Тип элемента

Позиционное обозначение

Наименование

Параметры и характеристики

Транзисторы биполярные

VT1

КТ315Г

U_кб=10В,I_э=1мА,I_к=100мА, U_кэнас=0,4В

VT2

ГТ311А

U_кб=12В,I_э=15мА,I_к=300мА,

U_{кэ нас}=0,3В

VT3-VT5

КТ315А

U_кб=10В, I_э=1мА, I_к=100мА,

U_{кэ нас}=0,4В

VT6,VT10

МП20

U_кб=5В,I_э=25мА,I_к=100мА,

U_кэнас=0,3В

VT7

КТ602А

U_кб=10В,I_э=0,01мА, I_к=0,075А U_кэнас=3В

VT8

П215

U_кб=5В, I_э=0,2А, I_к=5А,

U_{кэ нас}=0,9В

VT9

П4БЭ

U_кб=10В, I_э=2А, I_к=5А,U_{кэ нас}=0,5В

VT11

П701А

U_кб=10В, I_к=100мА, U_{кэ нас}=0,2В

VT12

П609А

U_кб=3В,I_э=0,25А,I_к=0,3А,

U_кэнас=2В

VT13,VT14

КТ802

U_кб=10В, I_к=5А,U_{кэ нас}=2В

Диоды и стабилитроны

VD1

Д810

U_ст=10В, I_ст=5мА, P=340мВт, диапазон рабочих температур

-60…+125°С

VD6,VD7

Д237Б

I_обр=500мкА, U_обр=400В, U_пр=1В, I_пр=0,3А, диапазон рабочих температур

-60…+125°С

VD8,VD9

Наименование

Позиционное обозначение на Э3

Количество, n_j

λ_i0·10^-6, 1/ч

λ_i0·10^-6 n_j,

1/ч

1

2

3

4

5

Конденсаторы

алюминиевые

электролитические

C1,C3,C4,С5,

C6,C8,С9,С10,

С13,C16,C17,C18,

С19,С20,С22,C23,

C24, С25, С28, С29,С30, С31 C2,C7,С11,C12

C14,С15,С21, С26,С27

31

0,55

17,05

Резисторы постоянные непроволочные

R1,R2,R4,R5,

R6,R8,R9,R11,

R12R13,R14,R15,

R16,R17,R18,

R19,R20,R21,R23,

R24,R26,R27,R28,

R29,R30,R31,R32,

R33,R34,R35,R36,

R37,R39,R40,R41,

R42,R43,R44,R45,

R46,R47,R49,R50

44

0,05

2,20

Резисторы переменные непроволочные

R3,R7,R10,R22,

R25,R38,R48

7

0,5

3,50

Диоды

выпрямительные

маломощные

I ср.выпр<300 мА

VD6,VD7,

2

0,2

0,40

Диодный мост

выпрямительный

I ср.выпр<400 мА

VD2-VD5

1

0,4

0,40

Стабилитроны

маломощные

VD1,VD8,VD9

3

0,9

2,70

Предохранители

FU1,FU2

2

5

10,00

Транзисторы

кремниевые малой мощности

VT1,VT3-T5,VT6, VT8-VT10

8

0,4

3,20

Транзисторы

кремниевые большой

мощности

VT13,

VT14

2

0,5

1,00

Транзисторы

кремниевые средней мощности

VT7,VT11,VT12

3

0,35

1,05

Транзисторы

германиевые малой мощности

VT2

1

0,45

0,45

Трансформатор

питания

Т1

1

0,90

0,90

Σ

105

44,20

Активные элементы

0,6

Резисторы

0,7

Конденсаторы

0,8

Другие элементы

0,8

Наименование

Позиционное обозначение на Э3

Количество, n_j

λ_i0 ·10^-6, 1/ч

λ_i0·10^-6 n_j·К_Э К_Н

1/ч

1

2

3

4

5

Конденсаторы

алюминиевые

электролитические

C1,C3,C4,С5,

C6,C8,С9,С10,

С13,C16,C17,C18,

С19,С20,С22,C23,

C24, С25, С28, С29,С30, С31 C2,C7,С11,C12

C14,С15,С21, С26,С27

31

0,55

34,1

Резисторы постоянные непроволочные

R1,R2,R4,R5,

R6,R8,R9,R11,

R12R13,R14,R15,

R16,R17,R18,

R19,R20,R21,R23,

Суммарная интенсивность отказов по всем группам элементов с учетом условий эксплуатации и нагрузки равна:

(10^-6/ч)

наработка на отказ:

(3)

(ч)

Вероятность безотказной работы за заданное время t_з:

(4)

Среднее время безотказной работы устройства( средняя наработка до отказа):

Гамма-процентная наработка до отказа Т_γ определяется как решение уравнения:

(5)

где γ – доверительная вероятность, принимаем γ=85

В случае экспоненциального распределения времени до отказа:

(6)

(ч)

Среднее время восстановления устройства:

(7)

где τ_i – среднее время восстановления i-го элемента (Приложение 4,[1]) Т_В=0,575 ч

Найдем вероятность восстановления РЭУ за заданное время ν(τ_з). Примем заданное время τ_з=1 ч. Отсюда

(8)

Вероятность отказа:

Q=1-Р_Σ(t) (9)

Q=1-0,54=0,46

По условию курсового проекта вероятность безотказной работы за заданное время t_з должна быть равна P_з(t_з=10000 ч)=0,7. Полученная расчетным способом вероятность безотказной работы за заданное время t_з равна 0,56, что гораздо ниже, чем 0,7. Одним из способов повышения надежности является резервирование.

