И.П. Жеребцов - Основы электроники, страница 3

С 1949 г. в СССР началось производство транзисторов, которые были изобретены в !948 г. в США Д. Бардином, У. Браттейном и У. Шокли. В 1954 г. в Москве начал работать институт полупроводников АН СССР, впоследствии переведенный в Ленинград. Под руководством -академика В. М. Тучкевича в 1958 — 1960 гг. созданы и внедрены в производство мощные полупроводниковые диоды и тиристоры (Ленинская премия 1966 г.). Через 1О лет в стране эксплуатировалось уже около 10 млн.

таких приборов общей мощностью около 500 млн. кВт. Советские ученые В. М. Вальд-Перлов и А. С. Тагер в 1959 г. изобрели лавинно-пролетный диод, применяемый для генерации колебаний СВЧ. За выдающиеся научные работы в области полупроводников академику А. Ф.

Иоффе в 1961 г. посмертно присуждена Ленинская премия. Заслуги советских ученых в развитии полупроводниковой техники наглядно показала проведенная в !968 г. в Московском государственном университете имени М. В, Ломоносова международная конференция по физике полупроводников, в которой участвовали 1500 ученых из 25 стран. Группа ученых во главе с академиком В. М.

Тучкевичем в 1972 г. удостоена Ленинской премии за создание полупроводниковых приборов с так называемыми гетеропереходами, т. е. контактами различных по структуре полупроводников. В создании этих приборов особенно большую роль сыграли работы академика Ж. И. Алферова, Развитию техники полупроводниковых приборов в нашей стране уделяется огромное внимание. Об этом четко сказано в решениях съезлов партии. За последние 25 лет промышленность выпустила более 1500 различных типов полупроводниковых диодов и тиристоров и более !000 типов транзисторов.

Практически наша РЭА почти полностью переведена на полупроводниковые приборы вместо ламп. Многочисленные заводы и научные учреждения, находящиеся в разных наших республиках, выпускают в достаточном количестве необходимые для народного хозяйства и обороны страны самые разнообразные высококачественные приборы полупроводниковой электроники и разрабатывают новые, более совершенные.

В.З. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРОННЫМ ЭЛЕМЕНТАМ РЭА Различные электронйые приборы относятся к активным элементам РЭА, так как могут осуществлять выпрямление, усиление, генерацию, преобразование частоты переменных токов и другие активные процессы. Пассивными элементами являются резисторы, конденсаторы, катушки, трансформаторы. Ко всем элементам РЭА предъявляется ряд требований, определяющих свойства и качество элементов. Прежде всего, главные параметры элементов должны иметь определенные поминальные значения (наминалы), причем из-за невозможности очень точного изготовления элементов указываются также и допустимые отклонения от номиналов, т. е. допуски, например +100,', Очень важно, чтобы элементы обладали надежностью. Под надежностью понимают свойство того или иного объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующие нормальную работоспособность объекта.

Принято считать, что в понятие надежности входят такие свойства объекта, как безатказиаьзнь, дояговечпосмь, ремагитопригодность и сахрапяемаггаь, Полная или частичная утрата работоспособности прибором называется опгказом. Свойство прибора сохранять ра- ботоспособность в течение заданного времени в определенных условиях эксплуатации называют беза~пказпасеью. Это понятие является главной частью самого понятия надежности. Долговечность (срок службы) определяется обычно тем, что главный параметр, (или несколько параметров) с течением времени ухудшается, т, е, значение его достигает минимального или минимального допустимого. Тогда элемент подлежит замене, но может еще быть использован для менее ответственной работы, например в учебных целях.

Ремаюгю;ригадпостиь — это свойство элемента, характеризующее его приспособленность к предупреждению, обнаружению и устранению отказов. Следует отметить, что полупроводниковые и электровакуумные приборы относятся к невосстапавливавмым, т. е. К таким, которые в случае отказа не подлежат или не поддаются восстановлению. Для таких приборов ремонтопригодность надо понимать как приспособленность прибора к контролю и удобство замены. Сох раяявмость — это свойство элементов оставаться работоспособными в процессе хранения и транспортировки.

Количественная оценка надежности может производиться с помощью различных параметров. Чаше всего пользуются понятием иптеясивпосгаи огпказав Х, которая определяется как отношение числа однотипных элементов и, отказавших в течение промежутка времени г, к произведению числа элементов М, работоспособных в начале этого промежутка времени, на его продолжительность: ) = и!(Мг).

