Постановка задачи

1. Постановка задачи

1.1      Анализ задания на проектирование

При работе над курсовой работой будем использовать следующие исходные данные:

а) Схема электрическая принципиальная (Приложение 1);

б) Информация о параметрах элементов согласно перечня элементов (Приложение 2);

в) Вид электрического монтажа – двусторонний печатный;

г) Количество сквозных металлизированных отверстий на плате – 10% от общего числа отверстий;

д) Для цепей питания входных и выходных сигналов предусмотреть соединители.

е) Условия эксплуатации по ГОСТ 15150-69 для категории исполнения УХЛ4.1;

ж) Вид приемки элементов – приемка ОТК ("1");

з) Перегрев в нагретой зоне ЭУ ; средний перегрев воздуха в ЭУ ;

и) Заданное время работы, указанное заказчиком - ;

к) Интересующая гамма-процентная наработка на отказ - ;

Кроме того при расчете показателей безотказности, необходимы будут такие данные, как коэффициенты электрической нагрузки элементов, которые можно получить из карт электрических режимов, для соответствующих элементов. Так же для определения нагрузочных коэффициентов, необходимы будут параметры некоторых радиоэлементов, которые можно получить из справочной литературы.

1.2      Получение недостающих данных

Определяем коэффициенты электрической нагрузки элементов из литературного источника [1]:

Для резистора:

K_R = 0,7 (Таблица 7.20, с.157)

K_M = 0,7 (Таблица 7.21, с.158)

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143)

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,132 (Таблица 7.9, с.151)

К_Р – определяется по формуле:

где t – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки резистора по мощности;

A, B, N_T, G, N_S, J, H – постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов подбираем по таблице 7.19 вышеуказанного источника, c157:

A=0,26; B=0,5078; N_T=343; G=9,278; N_S=0,878; J=1; H=0,886.

Для расчета коэффициента электрической нагрузки резистора по мощности, понадобится его номинальная мощность. Так как используемые резисторы рассчитаны на мощность 0,125Вт, эту мощность и примем за номинальную. Для конденсаторов электролитических:

K_C=0,2С^0,23 (Таблица 7.18, с.157);

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143);

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,52 (Таблица 7.9, с.151);

К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки конденсатора по напряжению;

Для расчета коэффициента электрической нагрузки конденсатора по напряжению, понадобится его максимально допустимое напряжение. Так как используемые конденсаторы рассчитаны на напряжение до 25В, это напряжение и примем за номинальное.

A, B, N_T, G, N_S, H – постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов подбираем по таблице 7.17 вышеуказанного источника, c156:

A=0,59*10^-2; B=4,09; N_T=358; G=5,9; N_S=0,55; H=3.

Для конденсаторов керамических:

K_C=0,4С^0,14 (Таблица 7.18, с.157);

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143);

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,52 (Таблица 7.9, с.151);

К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки конденсатора по напряжению;

Для расчета коэффициента электрической нагрузки конденсатора по напряжению, понадобится его максимально допустимое напряжение. Так как используемые конденсаторы рассчитаны на напряжение до 50В, это напряжение и примем за номинальное.

A, B, N_T, G, N_S, H – постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов подбираем по таблице 7.17 вышеуказанного источника, c156:

A=5,909*10^-7; B=14,3; N_T=398; G=1; N_S=0,3; H=3.

Для диодов:

K_Д=0,6 (Таблица 7.15, с.155);

K_U=0,7 (Таблица 7.16, с.155);

K_Ф=1,5 (Таблица 7.17, с.154);

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143);

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,728 (Таблица 7.9, с.150);

К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки;

Для расчета коэффициента электрической нагрузки диодов, понадобится средний прямой ток. Для получения данного параметра воспользуемся интернет-справочником [4]. В соответствии с ним прямой ток диода сборки КД133А равен 0,5А.

A, N_T, Т_М, L,  – постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов подбираем по таблице 7.13 вышеуказанного источника, c154:

A=44,1025; N_T=-2138; Т_М=448; L=17,7; .

Для транзисторов КТ646Б:

K_Д=0,5 (Таблица 7.15, с.155);

K_U=0,5 (Таблица 7.16, с.155);

K_Ф=0,7 (Таблица 7.17, с.154);

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143);

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,728 (Таблица 7.9, с.150);

К_Р – определяется по формуле:

где t_окр – температура окружающей среды (корпуса элемента), ⁰С;

К_Н – коэффициент электрической нагрузки;

Для расчета коэффициента электрической нагрузки диодов, понадобится средний прямой ток. Для получения данного параметра воспользуемся интернет-справочником [4]. В соответствии с ним прямой ток диода сборки КД133А равен 0,5А.

A, N_T, Т_М, L,  – постоянные коэффициенты.

Значения постоянных коэффициентов подбираем по таблице 7.13 вышеуказанного источника, c154:

A=5,2; N_T=-1162; Т_М=448; L=13,8; .

Для платы печатной:

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143).

Для соединений пайкой волной:

K_Э = 2,5 (Таблица 7.5, с.143);

λ_ОГ(λ₆)х10^-6 = 0,00034(Таблица 7.9, с.151).

1.3 Формулировка решаемой задачи

Для оценки безотказности работы устройства будем использовать в первую очередь экспоненциальную характеристику надежности. Она определяется экспоненциальным законом надежности. В этом случае время до отказа распределяется по экспоненциальной модели. Проводя анализ вероятности выхода из строя каждого элемента схемы, получаем ряд значений, случайной величины, характеризующей вероятность отказа того или иного элемента в зависимости от его величины и параметров влияющей на него среды. Затем проводим анализ всех вероятностей отказов, и находим общую суммарную вероятность отказа. В соответствии с полученным результатом находим расчетные значения таких параметров безотказности, как:

а) наработка на отказ;

б) вероятность безотказной работы за определенное время;

в) гамма-процентная наработка на отказ.

График экспоненциальной зависимости надежности устройства от времени приведен на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – график экспоненциальной характеристики надежности

В соответствии с графиком видно, что надежность устройства уменьшается с увеличением времени его работы. Модель экспоненциального распределения часто используется для априорного анализа, так как позволяет не очень сложными расчетами получить простые соотношения для различных вариантов создаваемой системы. На стадии апостериорного анализа (опытных данных) должна проводиться проверка соответствия экспоненциальной модели результатам испытаний.