Анализ, оценка и обеспечение надежности миниатюрного микромощного радиопередатчика - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Анализ, оценка и обеспечение надежности миниатюрного микромощного радиопередатчика

Структурная схема устройства. Миниатюрный микромощный радиопередатчик: классификация по назначению; выбор номенклатуры задаваемых показателей надежности; установление критериев отказов и предельных состояний. Расчет показателей ремонтопригодности.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

ОДК 621.3.019 Министерство образования и науки Украины
Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского
Факультет радиотехнических систем летательный аппаратов
Кафедра производства радиоэлектронных систем летательных аппаратов
к курсовому проекту по курсу «Физико-теоретические основы конструирования электронных аппаратов»
АНАЛИЗ, ОЦЕНКА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МИНИАТЮРНОГО МИКРОМОЩНОГО РАДИОПЕРЕДАТЧИКА
Расчетно-пояснительная записка по курсовому проекту: 41 страниц, 11 рисунков, 13 таблиц, 2 приложений, 6 источников.
Объектом исследования является миниатюрный микромощный радиопередатчик.
Целью данной работы является изучение и практическое применение методов анализа надежности и безотказности радиоэлектронной аппаратуры.
Для данного объекта был проведен анализ свойств и условий его применения, а так же анализ критериев отказов и предельных состояний. Было проведено распределение требований по надежности и ориентировочный расчет надежности по отдельным функциональным узлам, уточненный расчет надежности и расчет поля допуска на определяющий параметр одного функционального узла, а так же расчет параметрической надежности функционального узла. Были рассчитаны показатели безотказности, ремонтопригодности и комплексные составляющие всего устройства и его отдельной функциональной части.
ВЕРОЯТНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОТКАЗНОСТЬ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ, РЕСУРС, РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ, ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТКАЗОВ, РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.
На сегодняшний день создается большое количество новых радиоэлектронных приборов по усовершенствованным технологиям и с использованием современной элементной базы. Одной из основных задач такого проектирования является обеспечение требуемого уровня надежности электронной аппаратуры, т. к. низкая надежность является одной из причин преждевременного снятия объектов с эксплуатации, экономического простоя, увеличения затрат на гарантийное обслуживание, комплектов запасных частей, снижению эффективности применения ответственной техники.
Надежность техники должна обеспечиваться системно, охватывая все стадии жизненного цикла изделий, поэтому целью данной курсовой работы является проведение комплексного анализа надежности и безотказности микромощного радиопередатчика. Будет проведен ориентировочный расчет надежности всего устройства и сравнение с заданными значениями. Также более детально будет рассмотрен один из функциональных узлов, для которого будет проведен уточняющий расчет надежности, и, обобщив результаты, сможем сделать выводы о надежности данного узла.
Ожидаемым результатом должно быть получение данных об уровне надежности прибора, сможем выявить какие-то недостатки и предложить пути их устранения.
1 . АНАЛИЗ ОБЪЕКТА И УСЛОВИЙ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
Исследуемый в данной курсовой работе миниатюрный микромощный передатчик (ММП) относится к наземной, носимой (переносной), бытовой радиоэлектронной аппаратуре (РЭА). По категории размещения РЭА на объекте эксплуатации и условий эксплуатации относится к IV группе, т.е. к аппаратуре, работающей на открытом воздухе, в условиях движения. Категория размещения - для работы и эксплуатационного хранения в помещениях с искусственным климатом и для кратковременной работы в других условиях, в том числе и на открытом воздухе.
Схема электрическая принципиальная ММП представлена в прил. А. Данное устройство состоит из четырех функциональных узлов (ФУ) (см. рис. 1.1). Перечень элементов представлен в прил. Б.
Рисунок 1.1 - Структурная схема устройства: а) ФУ №1 - входной блок; б) ФУ№2 -микрофонный усилитель; в) ФУ№3 - задающий высокочастотный генератор; г) ФУ№4 - усилитель мощности
Микрофонный усилитель (ФУ №2) собран на транзисторе VT1, VT2 образует задающий высокочастотный генератор (ФУ №3). Его частота зависит от индуктивности L1 и емкости между электродами сток-затвор VT2. Через резистор R5 на варикап VD2 подается начальное смещение.
