Микромощный стабилизатор напряжения
Основные понятия в надежности электронных средств. Описание работы устройства, исследование и оценка его сильных и слабых сторон, расчет показателей надежности и анализ полученных результатов. Вероятность и интенсивность отказа, безотказной работы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.12.2012 |
| Размер файла | 87,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
????????? ?? http://www.allbest.ru/
????????? ?? http://www.allbest.ru/
Введение
Повышение качества продукции - одна из важнейших проблем на современном этапе развития общества. Именно качество продукции в первую очередь определяет конкурентоспособность выпускаемых изделий.
Качество электронного средства (ЭС) закладывается в процессе проектирования и производства, а оценивается в процессе эксплуатации с помощью определенных показателей. Все показатели качества ЭС подразделяют на восемь групп, но наиболее важными являются показатели, характеризующие его надежность.
Безопасность, экологичность, ресурсосбережение, конкурентоспособность электронного средства обеспечиваются его надежностью. Имеется тенденция рассматривать фактор надежности как необходимый элемент сертификации ЭС. Значение видов и причин возникновения отказов, количественных показателей и методов расчета является определяющим условием обеспечения высокой надежности электронных средств.
1. Основные понятия в надежности электронных средств (ЭС)
Под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои параметры в установленных пределах в течение требуемого промежутка времени при определенных условиях.
В число понятий, непосредственно связанных с надежностью, входит понятие работоспособности.
Работоспособность - состояние ЭС, при котором значения параметров соответствуют требованиям НТД на изделие. ЭС считается надежным, если оно сохраняет работоспособность в течение требуемого промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.
Одним из важных понятий в теории надежности является понятие отказ.
Отказ - случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности состояния ЭС. Кроме отказа в теории надежности существуют понятие дефекта. Примеры дефектов изделия: нарушение во внешнем виде (в цвете окраски, царапины и т.п.); нарушение в органах управления (трудность во включении и выключении тумблеров и переключателей, неудобство их расположения) и т.д.
Расчет надежности нерезервированного ЭС по внезапным отказам сводится к определению средней наработки изделия до первого отказа и вероятности его безотказной работы за заданное время с учетом электрических режимов работы элементов и воздействующих эксплуатационных факторов (климатические, механические и др.). Для количественной оценки надежности узлов, блоков или изделия в целом по внезапным отказам разработан статистический метод, основанный на теории вероятностей и математической статистики.
В основе расчета надёжности нерезервированного ЭС по внезапным отказам лежат следующие положения:
1) интенсивность отказа любого i-го (i = l, 2…, m) элемента ЭС равна среднему значению за период его эксплуатации, т.е.
;
2) закон распределения вероятности безотказной работы элементов ЭС - экспоненциальный:
;
3) соединение элементов, с точки зрения теории надёжности, последовательное, т.е. отказ любого из элементов приводит к отказу всего ЭС. При последовательном соединении элементов вероятность безотказной работы ЭС PA(t) равна:
где - интенсивность отказов ЭС;
4) интенсивность отказа элементов в условиях эксплуатации лЭК выбирается из справочных данных или рассчитывается по формуле
,
где л0 - интенсивность отказа элемента в номинальном режиме работы;
Ki - коэффициенты, зависящие от электрической нагрузки и температуры, при которых работает элемент, а также постоянные коэффициенты, характеризующие конструктивно-технологические особенности элемента;
j = l, 2,…, n.
2. Описание работы устройства
Один из наиболее важных показателей радиоэлектронной аппаратуры с автономным питанием - экономичность входящих в ее состав узлов. В микромощных стабилизаторах напряжения, описанных ниже источник образцового напряжения выполнен не на стабилитроне, минимальный рабочий ток которого равен нескольким миллиамперам, а на полевом транзисторе с p-n переходом. Образцовым в этом случае будет напряжение отсечки транзистора. Подобное схемное решение позволило снизить потребляемый стабилизатором ток примерно до 100 мкА. Приняв дополнительные меры по обеспечению термостабильности выходного напряжения, такие стабилизаторы можно использовать в качестве источников образцового напряжения (ИОН) весьма высокой точности.
Стабилизатор построен по компенсационной схеме. Управляющий элемент выполнен на транзисторе VT3, включенном по схеме ОЭ. Этот элемент охвачен глубокой отрицательной обратной связью через составной повторитель напряжения на транзисторах VT4, VT5. Нагрузкой транзистора VT3 служит стабилизатор тока VT1, VT2, R1. Благодаря каскодному включению удалось получить очень большое внутреннее сопротивление стабилизатора тока - около 150 МОм, что значительно улучшило технические характеристики всего устройства в целом.
