UP-2-4 (Уч. пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС), страница 2

Определение коэффициентов влияния по результатам граничных испытаний возможно лишь в том случае, если исследование работоспособности МСБ проведено по полю допуска. На границах ОР функциональ­ный показатель изменяется на величину

, (4.5)

где , - относительные коэффициенты влияния параметров и соответственно.

Если в пределах изменения параметра границы ОР близки к прямолинейным, то при

После подстановки в (1.5) и решения уравнения относитель­но , получим

, (4.6)

Все величины, входящие в правую часть (4.6), должны иметь знаки, соответствующие точке на границе ОР, для которой определя­ют коэффициенты влияния.

Формула (4.6) позволяет найти значения для любой точки на границе ОР, кроме точки . Точность определения коэффи­циентов влияния тем выше, чем ближе границы ОР к прямым линиям.

Методу граничных испытаний свойственны практически все недо­статки метода парциальных характеристик. Поэтому, чтобы убедиться в правильности принятых решений, исследование работоспособности с помощью парциальных характеристик и граничных испытаний часто до­полняется матричными испытаниями.

Матричные испытания представляют собой активный многофактор­ный эксперимент, предназначенный для оптимизации номинальных зна­чений и допусков параметров элементов. В отличие от рассмотренных выше методов, матричные испытания позволяют смоделировать реальные ситуации, возникающие в аппаратуре под воздействием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, путем одновременного изме­нения параметров всех элементов.

Стратегию эксперимента обычно представляют матрицей ситуаций, каждая строка которой соответствует постановке одного опыта. При изменении (варьировании) k включенных в эксперимент параметров, элементов на двух уровнях (верхнем и нижнем) число опытов m=2^k . Матрица ситуаций для k = 3 представлена в виде табл. 4.1.

Таблица 1.1

Опыт	Х1	Х2	Х3	СОСТОЯНИЕ МСБ
1	+	+	+	0
2	-	+	+	I
3	+	-	+	0
4	-	-	+	I
5	+	+	-	0
6	-	+	-	I
7	+	-	-	I
8	-	-	-	0

В столбцах, относящихся к параметрам x₁, x₂, x₃, знаком «+» обозначены: верхние уровни параметров, знаком «-» нижние уровни. В последнем столб­це по принятому признаку отка­за в каждом опыте отмечают сос­тояние исследуемой МСБ. Обычно работоспособность микросборки обозначают единицей, отказ - нулем.

Изменение параметров эле­ментов в эксперименте обычно производят б пределах полей до­пусков так, чтобы значения па­раметра на верхнем и никнем уровнях находились на соответ­ствующих границах поля допуска. В тех случаях, когда матричными испытаниями дополняют другие методы экспериментальной отработки функциональных показателей, уровни варьирования параметров элементов выбирают исходя из полу­ченных результатов и поставленной задачи исследования.

После реализации всех опытов, предусмотренных табл. 4.1, производится анализ полученных результатов, для чего составляется табл. 4.2, в которой указывают число рабочих или отказовых ситуаций, связанных с значениями параметров на верхнем и нижнем уровнях.

Таблица 4.2

Значение Параметра
Число ситуаций отказа	3	1	2	2	2	2

Данные табл. 4.2 позволяют принять решение о направлении кор­ректировки номинальных значений параметров элементов. Так, напри­мер, преобладание отказовых ситуаций на верхнем уровне параметра говорит о необходимости уменьшения его номинального значения. Шаг изменения параметров выбирают с учетом результатов анали­за параметрической чувствительности, разрешающей способности технологического процесса изготовления элементов и шкалы номинальных или предпочтительных значений параметров. После выполнения корректировки матричные испытания повторяют с новыми значениями параметров элементов.

Как и все рассмотренные методы, матричные испытания применимы лишь к параметрам пассивных элементов. Недостатком метода является также значительная трудоемкость эксперимента, резко возрастающая с ростом числа параметров. Снижению трудоемкости матричных испытаний способствует выбор оптимального как по числу опытов, так и по точности ожидаемых результатов значения, который может быть произведен по результатам анализа параметрической чувствительности. Трудоемкость матричных испытаний можно существенно снизить путем автоматизации эксперимента. Разработаны и применяются полуавтоматические стенды матричных испытаний, состоящие из наборного поля элементов с электронной коммутацией, устройства управления и ЭВМ для обработки данных эксперимента. Использование стендов-полуавтоматов одновременно позволяет значительно расширить возможности метода.

Описание объекта исследования

Объектом исследования является МСБ активного полосового филь­тра, электрическая принципиальная схема которого приведена на рис. 1.3.

Рис. 4.3

Фильтр собран на операцион­ном усилителе DA1, охваченном параллельной отрицательной обратной связью. Полосовая амплитудно-частотная характеристика (АЧК) фильтра формируется цепями R1C1 (фильтр нижних частот) и R2C2 (фильтр верхних час­тот).

