Номинальное входное и выходное напряжение модуля — 0,25 В, потребляемый ток не превышает 15 мА, нелинейные искажения Кг<0,07 %.
2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ.
2.1. РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ.
Расчёт надёжности проводится на этапе проектирования. Для расчёта задаются ориентировочные данные. В качестве температуры окружающей среды может быть принято среднее значение температуры внутри блока. Для большинства маломощных полупроводниковых устройств она не превышает 400С.
Для различных элементов при расчётах надёжности служат различные параметры. Для резисторов и транзисторов это допустимая мощность рассеяния для конденсаторов допустимое напряжение, для диодов – прямой ток. Коэффициенты нагрузок для элементов каждого типа по напряжению могут быть определены по величине напряжения источника питания. Так для конденсаторов номинальное напряжение рекомендуется брать в 1,5 – 2 раза выше напряжения источника питания. Рекомендуемые коэффициенты приведены в таблице 1.
| Наименование элемента | Контролируемые параметры | Коэффициент нагрузки | |
| Импульсный режим | Статический режим | ||
| Транзисторы | РКДОПkН = РФ/РКДОП | 0,5 | 0,2 |
| Диоды | IНРМАХkН = IФ/IПРТ | 0,5 | 0,2 |
| Конденстаторы | UОБКЛkН = UФ/UОБКЛ. | 0,7 | 0,5 |
| Резисторы | РТРАСkН = РФ/РДОП | 0,6 | 0,5 |
| Трансформаторы | IНkН = IФ/IНДОП | 0,9 | 0,7 |
| Соединители | IКОНТАКТАkН = IФ/IКДОП | 0,8 | 0,5 |
| Микросхемы | IMAX_ВХ/ IMAX_ВХ | - | - |
Допустимую мощность рассеяния следует брать в качестве номинального параметра. Фактическое значение параметра надо брать в половину меньше согласно таблице 1.
Для конденсаторов номинальным параметром в расчёте надёжности считается допустимые напряжения на обкладках конденсатора. В большинстве схем этот параметр не указывается. Его следует выбирать исходя из напряжения источника питания. Uн , для конденсатора следует брать в 2 раза больше (или в 1,5) больше напряжения источника питания. При этом следует учитывать, что согласно ГОСТу конденсаторы выпускают на допустимое напряжение (в вольтах) 1; 1,6; 2,5; 3,2; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 350.
Конденсаторы на более высокие допустимые напряжения на обкладках, в схемах курсового и дипломного проектирования практически не применяются.
Фактическое значение (Uн) для конденсаторов в расчёте надёжности следует брать в половину меньше выбранного.
Для транзисторов номинальный параметр Pk допустимое следует брать из справочников.
Для диодов контролируемый параметр величина прямого тока Iпр. Брать в справочниках.
Фактическое значение параметров этих элементов следует брать исходя из рекомендации таблицы 1.
При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается. Она так же возрастает, если элемент эксплуатируется в более жёстких условиях: при повышенной температуре влажности, при ударах и вибрациях. В стационарной аппаратуре, работающей в отапливаемых помещениях, наибольшее влияние на надёжность аппаратуры имеет температура.
Определяя интенсивность отказов при t0 = 200С приведены в таблице 2.
Интенсивность отказов обозначается l0. Измеряется l0 в (1/час).
Таблица 2
| Наименование элемента | l0*10-6 1/час |
| Микросхемы средней степени интеграции Большие интегральные схемы | 0,013 0,01 |
| Транзисторы германиевые: Маломощные Средней мощности Мощностью более 200мВт | 0,7 0,6 0,01 |
| Кремниевые транзисторы: Мощностью до 150 мВт Мощностью до 1 Вт Мощностью до 4 Вт | 0,84 0,5 0,74 |
| Высокочастотные транзисторы: Малой мощности Средней мощности | 0,2 0,5 |
| Транзисторы полевые: | 0,1 |
| Конденсаторы: Бумажные Керамические Слюдяные Стеклянные Плёночные Электролитические (алюминиевые) Электролитические (танталовые) Воздушные переменные | 0,05 0,15 0,075 0,06 0,05 0,5 0,035 0,034 |
| Резисторы: Композиционные Плёночные Угольные Проволочные | 0,043 0,03 0,047 0,087 |
| Диоды: Кремниевые Выпрямительные Универсальные Импульсные | 0,2 0,1 0,05 0,1 |
| Стабилитроны Германиевые | 0,157 |
| Трансформаторы: Силовые Звуковой частоты Высокочастотные Автотрансформаторные | 0,25 0,02 0,045 0,06 |
| Дроссели: Катушки индуктивности Реле | 0,34 0,02 0,08 |
| Антенны Микрофоны Громкоговорители Оптические датчики | 0,36 20 4 4,7 |
| Переключатели, тумблеры, кнопки Соединители Гнёзда | 0,07n 0,06n 0,01n |
| Пайка навесного монтажа Пайка печатного монтажа Пайка объёмного монтажа | 0,01 0,03 0,02 |
| Предохранители | 0,5 |
| Волноводы гибкие Волноводы жёсткие | 1,1 9,6 |
| Электродвигатели: Асинхронные Асинхронные вентиляторные | 0,359 2,25 |
Порядок расчёта.
