Оценка надежности электронных устройств телефонной линии

Обоснование оцениваемых показателей надежности печатного узла. Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Коэффициенты электрической нагрузки элементов. Произведение расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.02.2016
Размер файла 260,0 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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

1.1 Обоснование оцениваемых показателей надёжности печатного узла

1.2 Анализ задания на проектирование

2. Выбор элементов печатного узла

2.1 Уточнение параметров элементов

2.2 Обоснование типа и типоразмера соединителя

2.3 Выбор типов и типоразмеров элементов каскада

3. Методика прогнозирования расчетным способом показателей безотказности РЭУ

3.1 Метод расчёта показателей безотказности РЭУ

3.2 Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов

4. Оценка показателей безотказности печатного узла

4.1 Исходные данные, используемые для расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов

4.2 Коэффициенты электрической нагрузки элементов

4.3 Результаты расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов

4.4 Определение показателей безотказности печатного узла

5. Анализ результатов решения

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

интенсивность отказ печатный узел

Введение

Объектом курсового проектирования является защита телефонной линии. Эта защита используется в тех случаях, когда вы хотите защититься от несанкционированного доступа к телефонной линии. Наиболее оптимальным в данной ситуации представляется использование специальных блокираторов-замков. В отличие от обычных блокираторов, эти устройства выполняют функцию этакого "амбарного" замка на телефонной линии, делая невозможным как правильный набор номера в линию, так и прохождение вызывного сигнала. Нормальному режиму работы телефонных станций такие устройства не препятствуют.

Во втором случае довольно эффективной является система защиты от параллельного подключения, установленная в разрыв линии рядом с аппаратом абонента. Принцип действия данной системы состоит в следующем: блок защиты постоянно анализирует состояние линии и при падении в ней напряжения ниже установленного предела (снятие трубки и попытка набора номера с пиратского аппарата) нагружает линию специально рассчитанной резистивно-емкостной цепью, не позволяя таким образом осуществить дальнейший набор номера. При подъёме трубки на защищаемом телефонном аппарате в блоке защиты срабатывает датчик тока, который отключает защиту.

Возможность ограничения опасных сигналов основывается на нелинейных свойствах полупроводниковых элементов, главным образом диодов. В схеме ограничителя малых амплитуд используются два встречновключенных диода, имеющих вольт-амперную характеристику (зависимость значения протекающего по диоду электрического тока от приложенного к нему напряжения) [1]. Такие диоды имеют большое сопротивление (сотни кОм) для токов малой амплитуды и единицы Ом и менее - для токов большой амплитуды (полезных сигналов), что исключает прохождение опасных сигналов малой амплитуды в телефонную линию и практически не оказывает влияния на прохождение через диоды полезных сигналов [2].

Наиболее информативным легко измеряемым параметром телефонной линии является напряжение в ней при положенной и поднятой телефонной трубке. Это обусловлено тем, что в состоянии, когда телефонная трубка положена, в линию подается постоянное напряжение в пределах 60 В (для отечественных АТС). При поднятии трубки в линию от АТС поступает сигнал, преобразуемый в телефонной трубке в длинный гудок, а напряжение в линии уменьшается до 10 - 12 В [3]. Частота сигнала в телефонной линии 25 Гц.

Актуальность оценки надежности электронных устройств связана с развитием современной аппаратуры и характеризуется значительным увеличением ее сложности. Прогресс современной техники, высокие требования к точности, помехозащищенности, быстродействию привели к усложнению электронных узлов и блоков радиоаппаратуры и оборудования.

Все факторы, влияющие на надежность РЭА, условно принято рассматривать применительно к трем этапам: проектирования, изготовления, эксплуатации.

При проектировании учитывают следующие факторы:

- качество и количество применяемых элементов и деталей;

- режимы работы элементов и деталей;

- стандартизация и унификация;

- доступность деталей узлов и блоков для осмотра и ремонта.

К производственным факторам, отрицательно влияющим на надежность относятся:

- отсутствие качественного контроля материалов и комплектующих изделий, поступающих от смежных предприятий;

- нарушение сортности и недоброкачественная замена материала при изготовлении деталей;

- установка в приборах элементов, подвергающихся длительному хранению в неблагоприятных условиях, без предварительной проверки;

- недостаточное внимание к чистоте оборудования, рабочего места, воздуха и т.д. (что особенно важно в производстве микросхем и сборке точных элементов и устройств);

-неполный контроль за ходом операций и при выпуске готовой продукции;

- нарушение режима сложных технических процессов.

К эксплуатационным факторам, влияющим на надежность, относятся следующие:

- квалификация обслуживающего и ремонтного персонала;

- воздействие на приборы и механизмы внешних условий (климатических; механических и т.п.) и факторы времени.

1. Постановка задачи

1.1 Обоснование оцениваемых показателей надёжности печатного узла

Целью курсового проекта является решение инженерной задачи по оценке количественных показателей безотказности РЭУ с использованием прогнозных отказов элементов.

В данном курсовом проекте рассчитываются показатели безотказности объекта с учётом электрического режима, условий эксплуатации, конструкторско-технологических и других особенностей элементов, входящих в состав изделия.