Для того чтобы повторитель напряжения VT4, VT5 не оказывал влияния на ток, протекающий через транзисторы VT1-VT3, первый транзистор повторителя выбран полевым. Второй транзистор повторителя должен быть биполярным, так как, благодаря большей крутизне характеристики по сравнению с полевым, это позволяет значительно уменьшить выходное сопротивление повторителя напряжения и стабилизатора в целом.
Идея температурной стабилизации выходного напряжения сводится к следующему. Напряжение Uбэ между базой и эмиттером биполярного транзистора при фиксированном токе коллектора имеет отрицательный температурный коэффициент -2 мВ/°С. В свою очередь, ток стока полевого транзистора в области микротока из-за температурного дрейфа напряжения отсечки. равного примерно +2 мВ/°С, зависит от температуры с коэффициентом около +10-3/°С. Этот ток, протекая через резистор R2 стабилизатора создает падение напряжения, которое при определенном значении сопротивления R2 будет иметь температурный коэффициент +2 мВ/°С. Таким образом, выходное напряжение, равное Uвых=(UБЭ3+UR2) (R4/R5+1), от температуры зависеть почти не будет (UБЭ3 - напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT3). Наименьшего значения температурного коэффициента можно добиться, если тщательно подобрать резистор R2.
3. Расчет показателей надежности
Определение коэффициентов
Определяется обобщенный эксплуатационный коэффициент КЭ учитывающий область применения и функциональное назначение ЗУ.
Значение КЭ, выбирается из таблицы 1 [1].
КЭ = 1,5;
Определение поправочных коэффициентов Кr и Кp, учитывающих влияние влажности и атмосферного давления окружающей среды на работу ЗУ. Значения Кr и Кp выбираются соответственно из таблицы 2 и таблицы 3 [1] исходя из технического задания.
Кr = 2; Кp = 1.
Определение интенсивности отказов элементов
Расчет интенсивности отказов полупроводниковых приборов
Для расчета интенсивности отказов полупроводниковых приборов (ПП) используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых работает ПП.
, (1)
где л0 - интенсивность отказа ПП в номинальном режиме работы (значение л0 берется из приложения 3 и 4). Значения л0 для ПП, отсутствующие в прил. 3 и 4, берется из табл. 4 [1]; A, NT, ТM, р, ?t - постоянные коэффициенты (значения данных коэффициентов выбираются из таблицы 5 [1]);
t - рабочая температура окружающей среды или корпуса ПП,°С;
КН - коэффициент электрической нагрузки.
Для полевого транзистора VT1, VT2 л0 = 0,14·10-6 1/ч, для VT4 л0 = 0,3·10-6 1/ч. Для биполярного VT3, VT5 л0 = 0,2·10-6 1/ч (значение выбирается из прил. 3 [1])
Значения основных надежностных параметров транзисторов, используемых в данной электрической схеме, представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Группа приборов |
Значения коэффициентов |
|||||
|
А |
NT |
TM |
p |
?t |
||
|
Транзистор полевой |
5,2 |
-1162 |
448 |
13,8 |
150 |
|
|
Транзистор n-p-n типа |
3,04 |
-1052 |
448 |
10,5 |
150 |
Рассчитаем коэффициент электрической нагрузки для транзистора по формуле:
, (4)
где Рраб. - рабочая мощность транзистора, Вт;
Рдоп. - допустимая мощность транзистора, Вт.
; (5)
Iи, Iс и Uи, Uс рассчитаны с помощью программы Electronics Workbench v5.12.
Интенсивность отказа для транзистора VT1:
Интенсивность отказа для транзистора VT2:
Интенсивность отказа для транзистора VT3:
Интенсивность отказа для транзистора VT4:
Интенсивность отказа для транзистора VT5:
Расчет интенсивности отказов конденсаторов
Для расчета интенсивности отказов конденсатора используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которой работает конденсатор в ЗУ.
, (6)
где л0 - интенсивность отказа конденсатора в номинальном режиме работы (значение л0 выбирается из прил. 5 [1]); А, С, NS, B, NT, Д - постоянные коэффициенты (значения этих коэффициентов выбираются из таблицы 7 [1]);
t - рабочая температура окружающей среды,°C;
КН - коэффициент электрической нагрузки конденсатора,
, (7)
где Uраб. - рабочее напряжение на обкладках конденсатора, В.
