 |
Основные положения расчета надежности функционального узла печатной платы
|
|
|
|
Надежность - свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени. Надежность так же можно определить как физическое свойство изделия, которое зависит от количества и от качества входящих в него элементов, а так же от условий эксплуатации. Надежность характеризуется отказом.
Отказ - нарушение работоспособности изделия. Отказы могут быть постепенные и внезапные.
Постепенный отказ - вызывается в постепенном изменении параметров элементов схемы и конструкции.
Внезапный отказ - проявляется в виде скачкообразного изменения параметров радиоэлементов (РЭ).
Все изделия подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.
В работе изделия существуют 3 периода.
1 - период приработки, характеризуется приработочными отказами.
2 - период нормальной эксплуатации, характеризуется внезапными отказами.
3 - период износа - внезапные и износовые отказы.
Понятие надежности включает в себя качественные и количественные характеристики.
Качественные:
- безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки
- ремонтопригодность - свойство изделия, приспособленность к:
предупреждению возможных причин возникновения отказа
обнаружению причин возникшего отказа или повреждения
устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания
- долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (состояние при котором его дальнейшее применение или восстановление невозможно)
|
|
|
- сохраняемость - сохранение работоспособности при хранении и транспортировке.
- вероятность безотказной работы:
-lизд*t Р = e, (1)
где е - основание натурального логарифма;
lсх - интенсивность отказа схемы;
t - заданное время работы схемы.- средняя наработка на отказ:
Тср. = 1/lсх, (2)
- интенсивность отказа схемы:
lизд. = lnR + lnC +... + lплаты + lпайки, (3)
где ln - интенсивность отказов всех элементов данной группы;
lплаты - интенсивность отказов печатной платы;
lпайки - интенсивность отказа всех паек.
Надежность элементов функционального модуля является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказа изделия в целом. Интенсивность отказов элементов зависит от конструкции, качества изготовления, от условий эксплуатации и от электрических нагрузок в схеме.
Коэффициент нагрузки:
- для транзисторов
K=Pc/Pc max, (4)
где Рс - фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе,
Рс max - максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.
- для диодов
K=I/Imax, (5)
где I - фактически выпрямленный ток,
Imax - максимально допустимый выпрямленный ток.
- для конденсаторов
K=U/Uн, (6)
где U - фактическое напряжение,
Uн - номинальное напряжение конденсатора.
- для резисторов,трансформаторов и микросхем
К=Р/Рн, (7)
где Р - фактическая мощность рассеивания на радиокомпоненте,
Рн - номинальная мощность.
При увеличении коэффициента нагрузки, интенсивность отказа увеличивается. Интенсивность отказа увеличивается так же, если радиокомпонент эксплуатируется в более жестких условиях: с повышенной температурой окружающего воздуха и влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т. д.
В настоящее время наиболее изучено влияние на надежность коэффициента нагрузки и температуры.
Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей среды и нагрузки определяется по формуле:
|
|
|
l=lо*a. (8)
| Фактическая мощность резистора R1 | P, Вт | 0,056 |
| Фактическая мощность резистора R2 | P, Вт | 0,05 |
| Фактическая мощность резистора R3 | P, Вт | 0,066 |
| Фактическая мощность резистора R4 | P, Вт | 0,029 |
| Фактическая мощность резистора R5 | P, Вт | 0,061 |
| Фактическая мощность резистора R6 | P, Вт | 0,016 |
| Фактическая мощность резистора R7 | P, Вт | 0,087 |
| Фактическая мощность резистора R8 | P, Вт | 0,044 |