Для выполнения данного курсового проекта необходимо решить следующие задачи:

- анализ задания на проектирование и получение недостающих данных;

- выбор рассчитываемых показателей надёжности элементов печатного узла;

-методика прогнозирования расчётным способом показателей безотказности РЭУ;

- выбор метода решения задачи математических моделей прогнозирования безотказности элементов РЭУ;

-прогнозирование эксплуатационной безотказности элементов и РЭУ;

- анализ результатов решения.

Исследование поведения аппаратуры (объекта) во время эксплуатации и оценка ее качества определяет его надежность. Для количественного выражения надежности объекта и для планирования эксплуатации используются специальные характеристики - показатели надежности. Они позволяют оценивать надежность объекта или его элементов в различных условиях и на разных этапах эксплуатации. Критериями надежности могут быть и различные отношения действительной и идеальной характеристик работы РЭА. Характеристикой надежности называют количественное значение критерия надежности для конкретной детали, узла, системы и т.д. Количественная оценка надежности позволяет: производить расчет надежности; сформулировать требования, предъявляемые к надежности вновь разрабатываемой РЭА; рассчитать предполагаемые сроки службы РЭА, сроки планового ремонта и профилактических работ.

С точки зрения эксплуатации печатного узла, из всех показателей надежности, показатель безотказности наиболее актуален, поскольку, при расчете этих показателей, учитывается базовые значения показателей РЭА, электрический режим, условия эксплуатации и конструкторско-технологические особенности элементов.

Для расчета других показателей надежности (ремонтопригодность, долговечность), которые так же являются важными при оценке надежности печатного узла, необходимы данные недоступные для потребителей, поэтому в данном курсовом проекте они учитываться не будут.

А показатели сохраняемости не дают нам актуальной информации об изделии применительно к эксплуатационным характеристикам изделия, потому они так же не учитывались.

Таким образом, с учетом доступной технической информацией при расчете надежности будут рассчитываться показатели безотказности.

К основным показателям этой группы относятся:

- вероятность безотказной работы P(tЗ) в течение заданного времени tЗ;

- вероятность отказа q(tЗ) в течение заданного времени tЗ;

- интенсивность отказов л;

- средняя наработка до отказа TСР;

- средняя наработка на отказ T0;

- параметр потока отказов м;

- гамма-процентная наработка до отказа Тг.

Стоит отметить, что для определения средней наработки на отказ и параметра потоков отказов необходимо также иметь статистическую информацию об отказах изделия в течение нормальной эксплуатации, поэтому эти показатели недоступны для определения в рамках курсового проекта.

Таким образом, в проекте будут оценены следующие показатели:

- вероятность безотказной работы P(tЗ) в течение заданного времени tЗ;

- вероятность отказа q(tЗ) в течение заданного времени tЗ;

- интенсивность отказов л;

- средняя наработка до отказа TСР;

- гамма-процентная наработка до отказа Тг.

1.2 Анализ задания на проектирование

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

1) Электрическая схема устройства «Защита телефонной линии» представлена на рисунке 1.1;

Рисунок 1.1 Электрическая принципиальная схема «Защита телефонной линии»

2) Количество однотипных каскадов - 40;

3) Информация о параметрах элементов:

Таблица 1.1

Информация о параметрах и типах элементов каскада

Позиционное обозначение

Номинал

Примечание

С1, С2

100 мкФ

К50-35

VD1-VD6

КД105

4) Вид электрического монтажа - двусторонний печатный;

5) Количество сквозных металлизированных отверстий на печатной плате - 42 % от общего числа отверстий;

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

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

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

9) Перегрев в нагретой зоне РЭУ tЗ = 13 єС; средний перегрев воздуха в РЭУ tВ = 12 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 элементную базу, выяснить электрические и эксплуатационные характеристики элементов. Некоторые исходные данные даны в неявном виде, например, количество отверстий (металлизированных и неметаллизированных) на печатной плате, условия эксплуатации (предельные рабочие температуры).

Согласно ГОСТ 15150-69 категория ХЛ 5.1 применяется для эксплуатации изделий в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий категорий 5, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах (например, внутри радиоэлектронной аппаратуры)

Из ГОСТ 15150-69 находим, что предельная максимальная рабочая температура для категории исполнения ХЛ 5.1 tрабmax = +35єС, дополнительное увеличение температуры изделия за счет нагрева солнечными лучами tС = 0єС. Группа аппаратуры - ЗЧР (Стационарная аппаратура, эксплуатируемая в нерегулярно отапливаемых помещениях (объёмах), в производственных, в том числе вентилируемых подземных помещениях (шахтах); возможно частичное регулирование климатических условий)

Количество отверстий на печатной плате вычисляется логическим путём после анализа схемы заданного каскада: так как на соединитель от каждого каскада идёт вход и выход и от всех каскадов выводы питания и заземления на корпус, по 2 отверстия на каждый диод, по 2 отверстия для каждого конденсатора для 40 однотипных каскадов, то количество отверстий на печатной плате Nотв= 640 отверстий. Из них количество металлизированных Nотв мет = 640•42% ? 269 отверстий.

2. Выбор элементов печатного узла

2.1 Уточнение параметров элементов

Основные критерии выбора типов элементов, используемых в конструкции рассматриваемого печатного узла, определяются индивидуально из их технических и эксплуатационных параметров, а также экономических факторов. В качестве технических характеристик элементов выступают:

- номинальное значение функциональных параметров элементов;

- допустимые отклонения функциональных параметров элементов;

- допустимый режим работы и допустимое рассеивание мощности.

