Файл: Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового энергоснабжения..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 0
1 № образ ца
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а ! |
Величина тока / к0 в мА |
для транзисторов типа |
П13 при |
С/к=15 |
В и различных Г в *С |
|||
+ 20 |
-5 8 |
-5 0 |
-4 0 |
-3 0 |
-1 5 |
- 1 0 |
+ 5 |
1 |
1,5—0,9 |
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,15 |
0,7 |
1,9 |
2,3 |
2 |
1,6—0,9 |
2 ,0 - 1 ,2 |
2,1—1,6 |
1,8 |
2,1 |
2,1 |
2,9 |
21,8 |
3 |
1,1—1,0 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,75 |
1,8 |
9,1 |
4 |
5,2—2,1 |
2,0 |
1,9 |
1,3 |
1,4 |
2,5 |
4,1 |
125 |
5 |
1,8—1,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,5 |
1,1 |
100 |
6 |
2,6—1,4 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,3 |
0,8 |
14—11 |
7 |
1,3—1,0 |
0,25 |
0,2 |
0,2 |
0,6 |
1,1 |
2,0 |
300—220 |
8 |
2,0—1,1 |
2,75 |
2,75 |
1,3 |
1,6 |
1,75 |
2,1 |
26—17 |
9 |
2,1—1,3 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,2 |
0,8 |
1,6 |
8,2 |
10 |
3,0—2,5 |
2,2 |
3,2—2,8 |
2,2 |
2,1 |
2,9 |
3,2 |
11,2 |
11 |
1 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,5 |
0,6 |
1,9 |
30—26 |
12 |
1,3 |
1,3 |
1,0 |
0,8 |
0,8 |
1,8 |
6,1 |
195 |
13 |
6,0—5,6 |
3,2 |
2,7 |
3,1—2,7 |
3,0 |
4,7 |
8,0 |
125—130 |
14 |
1,6 |
0,3 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
1,4 |
6—2,5 |
105 |
15 |
2,5 |
0,2 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,9 |
2,4 |
45 |
16 |
4ч-2,4 |
0,2 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,7 |
1,8 |
19 |
17 |
0,8 |
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,1 |
0,75 |
2,5 |
18 |
18 |
0,85 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,1 |
0,5 |
1,23 |
14 |
19 |
6,8 |
1,7 |
1,5 |
1,5 |
0,8 |
1,0 |
1,05 |
70 |
20 |
0,75 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,15 |
0,4 |
135 |
Представление о наибольших значениях тока /ко транзисторовМП39 при разных температурах и напряжениях окружающей сре ды дают интегральные кривые распределения значений 1Ко = !( ияТ) (см. рис. 12). Для построения кривых использовали максималь ные значения /ко, наблюдаемые при замерах: начальные, если дрейф»
отрицательный, и установившиеся, |
если дрейф положительный. |
Это позволяет избежать появления |
перемежающихся отказов. |
Как видно не кривых, для части |
(до 20%) транзисторов П13 |
зависимость от напряжения выражена достаточно сильно. Очевид но, нежелательна работа транзисторов при напряжении более 10В..
Для транзисторов П25 (рис. 12, б) при увеличении напряжения от 4 до 24 В ток /к0 меняется незначительно. При росте напряже ния до 60В у отдельных образцов (4—6%) ток /ко сильно возрас тает. Таким образом, при низких напряжениях транзисторы П2& отличаются от П13 меньшей зависимостью токов /ко от напряже ния. Однако начальные значения /ко Для транзисторов П25 выше.
Исследованиями установлено, что в области отрицательных температур составляющая тока 1'ко быстро уменьшается. Величина /ко -при этом в основном определяется токами утечки, которые сла бо зависят от температуры. Поэтому примерно при —30°С сум марный ток достигает минимального значения и при дальнейшем понижении температуры почти не меняется (табл. 1 и 2).
