Расчет надежности проетируемого устройства

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОБозначений и Сокращений.. 7

ввЕДЕНИЕ. 8

1. АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ Усилиние сигнала.. ...9

1.1 Класификация усилителей мощности. 9

1.2 Анализ рынка существующих средств усиление сигнала. 11

1.3 Классы усилителей. 14

2. разработка СТРУКТКРНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ схемЫ УсилителЯ мощности.. .…….…..18

2.1 Разработка структурной схемы.. 18

2.2 Разработка принципиальной схемы. Выбор элементов принципиальной схемы 19

2.3 Расчет электрической принципиальной схемы.. 25

2.4 Расчет надежности проетируемого устройства 27

3.РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ И КОНСТРУКТИВНОЕ исполнение устройства ……………………………………………………………………..38

3.1 Проектирование печатной платы.. 38

3.2 Разработка и расчет конструкции готового устройства. 51

3.3 Разработка методики по эксплуатации устройства. 56

ВЫВОДЫ ………………………………………………………….…………….....58 

Список использованных источников …………………………….59

Приложение 1. Перечень элементов ……………………………………....61  

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

УМ – усилитель мощности

ПП – печатная плата

ОДП – одностороння печатная плата

ДПП – двостороняя печатная плата

ЭРЭ – элекрорадиоэлементы

РЭА – радиоэлектроапаратура

ФНЧ – фильтр нижних частот

ТУ – технические условия

Расчет надежности проетируемого устройства

Задание для расчета надежности:

- выполнить окончательный расчет надежности усилителя мощности для минимальных и максимальных величин интенсивности отказов ЭРЭ и времени восстановления их работоспособного состояния;

- для расчета надежности определить условия эксплуатации и вид РЭА, обосновать и определить все допущения и математические соотношения, которые будут приняты при расчетах;

- определить показатели надежности в соответствии с изученной методики проведения окончательного расчета надежности.

- провести анализ полученных показателей надежности и при необходимости привести оптимальные пути ее повышения на этапе проектирования.

Исходные данные:

- схема электрическая принципиальная усилителя мощности (приведена на рис. 2.2);

- температура ЭРЭ оценивается путем анализа работы схемы Э3 без проведения тепловых расчетов;

- режимы электрических нагрузок ЭРЭ выбираются рекомендованными без проведения полного электрического расчета схемы устройства;

- при определении характеристик отказов считается, что период приработки уже прошел, а период старения и износа еще не наступил;

- при отсутствии в справочных данных величин и для некоторых ЭРЭ они равны 0,5; при отсутствии значения - уровне 0,2 ... 1,0 ч.

Теоретические обоснования и расчеты.

1. Определение минимальной наработки на отказ.

По условиям эксплуатации и категорией размещения данный модуль передатчика относится к 1 группе наземной профессиональной РЭА (аппаратура, эксплуатируется в отапливаемых наземных и подземных помещениях). Норма надежности такой РЭА составляет , отсюда .

 2. Определение вида системы по надежности.

 Исходя из назначения, модуль передатчика по периодичности обслуживания относится к обслуживаемых устройств, а по характеру выполняемых функций - к возобновляемым. Возобновляемая система в случае отказа и исправление продолжает выполнять прерванную функцию.

 3. Определение вида отказов.

 Отказ - это событие, которое заключается в частичной или полной потере работоспособности устройства.

Согласно техническим требованиям и задачам на проектирование считаются отказа:

- по возможности прогнозирования - внезапные;

- по времени возникновения - только эксплуатационные;

- по зависимости друг от друга - независимые;

- по способу обнаружения - очевидны;

- по стабильности– стойкие;

- по причине возникновения - конструкционные;

- по закономерности возникновения - случайные;

- по влиянию на систему в целом - приводят к полному отказу.

Обоснование пути определения показателей надежности.

Для определения показателей надежности есть два пути - экспериментальный и теоретический. Поскольку эксплуатационные отказа, а следовательно - и время безотказной работы являются событиями случайными, то для определения показателей надежности тем или иным путем пользуются математическим аппаратом теории вероятности.

Экспериментальный путь предполагает определение показателей надежности ЭРЭ и всей системы (прибора) путем проведения экспериментов и обработку полученных статистических данных по законам теории вероятностей. Хотя это и дает наиболее достоверную оценку надежности, однако в период проектирования более распространенным является теоретический путь. Суть его в том, что зная показатели надежности составных частей (например, ЭРЭ), которые уже определены экспериментально (производителем) и приведены в паспортных или справочных данных, находят методом расчетов показатели надежности всей системы. Поэтому для расчетов показателей надежности модуля передатчика избирается теоретический путь.

