|
Проектирование схемы телефонного сигнализатора
МТК
Справочное пособие по расчетам надежности.
Составлено преподавателем
Виноградовой Г. В.
Методическая разработка по теме:
1. "Ориентировочный расчет не резервированного модуля СВТ с
учетом влияния внешних воздействий". (Специальность 2201)
2. "Расчет надежности функционального узла РЭА." (Специальность
2301)
Цель работы: Научиться рассчитывать среднюю наработку на отказ и
вероятность безотказной работы не резервированного модуля с учетом влияния
внешних воздействий.
1. Общие положения.
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя
эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого про-
межутка времени. Надежность является комплексным свойством, которое обу-
славливается качественными характеристиками (безотказностью, долговечно-
стью, ремонтопригодностью и сохраняемостю) и количественными:
- вероятность безотказной работы:
-?сх*t
Р = e , (1)
где е - основание натурального логарифма;
?сх - интенсивность отказа схемы;
t - заданное время работы схемы.
- средняя наработка на отказ:
Тср. = 1/?сх , (2)
- интенсивность отказа схемы:
?изд. = ?nR + ?nC + ... + ?платы + ?пайки , (3)
где ?n - интенсивность отказов всех элементов данной
группы;
?платы - интенсивность отказов печатной платы;
?пайки - интенсивность отказа всех паек.
Надежность элементов функционального модуля является одним из факто-
ров, существенно влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интен-
сивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от
условий эксплуатации и от электрических нагрузок в схеме.
Коэффициент нагрузки:
- для транзисторов
K=Pc/Pc max , (4)
где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,
Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.
- для диодов
K=I/Imax , (5)
где I - фактически выпрямленный ток,
Imax - максимально допустимый выпрямленный ток.
- для конденсаторов
K=U/Uн , (6)
где U - фактическое напряжение,
Uн - номинальное напряжение конденсатора.
- для резисторов и трансформаторов
К=Р/Рн , (7)
где Р - фактическая мощность рассеивания на радиокомпоненте,
Рн - номинальная мощность.
При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность отказа увеличива-
ется. Интенсивность отказа увеличивается так же, если радиокомпонент экс-
плуатируется в более жестких условиях: с повышенной температурой окру-
жающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т. д.
В настоящее время наиболее изучено влияние на надежность коэффициента
нагрузки и температуры.
В таблице 1 приведены ориентировочные значения интенсивности отказов
для некоторых групп радиокомпонентов при использовании вычислительной
техники.
Эти значения интенсивности отказов получены для случая, когда коэффи-
циент нагрузки К=1 и температура t=20? С и обозначаются ?о.
Влияние на надежность фактического значения коэффициента нагрузки и
температуры учитываем при помощи коэффициента влияния, значения котрого
для некоторых групп радиокомпонентов приведены в таблице 2.
Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей
среды и нагрузки определяется по формуле:
?=?о*? . (8)
2. Исходные данные для расчета.
1. Схема Э3.
2. Перечень используемых компонентов ПЭ и Э3.
3. Температура окружающей среды.
4. Фактическое значение параметра (Кн).
5. Конструктивные особенности радиокомпонентов.
Для удобства расчета, однотипные компоненты, находящиеся при одинако-
вых (близких) температурах и работающих при одинаковых (близких) элек-
трических нагрузках, можно объединять в одну группу.
Исходные и расчетные данные заносятся в таблицу 1.3.
3. Расчет.
1. По данным, содержащимся в технических условиях на радиокомпонент,
рассчитываем значение параметра, определяющего надежность, а так же
структурную характеристику радиокомпонента (для транзистора - крем-
ниевый, для конденсатора - керамический и т. д.). Эти данные внесены в
таблицу 3.
2. По формулам 4-7 определяем коэффициент нагрузки.
3. По таблице 2 определяем значение коэффициента ?, для этого использу-
ем температуру окружающей среды и коэффициент нагрузки из таблицы
3.
4. Из таблицы 1 выбираем значения ?о для интересующих нас радиокомпо-
нентов.
5. По формуле 8 рассчитываем интенсивность отказа ?i каждой группы ра-
диокомпонентов.
