Расчет надежности радиоэлектронных устройств

Оценка показателей надежности радиоэлектронных устройств (РЭУ) является обязательной процедурой, выполняемой на этапе проектирования аппаратуры. Актуальность задач по расчету надежности объясняется тем, что они дают ответ на вопрос о целесообразности дальнейших затрат, необходимых на отработку технологии и производство радиоэлектронных устройств. Поэтому в задания на дипломное проектирование проектов конструкторского и технологического профиля включают проработку вопросов по оценке показателей надежности РЭУ.

В настоящее время проектные и промышленные предприятия испытывают трудности при расчете показателей надежности РЭУ из-за неполноты данных о показателях надежности элементов производства стран СНГ, отсутствия данных об элементах зарубежного производства, входящих в состав электронных устройств, а также из-за отсутствия адаптированной к этим условиям системы автоматизированного расчета показателей надежности устройств. Наличие такой системы позволит существенно сократить время решения задачи по оценке надежности электронных устройств в указанных условиях.

1. Постановка задачи

Исходными данными к проекту:

1 Электрическая схема устройства «Дифференциальный усилитель»

Рисунок 1. Дифференциальный усилитель

2 Параметры элементов, входящих в схему:

R₁ = 8.2 кОм ± 5%

R₂ = 6.8 кОм ± 10%

R₃ = 2.7 кОм ± 5%

R₄ = 18 кОм ± 10%

Тип DA1 — К140УД11

3 Условия эксплуатации по ГОСТ 15 150–69 для категории исполнения УХЛ 2

4 Количество однотипных каскадов — 42

5 Вид электрического монтажа — двусторонний печатный

6 Количество сквозных металлизированных отверстий на печатной плате — 10% от общего числа отверстий

7 Вид приёмки элементов — приёмка ОТК («1»)

8 Перегрев в нагретой зоне РЭУ _tЗ = 26 єС; средний перегрев воздуха в РЭУ _tВ = 22 єС.

9 Заданное время работы, указанное заказчиком t_з = 1000 ч.

10 Интересующая гамма-процентная наработка до отказа — Т_г=95%

В контрольной работе необходимо провести расчет эксплутационной эксплуатационной характеристики интенсивности отказов.

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

где л_Б — базовая интенсивность отказов элементов данной группы;

К_i — коэффициенты, учитывающие изменения эксплуатационной интен — сивности 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 расчета эксплуатационной интенсивности отказов имеет вид прогнозирование электрический нагрузка отказ где л_{Б j} — исходная (базовая) интенсивность отказов j-й части изделия, j=1,…, n;

n — количество составных частей изделия;

К_i^(j) — коэффициент, учитывающий влияние i-го фактора для j-й части изде — лия; i = 1, …, m; j =1, …, n;

m_j — количество факторов, учитываемых для i-й части изделия.

2. Оценка показателей безотказности РЭУ

2.1 Описание исходных данных, используемых для прогнозирования эксплуатационной надёжности элементов

Существующие методы расчёта показателей надёжности РЭУ различаются степенью точности учёта электрического режима и условий эксплуатации элементов.

Роль прогнозирования в настоящее время возрастает в связи с созданием уникальных радиоэлектронных комплексов, обычно в очень малом количестве, а также в связи с повышением требой ваний к надежности РЭУ (космическая аппаратура, аппаратура военной техники и т. п.).

Результат прогнозирования кратко называют прогнозом. В самом общем случае прогнозирование можно разделить на два вида: эвристическое и математическое.

При эвристическом прогнозировании прогноз получают на основе субъективного взвешивания совокупности факторов, большая часть из которых может носить качественный характер. Результат прогнозирования в данном случае во многом зависит от опыта и интуиции инженера.

При математическом прогнозировании результат формируется на основе получения информации об объекте или процессе с последующей обработкой ее формализованными (математическими) методами. Здесь результат во многом зависит от тех параметров, которые контролируются или измеряются у объекта или процесса, а также от математических методов обработки этой информации.

