2.1.3 Расчет диода

_{Требуется рассчитать токоограничивающий резистор для питания диода}

_{Схема включения диода приведена на рисунке 7.}

Рисунок 7 – Схема включения диода

_{Расчёт резистора производится по формуле:}

_{R = U – dU/I (24)}

_{где R – сопротивление резистора;}

_{U – напряжение питания;}

_{dU – падение напряжения;}

_{I – номинальный ток светодиода.}

_{Выбираем диод с номинальным напряжением 3,15В и номинальным током 0,02А.}

_{R = 5 – 3,15 / 0,02 = 92,5 Ом. Выбираем резистор 100 Ом.}

2.2 Расчет надежности изделия

Исходные данные вносим в таблицу 1, в которой содержится перечень, тип и количество используемых компонентов, и произведем их анализ.

Надёжность – свойство изделия выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных параметров в заранее установлен­ных пределах.

Надежность РЭС в конечном итоге зависит от количества и качества входящих в него элементов и от условий его эксплуатации.

Качественными характеристиками надежности являются безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость.

Если при работе или хранении аппаратуры произошло нарушение работоспособности изделия, то такое событие называют отказом. Отказы могут быть внезапными и постепенными.

При конструировании аппаратуры необходимо принимать меры по повышению ее на­дежности. Необходимо также учитывать, что надежность можно повысить на этапе проектирования, производства и эксплуатации.

Количественные характеристики надежности вводятся с целью сравнения различных типов изделий или образцов изделий одного и того же типа.

Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени tp: О < P(tp) < 1.

Эта формула дает возможность определить какая часть изделий будет работать исправ­но в течение заданного времени tp. Вероятность безотказной работы можно определить по формуле:

P(tp) ≈ b / а , (25)

где b – количество ЭРЭ, работающих исправно;

а – общее количество ЭРЭ.

Вероятность безотказной работы, кроме зависимости от физических свойств ЭРЭ, зависит также от времени tp, в течении которого изделие должно работать безотказно:

P(tp) = e^{– λtр}, (26)

где е - основание логарифма;

λ - интенсивность отказов;

tp - время безотказной работы.

Расчёт надёжности РЭС производится по методике, изложенной в [11], и осуществляется в следующем порядке:

а) Необходимо проанализировать исходные данные, в которых содержатся:

- Перечень используемых компонентов;

- Количество используемых компонентов;

- Температура окружающей среды и фактическое значение параметра α, определяющего надежность.

б) Составляем таблицу аналогичную таблице 2.3 [11], в которой находятся наряду с исходными данными, также и расчетные величины.

в) По данным, содержащимся в справочниках и ТУ на радиокомпоненты, определяем значение параметра, определяющего надежность и конструктивную особенность. Данные вносятся в графы 6 и 7 таблицы 2.3 [11].

г) По формулам (2.7 - 2.10) [11] производим расчёты коэффициента нагрузки:

Таблица 1 – Перечень, тип и количество используемых компонентов

Наименование компонента	Тип	Количество
1	2	3
Резисторы	МЛТ – 0,125	13
Конденсаторы	К50 - 35	2
	К10 - 5	3
Диоды	RS407 Д814Б АЛ301А	4 1 1
Микросхемы	Pic16f870 LM2931	1 1
Трансформатор	ТПП-207-220-35	1
Индикатор	LTCS5461AS R	1
Переключатели	SB SA	2 2
Предохранитель	ВП - 1	1
Кварцевый резонатор	20 МГц	1
транзистиры	КТ315 КТ817	1 1
Пайка		86

По формулам (2.7 - 2.10) [11] производятся расчёты коэффициента нагрузки:

Резисторы:

_, (27)

где – фактическая мощность, рассеиваемая на резисторе;

–номинальная мощность, рассеиваемая на резисторе.

_{МЛТ – 0,125: Кн = 0,008 / 0,0125 = 0,064}

Конденсаторы:

_, (28)

где – фактическое напряжение, прикладываемое к конденсатору;

–номинальное напряжение, прикладываемое к конденсатору.

