Расчет надежности усилителя мощности низкой частоты

СОДЕРЖАНИЕ

 

	Введение……………………………………………………………………….	5
1	Характеристика объекта  с точки зрения надёжности……………………….	8
2	Выбор нормируемого показателя надёжности. Определение нормы показателя надёжности………………………………………………………..	10
3	Метод расчёта надежности…………………………………………………...	12
4	Расчёт надёжности электрической схемы………………….………………..	15
4.1	Прикидочный расчёт………………………………………………………….	15
4.2	Расчёт с учётом условий  эксплуатации………….…………………………..	16
4.3	Уточнённый расчёт надёжности……………………………………………..	18
4.4	Расчёт надёжности с  учётом всех видов отказов……………………………	20
	Заключение…………………………………………………………………….	21
	Список использованных источников………………………………………...	22
	Приложение А: Перечень элементов…………………………………………	23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Почти сорок лет назад  академик А. И. Берг рассматривал надёжность как “проблему номер один современной техники”. За последующие годы актуальность этой проблемы не только не уменьшилась, но и продолжает возрастать. Увеличение сложности и энергоёмкости новых систем требует исключительно ответственного отношения к расчёту надёжности разрабатываемого объектов. Недостаточная проработка вопросов надёжности при конструировании и изготовлении радиоэлектронных и микропроцессорных систем ведёт, например, к таким печальным последствиям – самовозгоранию цветных телевизоров, возникновению аварий на промышленных предприятиях, к отказу систем связи в самые ответственные моменты.

По данным технической  литературы  до 40% нарушений в  работе радиоэлектронной аппаратуры происходит вследствие ошибок и некачественного  выполнения работ.

Основными причинами  отказов РЭА являются следующие: нарушение работоспособности электрорадиоэлементов, отказы элементов конструкции,  нарушение условий эксплуатации, нарушение технологии изготовления и некачественное сырьё, ошибки  в электрической схеме (принципе действия). Поэтому для обеспечения требуемой надёжности радиоэлектронных и микропроцессорных систем рекомендуется главное внимание уделять выбору элементной базы и материалов, разработке контрукции, достоверности расчётов и испытаний на надёжность.

   Надёжностью называется  свойство объекта выполнять заданные  функции, сохраняя во времени  значение установленных показателей в заданных пределах, соответстующих заданным условиям и режимам использования, технологического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации надёжность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Последние понятия   связаны с возможностью  нахождения  объектов  в  работоспособном  и неработоспособном состояниях. В работоспособном состоянии объект способен выполнять заданные функции, сохраняя значение заданных параметров в пределах, установленных нормативно- технической документацией. Если значение хотя бы одного параметра не соответствует требованиям документации, то объект находится в неработоспособном состоянии.

Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называется отказом. Различают внезапные отказы, характерезующиеся скачкообразным изменением одного или нескольких заданных параметров объекта, постепенные отказы, характеризующиеся постепенным, плавным изменением параметров.

Конструкционный отказ- это отказ, вызываемый нарушением установленных  правил и норм конструирования. Например, такими нарушениями являются ошибки в расчётах и чертежах, выборе режимов  и материалов.

Безотказность объекта - это его свойство непрерывного сохранения работоспособности в течение некоторого времени или некоторой наработки (наработка - продолжительность или объём работы объекта). Вопросом безотказности в дальнейшем будет уделено основное внимание по сравнению с другими свойствами - долговечностью и ремонтопригодностью.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность  до наступления предельного состояния (прекращение дальнейшей эксплуатации из-за неустранимых нарушений значений параметров) при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности  к предупреждению и обнаружению  причины возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий  путём проведения ремонта и технологического обслуживания.

Важным для дальнейшего  изменения является деление объектов на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. К восстанавливаемым относятся объекты, работоспособность которых в случае возникновения отказов подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации.

Невосстанавливаемыми  называются объекты, работоспособность  которых в случае возникновения  отказов не подлежит восстановлению.

Высокая надёжность РЭА  достигается широким комплексом мероприятий на всех стадиях (жизненных  циклах) разработки изготовления и эксплуатации аппаратуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ

 

Ремонтопригодность и  эксплутационная технологичность  являются связанными понятиями. Ремонтопригодность представляет собой более широкое  понятие, которое рассматривает эксплутационную технологичность объекта с учётом обеспечения на объекте условий для ремонтных и профилактических работ без снятия изделия с объекта и с учётом дисциплины поддержания работоспособности изделия. Временем восстановления называют время, затрачиваемое на обнаружение, поиск причин и устранение последствий отказа. Для сложных РЭА время восстановления не должно превышать 30…60 минут. Все меры повышения ремонтопригодности сводятся к снижению времени восстановления. Исследуемая конструкция металлоискателя с временем восстановления примерно двух часов естественно подлежит в случае необходимости ремонту.

