Основные положения расчета надежности функционального узла печатной платы
МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ I НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКIВСЬКИЙ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНIВЕРСИТЕТ
РАДIОЕЛЕКТРОНIКИ
Кафедра РЕС
КОНТРОЛЬНА РОБОТА
з дисципліни
“СИСтеми зв’язку“
Виконав: Перевірив:
ст. гр. ТЗТ доц. каф.
Харків 2010
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
|
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
|
Номинальная
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
|
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
|
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
|
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
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.