15
Т а б л и ц а
Величина тока / к0 в мА для транзисторов П25 при £/к = —24В и различных Т в
№
образца
|
20 |
- 5 5 |
-4 0 |
-3 0 |
+2 |
+ 17 |
+30 |
1 |
6,4 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
80—25 |
18,0 |
17,0 |
2 |
4,0 |
о д |
0,1 |
0,1 |
70—40 |
6 ,5 |
12,0 |
3 |
3,5 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
30—15 |
4,1 |
11,0 |
4 |
5,0 |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
46—20 |
60,0 |
13,0 |
5 |
3,0 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
21 |
3,8 |
10,6 |
6 |
5,0 |
0,2 |
0,2 |
0,5 |
12 |
5,5 |
20,5 |
7 |
5,4 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
120—100 |
8,5 |
23,5 |
8 |
4,2 |
ОД |
0,1 |
0,1 |
15—14 |
5,2 |
20,0 |
9 |
4,0 |
0,3 |
0,8 |
0,25 |
39—20 |
7,0 |
18,5 |
10 |
3,7 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
27—10 |
4,6 |
17,5 |
Неблагоприятные условия для нормальной работы транзисто ра создаются в случае повышения температуры окружающей сре ды с переходом из области отрицательных температур в область положительных. При этом у некоторых транзисторов наблюдается резкий рост /ко (табл. 1, см., например, образцы 4, 5, 7, 12, 13, 14, 20). Это связано с конденсацией влаги как внутри корпуса транзи стора и на поверхности перехода, если транзистор имел плохую герметизацию, так и на поверхности корпуса. Поэтому нельзя ут верждать, что транзисторы, имеющие значительный выброс /ко при переходе температуры через 0, являются недоброкачествен ными.
Изложенное выше необходимо иметь в виду при установке ап паратуры на открытом воздухе. В этом случае транзисторы, а так же другие элементы должны быть залиты герметизирующим ком паундом. Кроме того, параметры схемы необходимо выбрать так, чтобы возможное увеличение /ко не влияло на ее» работоспособ ность; иначе в устройствах возможны перемежающиеся отказы.
§ 4. Испытания транзисторов на долговечность
Для определения статистических характеристик старения тран зисторов с достаточной достоверностью необходимо вести наблю дение за большим количеством образцов в течение длительного времени.
Чтобы пояснить это, определим необходимую выборку п и длительность ta испытаний для заданной величины параметра потока отказов ЯСр при доверительной вероятности а и точности 6 (последняя учитывает разброс X относительно ХСр) ■
16
- i Для расчета удобно использовать биномиальное распределение, !^ГРгласно которому
|
Р, = |
C P " ( l - / - r , |
(6) |
I где |
Р] — вероятность того, |
что случайная величина |
примет зна |
|
чение т {т= 0, 1, 2, .... п) ; |
|
|
|
р — параметр распределения. |
превысит т' |
|
|
Вероятность того, что случайная величина т не |
||
|
|
т г |
(7) |
|
Р2=Вер(т<т')= ^ С п р ”1qn~m, |
||
где |
q= 1—р. |
О |
|
|
|
||
|
Под доверительной верфятностью при этом понимают |
||
|
а = Вер (тн ч£тфтв). |
(8) |
Односторонние нижняя и верхняя доверительные вероятности:
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
а„ = Вер(т>тн) = |
1— 2 |
С7 рт(\ —р)п~т\ |
|
||||
|
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
ав= В ер (т ^ т в) = £ С„ р т(1 - р Т ~ т- |
|
||||||
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
При этом а = ан-фаВ'—1 или, |
если ан= ав = ао> то а = |
2ао—1. |
||||||
Эти выражения при т ф 0 можно свести к виду [1]: |
|
|||||||
|
D |
|
тн |
|
т |
|
|
( 9 ) |
|
— |
п |
1 |
т |
\ |
1 |
||
|
|
|
|
|||||
|
D |
|
тв |
1 |
т |
\ |
’ |
( 1 0 ) |
|
* |
в — п |
т |
|
||||
|
|
|
|
п Я г (/и ; — ; а в j |
|
|
||
где |
Ян и Ра — соответственно нижняя и верхняя |
границы Я; |
||||||
/?i [т\ - f - ; <*»); |
|
|
|
|
|
|
|
|
R 2 {m\ |
aBj — табулированные |
коэффициенты [1]. |
|
При т>0 вероятности Рн и Рв несимметричны относительно р. Однако при достаточно больших значениях п и т биномиальное распределение приближается к нормальному и, следовательно, становится симметричным. В, этом случае
Я„ = |
т(Ь) |
. |
Яв = т(Ъ) |
( П ) |
|
п (1 + |
3) ’ |
|
|
где (1+8) = Я /(m; ~ |
; ан) ; |
(1 — Ь ) = р 2(т; |
; ав) ; |
о — коэффициент точности, 6 = ^ ^
17
Тогда необходимая величина выборки при заданной точности 6-100% и доверительной вероятности а может быть определена, например, по Рв:
|
|
п = |
т(Ь) |
|
|
|
|
( 12) |
|
|
|
Рв (1— о) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В этом случае по заданной |
величине о, воспользовавшись табли |
||||||||
цами для |
(R2) [1]> м о ж н о |
определить т{8), а затем |
по заданной |
||||||
величине |
Р 3— необходимую |
выборку п. |
Результаты |
расчетов мини |
|||||
мальных выборок для разных значений Хв |
t\ §j |
при |
а0 = 0,95 |
||||||
(это значение |
а0 принято для возможности использования табулиро |
||||||||
ванных |
коэффициентов R\ |
и |
R2 [1]) |
представлены |
на |
рис. |
13. |
||
Там же |
представлены зоны выборок n(t), |
которые необходимы |
для |
подтверждения уровня надежности транзисторов, достигнутого в аппаратуре телеуправления БСТ-59 и ЭСТ-62.
