Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986), страница 10

При прикидочиом расчете делается допущение, что все элементы схемы равноиадежны, так как принципиальные электрические схемы иа изделие и его составные части еще окончательно не разработаны. Соединение элементов с точки зрения надежности таково, что выход из строя любого элемента приводит к отказу всего изделия. Интенсивности отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т. е.

4(~)=сопя(. Тогда А=Л, )У, где Х; — средняя интенсивность отказов равионадежных элементов схемы; У вЂ” общее количество элементов. Ориентировочный расчет проводится тогда„когда на изделие и все его составные части разработаны электрические принципиальные схемы. При ориентировочном расчете учитывается влияние иа надежность изделия количества и типов применяемых в схемах элементов. При расчете делаются следующие допущения." все элементы схемы работают в нормальном режиме, предусмотренном техническими условиями на эти элементы; все эле- менты изделия работают одновременно; интенсивности отказов элементов берутся для периода нормальной работы, т.

е. Х;(!) =сонэ!. Интенсивности отказов элементов каждого типа берутся по соответствующим таблицам нз справочников по надежности. Таким образом, ориентировочный расчет надежности позволяет определить рациональный состав элементов в изделии н наметить пути повышения надежности.

Окончательный расчет проводится на этапе технического проектирования и учитывает влияние на характеристики надезкности режимов работы элементов в схеме и конкретные условия эксплуатации изделия. В общем случае интенсивности отказов элементов зависят от электрического режима работы элемента в схеме, температуры окружающей среды, механических воздействий в виде вибраций и ударов, влажности воздуха, давления, радиации и ряда других возможных факторов. Электрический режим работы элементов прн расчетах надежности учитывают с помощью коэффициента нагрузки К,. Известно, что интенсивность отказов резисторов увеличивается с увеличением мощности рассеяния резистора, а интенсивность отказов. конденсаторов увеличивается с увеличением рабочего напряжения, приложенного к его обкладкам.

Например, если резистор по расчету имеет мощность рассеяния 1 Вт, а в схеме используется резистор с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт, то коэффициент нагрузки резистора в схеме Кн = Ррссч~рсх = (~'2 = б б где Рр„, — расчетная мощность рассеяния резистора; Є— мощность рассеяния резистора, стоящею в схеме. Для проведения окончательного расчета надежности необходимо иметь данные о коэффициентах нагрузки всех элементов схемы. Для этого при выпуске электрических принципиальных схем заполняются карты режимов работы элементов с указанием коэффициента нагрузки, Необходимым условием получения наиболее точных характеристик надежности при окончательном расчете является знание зависимости интенсивности отказов элементов от воздействующих внешних факторов.

Наиболее существенными виешнимн факторами являются температура окружающей среды, механические нагрузки, влажность и атмосферное давление. Влияние на величину ии- тенсивности отказов каждого из указанных факторов учитывается при расчетах надежности с помощью поправочных коэффициентов а и К Поправочный коэффициент а =Х,Др, (3.!4) где Х1 — интенсивность отказов данного элемента при конкретном воздействующем факторе и прочих номинальных условиях; Ач — номинальная интенсивность отказов данного элемента, под которой понимается интенсивность отказов элементов в нормальных условиях эксплуатации при отсутствии механических перегрузок и в номинальном электрическом режиме (К,=!). Тогда интенсивность отказов элементов при эксплуатации в реальных условиях определяется как произведение номинальной интенсивности отказов на поправочные коэффициенты.

Поправочный коэффициента учитывает влияние на надежность окружающей температуры и электрической нагрузки, а поправочные коэффициенты К учитывают механические воздействия, влажность, давление. Значения номинальных интенсивностей отказов основных элементов РЭА и коэффициентов К помещены в справочники по надежности в виде таблиц. Поправочные коэффициенты а определяются по справочным данным, которые приводятся или в виде таблиц, или в виде графиков зависимости: где ( — температура окружающей среды, 'С; К, — коэффициент нагрузки элементов.

Графики зависимости поправочного коэффициента а от температуры окружающей среды и коэффициента нагрузки приведены на рис. 3.2 и 3.3 ((8!. Из графиков видно, что если снизить коэффициент нагрузки, то значение поправочного коэффициента снижается, т. е. за счет облегчения режима работы элемента в схеме можно повысить надежность этих элементов, а следовательно, и улучшить характеристики надежности изделия.

