассчитываем коэффициенты электрической нагрузки элементов в соответствии с формулами в таблице 3.2:

КнR1 = KнR2 = Рраб / Рном =(3•10-3)2 •1500 / 0,062 ? 0,108; (3.10)

KнR3 = Рраб / Рном =(0,1•10-3)2 • 100000 / 0,125 ? 0,008; (3.11)

KнC1 = KнC2 = Uраб / Uном =25/ 160 ? 0,15; (3.12)

KнDA1 = Iвых.раб/Iвых.max =10 / 12 ? 0,8; (3.13)

KнXP1 = Iраб / Iном =3•10-3 / 1,8 ? 0,002. (3.14)

KнXS1 = Iраб / Iном =3•10-3 / 2 ? 0,0015. (3.15)

Рассчитанные коэффициенты приведены в таблице 3.3.

Таблица 4.3 - Коэффициенты электрической нагрузки элементов

Элемент	Рассчитанный коэффициент электрической нагрузки, Kн	Округленный коэффициент электрической нагрузки
R1, R2	0,108	0,1
R3,R4,R5	0,008	0,1
C1, C2	0,15	0,2
DA1	0,8	0,8
XP1	0,002	0,1
XS1	0,0015	0,1

Так как получившиеся значения коэффициентов получились очень незначительными, то, предполагая использование источника тока во внештатном режиме, принимаем значения коэффициентов равными значениям, приведенным в таблице 4.3.

4.3 Результаты расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов

Значения поправочных коэффициентов для моделей прогнозирования лЭ каждого элемента представлены в таблице 4.4.

Расчет эксплуатационной интенсивности отказов элементов представлен в таблице 4.5

Таблица 4.4 - Формулы и коэффициенты для расчета поправочных коэффициентов

Позиционное обозначение	Вид математической модели расчёта лэ	Численное значение лэ	Численное значение поправочного коэффициента	Формулы расчета поправочных коэффициентов, входящих в математическую модель лэ	Значения коэффициентов, входящих в формулы расчета поправочных коэффициентов
Микросхема DA1	лэ = лБКtКИСКкорпКVКЭКП	0,039	КИС =0,336 Кt =2,6	КИС = АNS Кt = exp[B(tокр-25)]	A =0,336; В = 0,021; S = 0,288; Ккорп = 3; КV = 1; tокр - температура окружающей среды, єС
Конденсаторы С1, С2	лэ = лБКРКСКЭКП	0,003	КР(С1) =0,02, КР(С2) =0,02. KC(С1) =1, KC(С2) =1.	КР = А[(Kн / NS)H+1]exp[B((tокр+273) / NT)G] KC = C0,05	A = 9,583 10-3 ; B = 2.5; NT = 358; G = 18; NS = 0,4; H = 5; С - емкость конденсатора, заданная в исходных данных
Резисторы R1-R5	лэ = лБКРКRКЭКП	0,027	КР(R1) =0,5, КР(R2) =0,5, КР(R3) =0,5 КР(R4) =0,5, КР(R5) =0,5,	КР = Aexp[B((tокр+273) / NT)G]exp{[( Kн / NS) ((tокр+273) / 273)J]H}	A = 0,06; B =1,616; NT = 328; G = 2,746; NS = 0,622; J=1,198; H = 0,770; КR = 0,5 углеродистых резисторов с диапазоном сопротивлений ? 100 кОм
Соединитель XP1	лэ = лБКРКKКnКЭКП	0,76	КР =3,6 Кн =0,1 Кn =2,5	КР = exp[9000[1/(298+tп) - 1/(273+tокр+tпexp(-1,8(-Кн))]] Кн = exp[0,1(N-1)]0,51064 Кn = 0,32exp(0,0028n)	tп - температура перегрева контактов по ТУ при максимальной токовой нагрузке, по ТУ tп = 10…30 єС, принимаем равное 20 єС; tокр - температура окружающей среды, єС; КН - коэффициент электрической нагрузки по току, рассчитанный в разделе 3.2; количество задействованных контактов N; количества сочленений-расчленений n
Соединитель XS1	лэ = лБКРКKКnКЭКП	0,76	КР =3,5 Кн =0,1 Кn =2,5	КР = exp[9000[1/(298+tп) - 1/(273+tокр+tпexp(-2(-Кн))]] Кн = exp[0,1(N-1)]0,51064 Кn = 0,32exp(0,0028n)	tп - температура перегрева контактов по ТУ при максимальной токовой нагрузке, по ТУ tп = 10…30 єС, принимаем равное 20 єС; tокр - температура окружающей среды, єС; КН - коэффициент электрической нагрузки по току, рассчитанный в разделе 3.2; количество задействованных контактов N; количества сочленений-расчленений n
МО, пропаянные волной	лэ = лБ[N1Kсл+N2(Kсл+13)] KtКЭКП	0,044	Kt =3,5	Kt = 0,061 tокр - 0,525	tокр - температура окружающей среды; Ксл = 1 для одно- и двусторонних печатных плат
Соединения пайкой волной	лэ = лБ KtКЭКП	0,0014	Kt =3,5	Kt = 0,061 tокр - 0,525	tокр - температура окружающей среды; Ксл = 1 для одно- и двусторонних печатных плат