В качестве эксплуатационных параметров элементов выступают:

- диапазон рабочих температур;

- гидроустойчивость элементов;

В качестве экономических факторов рассматриваются:

- доступность элементов на рынке;

- цена элементов.

На основании задания на курсовое проектирование тип монтажа элементов - навесной.

Элементы и компоненты, входящие в печатный узел, выбранные на основании перечисленных выше факторов, представлены в таблице 2.1. Частные требования к элементам - отобранные элементы должны соответствовать уровню качества приемка «1» - ОТК, что подразумевает уровень коммерческого использования, и такие элементы не предназначаются для специальной аппаратуры.

Таблица 2.1

Параметры элементов

Обозначение элемента

Номинальное значение функционального параметра

Примечание

С1, С2

100 мкФ Ч 100В (±20%)

Выбор обусловлен заданием на курсовой проект номинальной емкости, функциональным назначением элемента и доступностью

VD1-VD6

КД105

Выбор обусловлен заданием на курсовой проект

XР1

СНП346

Выбор обусловлен количеством разъемов и климатическими условиями

2.2 Обоснование типа и типоразмера соединителя

В целях электрической безопасности будет рационально использовать вилку на стороне подключаемого модуля, т.к. до момента подключения к ней не будет подведен потенциал. При механических деформациях штырьков на вилке проще провести ремонт отдельного модуля, чем аппаратуры, к которой ее подключают. Выбор соединителя определялся так же количеством контактов 40 каскадов равным 80 шт. и из технических характеристик. Поскольку данный модуль можно подключить вместо телефонного аппарата (например, при длительном вашем отсутствии) его удобно выполнить в виде отдельной вилки, для удобства был выбран Г-образный штыревой разъем типа СНП 346.

Соединители низкочастотные прямоугольные типа СНП 346 предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного (частотой до 3 МГц) и импульсного тока при напряжении до 250 В (амплитудное значение) и силе тока 1 А, в радиоэлектронной аппаратуре общепромышленного и бытового применения. Соединители СНП346 являются аналогами соединителей PLS, PLD, PLH, PBS, PBD, PLHD, BLS, BLD. Основные технические параметры как у изделий спецприменения, цены в 2…3 раза ниже.

Технические характеристики:

1. Число контактов:

-однорядные от 1 до 40

-двухрядные от 2 до 80

2. Покрытие контактов: золото, серебро.

3. Климатическое исполнение: УХЛ, В.

4. Сопротивление контактов не более 15 мОм.

5. Сопротивление изоляции не менее 5000 МОм.

6. Рабочий ток на контакт от 10-6 до 2А

7. Рабочее напряжение от 10-3 до 250В

8. Температура окружающей среды при эксплуатации

-минимальная -60°С

-максимальная +85°С

9. Гамма-процентная наработка до отказа от 20000 часов при максимальной температуре окружающей среды до 175000 часов при температуре окружающей среды 38єС.

10. Число сочленений-расчленений 300.

11. Срок сохраняемости 25 лет.

Хвостовики контактов соединителей предназначены для следующих способов монтажа:

-вилки и розетки для прямого и углового монтажа в отверстия (диаметром 1+0,1 мм) печатной платы толщиной до 2 мм методом пайки;

-вилки для межплатного соединителя - «этажерки» (диаметр отверстия в печатных платах 1+0,1 мм, толщина плат до 2 мм) методом пайки;

-розетки для монтажа провода (сечением жил от 0,08 мм2 до 0,35 мм2) методом обжатия.

Рисунок 2.1 Вилка двухрядная угловая СНП 346-NВП31(2)-2(-В) (N=2…80) аналог - соединители серии PLD-R

Для прогнозирования надёжности необходимо знать только 3 параметра: предельный рабочий ток, номинальную рабочую температуру и количество контактов.

2.3 Выбор типов и типоразмеров элементов каскада

При расчете эксплуатационной безотказности РЭУ будем считать, что схемотехническое исполнение устройства "Защита телефонной “линии” таково, что все элементы работают в типовых электрических режимах.

Приведем характеристики основных элементов схемы:

а) Диод КД105 Б (кремниевый диод):

Диффузионные кремниевые диоды. Конструктивно оформлены в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Эксплуатируются при температуре Tокр. -55...+ 85°С. Масса диода не более 0,3 г. Положительный вывод диода обозначается желтой полоской.

Рисунок 2.2 Габаритные размеры диода

Таблица 2.2

Электрические параметры

Параметр

Режим измерения

Значение

Uпр.ср., В

Iпр.ср. = 300 мА

?1 В

Iобр.ср., мкА

Uобр.имп. = Uобр.имп.max'

100 мкА

Uобр.имп.max, В

Tокр. = -55°С...+85°С

400 В

Iпр.ср.max, мА

-

300 мА

Iпр.имп.max, А

tимп. =<20мкс., однократная перегрузка

15 А

F, кГц

Частота без снижения режимов

1 кГц

Для прогнозирования надёжности необходимо знать следующие параметры: Uпр.ср.,. Iобр.ср., Uобр.имп.max, Iпр.ср.max.

Конденсатор К50-35 оксидно-электролитический алюминиевый уплотнённый полярной постоянной ёмкостью предназначен для работы в качестве встроенных элементов внутри комплексных изделий в целях постоянного и пульсирующего токов.