Расчеты показывают, что для того, чтобы подтвердить уровень надежности Х=10~7 транзисторов в системе телеуправления ЭСТ-62
при |
одностороннем ограничении и |
доверительной |
вероятности |
|
ссо = |
0,95, необходимо |
1000 транзисторов испытывать |
примерно |
|
47,5-103ч, или 5,4 года. |
Верхняя доверительная граница X=10_s, |
|||
уровень которой в настоящее время |
является желательным для |
многих промышленных и железнодорожных электронных устройств и систем, может быть подтверждена испытанием 1000 транзисто ров в течение 54 лет.
В некоторых случаях может потребоваться подтверждение па раметра Хер при достаточно узких двусторонних границах. Объем испытаний при этом еще более возрастает (рис. 13, б). Как видим,
10° |
W1 |
Ю* |
Ю6 t,4 |
О |
0,5 |
0 ,75 0,9 1,0 |
1 -0 |
Рис. 13. Зависимости выборки п, необходимой для подтверждения заданной верхней границы Яв при односторонней доверительной вероятности а о = 0,95, ог времени t испытаний (а) и от точности б при а = 0,9 (б)
18
даже |
для |
подтверждения |
относительно |
невысокого |
уровня |
|||
ЯСр = |
Ю-7, |
необходимого |
для |
обеспечения |
удовлетворительной |
|||
работы железнодорожных |
ЭСА и ТУ, |
объем испытаний |
оказы |
|||||
вается значительным (примерно 3 ,3 - 1 0 5 |
шт. при /=104 |
и 6= 0,1), |
||||||
а при |
требованиях большей надежности — практически |
невыпол |
нимым. В этом случае единственным выходом являются ускорен ные испытания.
§ 5. Ускоренные испытания транзисторов
Ускоренные испытания транзисторов выполняют в основном двумя методами: хранением при высоких температурах и испыта нием с электрической нагрузкой при повышенных мощностях рас сеяния. При испытаниях транзисторов на хранение предполагают, что основным фактором, постепенно приводящим к выходу их из строя, является температура. Повышенная температура активизи рует действие ионизирующих примесей на поверхности перехода, а потому скорость деградации параметров оказывается достаточ но большой.
Этот вывод базируется на уравнении Аррениуса, определяю
щем скорость протекания химической реакции: |
|
|
2Г = |
^ Д |
(13) |
где z — исследуемый параметр |
(например, В, /ко); |
|
А, Е — некоторые константы. |
|
стоимость и |
Преимуществами такого метода являются низкая |
простота испытаний. Однако при испытаниях на хранение не выяв
ляются некоторые механизмы отказов, |
связанные с наличием на |
|
переходах токов и напряжений. |
нагрузкой — более строгий |
|
Метод испытания с электрической |
||
и точный. Наличие на переходах напряжений и токов |
вызывает |
|
проявление дополнительных механизмов отказов сверх |
действую |
щих при повышенной температуре. Напряжение смещения стиму лирует миграцию ионов на поверхности кристаллов. Характерной особенностью при работе транзистора в импульсном режиме (осо бенно для мощных транзисторов) является кумуляция токов в от дельных областях, небольших по сравнению с общей площадью
переходов, вызванная |
конечной скоростью протекания процессов |
в базе и переходах транзисторов. |
|
Кумуляция токов |
может быть вызвана неравномерностью |
толщины базы или распределения примесей в запирающем слое транзистора (диода). Это приводит к дополнительным перегревам отдельных областей переходов и ускорению процессов старения. Вследствие рассеяния мощности Рэл внутри прибора возникают температурные градиенты, увеличивающие возможности от каза.
19