1.2 Виды эрк и их параметры

В современных РЭС используют следующие виды ЭРК:

пассивные — резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы, устройства коммутации, пьезоэлектрические устройства, устройства индикации и отображения информации;

активные — полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, интегральные микросхемы), электронные лампы; устройства и узлы функциональной электроники; устройства и узлы сверхвысокочастотных (СВЧ) трактов.

Все ЭРК (независимо от вида и области применения) характе­ризуют совокупностью электрических, конструктивных и эксплуатационных параметров, определяющих возможность их использования в конструкциях РЭС. При этом на этапе проектирования электрических схем радиоэлектронных средств ЭРК являются средствами проектирования, выбор видов которых в основном зависит от их функциональных характеристик, а также электрических и частично эксплуатационных параметров.

На этапе проектирования конструкций и технологий изготовления радиоэлектронных средств ЭРК являются объектами защиты, для которых необходимо обеспечить допустимые условия эксплуатации и, следовательно, выбор их типов и типоразмеров в основном определяется их конструктивными и эксплуатационными параметрами.

1.2.1. Электрические параметры эрк

К электрическим параметрам ЭРК относятся:

-номинальное значение основного параметра, определяющей их функциональное назначение (сопротивление резистора, емкость конденсатора, коэффициент передачи по току транзистора, прямой ток диода и др.);

-допуск на номинальное значение основного параметра (его абсолютное или относительное отклонение);

-стабильность номинального значения основного параметра (временная, температурная);

-предельные значения рабочих напряжений, токов, мощности;

-паразитные параметры.

Номинальные значения, допуски и шкалы номиналов.

Необходимость задания номинального значения параметра и допуска на него определяется как изготовлением ЭРК в условиях массового производства, так и применением их при проектировании радиоэлектронных устройств.

Важнейшим показателем эффективности производства является «выход» годных изделий, и потому изготовитель заинтересован в уменьшении числа номинальных значений параметра и в расширении допуска на него. С другой стороны, в практике проектирования всегда ощущается потребность в расширении числа номинальных значений параметра и сужении допуска на него.

Для согласования этих антагонистических требований разработаны шкалы номинальных значений параметров ЭРК (прежде всего, для резисторов и конденсаторов, являющихся самыми массовыми). Этим обеспечивается выпуск одинакового числа годных элементов всех номинальных значений данной шкалы при постоянстве относительной погрешности. Кроме того, в этом случае соблюдается принцип непрерывности шкалы и декадности построения.

Постоянство относительной погрешности. При изготовлении ЭРК разных номинальных значений шкалы в условиях отлаженного производства постоянная относительная погрешность определяется выражением

δ = 3σ_х /x _ном

_{где: -}σ_{х –дисперсия нормального распределения параметра Х}

-x _ном - его номинальноезначение

. Поэтому на практике границы поля допуска [х₁, х₂] значения параметра х выражают через его номинальное значение хном и коэффициенты отклонения δ₁ и δ₂

х₁=х_ном(1 – δ₁); х2= х_ном (1 + δ₂);

Следовательно, при δ₁ = δ₂ = δ параметр х = х_ном (1 ± δ)

Принцип обеспечения выпуска одинакового числа годных компонентов всех номинальных значений шкалы. Текущее значение параметра хi ЭРК является случайной величиной, зависящей от воздействия совокупности случайных факторов в процессе их производства. Поэтому естественным является описание распределения значений этого параметра функцией плотности нормального распределения W(x) с параметрами х₀ и σ_х ² . Если при этом задано номинальное значение параметра х_ном и поле допуска [х₁, х₂], в пределах которого должны находиться текущие значения параметра хi то максимальный выход годных компонентов будет обеспечен при х₀ = х_ном

Если х₀ ≠ x_ном значит имеет место систематическая погрешность, причину возникновения которой необходимо выявить и устранить. При этом доля годных изделий

p_г = ∫_х1^х2 W (x)dx,

а доля брака составит 1 — p_г.

Известно также, что в интервал ±3 σ_х попадают почти 99 % значений случайной величины х (правило трех σ). Следовательно, если принимать как годные все ЭРК, значения параметра которых попадают в интервал ±3σ, выход годных изделий будет максимальным.

Принципы непрерывности и декадности.

Согласно принципу непрерывности поля допусков двух соседних номинальных значений Х_{hom i} и Х_{hom i+1} шкалы не должны перекрываться или образовывать зазоры, т.е. для них должно выполняться условие

х_ном._i (1 + δ) = х_ном.i+1 (1 - δ)

Тогда отношение этих значений γ, выраженное через коэффициент отклонения δ , будет представлять собой множитель ряда

γ = х_ном.i+1 / х_ном._i = (1 + δ)/ (1 - δ)

Наконец, в соответствии с принципом декадности номинальные значения параметров любого ряда располагают в интервалах, границы которых заданы значениями

10ⁿ (n = ±0, 1 , 2, ... ).

