Расчет показателей надежности РЭС по внезапным отказам

 

1.1.4 Блок индикации

В блоке индикации расположен восьмисегментный четырехразрядный светодиодный цифровой индикатор. Кроме цифр на этот индикатор выводят и стилизованные (составленные из семи стандартных  элементов) буквы при превышении температуры выходных транзисторов или превышении тока, потребляемого  нагрузкой, одновременно с этим включается светодиод.

Сдвиговый регистр DD1 преобразует  поступающий от микроконтроллера последовательный код в параллельный, подаваемый через  токоограничитель-ные резисторы R1—R8 на катоды свето-диодов. Дешифратор DD2 с помощью транзисторов VT1, VT2, VT4 и VT5 коммутирует общие аноды разрядов индикатора. Для предотвращения паразитной подсветки светодиодов на время  загрузки кода в регистр DD1 цепь их питания  разрывает транзистор VT3.

Сигналы с выходов дешифратора DD2 служат и для опроса установленных  на плате индикаторов и выведенную на переднюю панель устройства клавиатуру.

 

1.2. Расчет надежности РЭС по внезапным отказам

Для расчета надежности рассматриваемого РЭС примем схему надежности, состоящую  из последовательно соединенных  невосстанавливаемых элементов, и  математическую модель надежности, имеющую  экспоненциальное распределение. При  её составлении предполагается, что  отказы элементов независимы, а элементы и система могут находиться в  одном из двух состояний: работоспособном  или неработоспособном.

Используемые в расчетах параметры:

n_i – число i-ых элементов РЭС

λ_i – интенсивность отказа i-ого элемента РЭС, 1/ч

α_i – коэффициент, учитывающий влияние внешних воздействий на i-ый элемент РЭС

α_т – коэффициент, учитывающий влияние тепла на i-ый элемент РЭС

α_в – коэффициент, учитывающий влияние влажности на i-ый элемент РЭС

α_м – коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий на i-ый элемент РЭС

Λ – интенсивность отказа изделия, 1/ч

 

t – время работы изделия, ч

 

 

 

P(t) – вероятность безотказной работы РЭС [2].

В соответствии с международным  стандартом значение P(t)=0,91.

Определим предварительные  значения параметров безотказной работы элементов, входящих в РЭС, предварительно положив = 1 год, = 1 . Рассчитаем значение P(t) аналитическим методом.

Результаты представлены в Таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Значения интенсивностей отказов и поправочных коэффициентов

Тип элемента	ni	λi∙10-6, 1/ч		αi		ni∙λi∙αi
			αт	αв	αм
Конденсаторы	44	10	1,2	1,2	1	633,6
Конденсаторы электролитические	17	100	1,2	1,2	1	2448
Микросхемы	14	1	1,4	1	1	19,6
Микросборка	1	1	1,2	1,3	1	1,56
Резисторы подстроечные	6	10	1,3	1,2	1	93,6
Диоды	25	1	1,4	1	1	35
Транзисторы	14	1	1,4	1	1	19,6
Разъемы	2	1	1	1	1	2
Катушки	2	100	1,4	1,3	1	364
Паяные соединения	645	0,01	1,2	1	1	7,74
Трансформаторы	1	100	1,4	1,3	1	182
Светодиоды	2	1	1,4	1	1	2,8
Резисторы	66	10	1,3	1,3	1	1115,4

4927,3 ·  ,

.

Получим P(t)=0,4<0,91.

Для выбранной стационарной аппаратуры вероятность безотказной  работы должна составлять не менее 0,91. Рассчитанная вероятность составляет 0,4005, что не удовлетворяет норме.

Для того чтобы данное изделие  соответствовало международным  стандартам, необходимо повысить его  надёжность. Достичь этого можно  за счет повышения стоимости всего изделия, т.е. используя более надежные элементы. Произведем пересчет. Заменим электролитические конденсаторы на танталовые К52 и возьмём резисторы марки С2-23.

Результаты представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Расчет надежности после замены элементов на более надежные и сокращения гарантийного срока

Тип элемента	ni	λi∙10-6, 1/ч		αi		ni∙λi∙αi
			αт	αв	αм
Конденсаторы	44	5	1,1	1,1	1	220,2
Конденсаторы танталовые К52	17	10	1,1	1,1	1	183,7
Микросхемы	14	1	1,4	1	1	19,6
Микросборка	1	1	1,2	1,3	1	1,56
Резисторы подстроечные	6	10	1,2	1,2	1	76,4
Диоды	25	1	1,4	1	1	35
Транзисторы	14	1	1,4	1	1	19,6
Разъемы	2	1	1	1	1	2
Катушки	2	10	1,4	1,3	1	36,4
Паяные соединения	645	0,01	1,2	1	1	7,74
Трансформаторы	1	20	1,4	1,3	1	36,4
Светодиоды	2	1	1,4	1	1	2,8
Резисторы С2-23	66	5	1,2	1,2	1	396,2

673,84 ·  ,

 

При работе устройства в  течение полугода по 30 мин в сутки, вероятность безотказной работы равна:

.

а среднее время наработки на отказ:  

Получим P(t)=0,91.

Путем замены некоторых элементов  РЭС на более надежные мы добились необходимого значения вероятности безотказной работы РЭС.

 

2. Техническое задание №2 на курсовую работу

«Расчет допусков на основные параметры четырехполюсника»

 

В данной работе необходимо произвести расчет допусков на входное  и выходное сопротивление и на коэффициент передачи четырехполюсника, схема которого представлена на рис.1.