, (8)
Uдоп. - допустимое напряжение конденсатора, В.
В данной электрической схеме используется керамический конденсатор у которого л0 = 0,02·10-6 1/ч.
Значения основных параметров конденсатора, используемого в данной электрической схеме, представлены в таблице 3.
Таблица 3
|
Группа приборов |
Значения коэффициентов |
||||||
|
А |
NS |
C |
B |
NT |
Д |
||
|
конденсаторы керамические |
5,9·10-7 |
0,3 |
3 |
14,3 |
398 |
1 |
Uраб. рассчитано с помощью программы Electronics Workbench v5.12.
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказов для C1 по следующей формуле:
, (9)
Расчет интенсивности отказов резисторов
Для расчета интенсивности отказов резисторов используется формула, учитывающая электрическую нагрузку и температуру, при которых работает резистор в ЗУ.
, (10)
где л0 - интенсивность отказа резистора в номинальном режиме работы (значение л0 выбирается из прил. 6 [1]);
A, B, NT, C, NS, I, H - постоянные коэффициенты (значения этих коэффициентов выбираются из таблицы 9 [1]);
t - рабочая температура окружающей среды,°С;
КН - коэффициент электрической нагрузки резистора,
, (11)
где Ррас. - мощность, рассеиваемая на резисторе, Вт;
; (12)
Рдоп. - допустимая мощность резистора, Вт.
, (13)
Uпост. и Uперем. - рассчитано с помощью программы Electronics Workbench v5.12.
В данной электрической схеме используются металлодиэлектрические резисторы R1-R5, у которых интенсивность отказа л0 = 0,02·10-6 1/ч.
Значения основных параметров резисторов, используемых в данной электрической схеме, представлены в таблице 4.
Таблица 4
|
Группа приборов |
Значения коэффициентов |
|||||||
|
А |
B |
NТ |
C |
NS |
I |
H |
||
|
резисторы непроволочные металлодиэлектрические |
0,26 |
0,51 |
343 |
9,28 |
0,75 |
1 |
0,89 |
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказа для R1:
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказа для R2:
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказа для R3:
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказа для R4:
Определяем коэффициент нагрузки и интенсивность отказа для R5:
Расчет интенсивности отказов паек печатного монтажа
Конструкция содержит следующие виды паек:
1. Пайка печатного монтажа, количество - 27, лЭК = 0,01·10-6 1/ч (из таблицы 10 [1]);
2. Проводники печатных плат, количество - 12, лЭК = 0,2·10-6 1/ч (из таблицы 10 [1]);
Суммарная интенсивность отказов всех элементов
Рассчитывается суммарная интенсивность отказов активных, пассивных и конструкторско-технологических элементов, составляющих в совокупности:
;
где n - общее число компонентов.
Общая интенсивность отказа
,
??????? ????? ?????? ?? ??????? ??????
,
электронный надежность отказ устройство
??????????? ??????????? ?????? ?? ???????? ????? ??????
Вероятность безотказной работы за заданное время работы определяется по следующей формуле:
,
Заключение
В данной работы изучили методику расчета нерезервированного ЭС по внезапным отказам. В итоге был произведен расчет вероятности безотказной работы, исходя из интенсивности отказов активных, пассивных и конструкторско-технологических элементов изделия. Определили среднюю наработку до первого отказа, которая составила Тср = 11786,93 ч. Вероятность безотказной работы зарядного устройства за время tзад. = 7800 ч. составила PA = 0,936. Устройство удовлетворяет требованиям технического задания и в эксплуатации является надежным.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Показатели безотказности работы электрооборудования: вероятность безотказной работы, плотность распределения и интенсивность отказов. Средняя наработка до отказа. Показатели наработки оборудования, рассеивания величины. Расчет показателей надежности.
курсовая работа [788,7 K], добавлен 25.09.2014Количественная оценка показателей надежности электроэнергетических систем. Составление схемы замещения по надежности. Расчет вероятности безотказной работы схемы при двух способах резервирования (нагруженного дублирования и дублирования замещением).
курсовая работа [1,5 M], добавлен 18.06.2011Элементы схемы подстанции. Расчет показателей надежности в точках с учетом возможности отказа шин. Вычисление показателей надежности системы с учетом восстановления элементов. Интенсивность преднамеренных отключений и среднее время обслуживания системы.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 24.12.2014Расчет количественных характеристик показателей надежности на основании статистических данных, полученных путем наблюдения за объектом. Расчет вариационного ряда, гистограммы относительных частот. Расчет электрической нагрузки строительной площадки.