Данное устройство содержит 62 радиоэлемента. Характерными отказами для резисторов являются обрывы резистивной проволоки из-за коррозии, нарушения технологии изготовления; для конденсаторов - увеличение токов утечки и пробои диэлектрика из-за наличия примесей в металле корпуса, нарушения герметизации и плохой пайки выводов; для печатных плат - отслаивание контактных площадок, сквозные протравы, раковины проводников, микроперемычки из-за нарушения технологии изготовления.

Наименование изделия: Усилитель мощности низкой частоты

Технические характеристики изделия:

Тип микросхемы: STK4122II

Uи.п.max: 30 В

Кг: 0,2 %

Ку: 26 дБ

Фирма производитель: SANYO

Pвых: 15 Вт

fн: 20 Гц

Iпот.ном.: 100 мА

Uи.п.ном: 20 В

Rн: 8 Ом

fв: 50 кГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Выбор нормируемых показателей НАДЕЖНОСТИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМЫ ПОКАЗАТЕЛЯ НАДЕЖНОСТИ.

 

Обоснуем группу показателей  надёжности, которые в полной мере охарактеризуют надёжностные свойств  исследуемого в курсовом проекте  объекта.

По таблице 7 [I], учитывая конструктивное решение ограничения на продолжительность эксплуатации, временной режим использования по назначению и последствия отказа, для объекта составляем шифр.

По работопригодности  рассматриваемый объект относится  к ремонтируемому (2); по ограничению продолжительноести эксплуатации - до достижения предельного состояния (4); по временному режиму использования - циклически нерегулярный(3); по доминирующему фактору при оценке последствий отказа - наличие отказа независимо от длительности простоя (1) Таким образом, по полученному шифру (2431) из таблицы 8 [1] выбираем нормируемые показатели надежности: m_t — средня наработка до отказа, - гамма-процентный ресурс.

Сопоставив полученные результаты с таблицей 6 [I] окончательным показателем надежности будет:

- средняя наработка  до отказа m_t, т.е. математическое ожидание случайной наработки Т до первого отказа.

Определяем норму показателя надежности для усилителя мощности низкой частоты (УМНЧ) по табл. 9 [1]. Усилитель мощности низкой частоты относится к группе аппаратуры по ГОСТ 16019-78 «Стационарная для статических наземных и подземных сооружений», число ЭРЭ £ 1000. В соответствии с этим, так как усилитель мощности низкой частоты относится к комбинированной аппаратуре, выбираем m_{t доп} = 2500 ч.

Допустимое значение интенсивности отказов рассчитываем по формуле:

 1/час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 МЕТОД РАСЧЁТА НАДЁЖНОСТИ

 

Основной целью анализа  надежности является расчет показателя надежности N и сопоставление его с допустимой областью N_д. (В нашем случае m_t и m_{t доп}). Если полученное значение N > N_д (m_t > m_{t доп}), то объект удовлетворяет требованиям надежности.

Надежность РЭА в значительной степени определяется надежностью  элементов электрической схемы  и их числом. Поэтому точность расчета показателя надежности проектируемого объекта относительно отказов, обусловленных нарушениями элементов электрической схемы, имеет большое значение. К элементам электрической схемы относятся и места паек, и контакты разъемов, и крепление элементов, и так далее. Показатель надежности, характеризующий отказы элементов электрической схемы обозначим N_сх.

При разработке РЭА можно выделить три этапа расчета показателя -  прикидочный расчет ( ), расчет с учетом условий эксплуатации ( ) и уточненный расчет ( ). Так как при изменениях конструкции могут меняться режимы и условия работы ЭЭС, то после каждого такого изменения необходима проверка условий, для которых рассчитывался показатель .

Прикидочный расчет проводится с целью проверить возможность выполнения требований технического задания по надежности, а также для сравнения ПН вариантов разрабатываемого объекта. Показатели безотказности электрической схемы будут выглядеть следующим образом:

                             , , ;                         (1)

               , , ;               (2)

                             , , .                               (3)

Расчёт безотказности конструируемого объекта с учетом условий эксплуатации аппаратуры , т.е. влияние механических воздействий, высотности и климатических факторов производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по одной из следующих формул:

                                                ,                                                              (4)

                                              ,                                                       (5)

где - интенсивность отказов j-ого элемента в номинальном режиме; , , , - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно воздействия вибрации, ударных нагрузок, климатических факторов (влажности и температуры) и высоты; - коэффициент, учитывающий одновременное воздействие вибрации и ударных нагрузок.

Если в объекте имеется  однотипных элементов, имеющих одинаковые значения и , то для всей электрической схемы интенсивность определяется по формуле:

                                                 .                                                       (6)

На основе значений определяются другие показатели с учетом условий эксплуатации:

                                                ,                                                      (7)

                                                      .                                                        (8)

Уточненный расчет показателей безотказности ( ) производится, когда конструкция объекта в основном определена, здесь, прежде всего, учитывается отклонение электрической нагрузки ЭЭС и окружающей их температуры от номинальных значений, кроме того, анализируется изменение ПН при используемой системе обслуживания (введенной диагностике, улучшении условий ремонта и т.д.). Интенсивности отказов элемента  j-го типа уточненная и всей схемы рассчитываются по формулам:

                                                      ,                                                            (9)