Нагрузкой микрофонного усилителя служит R6, c помощью С4 закорачиваются на корпус высокочастотные составляющие. Для увеличения громкости звука следует увеличить емкость конденсаторов С1 и С3.
На транзисторе VT3 собран усилитель мощности (ФУ №4) с коэффициентом усиления около 5-7. Конденсатор С11 нужен для нагрузки выходного каскада при использовании короткой антенны (менее 0,5 м).
1.2 Анализ условий применения объекта
Для обеспечения необходимых условий применения рассматриваемого объекта необходимо учитывать следующие нормативные внешние воздействующие факторы (ВВФ):
- длительность ударного импульса, - 16 мс;
б) прочность при транспортировании (в упакованном виде):
- длительность ударного импульса - 11 мс;
г) пониженное атмосферное давление - 70 кПа;
2 . РАЗРАБОТКА ТРЕБОВАНИЙ К НАДЕЖНОСТИ ОБЪЕКТА
2.1 Классификация объекта по назначению
миниатюрный микромощный радиопередатчик надежность
ММП - это изделие конкретного назначения (ИКН), имеющее один вариант применения. По работоспособности - это изделие вида I, которое в процессе эксплуатации может находиться в двух состояниях - работоспособном и неработоспособном. По режиму применения (функционирования) - это изделие длительного непрерывного применения (НПДП) и многократного циклического применения (МКЦП), восстанавливаемое, необслуживаемое, ремонтируемое обезличенным способом. Исследуемый объект относится к категории изделий, переход которых в предельное состояние при применении по назначению не ведет к катастрофическим последствиям. Основным процессом, определяющим переход в предельное состояние, является изнашивание.
2.2 Выбор номенклатуры задаваемых показателей надежности (ПН)
Ссылаясь на представленные выше классификационные признаки исследуемого объекта была определена номенклатура задаваемых ПН. К ней относится комплексный ПН - коэффициент технического использования К т. и. , показатели безотказности - интенсивность отказов всего устройства в пределах заданной наработки, средняя наработка до отказа, показатель ремонтопригодности - среднее время восстановления работоспособного состояния.
Для исследуемого устройства задались следующими ПН:
- вероятность безотказной работы на непрерывном участке Р(t б.р. )=0,96;
- время безотказной работы t б.р =600 ч.;
- коэффициент готовности К г =0,98;
- среднее время восстановления Т в =2 ч.;
- коэффициент технического использования К т.и. =0,98.
2.3 Установление критериев отказов и предельных состояний
Критериями отказов для ФУ №1 являются:
- прекращение выполнения изделием заданных функций - отсутствие сигнала на выходе микрофона;
- снижение качества функционирования - уменьшение мощности звукового сигнала и увеличение шумовой составляющей.
Критериями отказов для ФУ №2 являются:
- прекращение выполнения изделием заданных функций - отсутствие сигнала на выходе усилителя;
- снижение качества функционирования - уменьшение мощности звукового сигнала и уменьшение коэффициента усиления ниже пределов допустимого уровня.
Критериями отказов для ФУ №3 являются:
- прекращение выполнения изделием заданных функций - отсутствие генерируемого сигнала;
- снижение качества функционирования - частота генерируемого сигнала выходит за приделы диапазона заданных частот.
Критериями отказов для ФУ №4 являются:
- прекращение выполнения изделием заданных функций - отсутствие сигнала на выходе усилителя;
- снижение качества функционирования - уменьшение мощности звукового сигнала и уменьшение коэффициента усиления ниже пределов допустимого уровня.
Критериями отказов всего устройства являются:
- прекращение выполнения изделием заданных функций - полное отсутствие каких-либо проявлений сигнала на выходе устройства;
- снижение качества функционирования - изменение частоты за пределы допустимого уровня, снижение мощности выходного сигнала.
3 . РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ПО СОСТАВНЫМ ЧАСТЯМ
Предполагается простейший поток отказов отдельных элктрорадиоэлементов (ЭРЭ) и функциональных узлов изделия. В устройстве все элементы данного типа равнозначны, т.е. величины интенсивностей отказов л i одинаковы. Все элементы работают в номинальном режиме.
Интенсивности отказов всех элементов постоянны, т.е. процессы деградации не учитываются, а отказы отдельных элементов являются событиями независимыми. Все элементы работают одновременно, в смысле надежности находятся в последовательном соединении.
