книги из ГПНТБ / Князев А.Д. Элементы теории надежности радиоэлектронной аппаратуры учеб. пособие

метичность прибора, чтобы свести к минимуму влияние вла­ ги на приборы при эксплуатации.

Помимо состояния поверхности естественное старение могут вызывать и другие причины. В их числе, например, старение контактов токоотводящих выводов, что снижает их механическую прочность.

В отдельных экземплярах ППП одного и того же типа процессы старения протекают различно. Для отбраковки

•£#1

дефектных экземпляров некоторые заводы производят ис­ кусственное старение ППП посредством циклической тер­ мотренировки под электрической нагрузкой или без нагруз­ ки.

Сложная технология производства ППП непрерывно со­ вершенствуется, благодаря чему надежность их повышает­ ся. Этот процесс иллюстрируется зависимостью на рис. 47, характеризующей увеличение средней долговечности одно­ го из типов триодов за период 1955 — 1962 гг. (по зарубеж­ ным данным).

Помимо дефектов производства ППП их надежность за­ висит от условий эксплуатации и, в том числе, от режимов работы. В ряде случаев режимы неправильно устанавли­ ваются конструктором аппаратуры. В частности, не всегда

90

учитывается, что «перегрузочные характеристики» ППП

сравнительно с ЭВП имеют свои особенности.

бенности, учет которых обязателен для обеспечения надеж­ ной работы.

Электрические режимы ППП. Надежность ППП резко снижается, если напряжения на его электродах превосхо­ дят номинальные значения, поскольку при этом в р—п-пе- реходах ППП возникают необратимые преобразования. Ни при каких условиях эксплуатации не следует превышать даже кратковременно «предельно-допустимые» напряжения, указанные в ТУ на ППП.

В схемах с ОЭ, наиболее распространенных в настоя­ щее время, важное значение имеет отсутствие перенапря­ жений в цепи коллектор—эмиттер UK3 с учетом взаимодей­ ствия постояной и переменной слагающих и возможных ко­ лебаний напряжения питания. Превышение /7КЭ расширяет электронно-дырочный переход коллектора, который может соединиться с эмиттерным переходом («протокол» ППП). Резко возрастает вероятность пробоя, т. е. лавинообразного нарастания неосновных носителей зарядов, при сочетании предельно допустимого напряжения на колекторе с предель­ но допустимой температурой р—я-перехода. Предельно до­ пустимый ток через ППП в значительной мере определяет­ ся температурой перехода. При использовании ППП в ра­ диоэлектронной аппаратуре предусматриваются разнооб­ разные меры их защиты от электрических перегрузок.

К предельным параметрам ППП относится и допустимая мощность рассеивания на коллекторе Л<доп=/к^кэ, превы­ шение которой резко уменьшает надежность. Специальный расчет РКдоп требуется при импульсном режиме ППП.

Коэффициент нагрузки ППП, чаще всего оцениваемый

"к ном

во всех случаях рекомендуется выбирать не более 0,85 — 0,9.

91

рекомендуется выбирать также не более 0,9.

На ППП нельзя подавать напряжения обратной поляр­ ности; нельзя использовать схемы, при работе которых раз­ мыкается цепь тока базы ППП, так как это может привести к тепловому пробою. При наладке схем с ППП необходи­ мо принимать соответствующие предосторожности от слу­ чайных перенапряжений переходных процессов, возникаю­ щих, например, в цепях питания при «бросках тока». При монтаже схем следует избегать появления статических по­ тенциалов на выводах ППП и пр.

Тепловые режимы ППП. При повышении температуры окружающей среды ухудшаются параметры ППП и сокра­ щается срок их службы. При температурах + (904-100)°С в германии и + (160ч-200)°С в кремнии р—тг-переходы разру­ шаются. Предельными рабочими температурами окружающей

перехода сравнительно с максимально допустимой темпера­ турой, указанной в их ТУ. Так, например, в среднем число отказов ППП уменьшается почти в два раза при снижении температуры перехода на 10°С от предельно допустимой. Для иллюстрации на рис. 48 приведена зависимость отно­ сительного изменения интенсивности отказов от температу­ ры окружающей среды для кремниевых диодов.