Рисунок 2.3 Габаритные размеры конденсатора

Таблица 2.3

Габаритные размеры конденсатора

Номинальная ёмкость, мкФ

Номинальное напряжение, В

Размеры, мм

Масса, г, не более

D

H

A

d

но-мин.

Перед. откл

но-мин.

Перед. откл

но-мин.

Перед. откл

но-мин.

Перед. откл

100

100

160

250

14

18

21

+1,0

-0,5

24

35

42

-1,0

-0,5

5,0

7,5

7,5

-

-

-

7,0

17,0

30,0

Надёжность конденсатора:

- наработка при рабочей температуре среды от -40 до +85 єС, 1000 ч;

- интенсивность отказов, 1/ч, не более 5·10-8;

- 95%-ный срок сохраняемости, не менее 10 лет;

Изменение электрических параметров:

- в течение наработки;

- уменьшение ёмкости, %, не более -50;

- тангенса угла потерь и тока утечки не более 3-кратных значений;

- в течение срока сохраняемости.

Таблица 2.4

Технические параметры конденсаторов

Тип

К50-35

Рабочее напряжение, В

160

Номинальная емкость, мкФ

100

Допуск номинальной емкости,%

20

Рабочая температура, єС

-25...85

Выводы/корпус

радиал. пров.

Для прогнозирования надёжности необходимо знать следующие параметры: рабочее напряжение, номинальная емкость.

3. ???????? ??????????????? ????????? ???????? ??????????? ????????????? ???

3.1 Метод расчёта показателей безотказности РЭУ

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. Рассчитывают показатели безотказности функциональных частей (модулей) и, используя эти показатели, оценивают безотказность РЭУ в целом.

Основными исходными данными для расчёта являются:

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

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

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

4) 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;

5) карты электрических режимов работы элементов (желательно);

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

Последовательность расчёта показателей безотказности следующая. 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 электротехнического анализа и расчета 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 не теплонагруженных - с учётом значения tВ.

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

- находим справочное значение интенсивности отказов группы элементов, в которую входит рассматриваемый элемент;

- уточняем математическую модель расчёта эксплуатационной интенсивности отказов лэ;

- 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 лэ;

- выполняем расчёт (прогнозирование) лэ.

5. Определяем эксплуатационную интенсивность отказа печатной платы, 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 лэ элементов и компонентов подсчитываем эксплуатационную интенсивность отказов модуля ЛМ.

Таким образом, основной расчёт сводится к получению эксплуатационной интенсивности отказов РЭУ. Другие показатели безотказности подсчитывают по формулам, которые сведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1

Расчёт показателей безотказности с использованием эксплуатационной интенсивности отказов РЭУ

Показатель безотказности

Расчётная формула

Пояснение к формуле

Наработка до отказа

- интенсивность отказов РЭУ в целом (суммарная интенсивность отказов), ч-1;

Вероятность безотказной работы РЭУ за заданное время tз

tз - заданное время

Тср- средняя наработка до отказа;

Вероятность отказа РЭУ в течении заданного времени tз

- вероятность безотказной работы РЭУ за заданное время tз;

Гамма-процентная наработка до отказа

г - вероятность обеспечения наработки, г=0…1.

3.2 Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов

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

лэ = лБ,

где лБ - базовая интенсивность отказов элементов данной группы;

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

m - число учитываемых факторов.

2) 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:

лэ? = лБ1 +…+ лБn,

где лБn - 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;

m - количество факторов, учитываемых для i-й части изделия.

Далее рассматриваются некоторые математические модели определения лэ элементов.

Математические модели определения лэ для некоторых типов элементов, входящих в состав РЭУ:

3) Конденсаторы:

лэ = лБКРКСКЭКП

где лБ - 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;

КР - коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки (коэффициента КН) и температуры корпуса элемента;

КС - Коэффициент, зависящий от значения номинальной емкости;

КЭ - коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации РЭУ;

КП - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов (компонентов РЭУ) в условиях производства.

4) Диоды:

лэБ·КР·КФ·КД·КU·КЭ·КП

где лБ - 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;

КР - коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки (коэффициента КН) и температуры корпуса элемента;

КФ - коэффициент, учитывающий функциональный режим работы прибора;

КД- коэффициент, зависящий от значения максимально допустимой по ТУ нагрузки по мощности (или току);

КЭ - коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации РЭУ;

КП - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов (компонентов РЭУ) в условиях производства.

5) Соединители (разъемы) низкочастотные:

лэ = лБКРКKКnКЭКП,

где лБ - 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;

КР - коэффициент режима работы, зависящий от электрической нагрузки (коэффициента КН) и температуры корпуса элемента;

КК - коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов;

Кn - коэффициент, зависящий от количества сочленений расчленений n (соединители);

КЭ - коэффициент эксплуатации, зависящий от жесткости условий эксплуатации РЭУ;

КП - коэффициент приемки, учитывающий степень жесткости требований к контролю качества и правила приемки элементов (компонентов РЭУ) в условиях производства.

6) Платы со сквозными металлизированными отверстиями (МО) (пайка отверстий):

,

где - базовая интенсивность отказов платы;

, - количество сквозных отверстий, пропаянных способом «пайка волной» и ручным способом соответственно;

- коэффициент, учитывающий количество слоев n в плате;

- коэффициент, зависящий от температуры корпуса платы;

- коэффициент эксплуатации, зависящий от жёсткости условий эксплуатации и РЭУ;

- коэффициент приёмки, учитывающий степень жёсткости требований к контролю качества и правила приёмки платы в условиях производства.