Была определена средняя интенсивность отказов для каждого функциональные узла элементов элем согласно ДСТУ 2992-95(см. табл. 3.1).
Таблица 3.1 - Средняя интенсивность отказов отдельных типов элементов
На основании таблицы 3.1 и перечня элементов была найдена средняя интенсивность отказов для каждого ФУ ?ФУ i (см. табл. 3.2):
Таблица 3.2 - Средняя интенсивность отказов каждого ФУ
Дальше нам надо найти коэффициенты пропорциональности, которые показывает удельный вес каждого ФУ относительно уровня интенсивности отказов всего объекта:
Результаты расчета представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Коэффициенты пропорциональности каждого ФУ
Для проверки правильности расчета коэффициентов пропорциональности была найдена их сумма ?К ФУ i =1. Дальше была определена заданная интенсивность отказов всего устройства:
л з =-lnP з (t б.р. )/t б.р. .(3.3)
С учетом найденных весовых коэффициентов и заданной интенсивности отказов всего устройства были рассчитаны заданные интенсивности отказов для каждого ФУ по формуле:
Заданная вероятность безотказной работы c учетом норм надежности каждого ФУ была определена по формуле:
Р зФУ i (t б.р. )=1-л зФУ i ·t б.р. .(3.5)
Результаты расчета л зФУ i и Р зФУ i представлены в таблице 3.4.
Таблица 3.4 -Значения интенсивностей отказов и вероятностей безотказной работы, л зФУ i и Р зФУ i каждого ФУ
4 . ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ
На основании перечня элементов и справочных данных по базовым интенсивностям отказов отдельных типов элементов была составлена таблица с данными для расчета.
Таблица 4.1 - Исходные данные для ориентировочного расчета
Суммарная интенсивность отказов, N j ·л 0 i ·10 -6 , ч
4.2 Расчет показателей надежности и сравнение с заданными
4.2.1 Расчет показателей безотказности
Расчетная вероятность безотказной работы каждого ФУ была найдена по формуле (3.5), а всего устройства по формуле (4.1).
Р расч (t б.р. )= рФУ i (t б.р. ).(4.1)
Результаты расчетов заданных и найденных интенсивностей отказов (л з , л р ) и вероятностей безотказной работы (Р з , Р р ) представлены в таблице 4.2. График зависимости вероятности безотказной работы всего устройства от времени представлен на рис. 4.1.
Таблица 4.2 - Сравнительный анализ расчетных и заданных ПН
В результате Р расч (t б.р.. ) . =0.963
Необходимым условием данного расчета является выполнение следующих неравенств: л з i ? л р i , Р з i ?Р р i .
4.2.2 Расчет показателей ремонтопригодности
Изначально было выбрано заданное среднее время восстановления устройства Т вз =2 ч.
Было найдено расчетное среднее время восстановления всего устройства:
Т в =?л ?ФУ i ·(Т о.о. i +Т у.о. i )/ л ? ,(4.3)
где Т о.о. i , Т у.о. i - среднее время обнаружения и устранения отказа каждого из ФУ (см. табл. 4.3).
Таблица 4.3 - Исходные данные для расчета Т в
Необходимым условием в расчете данного подраздела является выполнение неравенства: Т в ?Т вз .
4.2.3 Расчет комплексных показателей надежности
По (4.4) был рассчитан коэффициент готовности изделия.
К г (t)=Т/(Т+Т в )+Т в /(Т+Т в )·ехр{-t•( л ? +1/Т в )},(4.4)
где Т=1/ л ? =1,608·10 4 ч - среднее время наработки до отказа всего устройства.
Необходимо, чтобы выполнялось неравенство: К г (t б.р. )?К гз .
Поскольку полученное нами значение К г (t б.р. )=0,9999, а заданное К гз =0,98, то заданные требования выполняется.
График зависимости коэффициента готовности изделия от времени представлен на рис. 4.2.
По (4.5) был найден коэффициент оперативной готовности К ог (t б.р. )=0,963.
К ог (t)=К г (t)•e{- л ? ·t б.р. }.(4.5)
График зависимости коэффициента оперативной готовности изделия от времени представлен на рис. 4.3.
Кроме того, по (4.6) найден коэффициент технического использования.
К т.и (t) . =К г (t)•t д /t ном ,(4.6)
где t ном =17520 ч - время, на протяжении которого объект используется по назначению;
t д = t ном -t ? B - t ?ТО - действительное время работы,
где t ?ТО =100 ч - время технического обслуживания.
