Файл: Князев А.Д. Элементы теории надежности радиоэлектронной аппаратуры учеб. пособие.pdf

Другим правилом применения типовых элементов яв­ ляется обеспечение их режимов с определенным запасом по электрическим, тепловым, механическим и другим нагруз­ кам. При соблюдении этого правила «запасы прочности» типового элемента реализуются в эксплуатации в виде по­ вышения надежности его работы. Поэтому неправильным является стремление конструктора «выжать» из типовых элементов максимум возможного путем использования пре­ дельных режимов.

Для правильного определения режимов типовых элемен тов важно выбирать их коэффициенты нагрузок, под кото­ рыми понимаются отношения фактических рабочих величин данного вида нагрузки на элемент к величинам номиналь­ ной нагрузки, допускаемой нормами ТУ. Следует различать коэффициент нагрузки Кп по электрическому режиму, теп­ ловому режиму, режиму механических воздействий и пр. Так, например, для электрической нагрузки конденсатора

где №раб — фактически рассеиваемая мощность на резисторе; ^иом — номинальная рассеиваемая мощность.

Для случая тепловой нагрузки тот же коэффициент мо­ жет определяться по значениям температуры. Так, напри­ мер, для транзистора

инапряжения на коллекторе.

Вправильно сконструированной аппаратуре Кн каждого элемента должен быть меньше единицы (рекомендуется от 0,4 до 0,8) и только в отдельных случаях, когда это сущест­ венно влияет на параметры устройства, приближается к

единице как, например, в случае мощных генераторных

76

Иногда понятие о коэффициенте нагрузки связывают с понятием о коэффициенте запаса по нагрузке £3, подразу­ мевая под ним

Для сравнительной оценки влияния режима ТИПОЕОГО элемента на надежность по внезапным отказам часто поль­ зуются графиками относительного изменения интенсивно­ сти внезапных отказов

где %І — интенсивность отказов типового элемента в режиме, отличающемся от номинального;

%ІО — интенсивность отказов того же элемента в номи­ нальном режиме;

Ф — значение параметра, характеризующего режим эле­ ментов.

Графики таких зависимостей могут быть представлены семейством кривых, выражающих относительное изменение величины À типового элемента от совместного действия различного рода нагрузок. К примеру, на рис. 37 приведе­ ны такого рода графики для резисторов типа МЛТ, где в качестве параметра ф, характеризующего режим элемента, дана температура окружающей среды °С, и в качестве па­

тора при различных режимах совместного действия элек­ трической и тепловой нагрузки, необходимо знать величину

В настоящем пособии не представляется возможным рас­ смотреть особенности применения всех типовых элементов или хотя бы основных из них, поскольку число их велико. В качестве примеров рассмотрим лишь некоторые особен­ ности применения электровакуумных и полупроводниковых приборов, отметив факторы, способствующие повышению надежности работы этих приборов в условиях эксплуата­ ции. Кстати, эти примеры иллюстрируют общий метод

77

применения типовых элементов, которыми следует руковод­ ствоваться в целях повышения надежности их работы.

Электровакуумные приборы (ЭВП) являются наименее надежными из типовых элементов. По сравнении с другими типовыми элементами ЭВП в наибольшей степени приво­ дят к отказам радиоэлектронной аппаратуры.

Рис. 37. Относительная интенсивность отказов 'резисторов типа МЛТ в за­ висимости от температуры окружаю­ щей среды при различных коэффи­ циентах нагрузки /Сп

Типичными причинами внезапных отказов ЭВП являют­ ся замыкание между электродами, обрывы и перегорание нити накала, трещины баллонов и пр. Установлено, что по внезапным отказам ЭВП чаще выходят из строя в аппарату­ ре, подверженной механическим нагрузкам, например, в самолетной.