6) Соединения пайкой:

,

где - базовая интенсивность отказов соединений;

- коэффициент, зависящий от температуры соединения;

- коэффициент эксплуатации, зависящий от жёсткости условий эксплуатации и РЭУ;

- коэффициент приёмки, учитывающий степень жёсткости требований к контролю качества и правила приёмки соединения в условиях производства.

Математические модели определения лэ сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Математические модели определения лэ элементов

Элемент

Математическая модель лэ

Конденсатор

лэ = лБКРКСКЭКП

Диод

лэБ·КР·КФ·КД·КU·КЭ·КП

Соединители (разъемы) низкочастотные

лэ = лБКРКKКnКЭКП

Плата со сквозными металлизированными отверстиями (пайка отверстий)

Соединение пайкой

4. ?????? ??????????? ????????????? ????????? ????

4.1 Исходные данные, используемые для расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов

Все исходные данные об элементах для расчёта безотказности РЭУ сведены в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Исходные данные для расчётно-аналитического метода

Элемент, компонент

Позиционное обозначение

Тип

Функциональное

назначение

Кол-

во

Характеристики

Конденсаторы

С1, С2

К50-35

-

2

Uном=100 B,

C=1мкФ

-40 до +85 єС

Диоды

VD1-VD6

КД105

Переключающий режим работы

6

Iпр.ср.max ТУ = 300мА,

Uобр.max= 400В;

Tокр. -55...+ 85°С.

Соединитель

XР1

СНП346

Вилка

1

80 контактов,

tок.ср. = -60…+85, Iном =2 А,

МО, пропаянные волной

-

-

-

7

Количество отверстий N1

Соединения пайкой

волной

-

-

-

9

Дополнительно к МО, пропаянных волной

Все типы и типоразмеры элементов, а также характеристики, необходимые для прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов, представлены в таблице 4.1. В качестве элементной базы выбраны элементы производства стран СНГ.

4.2 Коэффициенты электрической нагрузки элементов

Надежность элементов зависит от коэффициента электрической нагрузки, характеризующих степень электрической нагруженности элементов относительно их номинальных или предельных возможностей, указываемых в ТУ.

Количественно коэффициенты электрической нагрузки (определяют по соотношению (3.1):

Кн = Fраб / Fном

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

Fном - 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

Диод

Кн = Iраб / Iном

I -- ток через диод

Конденсатор

Кн = Uраб / Uном

U -- напряжение

Соединители низковольтные

(U < 300 В)

Кн= Iраб / Iном

I -- ток через контакт

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

Рабочее напряжение телефонной линии в режиме линия свободна и набор цифр составляет 60 В.

Пиковое напряжение вызывного сигнала в телефонной линии равно 160 В. В разговорном режиме модуль входного электрического сопротивления по ГОСТ 7153-85 составляет от 450 Ом до 800 Ом.

Построим нагрузочную прямую для диода КД 105 Б (рисунок):

Нагрузочная прямая пересекает ось напряжения в точке Uимп = 160 В. Ось тока нагрузочная прямая пересекает в точке соответствующей максимальному току Uимп/Rн цепи. ВАХ диода и нагрузочная прямая пересекаются в точке А- рабочая точка. Координаты Iпр и Uпp точки А являются искомыми током и напряжением диода соответственно. Следовательно Iраб = IпрА = 200 мА.

Рисунок 4.1 ВАХ диода

Тогда коэффициент нагрузки равен:

Номинальным током будет средний прямой ток, взятый из технических характеристик диода.

Kн=200мА/300 мА=0,67

Таблица 4.3

Коэффициенты электрической нагрузки элементов

Элемент

Рассчитанный коэффициент электрической нагрузки

Примечание

C1, C2

0,38

Пиковое напряжение не превышает напряжение

питания UПИТ = 60В, а номинальное составляет 160В

VD1-VD6

0,67

Поскольку полученный коэффициент незначительный, то взяли округленное значение

XР1

0,2

-

4.3 Результаты расчёта эксплуатационной интенсивности отказов элементов

Определяем максимальную температуру элементов модуля при его работе в составе РЭУ. Для учета влияния температуры на эксплуатационную интенсивность отказов элементов лЭ принято во внимание верхнее значение предельной рабочей температуры (tрабmax = +35 оС), соответствующее РЭУ исполнения ХЛ 5.1 по ГОСТ 15150-69, и возможное увеличение предельной рабочей температуры на значение ?tС = 0 оС за счет нагрева (солнечными лучами) РЭУ и, следовательно, модуля в составе РЭУ. Предельная рабочая температура tэлmax теплонагруженных элементов определяется по формуле:

оС,

где tЗ - перегрев в нагретой зоне РЭУ.

Значение величины tэлmax для не теплонагруженных элементов подсчитывается по формуле:

оС

где tВ - средний перегрев воздуха внутри конструкции РЭУ.

Пользуясь таблицей 5.3 из учебного пособия [1], находим справочные значения интенсивностей отказов элементов модуля лБ. Полученные данные вносим в таблицу 4.4. По таблице 5.1 из учебного пособия [1] выбираем математические модели расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов лЭ. Выбранные модели записываем в таблицу 4.3.

