LS-Sb87071

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

_________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

___________________________________________________

ИЗМЕРЕНИЯ И ИСПЫТАНИЯ В ЭЛЕКТРОННОМ ПРИБОРОСТРОЕНИИ

Методические указания по дисциплине

«Измерения и испытания в электронном приборостроении» для студентов заочной формы обучения

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2011

УДК 621.372

Измерения и испытания в электронном приборостроении: методические указания по дисциплине «Измерения и испытания в электронном приборостроении» для студентов заочной формы обучения / сост. А. К. Шануренко. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. 20 с.

Содержат комплекс учебно-методических материалов (учебно-методи- ческий комплекс) для самостоятельного изучения дисциплины «Измерения и испытания в электронном приборостроении».

Предназначены для студентов специальности 210105 «Электронные приборы и устройства» направления 210100 «Электроника и микроэлектроника» заочной формы обучения. Могут быть полезны студентам той же специальности и того же направления, обучающимся по очной и очно-заочной (вечерней) формам.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011

2

Учебно-методический комплекс необходим студентам заочной формы обучения, осваивающим дисциплину в основном самостоятельно. Для этого в нем предусмотрены следующие разделы: программа дисциплины со ссылками на рекомендуемые источники литературы и разъяснением наиболее важных и сложных вопросов изучаемой дисциплины, перечень лабораторных работ, которые будут выполнять студенты в ходе лабораторно-экзаменацион- ной сессии, список рекомендуемой литературы, перечень экзаменационных вопросов, примеры решения задач по дисциплине и наборы вопросов и задач к контрольной работе, которые студенты должны выполнить самостоятельно до начала сессии.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Изучение основ обеспечения и контроля качества мощных электронных приборов с электростатическим управлением (МЭПЭСУ), методов и электрических схем измерений характеристик и параметров приборов, методов испытаний на внешние воздействующие факторы (ВВФ) и надежность, методов измерений на СВЧ.

2.Формирование навыков экспериментальных исследований характеристик и параметров МЭПЭСУ, расчета погрешностей измерений, проведения измерений в диапазоне СВЧ.

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения курса студенты должны:

1. Знать основы обеспечения и контроля качества МЭПЭСУ, методы и электрические схемы измерения электрических параметров МЭПЭСУ, виды и основные методы испытаний на ВВФ, методы испытаний на надежность, измерений теплового режима приборов, технику безопасности при испытаниях приборов, основные методы и оборудование для измерения на СВЧ.

2.Уметь рассчитывать погрешности измерений, определять параметры радиотехнических цепей методом «холодных» измерений, проводить измерения в диапазоне СВЧ.

3.Иметь представление о формировании технических требований к системе испытаний при проведении НИР и ОКР, контроле качества МЭПЭСУ при освоении в серийном производстве, о критериях оценки испытаний.

3

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Введение

Предмет курса, его задачи, структура и содержание. Связь с другими дисциплинами. Роль полученных знаний в подготовке инженеров по специальности «Электронные приборы и устройства».

Классификация методов и средств измерений, методов обработки результатов.

Вопросы стандартизации.

Раздел 1. СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА МЭПЭСУ

Тема 1. Проведение НИР и ОКР по разработке МЭПЭСУ

Формирование технических требований к МЭПЭСУ: состав электрических параметров (параметры назначения и конструктивные параметры), требования по стойкости к внешним воздействующим факторам (требования по «живучести»), требования по надежности. Порядок разработки технического задания на НИР и ОКР, контроль качества разработки (контроль документации, предварительные и государственные испытания, испытания по определению конструктивно-технологических запасов).

(О5, с. 107−108, 112−114; Д3, с. 5−10).

При изучении данной темы следует обратить внимание на перечень технических требований к разрабатываемому прибору, содержание ТЗ (полезно ознакомиться с несколькими реальными ТЗ на разработку), виды испытаний и контроль качества на этапе разработки прибора.

Тема 2. Передача разработанного МЭПЭСУ в серийное

производство

Порядок освоения прибора в серийном производстве, контроль качества освоения (квалификационные испытания, испытания по проверке конструк- тивно-технологических запасов).

(О5, с. 112, 114−115; Д3, с.10−12).

При изучении данной темы необходимо рассмотреть состав испытаний по категории К (квалификационные), процесс передачи разработанного

_______________________________________________

* Здесь и далее О – основная литература; Д - дополнительная

4

прибора в производство, систему ответственности за качество прибора как со стороны разработчика, так и со стороны производства. Как происходит освоение прибора?

Тема 3. Контроль качества в процессе производства

Производственный контроль качества МЭПЭСУ: состав испытаний, критерии оценки.

(О5, с. 108−111, 115−123; Д3, с.10−12).