В таблицу 3 заносятся данные из принципиальной схемы. Таблица заполняется по колонкам. В первую колонку заносится наименование элемента, его тип определяется по схеме. Часто в схемах не указывается тип конденсатора, а даётся только его ёмкость. В этом случае следует по ёмкости выбирать подходящий тип конденсатора в справочнике. Тип элемента заносится во вторую колонку.
Однотипные элементы записываются одной строкой, а их число заносится в колонку 4.
Микросхемы вне зависимости от типа объединяются в одну группу и записываются в одну строку. Это связано с тем, что у них независимо от типа одинаковая интенсивность отказов, и они могут работать в достаточно широком диапазоне температур.
В колонку 4 заносится температура окружающей среды. Её надо определять, исходя из назначения прибора или устройства. Если устройство работает в отапливаемом помещении и не имеет мощных транзисторов, температуру можно брать 400С.
Далее следует заполнить колонку 6, пользуясь теми рекомендациями, которые были даны выше.
Студенту, как правило, не известны фактические параметры элемента. Выбирать их надо, руководствуясь рекомендациями таблицы 1.
Для транзисторов: kн = РФ/РКДОП = РФ/Рн (1)
Для диодов: kн = IФ/IПРСР = IФ/ Iн (2)
Для конденсаторов: kн = UФ/Uн = UФ/(Uu*n)*2 (3)
Для резисторов: kн = РФ/Рн (4)
Зная kн определяем фактическое значение параметра и заполняем колонки 5 и 8.
Если kн в таблице для элемента не указано, то следует ставить прочерк или брать kн = 0,5.
Колонка 7 заполняется по справочнику.
Далее определяется коэффициент влияния (a), который показывает, как влияет на интенсивность отказов окружающая элемент температура в связи с коэффициентом нагрузки. Находят (a) по таблице 4.
| t0C | Значение a при k равном | ||||
| 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1 | |
| Кремниевые полупроводниковые приборы | |||||
| 20 40 70 | 0,02 0,05 0,15 | 0,05 0,15 0,35 | 0,15 0,30 0,75 | 0,5 1 1 | 1 - - |
| Керамические конденсаторы | |||||
| 20 40 70 | 0,15 0,30 0,30 | 0,30 0,30 0,50 | 0,35 0,50 0,70 | 0,65 1,00 1,5 | 1 1,4 2,2 |
| Бумажные конденсаторы | |||||
| 20 40 70 | 0,35 0,50 0,7 | 0,55 0,60 1,0 | 0,70 0,80 1,75 | 0,85 1,00 1,8 | 1,0 1,2 2,3 |
| Электролитические конденсаторы | |||||
| 20 40 70 | 0,55 0,65 1,45 | 0,65 0,80 1,75 | 0,75 0,90 2,0 | 0,90 1,1 2,5 | 1,0 1,2 2,3 |
| Металлодиэлектрические или металлооксидные резисторы | |||||
| 20 40 70 | 0,40 0,45 0,50 | 0,50 0,60 0,75 | 0,65 0,80 1,00 | 0,85 1,1 1,5 | 1,00 1,35 2 |
| Силовые трансформаторы | |||||
| 20 40 70 | 0,40 0,42 1,5 | 0,43 0,50 2 | 0,45 0,60 3,1 | 0,55 0,9 6,0 | 1 1,5 10,0 |
Для германиевых полупроводниковых диодов a брать таким, как у кремниевых. Если в таблице нет таких элементов, которые есть в конкретной схеме, следует спросить у преподавателя, как быть.
Колонка 10 заполняется из соответствующей таблицы 2. (Интенсивность отказов для температуры +200С).
Колонка 11 l1 = a*l0
Колонка 12 lс = l1 *n, где n – количество элементов.
Если изделие испытывает воздействие ударных нагрузок или реагирует на влажность, атмосферное давление, следует учесть это влияние. В этом случае l1 в колонке 11
l1 = l0 * a * a1 * a2 * a3
где a – коэффициент влияния температуры;
a1 - коэффициент влияния механических воздействий;
a2 - коэффициент влияния влажности;
a3 - коэффициент влияния атмосферного давления.
Значения a1, a2 и a3 определяются по следующим таблицам.
Коэффициенты влияния механических воздействий