Показатели надежности меняются с течением времени и определяются для различных этапов эксплуатации изделия по-разному. Поскольку уже определили, что отказа чисто эксплуатационного характера, то расчеты ведутся именно для таких и только таких отказов.

 Суть показателей надежности и сами законы и формулы для их определения разные для возобновляемых и невозобновляемых систем, причем более громоздкий и длительный процесс определения надежности восстанавливаемых систем. Усилитель мощности в данном случае относится к возобновляемым системам. Однако на участке до первого отказа возобновляемая система по сути надежности аналогичная невозобновляемой. Поэтому для упрощения ведутся расчеты показателей надежности модуля передатчика на участке времени до первого отказа по формуле не возобновляемых систем. Конечно, такой расчет дает очень низкую точность, потому что не учитывает поведения изделия в течение всего срока эксплуатации. Но такой подход вполне возможен для начальной оценки надежности и для сравнения по надежности нескольких вариантов изделия.

Обоснование времени наступления отказов.

Отказа на участке нормальной эксплуатации обусловлены в основном случайными факторами: скрытыми внутренними дефектами, которые не были обнаружены в период приработки и технологическим контролем. Считаются маловероятными, а потому не учитываются отклонения режимов работы, совпадение концентраций внешних нагрузок и внутренних напряжений и наличие ошибок оператора во время работы. С учетом этого принимается, что на участке нормальной эксплуатации интенсивность отказов ЭРЭ есть величина постоянная.

(2.4)

Значения интенсивностей отказов ЭРЭ для нормальных условий приведены в справочных данных. Чтобы найти интенсивность отказов всего усилителя мощности, необходимо знать закон распределения отказов этих ЭРЭ и системы (модуля передатчика). Поскольку по статистике внезапным эксплуатационным отказам в РЭА наиболее присущ экспоненциальное закон распределения, следовательно

                                  (2.5)

где P(t) - вероятность безотказной работы изделия на отрезке времени t.

Однако предположение, что на рабочем участке возникают только внезапные эксплуатационные отказы не совсем точное: исключается возможность возникновения отказов срабатывания и старения. Такое возможно только при достаточно жестком профилактическом техническом обслуживании, или на отрезке времени t<<T_p, или если процессы срабатывания и старения достаточно медленные. Для модуля передатчика (профессиональная РЭА) считается, что процессы срабатывания и старения достаточно медленные.

Определение способа включения ЭРЭ.

В выходных данных установлено, что отказ одного ЭРЭ приводит к отказу всего устройства. Такое включение ЭРЭ по надежности называют основным (последовательным). Оно имеет место, когда схема устройства лишена функциональной избыточности. Действительно, данное устройство не относится к слишком сложных технических систем, поэтому для него не характерна функциональная избыточная. Кроме того, при расчете надежности усилитель мощности не учитываются надежности тех составных частей, отказ которых не приводит к отказу прибора (например, незначительное повреждение корпуса, резиновых ножек и т.п.). Итак, считается включение ЭРЭ основным.

Расчетные соотношения для определения критериев надежности.

1 Среднее время восстановления работоспособного состояния

,                                    (2.6)    

где  - номер группы равнодействующих ЭРЭ.

- суммарная интенсивность отказов j-й ее группы равнодействующих ЭРЭ

- суммарный среднее время восстановления работоспособности всех ЭРЭ, входящих в группу.

Расчет интенсивности отказов модуля в реальных условиях эксплуатации.

Все элементы устройства делятся на группы однотипных; в пределах одной группы интенсивности отказов элементов и среднее время восстановления работоспособного состояния одинаковы для всех ЭРЭ. Данные заносятся в таблицу 2.1.

Интенсивность отказов усилителя мощности без учета категории РЭА (условий эксплуатации объекта установки).

;                                      (2.10)

.

;                                   (2.11)

.

Таблица 2.1 -Даные интенсивности отказов устройства

Значение поправочных коэффициентов для стационарной РЭА, влажности 60 ... 70%, температуры (-10 ... + 35) 0С, нормального атмосферного давления

К₁=1,07; К₂=1,00; К₃=1,00.

С их учетом по формуле

;                              (2.12)

.

;                             ( 2.13)

.