Основными функциональными параметрами фильтра являются: центральная частота f₀, соответствующая максимуму АЧХ; полоса про­пускания (где f₁ ,f₂ - частоты расстройки фильтра до уровня 0,7 от максимума АЧХ; добротность фильтра Q; коэффициент передачи в полосе пропускания К_п.

Названные функциональные показатели связаны следующими аналитическими соотношениями:

При настройке ультра f₀ устанавливается с помощью одновременного изменения C₁ и C₂ , добротность Q - изменением величины отноше­ния R₁/R₂ , при этом произведение R₁R₂ должно оставаться посто­янным.

Описание лабораторной установки

Приведено в приложении, которое выдается в лаборатории.

Содержание работы

1. Расчет по исходным данным номинальных значений емкости конденсаторов C₁, C₂, сопротивлений резисторов R_1,R₂.

2. Снятие АЧХ и определение экспериментальных значений функциональных параметров фильтра.

3. Экспериментальная отработка функциональных параметров фильт­ра на соответствие исходным требованиям.

4. Определение параметров модели функциональной точности МСБ
   и расчет производственного допуска.

Порядок выполнения работы

1. Получить задание у преподавателя. Варианты возможных зада­ний приведены в приложении (табл. П. 4.1).

2. В соответствии со структурной схемой рис. 4.4 собрать лабораторную установку. Получить у лаборанта разрешение на ее включение.

3. Вывести переменный резистор R₄ на макете фильтра в крайнее левое положение; включить источник питания и установить на выходах источника +20 В и -20 В с точностью до 0,5 В.

4. Переменным резистором R₄ установить номинальное значение напряжения питания операционного усилителя. Тумблер SA5 перевести в положение "Вкл".

5. Включить звуковой генератор, осциллограф, вольтметр и частотомер. На выходе генератора установить синусоидальное напряжение 10... 100 мВ.

6. По заданным и произвести расчет функциональных параметров фильтра, номинальных значений емкости конденсаторов C1, С2 и сопротивлений резисторов R1,R2. Для этого: определить центральную частоту фильтра ; найти добротность фильтра

; в пределах значений, приведенных в табл. П.1.2 приложения, выбрать С1=С2=С;
определить ;
определить

найти коэффициент передачи фильтра

7. С помощью переключателей SA1 . . . SA4 набрать ближайшие к расчетным значения параметров элементов.

1. Используя звуковой генератор ГЗ-112 и вольтметр ВЗ-38, снять
   АЧХ фильтра и определить экспериментальные значения функциональных
   показателей.

2. Методом малых приращений определить коэффициенты влияния параметров элементов и напряжения источников питания на функциональные показатели активного фильтра. Учитывая знак и величину ко­эффициентов влияния, выбрать направление корректировки параметров элементов .

1. Произвести корректировку параметров элементов, снять АЧХ фильтра и определить новые значения функциональных показателей фильтра•

2. Заданным однофакторным методом провести исследование ра­ботоспособности и параметрической чувствительности фильтра при вы­ бранных значениях параметров элементов. Дать анализ полученных ре­зультатов, установить допуски на параметры элементов.

3. Проверить справедливость принятых решений методом матрич­ных испытаний.

Записать модель функциональной точности заданного показа­теля фильтра.

1. Выключить лабораторную установку. Оформить отчет и пред­ставить его к защите.

Содержание отчета

1. Цель лабораторной работы. Содержание задания.

2. Структурная схема лабораторной установки.

3. Расчет функциональных показателей и номинальных значений параметров элементов фильтра.

4. АЧХ фильтра при расчетных и скорректированных значениях параметров элементов. Таблица коэффициентов влияния.

5. Парциальные характеристики или графики граничных испытаний и их анализ.

6. Матрица ситуаций. Результаты матричных испытаний и их анализ.

7. Уравнение погрешности заданного функционального показателя активного фильтра. Расчет производственного допуска, анализ полученных результатов.

8. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные функциональные параметры активного фильтра.

2. Раскройте содержание задачи отработки функциональных показателей КТЕ.

3. Назовите и охарактеризуйте методы расчета допусков.

1. Дайте сравнительную характеристику основных методов эксперимен­тальной отработки функциональных показателей КТЕ.

2. Назовите и охарактеризуйте экспериментальные метода определения коэффициентов влия­ния.

3. Какой порядок проведения граничных испытаний.

4. В чем преимущество многофакторных методов отработки функциональных показателей КТЕ по сравнению с однофакторными?

Литература

1. Конструирование и расчет БГИС микросборок и аппаратуры на
   их основе/ Под ред. Б.Ф. Высоцкого. - М.: Радио и связь, 1981. - С. 6-13.

2. Фомин А.В., Борисов В.Ф., Чермошенский В.В. Допуски в РЭА. - М.: Сов. радио, 1973. - С. 11-18.

3. Маслов А.Я., Татарский В.Ю. Повышение на­дежности радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1972. - С. 37-45.

71