Тогда, если Х_{hom 0} = 1 (n = 0) и Х_{hom m} = 10 (n = +1)

получим следующие выражения для членов ряда:

Х_{hom 1} = Х_{hom 0} γ = γ

Х_{hom 2} = Х_{hom 1} γ = γ²

_._________________

Х_{hom m} = γ^m =10

где m — число членов ряда (из последнего равенства следует т = 1/lg γ).

В качестве примера построим ряд номинальных значений сопротивлении резисторов в интервале 1,0... 10 кОм для δ = 0,2. В этом случае γ = 1,5; т = 6 и ряд номинальных значений сопротивлений будет иметь вид 1,5 — 2,2 — 3,3 — 4,7 - 6,8 - 10 кОм.

Стабильность параметров. Значения параметров ЭРК могут изменяться при хранении и эксплуатации, Эти изменения могут быть обратимыми или необратимыми вследствие физико-химических процессов, развивающихся в материале ЭРК под влиянием неблагоприятных факторов условий эксплуатации (колебаний температуры, влажности, механических и радиационных воздействий).

Различают временную и температурную нестабильность параметров ЭРК.

Временная нестабильность связана с постоянными деградационными процессами, происходящими в материалах ЭРК: старением резисторов, образованием микротрещин в диэлектрике и высыханием электролита в конденсаторах, различными видами коррозии. Эти процессы приводят к необратимым изменениям параметров ЭРК.

Температурная нестабильность, связанная с прогнозируемым обратимым изменением параметра ЭРК под влиянием изменения температуры окружающей среды, характеризуется температурным коэффициентом (ТК) нестабильности соответствующего параметра х, обозначаемым ТКх.

Для количественной оценки нестабильности используют понятия абсолютного и относительного отклонений параметра х.

Абсолютное отклонение ∆х параметра х, в свою очередь, зависит от абсолютных отклонений первичных параметров ∆a_i;, к которым относят физические и геометрические характеристики материала данного ЭРК, т.е.

∆х = ∑ⁿ_{i =1} A_i ∆a_i;

где A_i = ∂x/∂a_i;- коэффициент влияния абсолютного отклонения первичного параметра a_i.

Например, сопротивление R резистора зависит от удельного сопротивления р материала проводящего слоя и его геометрических размеров: R = ρ(l/S). Тогда значение абсолютного первичного параметраотклонения ∆R, возникающего при воздействии k-го дестабилизирующего фактора, можно выразить через абсолютные отклонения первичных параметров р, l и S:

∆R^(k) = ± A_p • ∆ρ^(k) ± A_i • ∆l^(k) ± As • ∆S^k)

где A_p = ∂R/∂p; A_i = ∂R/∂ι As = ∂R/∂S

Однако чаще используется относительное отклонение.

δ_x = ∆x/ х_ном

где х_ном - номинальное значение параметра х. Умножив числитель и знаменатель этого выражения на номинальное значение i-го первичного параметра a_{i ном}.получим (с учетом выражения для ∆х) следующую формулу:

δ_x = ∑ⁿ_{i =ном} В_i ∆a_i/∆a_{i ном} = ∑ⁿ_{i =ном} В_i δ a_i

где В_i = А_i a_{i ном}./ х_{ном –} коэффициент влияния относительного оклонения первичного параметра a_i

Например, степень влияния температуры оценивают значением

ТКх = 1/x dx/dT, 1/град.

Связь между ТКх и температурными коэффициентами ТКa_i; первичных параметров получим разделив правую и левую части уравнения для δ_x .на ∆T перейдя от конечных приращений к дифференциалам:

В частности, температурный коэффициент сопротивления резисторов

ТКС= В_рТК_р+В_iТКl += В_S ТКS.

Предельные значения рабочих напряжений, токов, мощности.

Эти параметры зависят от электрической прочности материала, из которого изготовлен конкретный ЭРК, т.е. они определяют рабочую область функционирования ЭРК, выход за пределы которой может привести к его отказу (обрыву, пробою).

Паразитные параметры.

К этому виду электрических параметров относятся проводимости, емкости и индуктивности элементов конструкции ЭРК, непосредственно не связанных с его функциональным назначением (индуктивности выводов конденсаторов, межвитковые емкости катушек и др.)- Влияние этих параметров проявляется на высоких и сверхвысоких частотах. Кроме того, при повышенной температуре растут обратные токи p-n -переходов и собственные шумы резисторов.

Для обеспечения устойчивой работы РЭС необходимо учитывать влияние этих параметров.