Таблица 4.5 - Расчет эксплуатационной безотказности элементов модуля

Количество элементов правильно считай с учетом количества каскадов

Позиционное обозначение	Коли- че- ство nj	Kн, Kобл	л Б , х 10-6 1/ч	Вид математической модели расчёта лэ	Значение поправочного коэффициента	?Кi		лэ•nj, xlO-6 1/ч
					Kис	КР	Кt	Kкорп	Kv	Kс	KR	KК	Kn	KЭ	KП		лэ x xlO-6 1/ч
DA1	41	0,8*	0,023	лэ = лБКtКИСКкорпКVКЭКП	0,336		2,5	3	1					1,2	5,5	16,632	0,38	24,09
С1, С2	82	0,2	0,028	лэ = лБКРКСКЭКП		0,02				1				1,1	5	0,11	0,003	0,38
R1, R2	82	0,2	0,034	лэ = лБКРКRКЭКП		0,5					0,5			1,2	3	0,9	0,027	3,47
R3-R5	41	0,1	0,034	лэ = лБКРКRКЭКП		0,5					0,5			1,2	3	0,9	0,027	1,73
XP1	1	0,1	0,0041	лэ = лБКРКKКnКЭКП		3,6						13,2	1,3	1,2	2,5	185,32	0,76	0,76
XS1	1	0,1	0,0041	лэ = лБКРКKКnКЭКП		3,5						13,2	1,3	1,2	2,5	180,18	0,74	0,74
Печатная плата с МО, пропаянными волной	274	-	17*10-6	лэ = лБ[N1Kсл+N2(Kсл+13)] KtКЭКП			3,5							1,2	5	21	0,064	11,69
Соединения пайкой волной	858	-	69*10-6	лэ = лБ KtКЭКП			3,5							1,2	5	21	0,0014	2,3

* для расчета микросхемы DA1 использовать коэффициент Кобл.

Для каждой группы элементов находим произведение поправочных коэффициентов ?Кi и значение эксплуатационной интенсивности отказов лЭ элементов и печатной платы совместно с металлизированными отверстиями. Находим эксплуатационную интенсивность отказов согласно формулам, приведенным в таблице 3.5.