Определяем значения поправочных коэффициентов, входящих в выбранные модели расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов лЭ. Номера формул или таблиц, используемых для определения поправочных коэффициентов, находим по таблице 5.1 из учебного пособия [1] в зависимости от класса (группы) элементов модуля.

В таблице 4.3 сведены формулы и коэффициенты, используемые при расчете поправочных коэффициентов, входящих в выбранные модели расчета эксплуатационной интенсивности отказов элементов лЭ.

Значение коэффициентов КЭ и КП выбираем по таблицам в [1] учитывая классификацию аппаратуры по условиям ее эксплуатации и вид приемки ОТК, заданные в исходных данных.

Значение tокр определяем по формуле:

tокр = tраб max + ?tЗ= 35 + 13 = 48єС,

где t раб max - верхнее значение рабочей температуры РЭУ;

?tЗ - перегрев в нагретой зоне конструкции РЭУ.

Рассчитанные значения поправочных коэффициентов вносим в таблицу4.4.

Таблица 4.4

Данные расчета поправочных коэффициентов

Наименование и обозначение элемента

Модель прогнозирования

лэ элемента

Модель определения

поправочного коэффициента

Значения величин, входящих в модель расчета коэффициента

Поправочный коэффициент

Конденсатор

С1, С2

лБКРКСКЭКП

Таблицы А.1,А.6-А.9

приложения А

Для Кр: A = 3,59 10-2 ; B = 4,09; NT = 358;

G = 5,9; NS = 0,55; H = 3;

Для Кс: С - емкость конденсатора

С = 100 мкФ;

tокр=48 0С

КР =0,41

KC =0,58

Кэ =1

Кп =5

Диоды VD1-VD6

лБ·КР·КФ·КД·КU·КЭ·КП

КU =1/[2,11-1,11·Кн(U)]

tокр=48 0С

Таблицы А.1-А.5, А.8, А.9

приложения А

Для Кр: А=44,1025; Nт=-2138; Тм=448;

L=17,7; Дt=150;

tокр - температура окружающей среды;

Кн - коэффициент электрической нагрузки;

КР =0,16

КU=0,6

Кф=0,6

КД=0,6

Кэ =1,1

Кп =5

Соединитель

XP1

лБКРКККnКЭКП

Таблицы А9, А8 приложения А

tП - температура перегрева контактов;

tокр - температура окружающей среды;

N=80

n=300

КР =1,96

КK = 17,63

Кn = 0,74

Кэ =1,2

Кп =2,5

Печатная

плата с МО

Kt = 0,061 tокр - 0,525

Таблицы А9, А8

приложения А

tокр - температура окружающей среды; Ксл = 1 для одно- и двусторонних печатных плат;

N1 = 640; N2 = 0

Kt =2,4

Ксл=1

Кэ =1,2

Кп =5

Соединения

пайкой волной

лБ KtКЭКП

Таблицы А9, А8 приложения А

tокр - температура окружающей среды;

tокр=48 0С;

Kt =2,4

Кэ =1,2

Кп =5

Таблица 4.3

Расчёт поправочных коэффициентов и эксплуатационной интенсивности отказов изделия

Позиционное
обозначение

Кол-
во

nj

л Б,

х 10-6
1/ч

Вид

математической

модели расчёта лэ

Значение поправочного коэффициента

?iКi

лэ•nj,

xlO-6 1/ч

Kд

Кр

Кt

KU

Ксл

Kс

Kф

Kк

Kn

KЭ

KП

VD1-VD6

240

0,67

0,025

лэБ·КР·КФ·КД·КU·КЭ·КП

0,6

0,16

0,6

0,6

1,1

5,5

0,21

2,4

С1, С2

80

0,38

0,044

лэ = лБКРКСКЭКП

0,41

0,58

1,1

5

1,31

4,8

XP1

1

0,20

0,0041

лэ = лБКРКKКnКЭКП

1,96

17,63

0,74

1,2

2,5

76,71

0,82

Печатная

плата с МО

1

-

17·10-6

лэ = лБ[N1Kсл+N2(Kсл+13)] KtКЭКП

2,4

1

1,2

5

14,4

0,07

Соединения пайкой волной

640

-

69·10-6

лэ = лБ KtКЭКП

2,4

1,2

5

14,4

0,64

4.4 Определение показателей безотказности печатного узла

В разделе 4.3 была рассчитана эксплуатационная интенсивность отказов защиты телефонной линии, численное значение которой равно:

лУ =8,73·10-6-1)

Наработку до отказа определим по формуле из таблицы 3.1:

Тср = 1 / лУ

Тср = 1 / 8,73•10-6 ? 114500 ч

Вероятность безотказной работы изделия для заданного времени tр=1000ч найдём по формуле из таблицы 3.1:

РМ(tр) =

РМ(tр) = ? 0,99

Гамма-процентная наработка до отказа для г = 0,95 имеет вид:

Тг = - Тср ln(г / 100)

Тг = - 114500•ln(95/100) ? 5873 ч

5. 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 5.1.

Таблица 5.1

Результаты прогнозирования расчётным способом показателей безотказности РЭУ

Показатель безотказности РЭУ

Результат

Наработка на отказ Tср, ч

114500 ч

Вероятность безотказной работы за время tр = 1000 ч, P(tр)

99%

Гамма-процентная наработка до отказа при =95% Tг, ч

5873 ч

Вероятность безотказной P(tр) работы защиты телефонной линии за заданное время tр часов означает, что 99% исследуемых устройств из партии должны работать безотказно в течении tр=1000 часов работы.