 

Рисунок 1 – Электрическая схема четырёхполюсника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Определение основных параметров четырехполюсника

 

Параметры электрической  цепи:

1. R₁= 0,5 Ом, R₂ = 1,5 Ом, R₃ = 2,2 Ом, R₄ = 3 Ом.

2. С₁= 700 пФ, С₂= 900 пФ, C₃ = 1100 пФ, C₄ = 1300 пФ.

3. L₁ = 300 мкГн, L₂ = 500 мкГн, L₃ =700 мкГн, L₄= 900 мкГн.

4. δ_R = 2,2%; δ_L =7,2%; δ_C = 8,6%.

 

Определим общее сопротивление  каждой ветви данного четырёхполюсника:

 

Z₁ = R₁ + jωL₁ + 1/(jωC₁) ;

Z₂ = R₂ + jωL₂ + 1/(jωC₂) ;

Z₃ = R₃ + jωL₃ + 1/(jωC₃) ;

Z₄ = R₄ + jωL₄ + 1/(jωC₄) .

 

Схема четырехполюсника в  режиме холостого хода имеет вид:

 

Рисунок 2 – Эквивалентная схема сопротивления холостого хода.

 

 

- входное сопротивление   ;

- выходное сопротивление   ;

- коэффициент передачи   .

 

 

 

 

 

2.2. Расчет допусков на входное и выходное сопротивление и коэффициент передачи четырехполюсника

 

Так как требуется определить функциональную зависимость допусков от частоты, то воспользуемся расчетно-аналитическим  методом оценки точности.

Пусть известна функциональная связь между каким-либо параметром устройства Y и параметра q_i (i=1,2,…,n), входящих в это устройство элементов. В самом общем виде она может быть записана:

Y = f(q₁,q₂,…,q_n) .

Очевидно, что всякие отклонения q_i приведут к отклонению функции Y. Чтобы установить между ними аналитическую связь в явном виде, воспользуемся правилами дифференциального исчисления. Тогда полный дифференциал dY от аргумента q_i запишется:

 

.

Переходя от дифференциалов к конечным приращениям, т.е. полагая, что  , получим выражение абсолютной погрешности устройства ∆Y в следующем виде:

 

.

 

Из этого следует, что  допуски на входное и выходное сопротивление четырехполюсника, а  также его коэффициент передачи можно подсчитать, используя приведенные  формулы: 

;

;

.

 

В данных формулах используются частные производные и абсолютные погрешности ∆Z_i , которые вычисляются следующим образом:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

 

Абсолютная погрешность  сопротивления ∆Z_i равна:

.

После подстановки вычисленных  производных погрешность сопротивления  примет вид: 

.

Выполним расчет резонансных  частот четырехполюсника, пользуясь  выражением:

 

.

Значения полученных частот составили:

 

ω₁ = 3,473*10⁵ рад/с;

ω₂ = 2,373*10⁵рад/с;

ω₃ = 1,814*10⁵ рад/с;

ω₄ = 1,471*10⁵рад/с.

 

Проведем числовой расчет характерных сопротивлений контура  для одной из резонансных частот, например для ω = 2,284*10⁵ рад/с:

 

Z₁ = 0,5- 6186j = 6186e^-1,571j Ом;

Z₂ = 1,5 - 4751j = 4751e^-1,57j Ом;

Z₃ = 2,2 - 3820j = 3820e^-1,57j Ом;

Z₄ = 3 – 3162j = 3162e^-1,569j Ом;

 

Z_вх = 1,932 - 4417j = 4417e^-1,57jОм;

Z_вых = 1,394 - 364.45j = 364.49e^-1,57jОм;

К_пер = 0.392+ 1,349*10^-4j = 0,392e^0,00034j Ом;

 

Z₁ = 0,011- 542,837j = 542,837e^-1,571j Ом;

Z₂ = 0.033 - 426,592j = 426,592e^-1,571j Ом;

Z₃ = 0.048 - 353,814j = 353,814e^-1,571j Ом;

Z₄ = 0.066 - 304,441j = 304,441e^-1,571j Ом.

 

δZ_вх= 0,086%;

δZ_вых= 0,087%;

δK_пер= 0,003%.

 

Построим графики зависимостей величин допусков на входное и выходное сопротивления (рис. 3,4,5), а также коэффициент передачи четырехполюсника от частоты.

 

 

 

Рисунок 3 – Зависимость модуля допуска входного сопротивления от частоты.

 

 Рисунок 4 – Зависимость модуля допуска выходного сопротивления от частоты.

 

Рисунок 5 – Зависимость модуля допуска коэффициента передачи от частоты:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

 

1. Журнал Радиоаматор 2005 г. №11 [Текст]

 

2. Яншин, А. А. Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности ЭВА: Учебное пособие для вузов./ А. А. Яншин [Текст] – Радио и связь, 1983. – 312 с.

 

3. Козлов, Б. А., Ушаков И. А. Справочник по расчету надёжности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики./ Б. А. Козлов [Текст] – М.: Сов. Радио, 1975. – 472 с.

 

4. Кофанов, Ю. Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности радиоэлектронных средств: Учебник для вузов./ Ю. Н. Кофанов [Текст] – М.: Радио и связь, 1991. – 360 с.

 

5. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования / под ред. Р. Г. Варламова. [Текст] – М.: Сов. Радио, 1980. – 480 с.