При изучении данной темы обратите внимание на состав испытаний по категориям: Т – типовые, П – периодические, С – приемосдаточные, Д – на надежность и на виды контроля: в каких случаях применяется одноступенчатый и двухступенчатый контроль, что такое план контроля, что такое повторные испытания; кто и как несет ответственность за качество прибора в процессе производства (рабочий, мастер, технолог, лаборатория, ОТК, руководитель производства).

Тема 4. Поставка МЭПЭСУ потребителю

Система испытаний, на основании которых ведется поставка приборов. Статический приемочный контроль.

(О5, с. 111−112, 115−116; Д3, с.12−14)

При изучении данной темы следует обратить внимание на систему испытаний в виде блок-схемы; определить место каждой категории испытаний; понять связи между элементами блок-схемы, различия между видами поставок (гражданские, военные, государственные и т. д.). Как составляется протокол разногласий; как разрабатывается система мероприятий по повышению качества приборов при остановке приемки.

Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕХНИКИ ИЗМЕРЕНИЙ И ИСПЫТАНИЙ МЭПЭСУ

Тема 5. Общие требования к проведению измерений

Требования к электрическим установкам, электроизмерительным приборам; общие правила проведения измерений (установка МГП в испытательную кабину, порядок включения прибора); техника безопасности при проведении измерений.

5

При изучении данной темы обратите внимание на то, что измерения в мощной электронике связаны с напряжениями свыше 1000 В. Поэтому существенно возрастают требования по технике безопасности. Также важное значение имеет порядок включения прибора, поскольку в противном случае возникает резкий перегрев электродов и прибор выходит из строя. Обратите внимание и на подключение прибора в испытательной кабине к системе охлаждения (воздушной, водяной, испарительной).

Тема 6. Погрешности измерений

Виды погрешностей (абсолютные, относительные, систематические, случайные, промахи). Методы учета систематических погрешностей, меры борьбы с промахами. Нормальный закон распределения случайных погрешностей. Методы расчета случайных погрешностей (доверительная вероятность, доверительный интервал, доверительные границы, плотность нормального распределения вероятностей, дисперсия). Классы точности измерительных приборов. Коэффициенты влияния режимов установки приборов на погрешности измерений. Погрешности косвенных измерений.

(О3, с.13−40; Д3, с. 222−236).

Следует различать природу систематических и случайных погрешностей, а также промахов. Поскольку случайные погрешности невозможно ни искоренить в принципе, ни учесть при измерениях, нужно уметь рассчитывать доверительные вероятности нахождения измеряемой величины в определенном диапазоне (доверительном интервале). Необходимо знать связь между доверительными вероятностями и классами точности измерительных приборов, уметь рассчитывать погрешности при прямых и косвенных измерениях, а также учитывать влияние на погрешность измерений точности настроек заданного режима работы.

Тема 7. Измерение статических параметров и характеристик

МЭПЭСУ

7.1. Методы, электрические схемы и особенности измерения параметров: тока накала, напряжения запирания, крутизны анодно-сеточной характеристики, коэффициента усиления, обратных токов первой сетки и анода, термоэлектронного тока сетки, токов анода и сеток (Д3, с.14−42).

6

7.2.Методы снятия статических характеристик МЭПЭСУ: анодных, анодно-сеточных, эмиссионных, накальных (Д3, с. 42−45).

7.3.Автоматизация измерений статических параметров и характеристик. Блок-схема автоматизированной установки, технические характеристики, состав и принцип работы измерительной системы (О1, с. 15−17).

При изучении данной темы следует обратить внимание на то, что в мощной электронике в статическом режиме нужно использовать метод импульсной статики, заключающийся в том, что режим измерения подается на прибор не в непрерывном режиме, как в маломощной электронике, а в импульсном, − для уменьшения средней тепловой мощности, выделяющейся на электродах прибора.

Тема 8. Измерение динамических параметров МЭПЭСУ

Функциональные схемы и методы измерения динамических параметров: выходной мощности, КПД анодных цепей, коэффициента усиления мощности

Методы контроля амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и неравномерности АЧХ.

(Д3, с. 45−51).

При изучении данной темы следует обратить внимание на методы измерения выходной мощности, так как эта величина входит в большинство выходных характеристик и параметров прибора: в коэффициент полезного действия, коэффициент усиления по мощности, амплитудно-частотную характеристику. На частотах до 50 МГц измерение выходной мощности может быть произведено обычными методами с помощью амперметра и вольтметра или ваттметра. Свыше 50 МГц из-за влияния распределенных эффектов следует применять калориметрический метод, используемый на СВЧ. Этот метод может быть использован в трех модификациях – абсолютный, сравнения и замещения, – отличающихся друг от друга по величине погрешности измерений.

Тема 9. Измерение уровня побочных колебаний

Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств (РЭС); факторы, влияющие на электромагнитную совместимость.

7

Физические причины, определяющие уровни побочных колебаний. Функциональная схема и метод измерения побочных колебаний. (О4, с. 270−272).

При изучении данной темы нужно обратить внимание на причины появления побочных колебаний и методы их подавления.