контрольная работа [328,5 K], добавлен 25.10.2012Надежная работа устройств системы электроснабжения - необходимое условие обеспечения качественной работы железнодорожного транспорта. Расчет и анализ надежности системы восстанавливаемых объектов. Анализ надежности и резервирование технической системы.
дипломная работа [593,4 K], добавлен 09.10.2010Расчет оценок вероятностных характеристик. Создание средств автоматизации расчета характеристик надежности систем-трехполюсников. Формирование и реализация программы в среде Pascal, позволяющая рассчитать вероятность надежности функционирования.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.10.2013Расчет показателей надежности: подсистем из последовательно соединенных элементов; систем, состоящих из основной и резервной подсистемы, работающих в нагруженном и ненагруженном режиме. Число запасных элементов для замены отказавших в процессе работы.
курсовая работа [84,5 K], добавлен 09.03.2015Структура потерь электроэнергии в электрических сетях, методы их расчета. Анализ надежности работы систем электроэнергетики методом Монте-Карло, структурная схема различного соединения элементов. Расчет вероятности безотказной работы заданной схемы СЭС.
контрольная работа [690,5 K], добавлен 26.05.2015Показатели надежности сельских потребителей. Разработка вариантов оснащения средствами повышения надежности. Выбор средств повышения надежности на основе теории принятия решений. Выбор частных критериев оценки надежности электроснабжения потребителей.
реферат [69,8 K], добавлен 29.01.2013Описание конструкции и принципа работы основной топливной системы и поплавкового клапана уровня. Анализ схемной надежности основной топливной системы самолета Ан-148. Вероятностная оценка статического запаса прочности и безопасной работы компрессора.
курсовая работа [993,1 K], добавлен 12.12.2012Прогнозирование изменения технического состояния диагностируемого объекта. Результаты наблюдений за частотой вибрации. Графическое отображение полученных результатов по основным опытам. Определение времени безотказной работы каждого электропривода.
лабораторная работа [164,2 K], добавлен 20.07.2015Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. Разработка импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа и его принципиальной схемы. Расчет силовой части, коэффициента полезного действия. Структура блока управления, требования к его узлам.
курсовая работа [74,9 K], добавлен 29.09.2011Анализ схемы электроснабжения, техническое обоснование выбора ее варианта. Характеристика потребителей электроэнергии и определение категории надежности электроснабжения. Разработка структурной схемы подстанции. Расчет экономических показателей.
дипломная работа [629,3 K], добавлен 01.04.2015Развитие электронных устройств. Общие сведения о микропроцессорной системе. Принцип работы часов на микроконтроллере Atmega 8. Его архитектура и программирование. Понятие и расчет надежности системы. Совершенствование количества периферийных модулей.
контрольная работа [498,9 K], добавлен 11.04.2014Назначение крана и описание работы механизма перемещения моста крана. Расчет механических нагрузок электродвигателя, показателей его надежности. Определение момента инерции рабочей машины; активной и реактивной мощности, потребляемой из сети двигателем.
курсовая работа [630,5 K], добавлен 11.03.2012Повышение устойчивости питающего напряжения посредством применения специальных стабилизаторов напряжения. Изучение принципа действия параметрических и компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения, определение и расчет их основных параметров.
лабораторная работа [1,8 M], добавлен 12.05.2016Категория надежности электроснабжения и выбор схемы электроснабжения. Расчет электрических нагрузок и компенсирующего устройства. Выбор числа и мощности трансформаторов. Расчет питающих линий высокого напряжения. Техника безопасности при монтаже проводок.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.11.2009Характеристика подстанции ГПП-4 ОАО "НЛМК". Анализ системы контроля распределения электроэнергии и основных электрических параметров. Расчет искусственного освещения помещений, составление электробаланса. Оценка уровня надежности работы подстанции.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 27.12.2012Краткая характеристика электроснабжения и электрооборудования автоматизированного цеха. Расчет электрических нагрузок. Категория надежности и выбор схемы электроснабжения. Расчёт и выбор компенсирующего устройства. Выбор числа и мощности трансформаторов.
курсовая работа [177,2 K], добавлен 25.05.2013Категории электроприемников по надежности электроснабжения. Краткая характеристика потребителей. Разработка вопросов повышения надежности работы насосной станции, предназначенной для противоаварийного и технического водоснабжения Нововоронежской АЭС-2.
дипломная работа [922,4 K], добавлен 21.07.2013