| Фактическое напряжение пьезокерамического излучателя звука BF1 | U, В | 4,32 |
| Фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 | P, Вт | 4,5 |
| Фактический ток диода VD1 | I, мА | 200 |
| Фактическое напряжение конденсатора С1 | U, В | 23,5 |
| Фактическое напряжение конденсатора С2 | U, В | 34,02 |
| Фактическое напряжение конденсатора С3 | U, В | 35,21 |
| Фактическое напряжение конденсатора С4 | U, В | 21,4 |
| Фактическое напряжение конденсатора С5 | U, В | 12,08 |
| Фактическое напряжение микросхемы 1-К561ЛА7 | U, В | 6,24 |
| Фактическое напряжение микросхемы 2- К561ЛА7 | U, В | 5,78 |
| Фактическое напряжение микросхемы 3-К561ЛА7 | U, В | 5,27 |
| Фактическое напряжение микросхемы 4-К561ЛА7 | U, В | 6,15 |
мощность резистора R1 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R2 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R3 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R4 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R5 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R6 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R7 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальная мощность резистора R8 | P, Вт | 0,125 | ||
| Номинальное напряжение пьезокерамического излучателя звука BF1 | U, В | 12 | ||
| Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT1 | P, Вт | 8 | ||
| Максимальный ток диода VD1 | I, мА | 200 | ||
| Номинальное напряжение конденсатора С1 | U, В | 35 | ||
| Номинальное напряжение конденсатора С2 | U, В | 50 | ||
| Номинальное напряжение конденсатора С3 | U, В | 50 | ||
| Номинальное напряжение конденсатора С4 | U, В | 25 | ||
| Номинальное напряжение конденсатора С5 | U, В | 16 | ||
| Номинальное напряжение микросхемы 1-К561ЛА7 | U, В | 10 | ||
| Номинальное напряжение микросхемы 2-К561ЛА7 | U, В | 10 | ||
| Номинальное напряжение микросхемы 3-К561ЛА7 | U, В | 10 | ||
| Номинальное напряжение микросхемы 4-К561ЛА7 | U, В | 10 |
|
|
|
| kR1 | 0,448 | l0 R1 | 0,5*10^7 | a R1 | 0,3 | lR1 | 0,15*10^7 |
| kR2 | 0,4 | l0 R2 | 0,5*10^7 | a R2 | 0,22 | lR2 | 0,11*10^7 |
| kR3 | 0,528 | l0 R3 | 0,5*10^7 | a R3 | 0,3 | lR3 | 0,15*10^7 |
| kR4 | 0,232 | l0 R4 | 0,5*10^7 | a R4 | 0,18 | lR4 | 0,09*10^7 |
| kR5 | 0,488 | l0 R5 | 0,5*10^7 | a R5 | 0,3 | lR5 | 0,15*10^7 |
| kR6 | 0,128 | l0 R6 | 0,5*10^7 | a R6 | 0,18 | lR6 | 0,09*10^7 |
| kR7 | 0,696 | l0 R7 | 0,5*10^7 | a R7 | 0,52 | lR7 | 0,26*10^7 |
| kR8 | 0,352 | l0 R8 | 0,5*10^7 | a R8 | 0,22 | lR8 | 0,11*10^7 |
| kC1 | 0,671 | l0 C1 | 1,4*10^7 | a C1 | 0,6 | lC1 | 0,84*10^7 |
| kC2 | 0,68 | l0 C2 | 1,4*10^7 | a C2 | 0,6 | lC2 | 0,84*10^7 |
| kC3 | 0,704 | l0 C3 | 1,4*10^7 | a C3 | 0,6 | lC3 | 0,84*10^7 |
| kC4 | 0,856 | l0 C4 | 1,4*10^-7 | a C4 | 1 | lC4 | 0,6*10^-7 |
| kC5 | 0,755 | l0 C5 | 2,4*10^-7 | a C5 | 0,9 | lC5 | 2,16*10^-7 |
| kVD1 | 1 | l0 VD1 | 0,6*10^-7 | a VD1 | 1 | lVD1 | 0,6*10^-7 |
| kVT1 | 0,562 | l0 VT1 | 4*10^-7 | a VT1 | 0,65 | lVT1 | 2,6*10^-7 |
| kBF1 | 0,36 | l0 BF1 | 0,05*10^-7 | a BF1 | 20 | lBF1 | 1*10^-7 |
| k ис1 | 0,624 | l0 ис1 | 0,8*10^-7 | a ис1 | 0,62 | lис1 | 0,5*10^-7 |
| k ис2 | 0,578 | l0 ис2 | 0,8*10^-7 | a ис2 | 0,62 | lис2 | 0,5*10^-7 |
| k ис3 | 0,527 | l0 ис3 | 0,8*10^-7 | a ис3 | 0,62 | lис3 | 0,5*10^-7 |
| k ис4 | 0,615 | l0 ис4 | 0,8*10^-7 | a ис4 | 0,62 | lис4 | 0,5*10^-7 |
Интенсивность отказов изделия:
lизд. = lnR + lnC +... + lплаты + lпайки = 46,59*10^7 (1/ч)
Вероятность безотказной работы за время Т = 1год (приблизительно 9000ч)
-lизд*Т
Р = e = 0,995
Вероятность того, что в пределах заданной наработки возникнет отказ устройства:
Q(T) = 1- P(T), Q(T) = 0,005
Следует отметить, что время наработки на отказ Т=1/lизд = 214638 ч, что превышает предусмотренные техническим заданием 20000 ч.
|
|
|
