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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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)

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*