Получаем:

лэ = лБКtКИСКкорпКVКЭКП = 0,023•0,336•2,5•3•1•1,2•5,5 ? 0,38; (3.19)

лэ = лБКРКСКЭКП = 0,028•0,02•1•1,1•5 ? 0,003; (3.20)

лэ = лБКРКRКЭКП = 0,034•0,5•0,5•1,2•3 ? 0,027; (3.21)

лэ = лБКРКRКЭКП = 0,034•0,5•0,5•1,2•3 ? 0,027; (3.22)

лэ = лБКРКKКnКЭКП = 0,0041•3,6•13,2•1,3•1,2•2,5 ? 0,76; (3.23)

лэ = лБКРКKКnКЭКП = 0,0041•3,5•13,2•1,3•1,2•2,5 ? 0,74; (3.24)

лэ = лБ[N1Kсл+N2(Kсл+13)] KtКЭКП = 17•10-6 •(181•1+0)•3,5•1,2•5 ? 0,064; (3.25)

лэ = лБKtКЭКП = 69•10-6 •3,5•1,2•5 ? 0,0014. (3.26)

Значение суммарной эксплуатационной интенсивности отказов элементов группы (лЭУ), получено как:

лэ? = лэj•nj = (лБj?Ki)nj; (3.27)

где лЭj - эксплуатационная интенсивность отказов элементов j-й группы;

nj - количество элементов в j-й группе (таблица 3.1).

Если в группе один элемент (nj = 1), то для не? лЭУ = лЭj.

Результаты расч?тов внесены в таблицу 3.5.

3.4 Определение показателей безотказности РЭУ

Подсчитываем эксплуатационную интенсивность отказов модуля ( ?М). Для этого просуммируем значения, привед?нные в последнем столбце таблицы 3.5:

?м = 45,16•l0-6 1/ч; (3.28)

В предположении экспоненциального закона над?жности находим расч?тные значения других показателей безотказности:

а) наработка на отказ:

Т0 = 1 / ?м ? 1 / 45,16•10-6 ? 22143 ч; (3.29)

б) вероятность безотказной работы за время tр = 1000 ч:

РМ(tр) = ? ? 0,96; (3.30)

в) гамма-процентная наработка до отказа при г = 95 % :

Тг = - Т0 ln(г / 100) ? - 22143•ln(95/100) ? 1135 ч. (3.31)

4. Анализ результатов решения

Результаты прогнозирования расчётным способом показателей безотказности РЭУ с учётом электрического режима, условий эксплуатации, конструкторско-технологических и других особенностей элементов приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Результаты прогнозирования расчётным способом показателей безотказности РЭУ

Показатель безотказности РЭУ	Результат
Наработка на отказ T0, ч	22143
Вероятность безотказной работы за время tр = 1000 ч, P(tр)	0,96
Гамма-процентная наработка до отказа при =95% Tг, ч	1135

Вероятность безотказной P(tр) работы каскада полосового фильтра за заданное время tр часов означает, что 96% исследуемых устройств из партии должны работать безотказно в течении tр=1000 часов работы.

Наработка до отказа равняется T0 часов значит, что N устройств будут в среднем иметь наработку до отказа, равную 22143 часов.

Гамма-процентная наработка до отказа при г=95% Tг часов означает, что у 95% исследуемых устройств из партии в течение суммарной наработки, равной 1135 часов, отказ не возникнет.

4.1 Результаты расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов

Расчет эксплуатационной интенсивности отказов элементов представлен в таблице 4.3

Значения поправочных коэффициентов для моделей прогнозирования лЭ каждого элемента представлены в таблице 4.4

4.2 Определение показателей безотказности печатного узла

Подсчитаем эксплуатационную интенсивность отказов РЭУ () в целом. Для этого воспользуемся формулой 3.4 (просуммируем значения, приведенные в последнем столбце таблицы 4.3).

(1/ч).

В предположении экспоненциального закона надежности находим расчетные значения других показателей безотказности:

По формуле 3.6 найдем наработку на отказ

(ч).