Наработка до отказа равняется Tср часов значит, что N устройств будут в среднем иметь наработку до отказа, равную 114500 часов.

Гамма-процентная наработка до отказа при г=95% Tг часов означает, что у 95% исследуемых устройств из партии в течение суммарной наработки, равной 5873 часов, отказ не возникнет.

Заключение

В результате проделанной работы проведено прогнозирование расчётным способом показателей безотказности РЭУ с учётом электрического режима, условий эксплуатации, конструкторско-технологических и других особенностей элементов

В целом, проанализировав полученные результаты, можно сделать вывод, что исследуемая защита телефонной линии обладает очень высокой вероятностью безотказной работы 99% за 1000 часов, высоким временем безотказной работы, высокой гамма-процентной наработкой до отказа при г=95%. Качественный уровень исследуемого устройства очень высокий.

Примерно в 75…80% случаев различные причины отказов дают о себе знать в виде отказа комплектующих элементов. Таким образом, повысить безотказность РЭУ можно изменив типы элементов в зависимости от их номиналов, конструктивно-технологических особенностей и др.

Таким образом, одной из важнейших задач, стоящих перед инженером, является определение вероятности безотказной работы системы в течение некоторого времени, а также средней наработки на отказ, что является основными параметрами безотказной работы устройства. Они дают ответ на вопрос о целесообразности дальнейших затрат, необходимых на отработку технологии и производство радиоэлектронных устройств.

Список использованных источников

1. Боровиков, С. М. Расчет показателей надежности 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, 2011. 69 с.: ил.

2. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. Мн.: Дизайн ПРО, 2008. 336 с.: ил.

3. Балахничев, И.Н., Дрик А.В. Практическая телефония. М.: ДМК.-2000. 96 с., ил.

4. Шульгин, О.А. Справочник по полупроводниковым приборам [электронный ресурс] // О.А.Шульгин, И.Б.Шульгина, А.Б.Воробьев. 2010.

Приложение А

Справочные таблицы для определения поправочных коэффициентов

Таблица А.1

Базовые интенсивности отказов групп элементов и компонентов РЭС

Группа элементов

Б, х10-6 1/ч

Полупроводниковые приборы

Диоды выпрямительные

0,091

Мосты выпрямительные

0,21

Диоды импульсные

0,025

Варикапы подстроечные

0,022

Стабилитроны

0,0041

Транзисторы биполярные кремневые, кроме СВЧ

0,044

Транзисторы полевые

кремниевые

арсенидгалиевые

0,065

0,578

Тиристоры кремниевые

0,2

Диоды СВЧ

кремниевые

кремниевые умножительные и подстроечные

арсенидгалиевые

0,162

1,61

0,21

Транзисторы СВЧ малой и средней мощности

0,064

Транзисторы СВЧ большой мощности

0,18

Конденсаторы

Слюдяные

0,04

Керамические

0,022

Бумажные и металлобумажные

0,019

С органическим синтетическим диэлектриком

0,028

Электролитические алюминиевые

0,173

Резисторы

Резисторы постоянные непроволочные

Металлодиэлектрические, металлизированные

Композиционные

Резисторы переменные

Непроволочные

Проволочные

Терморезисторы

0,044

0,034

0,179

0,183

0,007

Соединители разъемы

Низкочастотные прямоугольные для печатного монтажа

Низкочастотные для объемного монтажа

Радиочастотные с полиэтиленовой изоляцией

0,0041

0,0104

0,015

Соединения

Ручная пайка без накрутки

Ручная пайка с накруткой

Пайка волной

0,0013

0,00007

0,000069

Пайка сквозных металлизированных отверстий в платах с металлизированными отверстиями

Печатный монтаж

Монтаж дискретными полупродниками

0,000017

0,00011

Таблица А.2

Константы модели для полупроводниковых приборов

Группа элементов

А

NT

TM

L

t

Диоды, диодные сборки

44,1025

-2138

448

17,7

150

стабилитроны

2,1935

-800

448

14,0

150

Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ. Транзисторные сборки. Полевые транзисторы

5,2

-1162

448

13,8

150

Тиристоры

37,2727

-2050

448

9,6

150

Таблица А.3

Коэффициент КФ для полупроводниковых приборов

Группа приборов

Функциональный режим работы

КФ

Диоды выпрямительные, универсальные, импульсные. Диодные сборки

Линейный

Переключающий

выпрямительный

1,0

0,6

1,5

Транзисторы биполярные, кроме мощных СВЧ, транзисторные сборки

Линейный

Переключающий

Генераторный

Высоковольтные приборы

1,5

0,7

0,7

1,5

Транзисторы полевые

Кремниевые:

Линейный

Переключающий

Генераторный

СВЧ -диапозона

арсенидгалевый

1,5

0,7

1,0

5,0

7...


Подобные документы

  • Описание исходных данных, используемых для прогнозирования эксплуатационной надежности элементов. Коэффициенты электрической нагрузки элементов, эксплуатационная интенсивность отказов. Определение показателей безотказности РЭУ. Анализ результатов.