(В.1) Если время выражать в часах, то единицей Х булет час в минус первой степени (ч '). Таким образом, интенсивность отказов можно определить как относительное число элементов, отказавших за один час работы. Например, если число элементов, проходивших испытание, Аг = 1000, работали они в течение времени г = 500 ч и за это время отказали 2 элемента, то интенсивность отказов Рс = 2/(1000 500) = 4 !О в ч Следовательно, в данном случае надежность характеризуется тем, что за один час могут отказать 4 элемента из милдиона.

Отказы могут быть различного вида и по разным причинам. Внезапный отказ возникает в результате скачкообразного изменения одного или нескольких основных параметров. Посьзепенный отказ является результатом постепенного изменения этих параметров, например, за счет старения. Полный отказ делает невозможным дальнейшее использование элемента.

Частичный отказ позволяет хотя бы частично использовать элемент. Причинами отказов могут быть ошибки или несовершенство конструкции, нарушения или несовершенство технологического процесса изготовления, а также нарушения правил эксплуатации и непредусмотренные внешние воздействия. Соответственно различают консгпрукционныв, технологические и эксплуатационные отказы. Интенсивность отказов Х в течение длительной эксплуатации не остается постоянной (рис. В.1). В начальный период работы Х имеет большее значение 0 500 !000 н Рис. В,1. Зависимость интенсивности отказов от времени 1Х-характеристика) вследствие скрытых дефектов, не обнаруженных из-за несовершенства производственного контроля, и возможных нарушений правил эксплуатации при первоначальной наладке аппаратуры.

Затем значение Х уменьшается и остается почти постоянным в течение длительного срока, который является основным периодом эксплуатации. А в конце срока службы Х возрастает из-за старения элементов. Следует отметить, что надежность РЭА снижается на самолетах и особенно на ракетах. 10 Спюйкосгпь к различным воздействиям и стабильность параметров — необходимые свойства элементов РЭА. Из воздействий на первом месте стоит температура. Важно, чтобы элементы были тгрмосгпабильны, т. е. чтобы их параметры как можно меньше изменялись при воздействии температуры. В большинстве случаев происходит нагрев элементов от проходящего через них тока, от соселних элементов и от окружающего воздуха.

Необходима зашита элементов от нагрева и отвод теплоты от них (охлаждение). Термостабильность характеризуется температурным коэффициентом того или иного параметра. Например, для резисторов температурный коэффициент сопротивления ТКС есть относительное изменение сопротивления АВ/В при изменении температуры на один градус. Он выражается формулой (в кельвинах в минус первой степени) ТКС = Ай!(Вдг), где АВ есть изменение сопротивления при изменении температуры Ьг.

Например, если ТКС = 5 !О 4 К это означает, что нагрев резистора на 1 К изменяет сопротивление на 5 10 4 его значения. Если В = 10 кОм, то изменение равно 5 Ом на один градус нагрева. Нагревосюойкость (температуростойкость), а также холодостойкосвь характеризуются предельной минимальной и максимальной температурой, при которой еще возможна нормальная работа и не будет отказов. Влагосгпойкосп1ь характеризует способность элементов выдерживать влажность воздуха; в тех случаях, когда возможно попадание воды в РЭА, необходима водосьпойкосгпь.

Для защиты от влаги и воды применяются специальные пленки и покрытия, а также герметизация элементов и всей аппаратуры. Стойкость к повышенному и пониженному давлению важна для элементов аппаратуры, работающей в условиях таких давлений. Следует отметить, что при пониженном давлении ухудшается охлаждение. В некоторых случаях требуется химостойкость элементов, если возможно воздействие каких-то газов или паров химических веществ или, например, попадание в аппаратуру морской воды. Если аппаратура должна работать при значительном содержании пыли в воздухе, например в степной местности, то элементы должны быть пыяестойкими. Радиационная стойкость характеризует возможность работы под действием светового или ионизирующего излучения.

К сожалению, некоторые полупроводниковые приборы обладают низкой стойкостью к ионизирующему излучению. Весьма существенна стойкость к различным механическим воздействиям. Это прежде всего ударостойкость и вибростойкость. Последняя особенно важна для элементов РЭА, работающей на кораблях, самолетах, ракетах. Особо надо отметить тропикостойкость, т.е. способность работать в тропических условиях, когда сочетаются высокая температура и высокая влажность, а также возможно образование быстрорастущей плесени или «нападенне» на аппаратуру насекомых, пожирающих некоторые диэлектрические материалы. Для этих условий выпускаются элементы РЭА в так называемом тропическом исполнении.