При расчете характеристик надежности все изделия расчленяются на приборы, приборы на блоки, блоки на крупные узлы, крупные узлы на более мелкие узлы и т. д. При этом расчет производится последовательно от простого к сложному. Схему расчета надежности удобно 45 составит» таким образом, чтобы элементамн расчета былн конструктивно оформленные узлы нлн блоки. Окончательный расчет надежности складывается нз следующих этапов: определение типа элементов н нх характеристик; выбор метода расчета с последующим подбором определенных номограмм, таблиц, графиков нлн поправочных коэффициентов„определенне электрических нагрузок н влияния внешней среды на каждый элемент; определе- г I о,о дв 47 о,в 05 44 оу о,г , ов орб ов аы о'го в оо ох го во оо во во го во во воо мвво оо гт„, Рис.

3.2. Зависимость а от В' и Ке для конденсаторов слкгдяных типов КСОТ, КСО Рис. 3.3. Зависимость а от г и Ке для германиевых транаисторов 5 3.4. Общие н специальные методы повышения надежности Наиболее жесткие требования по надежности предьявляются к космической РЭА н РЭА специального назначения. Прн этом необходимо еще учитывать, что указан- 46 нне по соответствующим таблицам интенсивности отказов каждого элемента; суммирование всех интенсивно- стен отказов с учетом количества элементов каждого типа для определения интенсивности отказов всего изделия, расчет количественных характеристик надежности изделия.

Данные расчетов заносятся в итоговые таблицы илн приводятся в виде графиков. Оформляется техннческнй отчет по расчету надежности. ные категории аппаратуры подвергаются сложным клнматнческнм н механическим воздействиям. Для таких категорий аппаратуры высокие требования по надежностн не могут быть обеспечены только за счет общих мер повышения надежности. К общим мерам по обеспечению заданной высокой надежности относятся: 1) четкая регламентация условий эксплуатация изделия; 2) оптнмальный выбор функциональной схемы изделия; 3) выбор для изделия комплектующих элементов, обладающих высокой надежностью н стабильностью характеристик, проведение схемных н конструкторских меропрнятнй, обеспечивающих щадящие режимы работы элементов в-устройстве; 4) реализация технологических мероприятий, обеспечивающих бездефектное изготовление устройств; 5) проведение всесторонних конструкторских отбраковочных испытаний макетов н опытных образцов устройств, обеспечивающих наиболее полное выявленне н устранение слабых мест схемы н конструкции еще на этапе разработки; 6) создание системы всесторонних производственных испытаний, обеспечивающей выявление производственных дефектов аппаратуры н ее элементов; 7) создание системы наблюдения за качеством работы устройств в эксплуатацнн, проведение профилактических мер н т.

д. Специальные методы повышения надежности связаны с введением в схему дополнительных элементов„предназначенных для повышения надежности устройства. В теории надежности, прежде чем' провести анализ радиотехнического устройства на надежность, принято переходить от электрической принципиальной схемы устройства к эквивалентной структурной схеме надежности. В основу такого перехода положены принятые в теорнн надежности понятия последовательного, параллельного н смешанного вида соедняення элементов, которые не следует путать с аналогичными видами электрнческнх соединений. Виды соединений в теории надежности показаны на рнс. 3.4.

Последовательным, нлн основн ы м, называется такое соединение элементов системы, прн котором отказ хотя бы одного нз элементов приводит к отказу системы в целом (рнс. 34,а)'. Параллельным, нлн р е з е р в н ы м, соединением элементов называют такое соединение, прн котором отказ системы наступает лишь в случае отказа всех ее элементов (рнс. 3.4,6).

Смешанным соединением элементов называют соче- 47 тание основного и резервного видов соединений или более сложные структуры (рис. 3.4, в). Наиболее эффективными мерами повышения надежности на этапе проектирования является применение резервирования. Резервирование — это метод повышения надежности путем введения запасных (резервных) элементов, являюшихся избыточными по отношению к функциональной структуре РЭА, необходимой для выполнения заданных функций. Аппаратуру с избыточными элементами называют резервированной. В резервированном изделии отказ наступает тогда, когда выйдут нз строя основное и все резервные устройства. Применяемые в теории надежности способы резервирования показаны на рис.