Математическая модель расчета эксплуатационной интенсивности отка — зов имеет вид:

Таблица 1. Математические модели определения значений л_Э для элементов схемы

Таблица 2. Пояснения величин (параметров), входящих в математические модели

Таблица 3 Основные соотношения для расчета

Таблица 4. Базовые интенсивности отказов групп элементов РЭС

Таблица 5. Типоразмеры элементов

2.2 Определение коэффициентов электрической нагрузки элементов

Определяют коэффициенты электрической нагрузки элементов РЭУ. Для этого используем общую формулу или ее конкретными реализациями, приведенными в табл. 5.4.

В качестве электрической нагрузки F_ном используют номинальные или предельные по ТУ электрические характеристики элементов, выбранные для проектируемой конструкции РЭУ. Электрические характеристики F_раб берут из результатов электрического расчёта принципиальной электрической схемы РЭУ или получают путём экспресс-анализа электрических нагрузок схемных элементов.

Формула определения К_н для резисторов:

где — рабочая мощность рассеивания;

— номинальная мощность рассеивания;

Формула определения К_н для DA1:

2.3 Эксплуатационная интенсивность отказов элементов

Таблица 6 Расчет эксплуатационной безотказности элементов модуля

2.4 Определение показателей безотказности РЭУ.

Интегральные микросхемы:

Для определения коэффициента КИС, учитывающего количество элемен — тов в ИМС, можно воспользоваться математической моделью:

где A, S — постоянные коэффициенты модели [3, табл, 5,4];

N — количество элементов в ИМС, Значения коэффициента К_t могут быть получены по выражению где B — константа, зависящая от функционального назначения ИМС;

t_окр — температура среды, окружающей ИМС, єС, Значение t_окр может определяться по выражению где t_{раб max} — верхнее значение рабочей температуры РЭУ;

?t_З — перегрев в нагретой зоне конструкции РЭУ, Резисторы:

Значения коэффициента К_Р рассчитывают по модели где К_Н — коэффициент электрической нагрузки резистора по мощности;

t_окр — температура окружающей среды (корпуса элемента), єС;

A, B, N_T, G, N_S, J, H — постоянные коэффициенты Соединители:

Значения К_Р определяют по модели

где t_п — температура перегрева контактов по ТУ при максимальной токовой на — грузке, по ТУ tп = 10…30 єС;

t_окр — температура окружающей среды, єС;

КН — коэффициент электрической нагрузки по току.

Значения коэффициента, учитывающего влияние на надежность соединителя количества задействованных контактов N, могут быть рассчитаны как Значения коэффициента, учитывающего влияние на надежность соедини — теля количества сочленений-расчленений n, рассчитываются по модели Платы со сквозными МО Значения коэффициента К_t рассчитывают по модели

3. Анализ результатов решения

По результатам расчета (таблица 6) определяем суммарную интенсивность отказов РЭУ в виде электронного модуля (печатного узла) Л_М определяют суммированием прогнозных значений эксплуатационных интенсивностей отказов элементов л_Э:

где N — количество элементов (компонентов) в модуле.

Таблица 7 Расчет показателей безотказности

Заключение

В работе был проведен расчет эксплуатационной характеристики интенсивности отказов. Результаты расчета отражены в таблице 6. По результатам расчет эксплуатационной характеристики были получены показатели надежности (таблица 7).

По результатам расчет была построена схема электрическая принципиальная устройства «Дифференциальный усилитель» с учётом наличия 42 однотипных каскадов и соединителя.

1 Боровиков С. М. «Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности» Учебник для ВУЗов, — Мн: Дизайн ПРО, 1998,

2 Боровиков С. М. Погребняков А.В. «Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности», Сборник задач, Учебное пособие для ВУЗов, — Мн: БГУИР, 2001,

3 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 конструирования, 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,