6. По формуле ?n = n*?i , где n - количество радиокомпонентов, определяем
интенсивность отказа для каждой группы радиокомпонентов, работаю-
щих в одинаковых условиях.
7. По формуле ?=?1+?2+...+?n , где ?1, ?2, ?n - интенсивности отказов пер-
вого, второго, n - ого элемента с учетом всех воздействующих факторов,
находим значения для всего функционального узла, для этого суммируем
все цифры, записанные в графе 9.
8. По формуле 3 определяем среднюю наработку на отказ.
9. При заданном времени, в течении которого изделие должно работать без-
отказно, определяем вероятность безотказной работы по формуле 1.
Контрольные вопросы:
1. Что такое показатель скорости?
2. Перечислить основные качественные показатели надежности и дать им
определения.
3. Перечислить основные количественные показатели надежности, написать
формулы.
4. Какие численные значения может принимать вероятность безотказной
работы?
5. Как определяется интенсивность отказа? В каких единицах она измеряет-
ся?
Литература:
1. ТУ или справочник на радиоэлементы.
2. Математическая таблица Брадиса или микро-ЭВМ (для определения
функции e, где e - основание натурального логарифма).
Приложения.
Таблица 1.
Наименование радиокомпонентов.
Интенсивность отказов (?о).
1
2
Диоды.
Выпрямительные точечные.
Выпрямительные микроплоскостные.
Выпрямительные плоскостные.
Выпрямительные плоскостные повы-
шенной надежности.
Импульсные точечные.
Мезадиоды.
Импульсные сплавные.
Стабилитроны.
Варикапы.
Выпрямительные столбы.
Транзисторы.
Маломощные НЧ.
Мощные НЧ.
Маломощные ВЧ.
Мощные ВЧ.
Микромодульные.
Полевые.
Микросхемы.
Полупроводниковые ИС.
Полупроводниковые БИС.
Гибридные тонкопленочные.
Гибридные толстопленочные.
Непроволочные резисторы.
МЛТ-0,25.
МЛТ-0,5.
МЛТ-1,0.
ВС-0,5.
ВС-1,0.
ТВО-1,0.
СП-1,0.
СПО-1,0.
Для германиевых. Для кремниевых.
0,7 2
- 0,7
- 5,0
- 2,5
3 -
2 2,5
- 0,6
- 5
- 5
4,2 4,5
3 4
4,6 -
2,6 -
5 1,7
1 -
- 1
-8
0,8*10
10
10
10
0,4
0,5
1,0
0,8
1,35
0,45
0,8
0,7
Наименование радиокомпонентов.
Интенсивность отказов (?o).
1
2
Проволочные резисторы.
ПЭВ 2 ... ПЭВ 100
ПКВ-2 ... ПЭВ-5
ПТН-1
ПП 3
РП-2
Конденсаторы.
Бумажные.
Металлобумажные.
Слюдяные.
Стеклянные.
Керамические.
Пленочные.
Электролитические алюминиевые.
Электролитические танталовые.
Моточные изделия.
Автотрансформаторы.
Импульсные.
Дроссели.
Катушки индуктивности.
Линии задержки.
Соединители.
РМ.
СНЦ.
РН.
СНП.
Переключатели и другие элементы.
Кнопочные.
Пакетные.
Галетные.
Микровыключатели.
Тумблеры.
Предохранители.
Держатели предохранителей.
Разъемы штепсельные.
Разъемы коаксиальные.
Гнезда контактные.
Лампы сигнальные.
Ламповые панели.
Пайка.
Волноводная секция.
Вывод высокочастотный.
Магниты.
2,6 - 12,0
2,0 - 2,5
1,4
10,0
3,0
2,0
1,8
1,2
1,6
1,4
2,0
2,4
2,2
5,0
0,5
1,0
0,5
5,0
0,003
0,002
0,02
0,005
20,0
50,0
30,0
30,0
70,0
12,0
0,2
0,5
0,04
0,2
0,3
10,0
0,004
1,5
2,6
5,6
Таблица 2.
t?, C
Значение ? при различных значениях Кн.