_{К50 – 35: Кн = 24 / 25 = 0,96;}

_{К10 – 5: Кн = 5 / 100 = 0,05.}

Диоды:

, (29)

где – фактическое значение проходящего тока;

–номинальное значение проходящего тока.

_{RS407: Кн = 1 / 3 = 0,33;}

_{Д814б: Кн = 1,2 / 3 = 0,4;}

_{АЛ301А: Кн = 0,02 / 0,02 = 1.}

Микросхемы:

_, (30)

где – фактическое напряжение питания ИМС;

–максимальное напряжение питания ИМС.

_{Pic16f870: Кн = 0,02 / 0,03 = 0,67;}

_{LM2931: Кн = 0,5 / 1 = 0,5.}

Трансформатор:

, (31)

где – фактическое напряжение;

–номинальное напряжение.

_{ТПП-207-220-35: Кн = 9 / 12 = 0,75}

Индикаторы:

, (32)

где – фактическое напряжение;

–номинальное напряжение.

_{LTCS5461AS R: Кн = 3,3 / 5 = 0,66.}

Переключатели:

_, (33)

где – фактическое напряжение;

–максимальное допустимое напряжение.

_{SB: Кн = 5 / 220 = 0,02;}

_{SA: Кн = 220 / 1000 = 0,022.}

Предохранитель:

,(34)

где – фактическое значение проходящего тока;

–номинальное значение проходящего тока.

ВП-1: К_н = 0,03 / 0,2 = 0,015.

Кварцевый резонатор:

, (35)

где – фактическое напряжение;

–номинальная напряжение.

_{ZQ: Кн = 5 / 10 = 0,5.}

Транзисторы:

Кн = Рс / Рс max, (36)

где Рс – фактическая мощность рассеиваемая на коллекторе;

Рс max – максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.

КТ315 : Кн = Рс / Рс max =0.25/0.150 = 0.16

КТ817 : Кн = Рс / Рс max =0.25/25 = 0.01

По таблице 2 интенсивности отказов определяем значение (интенсивность отказов) для каждого радиокомпонента.

Таблица 2 – Интенсивность отказов радиокомпонентов

Наименование радиокомпонента	λо 10– 6, 1/ч
1	2
Диоды кремниевые: Выпрямительные Универсальные Импульсные Стабилитроны	0,2 0,1 0,5 0,1
Транзисторы кремниевые малой мощности: Низкочастотные Среднечастотные Высокочастотные	0,5 0,25 0,2
Транзисторы кремниевые средней мощности: Среднечастотные Высокочастотные	1,3 0,5
Транзисторы полевые:	0,1
Конденсаторы: Керамические, пленочные Стеклянные Бумажные Электролитические алюминиевые	0,05 0,1 0,1 0,5
Резисторы Непроволочные проволочные	0,04 0,05
ИМС	2…3
Коммутационные изделия (переключатели, кнопки)	1,0
Трансформаторы	0,8
Один контакт соединителя типов: РМ СНЦ РН СНП	0,003 0,002 0,02 0,005
Пайка	0,005

Таким образом получаются исходные данные:

- резисторы ;

- конденсаторы ;

- конденсаторы ;

- диоды ;

- диоды ;

- диоды ;

- микросхемы ;

- трансформатор

- индикаторы

- переключатели ;

- предохранитель ;

- кварцевый резонатор ;

- транзисторы ;

- пайка .

Из таблицы 3 определяется также для каждого компонента дополнительный коэффициент , учитывающий значение температуры и коэффициента нагрузки (заносится в таблицу 5). Затем рассчитываем (интенсивность отказов с учетом температуры и коэффициента нагрузки) по формуле (37).

, (37)

где – коэффициент влияния температуры;

–интенсивность отказов для группы компонентов.