Типичными причинами постепенных отказов ЭВП яв­ ляется ухудшение параметров за пределы допусков норм ТУ вследствие снижения эмиссии катода, натекания газа и пр. В неправильно сконструированной аппаратуре возмож­ ны случаи постепенных отказов даже при условии, что

78

ухудшение параметров ЭВП еще не привело к их выходу за допуски норм ТУ. Аппаратура, в которой правильно рас­ считаны режимы типовых элементов, применены отрица­ тельные обратные связи, имеются запасы по коэффициен­ там нагрузки на элементы и пр., может не иметь постепен­ ных отказов даже, если параметры ЭВП начинают выхо­ дить за пределы допусков норм ТУ.

Из различных типов ЭВП наиболее ненадежны генера­ торные и мощные усилительные приборы, которые часто используются в режиме с Ки, близким к единице. Более на­ дежны ЭВП приемноусилительного типа, среди которых есть серии повышенной надежности.

Отказ ЭВП определяется двумя основными причинами: низким качеством изготовления и тяжелыми условиями экс­ плуатации. В последнем случае существенную роль могут сыграть режимы ЭВП, неправильно выбранные конструкто­ ром аппарата.

Низкое качество ЭВП может объясняться нарушением технологических процессов, применением материалов с не­ удовлетворительными характеристиками и в некоторых слу­ чаях неотработанной конструкцией ЭВП. Дефекты часто оказываются скрытыми и не обнаруживаются контролем производственных операций. Поэтому правильно вводить «приработку» ЭВП до их поставки потребителю, что и де­ лают некоторые заводы изготовители ЭВП.

При создании ЭВП повышенной надежности (виброус­ тойчивая серия В, долговечная серия Е и серия высокой виброустойчивости К) были усовершенствованы и конст­ рукция и технология производства ЭВП. Конструкция электродной системы была сделана более жесткой с допол­ нительным креплением электродов. Усовершенствование технологии производства заключалось в более точной сбор­ ке электродной системы под микроскопом, применении вы­ сококачественных материалов, улучшении вакуумной гигие­ ны и более тщательном контроле сравнительно с производ­ ством обычных ЭВП.

Для повышения надежности ЭВП их режимы — элек­ трические и тепловые — должны устанавливаться конструк­ тором с учетом влияния всех факторов, характерных для ре­ альных условий эксплуатации.

Режим нахальной цепи. Во многих типах ЭВП приме­ няются оксидные катоды, в которых могут проявляться про­ цессы активации и дезактивации. Активация — эго увели-

79

чёнйе скорости испарения оксидного слоя катода при повы­ шении напряжения накала относительно номинального зна­ чения. Дезактивация — это уменьшение эмиссионной спо­ собности катода вследствие ослабления диффузии бария в оксидном слое и бомбардировки катода молекулами оста­

Поэтому для повышения надежности ЭВП напряжение на­ кальной цепи необходимо стабилизировать.

Зависимость (5-6) основана на опытных данных, соглас­ но которым 60% всех ЭВП выходят из строя вследствие не­ правильного режима накальной цепи, а остальные 40% — вследствие других причин. Те же опытные данные для ЭВП приемно-усилительного типа говорят о том, что понижен­ ное £ЛіРаб н а несколько % сравнительно с UHU0M может уменьшить относительную интенсивность отказов (рис. 38). Вследствие этого можно устанавливать рабочее напряжение

накала на 2—3% ниже UnH0M. Для обеспечения высокой на­ дежности желательна стабилизация напряжения накала при­

мерно в пределах ±2,5%. Высокая стабилизация напряже­ ния накала, например, требуется для ЭВП долговечной серии Е.

Последовательное соединение ЭВП по накальным цепям ненадежно. Величина сопротивлений нити накала ЭВП не нормируется и напряжение накальной цепи каждого при­ бора при последовательном соединении нитей может зна­ чительно отличаться от номинального даже при стабилиза­ ции источника питания.

В генераторных ЭВП средней и малой мощности не сле­ дует превышать максимально допустимые значения тока че­ рез прибор, что, например, важно для обеспечения надеж­ ной работы в импульсном режиме. Оксидный катод может допускать большой ток эмиссии и в ЭВП с таким катодом регламентируется величина постоянной составляющей ка-

80