Тема 10. Измерение нелинейных искажений сигналов

Нелинейные искажения сигналов в усилителях радиопередающих устройств (РПУ) и особенности РПУ одной боковой полосы. Методы измерения нелинейности. Требования к измерительной установке и сигналам при измерении.

(Д3, с. 51−52).

При изучении данной темы следует обратить внимание на причины возникновения нелинейных искажений, определение уровня нелинейных искажений (коэффициента гармоник) методом подавления основной частоты, определение коэффициента комбинационных искажений при измерении нелинейных искажений модулированных колебаний.

Тема 11. Теплофизические обследования МЭПЭСУ

Критическая мощность, рассеиваемая анодом, ее определение. Системы охлаждения МЭПЭСУ. Конструкции систем охлаждения. Па-

раметры теплового режима МЭПЭСУ и методы их определения. (Д1, с. 57−62; Д2, с. 37−45).

При изучении данной темы следует обратить внимание на виды систем охлаждения, их конструктивные особенности.

Для принудительного воздушного охлаждения анодов нужно знать, как определяются температура анода, местная скорость воздуха, расход воздуха, температура воздуха на входе и на выходе, перепад давления воздуха в радиаторе.

Для принудительного водяного охлаждения надо уметь определять температуру анода, объемный расход воды, температуру воды на входе в бак и на выходе из бака, потери давления в каналах охлаждения.

Для испарительной системы охлаждения необходимо уметь определять зависимость температуры анода от тепловой нагрузки на электродах.

8

При определении критической мощности, рассеиваемой анодом лампы, нужно иметь в виду, что при достижении предкризисного состояния температура анода начинает резко расти и наблюдаются пульсации давления. Остановить рост температуры анода можно лишь при снятии подводимой

кприбору мощности от источника питания. Нормальный режим охлаждения должен обеспечивать 2,5-3-кратный запас надежности по отношению

ккритической нагрузке.

Тема 12. Определение параметров радиотехнических цепей

МЭПЭСУ методом «холодных» измерений

Методы определения: собственных резонансных частот входной и выходной цепей, КПД контура, эквивалентных параметров контура.

Настройка контурных цепей в процессе «холодных» измерений. (О2, с. 24−30).

«Холодными» измерениями называются измерения электродинамических параметров колебательной системы прибора без подачи напряжений на его электроды. При изучении данной темы следует обратить внимание на то, как моделируются входная и выходная колебательные системы, и как реализуются измерительные схемы для определения резонансной частоты, ширины полосы пропускания, эквивалентного сопротивления колебательной системы, коэффициента полезного действия контура.

Тема 13. Испытания на надежность

Надежность прибора. Полные и условные отказы. Безотказность, долговечность, сохраняемость. Показатели эксплуатационной надежности: интенсивность отказов, минимальная наработка, гамма-процентный ресурс. Вероятность безотказной работы. Виды и методы испытаний на надежность. Ускоренные испытания. Требования к испытательным установкам.

Критерии оценки испытаний на надежность

(Д3, с. 236−258).

При изучении данной темы следует обратить внимание на причины отказов, зависимость интенсивности отказов от продолжительности работы прибора, последовательность в определении показателей надежности: вначале определяется безотказность работы, затем долговечность и, наконец, гамма-процентный ресурс.

9

Нужно понять, как реализуются способы проведения ускоренных испытаний: физическое прогнозирование, статистическое прогнозирование, испытания с более жесткими требованиями к параметрам-критериям, испытания при более интенсивном износе прибора.

Тема 14. Испытания на стойкость к внешним воздействующим

факторам (ВВФ)

Виды испытаний на стойкость к ВВФ. Методы и критерии оценки испытаний:

- на прочность и устойчивость при воздействии синусоидальной вибра-

ции;

-на прочность и устойчивость при воздействии механических ударов многократного действия;

-на устойчивость к изменениям температуры среды;

-на устойчивость к воздействию повышенной влажности воздуха.

(Д3, с. 258−267).

При изучении данной темы следует обратить внимание на методику испытаний на вибропрочность (без подачи режима на прибор) и виброустойчивость (с подачей режима на прибор) с заданием частоты и амплитуды виброколебаний, а также на ударопрочность с заданием формы и амплитуды ударного импульса.

Следует разобраться в методике проведения климатических испытаний, которые проводят в камерах с повышенной или пониженной температурой и повышенной или пониженной влажностью.

Для механических и климатических испытаний нужно знать, как определяется годность прибора по параметрам-критериям.

Раздел 3. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ

И УСТРОЙСТВ СВЧ

Тема 15. Измерение напряжений в диапазоне СВЧ

Особенности измерений напряжений в диапазоне СВЧ. Высокочастотные вольтметры. Анализ входного импеданса диодного вольтметра и его частотной зависимости. Согласование детекторной головки с трактом.

(О4, с. 90−92).

10