Файл: Князев А.Д. Элементы теории надежности радиоэлектронной аппаратуры учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.07.2024
Просмотров: 85
Скачиваний: 0
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
|
20 |
10 |
60 |
80 |
fOf " |
I — — I |
1 |
1 |
1 |
— |
|
Относительная |
Ь/іажность |
/OSS 1951 1959 1961 годы |
|||||||
Рис |
46. Влияние |
абсорбирован |
Рис. 47. Увеличение средней дол |
|||||||
ной |
влаги |
на поверхности |
полу |
говечности одного из типов трио |
||||||
проводника |
на обратный ток тран |
дов со временем при усовершенст |
||||||||
|
|
зистора |
|
|
вовании технологии |
его |
производ |
|||
|
|
|
|
|
|
|
ства |
|
|
|
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.
Электрические характеристики |
ППП |
тесно |
связаны с |
|
их конструктивными характеристиками, |
в первую |
очередь |
||
тепловыми. Например, такие параметры, |
как iß, Ік, |
Іко и др., |
||
значительно изменяются в зависимости |
от |
температуры |
||
р—гс-переходов. Отработка схем, выбор |
режимов, |
правила |
||
монтажа и пр. при использовании |
ППП |
имеют |
свои осо |
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
по рассеиваемой мощности |
Рк на |
коллекторе, |
(5-Ю) |
Кн= |
ікРа5 |
, |
"к ном
во всех случаях рекомендуется выбирать не более 0,85 — 0,9.
91
Коэффициент нагрузки по напряжению Ub на |
коллек |
|
торе |
|
|
K„ = - j ^ |
- t |
(5-11) |
"к |
ном |
|
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
среды |
являются для германия |
+ (70-^80) °С |
и для |
кремния |
+ (120-^125)°С. Для повышения надежности |
ППП |
рекомен |
||
дуется |
в максимальной степени |
снижать температуру р—п- |
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
/
/
io го зо ю so |
во по so so wo no |
izo w m iso rv |
Температура |
окружаюсцей |
среды |
Рис. 48. Зависимость относительной интенсивности отказов от температу
ры окружающей среды для кремниевых диодов и транзисторов
93
точно отражает реальную зависимость k(t). Здесь целесо образно использовать распределение более общего харак тера, а именно распределение Вейбулла, позволяющее вы разить плотность вероятности отказов следующей зависи мостью:
UPtf)=Vt** - 1 e - v * t |
^5-12) |
где Ào — параметр, определяющий масштаб; |
|
К — параметр формы кривой функции |
распределения: |
Посредством распределения Вейбулла можно определить характеристики надежности ППП, если воспользоваться за
висимостями |
(2-12), (2-16), (2-9) и (2-14): |
|
|
|
|
Р (t) = е - Х о ' к , |
(5-13) |
|
|
%(t) = XaKtk-\ |
(5-14) |
|
|
|
(5-15) |
где Г |
—f- 1 j — гамма функция значения которой табули |
||
|
|
рованы. |
|
При |
& = |
1 распределение Вейбулла переходит |
в экспо |
ненциальное, в котором плотность вероятности отказов вы
ражается зависимостью (3-8), h(t) |
является |
константой, а |
||
среднее время |
безотказной |
работы |
изделия |
обратно про |
порционально |
Ào, поскольку |
Г(2) = |
1. При |
&>1 функция |
надежности уменьшается со временем быстрее, чем при экс поненциальном законе. При k — 4 распределение Вейбулла приближается к нормальному. При k < ^ \ надежность умень шается со временем более медленно, чем при экспоненци альном законе (рис. 49), а функция Я-(^) характеризуется медленным снижением.
Параметры распределения Вейбулла практически нахо дят посредством экспериментальных статистических испы таний надежности некоторой партии изделий. Так, напри мер, при испытаниях 943 образцов германиевых мезатранзисторов была определена их À-характеристика, на основа
нии которой была вычислена величина |
£ = 0,78 |
в |
распреде |
лении Вейбулла (зарубежные данные). |
|
|
зависит |
В заключение отметим, что надежность ППП |
|||
от конструктивных способов их механического |
крепления, |
||
отвода тепла от корпуса и соблюдения |
правил |
монтажа. |
|
9* |
|
|
|