Таблица 3 – Зависимостьот

Т, °C	Значение при равном:
	0,1	0,3	0,5	0,8	1
Кремниевые полупроводниковые приборы
40	0,05	0,15	0,30	1	-
Керамические конденсаторы
40	0,20	0,30	0,50	1	1,4
Бумажные конденсаторы
40	0,50	0,60	0,80	1	1,2
Электролитические алюминиевые конденсаторы
40	0,65	0,80	0,90	1,1	1,2
Металлооксидные тонкопленочные резисторы
40	0,45	0,60	0,80	1,1	1,35

Рассчитывается для каждого элемента:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Все значения заносятся в соответствующие графы таблицы 5. Для расчета учета влияния температуры выбирается температура .

Рассчитываются (интенсивность отказов всех ЭРЭ) для каждой группы компонентов по формуле (36).

, (38)

где – число компонентов, входящих в группу;

–интенсивность отказов группы компонентов. Рассчитывается для каждой группы компонентов:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Находится значение интенсивности отказа для всего блока:

(39)

Все рассчитанные и исходные данные заносятся в таблицу 5, которая служит основанием для дальнейших расчетов.

Определяется средняя наработка на отказ по формуле:

, (40)

при , получим: ;

Рассчитывается значение вероятности безотказной работы для четырех значений времени работы узла РЭС по формуле:

, (41)

Расчет вероятности безотказной работы производится по формуле 41, результаты заносятся в таблицу 4 и отражаем на рисунке 8.

Таблица 4 – Расчет безотказной работы изделия

Время работы (tр), ч.	Вероятность безотказной работы Р(tр)
100	0,999
1000	0,995
10000	0,948
100000	0,586

Рисунок 8 – График безотказной работы

Наименование	Тип	Количество	Температура окружающей среды	Фактическое значение параметра, определяющего надежность	Номинальное значение параметра, определяющего надежность	Конструктивная характеристика	Кн	α	λ0, 10-6 1/ч	λi, 10-6 1/ч	λс, 10-6 1/ч
Резисторы	МЛТ-0,125	13	40	P=0,008 Вт	Pн=0,125 Вт	МЛТ	0,064	0,4	0,04	0,016	0,208
Конденсатор	К50-35 К10-5	2 3	40	U=24 В U=5 В	Uн=25В Uн=100 В	Электр.. Кер.	0,96 0.05	0,1 0,75	0,5 0,05	0,05 0,0375	0,1 0,113
Диоды	RS407 Д814Б АЛ301А	4 1 1	40	I = 1А I = 1,2А I = 0,02А	Iн = 3 А Iн = 3 А Iн = 0,02А	Si Si Si	0,33 0,4 1	0,15 0,2 0,8	0,15 0,1 0,1	0,0225 0,02 0,08	0,09 0,02 0,08
Микросхемы	pic16f870 LM2931	1 1	40	I =0,02 А I =0,5 А	I =0,03 А I =1 А	28выв. 3выв.	0,67 0,5	1	2	2	4
Трансформатор	ТПП-207	1	40	U=22 В	Uн=24 В	--	0,91	0,15	0,8	0,12	0,12
Индикаторы	LTCS5461ASR	4	40	U=3,3 В	Uн=5 В	--	0,66	0,005	0,2	0,01	0,04
Переключатели	SB SA	2 2	40	U=5В U=220 В	Uн=220В Uн=1000 В	--	0,2 0,22	0,2	0,05	0,01	0,04
Предохранитель	РП-1	1	40	I = 0,4А	Iн = 0,5 А	Кер.	0,8	1	0,05	0,05	0,05
Кварцевый резонатор	ZQ	1	40	I = 4А	Iн = 10 А	Кер.	0,4	0,3	0,1	0,03	0,03
Транзисторы	КТ315 КТ817	2	40	Pc=0.25Вт Рс =0.25Вт	Рс мах=0.125Вт Рс мах=25Вт	--	0,16 0.1	0,5	0,05	0,025	0,05
Пайка	--	86	0	--	--	--	--	1	0,005	0,005	0,43
ИТОГО											5,344

Таблица 5 – Расчет надежности изделия