Расчет надежности усилителя мощности низкой частоты

                                                  ,                                                (10)

где - поправочный коэффициент, определяемый как функция коэффициента , учитывающего электрическую нагрузку, и температуры - для элемента j-го типа.

Коэффициенты нагрузки для резисторов и конденсаторов определяются соответственно по формулам:

                                                        ,                                                     (11)

                                                 ,                                      (12)

где , - допустимая и средняя мощности рассеивания на резисторе; , - номинальное и постоянное напряжение на конденсаторе; - амплитуда импульсного напряжения; - амплитуда переменной составляющей напряжения.

Уточненные значения показателей безотказности  , относительно отказов элементов электрической схемы рассчитываются по формулам, аналогичным выше рассмотренным.

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

 

4.1 Прикидочный расчет

Произведем  прикидочный расчет надежности с  целью проверить возможность  выполнения требований технического задания по надежности, а также сравнению ПН вариантов разрабатываемого объекта. Исходные данные и результаты расчета представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 Исходные данные и результаты прикидочного расчета

Наименование элемента	Тип элемента	Кол. ni	Значение интенсивности  отказов, l×106 1/ч					Суммарные значения интенсивности отказов, × 106 1/ч
			limin	liср		limax		ni×limin	ni×liср	ni×limax
1	2	3	4		5		6	7	8	9
Резисторы	МЛТ-0,25 С2-23	3 31	- -		0,4 0,02		- -	- -	1,2 0,62	- -
Конденса-торы	Электролитичес-кие Керамические	22   2	0,003   0,042		0,035   0,150		0,513   1,64	0,066   0,084	0,77   0,3	11,29   3,28
Динамик	-	2	3,5		5		6,5	7	10	13
МС	Аналоговые	2	0,1		3		6,25	0,2	6	12,5
Пайка	Печатного мон-тажа	145	0,01		0,025		0,15	1,45	3,625	5,8
Основание	Текстолит	1	-		0,01		-	-	0,01	-
Соединительные провода		4	-		0,3		-	-	0,12	-

 

По данным таблицы 1 рассчитываются граничные и средние  значения интенсивностей отказов и средний наработки до отказов.

Суммарные интенсивности  отказов

l_åmin = 8,81×10^-6 1/ч;

l_åср = 22,65×10^-6  1/ч;

l_åmax = 45,88×10^-6  1/ч.

Средняя наработка на отказ согласно формуле (3):

m_min = 1 / l_max = 1 / 45,88×10^-6  = 21798 ч,

m_ср = 1 / l_ср = 1 / 22,65×10^-6  = 44160 ч,

m_mах = 1 / l_min = 1 / 8,81×10^-6  =113507 ч.

По результатам прикидочного расчета можно сказать, что требования технического задания по надежности выполняются, так как среднее и максимальное значения больше . Следовательно, можно переходить к расчету надежности с учетом условий эксплуатации.

 

 

4.2. Расчет с учетом  условий эксплуатации

Расчет безотказности  конструируемого объекта с учетом условий эксплуатации аппаратуры, то есть влияния механических воздействий, высотности и климатических факторов производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по одной из следующих формул:

где l_оj – интенсивность отказов j-го элемента в номинальном режиме (температура окружающего элемента среды 20 ⁰С, коэффициент нагрузки равен 1);

к_1,j, к_2,j, к_3,j, к_4,j – поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно воздействие вибрации, ударных нагрузок, климатических факторов (влажности и температуры) и высоты;

к_1,2,j – коэффициент, учитывающий одновременное воздействие вибрации и ударных нагрузок.

Таблица 2. Расчет с учетом условий эксплуатации блока

Номер и наименование элемента	Обозначение по схеме	Тип элемента	Кол-во эле-мен-тов j-го типа nj, шт	Интен-сив-ность отказов в номи-наль-ном  режиме lоj´106, 1/час	Поправочные коэффициенты						Интен-сивность отказов элемента j-го типа с учетом условий эксплуа-тации, njlojкэj, 1/час
					к1,j	к2,j	к1,2,j	к3,j	к4,j	кэj
Резисторы	R1-R3	МЛТ-0,25	3	0,4	1,04	1,03	1,07	1	1	1,0 7	1,284
	R4-R34	С2-23	31	0,02	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	0,6634
Конденсаторы	C1-C22	Электролитические	22	0,035	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	0,8239
	С23-С24	Керамические	2	0,15	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	0,321
Громкоговорители динамич.			2	5	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	10,7
Микросхе мы	DА1, DА2	Аналоговые	2	3	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	6,42
Пайки			145	0,025	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	3,87875
Основание платы (те кстолит)			1	0,01	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	0,0107
Соединительные провода			4	0,03	1,04	1,03	1,07	1	1	1,07	0,1284

 

Суммарная интенсивность  отказов с учетом условий эксплуатации

l_S^э =24,2302 1/ч.