Интенсивность отказов ППП увеличивается, если повы­ шенное рассеивание мощности на коллекторе сочетается с повышенной температурой окружающей среды. Интенсив­ ность отказов ППП возрастает и при отрицательных тем­ пературах окружающей среды из-за увеличения механичес­ ких напряжений в контактах токоотводов, снижения коэф­ фициента усиления ß за нижний предел норм ТУ и других причин.

Уже отмечалось, что для ППП характерны медленные процессы старения. В изделиях, у которых скрытые дефек­ ты, приводящие к внезапным отказам, проявляются в соче­ тании с медленным старением, распределение Пуассона, а следовательно, и экспоненциальный закон надежности не-

92

//

/I

/A//

•

i V

y]

/

V

/

/

Рис. 48. Зависимость относительной интенсивности отказов от температу­

ры окружающей среды для кремниевых диодов и транзисторов

93

Г л а в а б

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ВНЕЗАПНЫХ ОТКАЗАХ

Как отмечалось, надежность изделия при внезапных от­ казах поддается расчету, если известны величины интенсивностей отказов его элементов. При этом нет необходимо­ сти анализировать структурную схему изделия, если не ис­ пользуется резервирование. При постепенных отказах рас­ чет надежности значительно осложняется, поскольку надо знать несколько (не менее двух) параметров надежности каждого элемента изделия. Кроме того, необходим анализ структуры схемы изделия с целью выявления функций из­ менения параметров схемы во времени при воздействии ок­ ружающей среды. Вследствие трудностей такого анализа удовлетворительное решение реализуется, как правило, лишь в частных случаях при достаточно простой схеме из­ делия. Поэтому практическое распространение получил только расчет надежности по внезапным отказам в предпо­ ложении, что они независимы друг от друга. В настоящей главе рассмотрим особенности этого расчета.

При расчете надежности по внезапным отказам принято считать, что сложное изделие (например, радиоэлектрон­ ный аппарат), состоящее из т. элементов, отказывает пол­ ностью, если из строя выходит хотя бы один элемент. Это значит, что по «схеме надежности» все m элементов изде­

Предполагая, что интенсивность отказов каждого эле­ мента в период его нормальной эксплуатации постоянна

96

(1; = const), можно преобразовать зависимость (6-1) в зави­ симости (3-26), .(3-27) и (3-28).

m

Рсист (І) = е - 'Ч К, = J]**; Zucn = -^" -

Это означает, что все внезапные отказы элементов склады­ ваются в один общий поток отказов с интенсивностью, рав­ ной сумме интенсивностей отдельных потоков.

Такое же правило сложения интенсивностей отказов справедливо и для расчета надежности за некоторое время At, состоящее из разных промежутков времени, например, At\ и АІ2, выбранных произвольно, но находящихся в пре­ делах времени нормальной эксплуатации изделия. Посколь­ ку ^-характеристика каждого элемента постоянна во време­ ни, то в этом случае надежность системы

При расчете надежности изделия необходимо учитывать реальные условия работы его элементов. Как уже отмеча­ лось, интенсивность отказов изделия можно уменьшить, ес­ ли облегчить электрические и тепловые режимы его эле­ ментов и степень воздействия окружающей среды. Обычно считается, что более жесткие условия работы элементов, например, при повышенной температуре окружающей сре­ ды, приводят к увеличению значения ^-характеристики на новом фиксированном уровне относительно номинального режима. Если условия работы элемента возвращаются к ис­ ходному состоянию, то и Х-характеристика возвращается к прежней величине. Для оценки каждого фиксированного уровня интенсивности отказов используется относительный коэффициент интенсивности а\ (зависимость (5-5)), кото­ рый указывается в справочниках по надежности.

Характер изменения коэффициента сц от температуры окружающей среды представлен для некоторых случаев на рис. 50 — рис. 54. На тех же графиках коэффициент на­ грузки Кп используется в качестве параметра. Чтобы знать

экспериментальным данным. При этом важно знать дейст­ вительные нагрузки элементов с учетом времени работы в

SD'E/

50'ùJ

Wey

Рис. 51. Зависимость относительного коэффи­ циента .интенсивности отказов транзисторов германиевых (а) к кремниевых (б) от изме­ нения температуры окружающей среды и ве­ личины электрической нагрузки