По формуле 3.7 найдем вероятность безотказной работы за время =1000ч

0,9913

По формуле 3.8 найдем гамма-процентную наработку до отказа при =99%

(ч)

Полученные показатели безотказности сведем в таблицу 5.1

5. Анализ результатов решения

Таблица 5.1 - Показатели безотказности печатного узла

Показатель безотказности	Значение
	8,7488·10-6 1/ч
	114301,4 ч
	0,9913
	1148,8 ч

Анализируя таблицу 5.1 с результатами расчета показателей безотказности печатного узла можно сделать следующие выводы.

Вероятность безотказной работы каскада за заданное время =1000 часов равняется =0,9913. Это означает, что 99,13 % исследуемых устройств должны работать безотказно в течении =1000 часов.

Наработка на отказ равняется =114301,4 часов. Это значит, что N устройств будут в среднем иметь наработку до отказа, равную 114301,4 часов.

Гамма-процентная наработка до отказа при =99% равняется = 1148,8 часов. Это означает, что у 99% исследуемых устройств в течение суммарной наработки, равной 1148,8 часов, отказ не возникнет.

В целом, проанализировав полученные результаты можно сделать вывод, что исследуемый РЭУ обладает достаточно высокими временем безотказной работы, вероятностью безотказной работы за 1000 часов и гамма-процентной наработкой до отказа при =99%. Так что его использование приемлемо при проектирование сложных для ремонта устройств. Большой срок службы оказывает значительную экономическую эффективность за счет редкого ремонта и уменьшения технического обслуживания РЭУ.

Заключение

В результате проделанной работы провели прогнозирование расчётным способом показателей безотказности РЭУ с учётом электрического режима, условий эксплуатации, конструкторско-технологических и других особенностей элементов. При расчёте учитывали характеристики элементов РЭУ, эксплуатационные и организационные характеристики.

По результатам вычислений определено, что данное РЭУ, состоящее из 32 однотипных каскадов является достаточно долговечным и надежным.

Список использованных источников

1. Боровиков, С. М. Расч?т показателей над?жности радиоэлектронных средств : учеб.-метод. пособие к курсовому проектированию по дисциплинам «Теоретические основы проектирования и надежности РЭС» спец. «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и «Теоретические основы конструиро-вания, технологии и надежности» спец. «Проектирование и производство РЭС» / С. М. Боровиков, И. Н. Цырельчук, Ф. Д. Троян; под ред. С. М. Боровикова. - Минск : БГУИР, 2009. - 69 с. : ил.

2. Свирид, В. Л. Микроэлектронные и преобразовательные устройства : учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 2 : Преобразовательные устройства / В. Л. Свирид. - Минск : БГУИР, 2007. - 136 с. : ил.

3. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. -- Мн.: Дизайн ПРО, 1998. -- 336 с.: ил.

4. ГОСТ 15150-69. Машины, приборы и другие технические изделия. Использования для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия коиматических факторов внешней среды.

5. Соединители типа СНП34 [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.techgrad.ru/konnektor/conn22.html - Дата доступа: 18.11.11.

6. Соединители типа СНП64 [Электронный ресурс]. - Электронные данные. - Режим доступа: http://www.techgrad.ru/konnektor/conn24.html - Дата доступа: 18.11.11.

7. В.В.Дубровский, Д.М.Иванов, Н.Я.Пратусевич и др. Резисторы: Справочник /.; под ред. И.И.Четверткова и В.М.Терехова. - 2-е изд., перераб. и. доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.: ил.

8. Справочник по полупроводниковым приборам [Электронный ресурс] : ИДДК. - Электронные данные. - Режим доступа: INQUIRY.EXE.

9. Львович Я.Е., Фролов В.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности РЭА: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь,1986. - 192 с.

10. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1983. - 312 с.

11. Н. И. Каленкович и др. Радиоэлектронная аппаратура и основы её конструкторского проектирования : учеб.-метод. пособие /; под ред. С. М. Боровикова. - Минск : БГУИР, 2009. - 187 с. : ил.

Размещено на Allbest.ru

...