Средняя наработка на отказ согласно формуле (8):

m_э = 1 / l_Sэ = 1 / 134,84×10^-6  = 41270,9 ч.

Наработка на отказ, рассчитанная с  учётом условий эксплуатации, больше допустимой, что показывает достаточную надёжность УМНЧ. Продолжение разработки имеет смысл.

 

 

4.3. Уточненный расчет

Учитывается отклонение электрической нагрузки ЭРЭ блока  и, окружающей их, температуры от номинальных значений. Уточненная интенсивность отказов  l^у рассчитывается  с помощью поправочного коэффициента a, являющийся функцией коэффициента К_н, учитывающего электрическую нагрузку и температуру Т для каждого элемента.

На   основе  приведенных  формул (11) – (12) рассчитаем значения коэффициентов нагрузки К_н:

для резисторов:

;

для конденсаторов:

В зависимости от полученных значений выберем   по  таблицам  П4.1...П4.4  [1] значения поправочного коэффициента a.

Представим исходные данные и результаты расчетов в таблице 3.

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Уточненный расчет

Номер и наименование элемента	Обозначение по схеме	Тип элемента	Кол-во эле-мен-тов j-го типа nj, шт	Интен-сив-ность отказов с учетом условий эксплу-атации njlojкэj, 1/час	Поправочные коэффициенты			Уточненная интенсивность отказов  элемен-тов j-го типа njljаj 106, 1/час
					кн,j	Тj, 0С	аj
Резисторы	R1-R3	МЛТ-0,25	3	1,284	0,4	40	0,51	0,655
	R4-R34	С2-23	31	0,6634	0,4	40	0,51	0,338
Конденсаторы	C1-С22	Электролитические	22	0,8239	0,5	40	0,3	0,247
	С23-С24	Керамические	2	0,321	0,5	40	0,13	0,042
Громкоговорители динамич.			2	10,7		40	1	10,7
Микросхе мы	STK4122II	Аналоговые	2	6,42		40	1	6,42
Пайки			145	3,87875	1	40	0,5	1,939
Основание платы (текстолит)			1	0,0107	1	40	1	0,011
Соедини тельные провода (хим. способ)			4	0,1284	1	40	1	0,128

 час.                          час.

Уточнённый расчёт показывает превышение допустимой наработки на отказ расчётной. Таким образом, на этом этапе УМНЧ признан достаточно надёжным.

4.4 Расчет надежности с учетом всех видов отказов

Анализ данных отказов  родственной РЭА показывает, что 60% всех отказов вызвано нарушением ЭРЭ принципиальной схемы, 30% - ошибками конструкции и 10% - нарушением технологии изготовления и сборки. В этом случае в качестве N_о берется интенсивность отказов электрической схемы l_сх, тогда l для всего объекта определяется по формуле:

l = l_сх × к_к × к_т,

где к_к и к_т – поправочные коэффициенты, учитывающие увеличение интенсивности за счет ошибок в конструкции и нарушений технологии соответственно.

Коэффициенты к_к и к_т приближенно определяются по формулам:

                                            

                                         

Отсюда находим:

l = 20,48 × 10^-6 × 1,5 × 1,11 = 22,73 × 10^-6 1/час.

 час.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Таблица 4

Этапы расчета		, 1/час	, час	,час	, 1/час
Прикидочный расчет	Cpеднее	22,65	44160	2500	400
Расчёт с учётом условий  эксплуатации		24,2302	41270,9
Уточнённый расчёт		20,48	48827
Расчёт с учётом всех видов отказов		22,73	43988

 

 

В результате расчета  надежности усилителя мощности низкой частоты была определена величина основного показателя, а именно – наработка до отказа, равная 43988 часов. Эта цифра превышает норму показателя надежности для данного усилителя мощности низкой частоты, равную 2500 час. Это означает, что усилитель мощности низкой частоты удовлетворяет требования по надежности ГОСТ 16019-78.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Муромцев Ю.Л., Грошев В.Н., Чернышова Т.И. Надежность радиоэлектронных и микропроцессорных систем: Учебное пособие /Московский институт химического машиностроения. – М.: 1989.
2. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА: Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Радио и связь, 1983.
3. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник /Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. – М.: Радио и связь, 1989.
4. Справочник радиолюбителя, CD, 2001г.