3. Обоснование метода резервирования для функционального узла РЭУ

Резервирование – введение в техническое устройство дополнительного числа компонентов и связей по сравнению с минимально необходимым для его нормального функционирования.

Резервирование бывает общее, поэлементное и смешанное. Цель резервирования – повысить надежность устройства.

При общем резервировании резервируется все изделие, то есть в случае выхода из строя оно заменяется таким же.

При поэлементном резервировании резервируются отдельные части изделия и в случаи отказов они заменяются на идентичные.

При смешанном резервировании крупные и наиболее ответственные части изделия имеют общее резервирование, а остальные – поэлементное

Как уже говорилось ранее, по способу введения резерва различают три вида резервирования:

• Постоянное

• Скользящее

• Замещением

Постоянное включение характеризуется тем, что все резервные элементы включены постоянно и находятся в рабочем состоянии в течение всего времени работы основных элементов. Постоянное резервирование эффективно только в том случае, если возникающие в РЭА отказы являются статически независимыми, т.е. не влияют друг на друга.

Скользящее включение резервных элементов применительно лишь в том случае, если изделие состоит только из однотипных элементов. Оно характеризуется тем, что любой резервный элемент может заменять любой основной, вышедший из строя. Преимуществом такого резервирования по отношению ко всем перечисленным выше видам является то, что при автоматическом устройстве оно дает наибольшую надежность

При резервировании замещением функции основного элемента передаются резервному элементу только после отказа основного. Для подключения резервного элемента используется переключающее устройство. Такие устройства могут работать в автоматическом режиме либо быть ручными.

Основной характеристикой резервирования замещением является кратность резерва, выражаемая несокращенной дробью и определяемая отношением количества резервных элементов к количеству основных элементов, резервируемых резервными элементами.

При резервировании замещением резервные элементы до вступления их в работу могут находиться в одном из трех режимов нагружения:

• В нагруженном

• В ненагруженном

• В облегченном

В нагруженном режиме резерв находится в таком же электрическом режиме, что и основной элемент, и его ресурс вырабатывается одновременно с ресурсом основного элемента, так же, как и при постоянном резервировании.

В облегченном режиме ресурс резервных элементов начинает расходоваться с момента включения всего устройства в работу, однако интенсивность расхода ресурса резервных элементов до момента включения их вместо отказавших значительно ниже, чем при обычных рабочих условиях.

В ненагруженном режиме резервные элементы начинают расходовать свой ресурс только с момента включения их в работу вместо отказавших.

Основные достоинства резервирования замещением:

• Больший выигрыш в надежности по сравнению с постоянным резервированием в случаях ненагруженного и облегченного резерва;

• Отсутствие необходимости дополнительной регулировки в случае замещения основного элемента резервным, так как основной и резервный элементы одинаковы.

Основные недостатки резервирования замещением:

• Сложность технической реализации и связанное с этим увеличение массы, габаритов, и стоимости всего резервируемого РЭУ;

• Перерыв в работе в случае замещения отказавшего элемента;

• Необходимость иметь переключающее устройство высокой надежности.

• Характер отказа элементов при резервировании замещением не играет роли, так как отказавший элемент отключается от электрической схемы и вместо него подключается исправный.

С учетом выше изложенного, для повышения надежности и улучшения показателей безотказности исследуемого УНЧ на транзисторах КТ802 разумно и оправданно применение общего резервирования замещением с целой кратностью в ненагруженном режиме.

Методы анализа безотказности зависят от того, в каком режиме нагружения находится резерв.

Рассмотрим анализ безотказности РЭУ при наличии резервирования замещением с ненагруженным режимом работы резервных элементов. Разобьем схему на 5 узлов по 21 элемент в каждом.

Выражения для определения вероятности безотказной работы за время t в случае одного основного элемента и m-1 резервных имеют вид:

	(11)
	(12)

Для простоты расчетов примем t=t_з=10000ч. Т.к. узел содержит 21 элементов, то возможно воспользоваться резервированием с кратностью 2, т.е. резервных элементов должно быть по крайней мере m=42 и соответственно

m-1=41. Сведем в таблицы 3.1 и 3.2 результаты вычислений по блокам до резервирования и после соответственно.

Таблица 3.1 Вероятности безотказной работы блоков до резервирования

Таблица3.2 Вероятности безотказной работы блоков после резервирования

Среднее значение вероятности безотказной работы всего устройства будет равно:

Т. о. после резервирования устройство проработает 10000 часов с вероятностью безотказной работы, равной 0,804, что больше, чем 0,7 и удовлетворяет предъявляемым требованиям. При этом на каждый основной элемент должно приходиться 2 резервных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Входе выполнения курсового проекта был произведен расчет показателей надежности УНЧ на транзисторах КТ802. Для повышения надежности устройства с целью улучшить показатели безотказности было применено общее резервирование замещением с кратностью резервирования, равной двум. После резервирования вероятность безотказной работы функционального узла РЭА составила P`(t) = 0,804, что полностью удовлетворяет заданию на курсовой проект, согласно которому вероятность безотказной работы устройства за заданное время t_з=10000 ч. должна быть не меньше, чем 70%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности. – Мн.: Дизайн ПРО, 1998. – 335 с.

2. Боровиков С.М. Теоретические основы конструирования, технологии и надёжности: Учеб.-метод. пособие к курсовому проектированию для студ. спец. «Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и «Проектирование и производство РЭС». – Мн.: БГУИР, 2004, – 55 с.

3. А.П.Ястребов. Проектирование и производство радиоэлектронных средств. – С-П.: Учеб. Пособие, 1998, – 279 с.