    контрольная работа [109,1 K], добавлен 16.06.2012

  • Модели прогнозирования эксплуатационной интенсивности отказов элементов. Выбор типоразмеров элементов каскада. Расчет коэффициента электрической нагрузки для конденсатора. Устройство усилителя переменного напряжения с однополярным источником питания.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 22.06.2012

  • Описание полученных данных, используемых для прогнозирования эксплуатационной надёжности элементов, включая соединитель. Коэффициенты электрической нагрузки элементов. Расчет эксплуатационных интенсивностей отказов. Итоговые показатели безотказности РЭУ.

    контрольная работа [132,3 K], добавлен 17.12.2014

  • Среднее время и вероятность безотказной работы. Гамма-процентная наработка до отказа. Краткое описание метода моделирования на ЭВМ отказов элементов. Решение задачи на ЭВМ и описание используемых операторов. Аналитический расчет показателей надежности.

    курсовая работа [38,9 K], добавлен 12.06.2010

  • Определение основных показателей надежности радиоэлектронных устройств: среднего времени и вероятности безотказной работы, гамма-процентной наработки до отказа. Выбор элементов печатного узла. Расчет коэффициента электрической нагрузки для конденсатора.

    курсовая работа [562,4 K], добавлен 07.07.2012

  • Определение величины интенсивности отказов изделия. График вероятности безотказной работы. Расчет комплекса одиночного ЗИП. Расчет погрешности: схема функционального узла; параметры элементов. Расчет среднего значения производственной погрешности.

    контрольная работа [429,2 K], добавлен 29.11.2010

  • Расчет надежности электрической сети по средне-групповым интенсивностям отказов. Резервирование как метод повышения надежности системы введением избыточных элементов. Защита их и всей конструкции от воздействия окружающей среды. Расчет запасных элементов.

    контрольная работа [470,1 K], добавлен 24.05.2014

  • Определение количественных и качественных характеристик надежности устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Анализ вероятности безотказной работы устройств, частоты и интенсивности отказов. Расчет надежности электронных устройств.

    курсовая работа [625,0 K], добавлен 16.02.2013

  • Изучение методики расчета показателей надежности электронного модуля при экспоненциальном законе распределения отказов элементов. Показатели надежности объектов. Прибор для получения "серебряной" воды. Тактовые импульсы с коллектора транзистора.

    контрольная работа [71,6 K], добавлен 23.01.2014

  • Понятие надежности и его значение для проектирования и эксплуатации технических элементов. Основные понятия теории надежности. Резервы повышения надежности радиоэлектронных элементов и возможности их реализации. Расчет надежности типового устройства.

    курсовая работа [4,4 M], добавлен 25.01.2012

  • Понятие параметрической надежности РЭС как вероятность отсутствия в изделии постепенных отказов при его работе в заданных условиях эксплуатации. Основные причины, вызывающие возникновение постепенных отказов. Способы оценки параметрической надежности.

    курсовая работа [42,5 K], добавлен 12.06.2010

  • Определение интенсивности, частоты и вероятности отказов, времени безотказной работы, гарантийного срока службы радиоэлектронной аппаратуры с учетом ее режимов работы и условий эксплуатации. Расчет необходимого количества прилагаемых запасных элементов.

    контрольная работа [76,0 K], добавлен 20.01.2016

  • Основные понятия в области технического обеспечения надежности. Теоретическое, экспериментальное и эмпирическое предсказания надежности. Показатели интенсивности отказов и среднего времени испытаний. Выборочный контроль и метод последовательного анализа.

    реферат [28,4 K], добавлен 03.03.2011

  • Виды и способы резервирования как метода повышения надежности технических систем. Расчет надежности технических систем по надежности их элементов. Системы с последовательным и параллельным соединением элементов. Способы преобразования сложных структур.

    презентация [239,6 K], добавлен 03.01.2014

  • Оценка надежности системы путем построения дерева исходов. Преимущества и недостатки анализа дерева отказов. Логико-вероятностный метод. Условия отказа функционирования системы. Конечные, промежуточные и первичные виды высказываний. Минимальное сечение.

    реферат [3,4 M], добавлен 22.01.2013

  • Основные количественные показатели надежности технических систем и методы ее повышения. Расчет показателей и построение структурной схемы надежности технологического процесса при помощи уменьшения интенсивности отказов и структурного резервирования.

    курсовая работа [338,2 K], добавлен 09.07.2011

  • Расчет на надежность схемы блока стабилизаторов катушечного магнитофона. Порядок предварительного расчета надежности. Зависимость вероятности безопасной работы, отказов системы и их частоты от времени. Расчет необходимого комплекта запасных элементов.

    реферат [1002,0 K], добавлен 07.02.2016

  • Понятие надежности и отказа как физических свойств изделия. Восстанавливаемые и невосстанавливаемые изделия, их качественные и количественные характеристики. Суть интенсивности отказа. Роль и влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры.

    контрольная работа [18,8 K], добавлен 14.03.2010

  • Вычисление вероятности безотказной работы, частоты и интенсивности отказов на заданном интервале. Расчет средней наработки изделия до первого отказа. Количественные характеристики надежности. Закон распределения Релея. Двусторонний доверительный интервал.

    контрольная работа [105,8 K], добавлен 01.02.2011

  • Виды и основные этапы расчетов надежности элементов и систем. Метод структурной схемы надежности. Расчетные формулы для элементов, соединенных параллельно в структурной схеме надежности, соединенных последовательно в структурной схеме надежности.

    курсовая работа [490,0 K], добавлен 09.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.