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,18
0,22
0,52
1,0
резисторы типа
40
0,2
0,3
0,62
1,3
ОВС, ОМЛТ, МТ, СПО,
60
0,2
0,42
0,9
2,2
УЛИ, УЛМ
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,3
0,4
0,6
1,0
пленочные
40
0,4
0,6
0,8
2,0
углеродистые
60
0,57
0,75
1,0
4,0
резисторы
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,78
0,79
0,9
1,0
композиционные
40
0,81
0,9
1,2
1,4
резисторы
60
1,2
1,4
1,6
2,0
Кн =0,25
Кн = 0,5
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,1
0,1
0,3
1,0
проволочные
40
0,3
0,4
0,7
1,4
резисторы
60
0,4
0,6
1,1
-
Кн = 0,3
Кн = 0,5
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,1
0,20
0,55
1,0
переменные
40
0,11
0,25
0,65
1,2
проволочные
60
0,12
0,35
0,75
1,3
резисторы
Кн = 0,3
Кн = 0,5
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,045
0,08
0,5
1,1
конденсаторы
40
0,06
0,09
0,65
2,2
с бумажной изоляцией
60
0,07
0,12
0,85
4,0
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,1
0,18
0,45
1,0
конденсаторы
40
0,12
0,3
0,62
1,7
со слюдяным
60
0,3
0,65
1,0
2,8
изолятором
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,2
0,6
0,6
1,0
конденсаторы
40
0,3
6,6
0,7
1,5
СКМ
60
0,5
0,7
1,7
3,0
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,01
0,1
0,35
1,0
конденсаторы
40
0,05
0,1
0,4
1,35
с керамическим
60
0,08
0,13
0,6
1,8
изолятором
Кн = 0,3
Кн = 0,5
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,65
0,45
0,8
1,0
40
1,0
0,65
1,2
2,0
К50-3
60
2,8
2,0
3,8
5,8
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,2
0,38
0,55
1,0
электролитические
40
0,35
0,45
0,65
1,3
танталовые
60
0,5
0,65
1,0
2,7
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,6
-
20
0,3
0,4
0,6
-
катушки индуктивности
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,8
-
20
0,1
0,2
0,3
-
трансформаторы
40
0,1
1,0
2,0
-
60
0,1
1,0
6,0
-
Кн =0,25
-
Кн = 0,5
Кн = 1,0
20
0,25
-
0,55
1,1
плоскостные
30
0,4
-
0,7
1,4
германиевые
40
0,7
-
1,4
4,9
диоды
50
2,0
-
6,5
-
Кн =0,25
-
Кн = 0,5
Кн = 1,0
20
0,1
-
0,5
1,0
кремниевые
40
0,18
-
0,38
1,3
точечные
60
0,3
-
1,2
1,8
диоды
Кн =0,25
Кн = 0,5
Кн =0,75
Кн = 1,0
20
0,18
0,29
0,55
1,0
плоскостные
40
0,19
0,45
0,85
1,6
кремниевые
60
0,2
0,8
1,4
-
диоды
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,7
Кн = 1,0
20
0,25
0,4
0,7
1,0
германиевые
40
0,4
0,6
1,25
1,7
транзисторы
60
0,6
0,95
1,6
2,6
Кн =0,25
Кн = 0,5
Кн =0,75
Кн = 1,0
20
0,1
0,3
0,4
1,0
германиевые
40
0,12
0,35
0,8
1,7
ВЧ транзисторы
60
0,2
0,7
1,5
2,6
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,15
0,2
0,65
1,0
кремниевые
40
0,15
0,2
0,75
1,2
транзисторы
60
0,15
0,25
0,85
1,45
Кн = 0,2
Кн = 0,4
Кн = 0,8
Кн = 1,0
20
0,3
0,5
0,8
1,1
кремниевые
40
0,4
0,7
1,1
1,3
ВЧ транзисторы
60
0,7
1,2
2,0
2,4
Таблица 3.
Расчет надежности функционального модуля.
Наименование
Тип
Количество
t?, С
Кн
?
?o=1/2
?i=?*?o
?c=?i*n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
| |