В свою очередь t ? B определяется по формуле:
где n в = л ? ·t ном =1,089 - среднее число ремонтов за время t ном .
Таким образом К т.и (t б.р. ) . =0,994
Рисунок 4.1 - График зависимости вероятности безотказной работы всего устройства от времени: а) P_br - расчетная вероятность безотказной работы; б) Pzad - заданная вероятность безотказной работы
Рисунок 4.2 - График зависимости коэффициента готовности объекта от времени
Рисунок 4.3 - График зависимости коэффициента оперативной готовности объекта от времени
Рисунок 4.4 - График зависимости коэффициента технического использования объекта от времени
Целью данного расчета является уточненная оценка показателей безотказности и других ПН на основе использования более адекватных моделей отказов и более полного учета факторов, влияющих на безотказность объекта.
5.1 Исходные данные и предварительный анализ
Уточненный расчет проводился для ФУ №2. Узловые напряжения были рассчитаны с использованием программы Electronics Workbench (см. рис. 5.1).
Рисунок 5.1 - Фрагмент расчета узловых напряжений с использованием программы Electronics Workbench
Карта напряжений, позволяющая рассчитать электрический режим любого элемента ФУ, представлена в табл. 5.1.
Таблица 5.1 - Карта напряжений для исследуемого ФУ
Перечень комплектующих элементов по данному ФУ представлен в прил. Б. Поскольку специальные элементы теплозащиты не предусмотрены, то берем максимальную температуру окружающей среды Т=50°С. Результаты вибрационного расчета и расчета на ударную прочность предполагаются брать усредненными и учитываются с помощью коэффициентов, определяемым по таблицам в зависимости от условий эксплуатации.
Перед уточненным расчетом был проведен качественный анализ элементной базы ФУ и выделены:
- элементы, имеющие постоянную интенсивность отказов (контактные пайки, резисторы постоянной емкости R3, R4, керамические конденсаторы C1, C3, С4);
- элементы, имеющие непостоянную интенсивность отказов, подверженные при эксплуатации износу (транзистор VT1).
5.2 Уточненный расчет надежности по внезапным отказам
Для каждого элемента схемы определяется уточненное значение интенсивностей отказов по соотношению:
где л 0 -базовая интенсивность отказов типа элементов, определенных при нормальных климатических условиях и нормальном электрическом режиме;
i - поправочные коэффициенты, учитывающие условия и режимы эксплуатации изделий, особенности конструкции, отработанности технологического процесса и др.
Для резисторов R3, R4 л 0 =0,07•10 ч (пленочные высокостабильные), справочные значения некоторых констант, используемых для определения поправочных коэффициентов, составляют: Е а =0,08, А=0,71, В=1,1.
По (5.2) был найден коэффициент влияния повышенной температуры (см. табл. 5.2).
По 5.3 были найдены коэффициенты влияния мощности рассеяния (см. табл. 5.2). Коэффициент влияния жесткости электрического режима был найден по (5.4) (см. табл. 5.2).
где S=P раб /P ном -коэффициент нагрузки;
P раб , P ном - рабочая и номинальная мощности резистора соответственно.
Значение коэффициента влияния уровня качества =10. Значение коэффициента влияния жесткости условий эксплуатации =16 (см. табл. 5.2).
С учетом всех найденных коэффициентов влияния и базовой интенсивности отказов, были найдены интенсивности отказов при эксплуатации для резисторов (см. табл. 5.2).
Для конденсаторов С1, С3, С4 - л 0 =0,00099•10 ч (керамические общего назначения), справочные значения некоторых констант, используемых для определения поправочных коэффициентов, составляют: Е а =0,35, А=3, В=0,6, Д=0,09 (см. табл. 5.3).
По (5.2) был найден коэффициент влияния повышенной температуры и по (5.5) коэффициент влияния емкости (см. табл. 5.3).
Значение коэффициента влияния последовательного сопротивления =1, коэффициент влияния уровня качества =10, коэффициент влияния жесткости условий эксплуатации =20. С учетом всех найденных коэффициентов влияния и базовой интенсивности отказов, были найдены интенсивности отказов при эксплуатации для конденсаторов (см. табл. 5.3).
Таблица 5.2 - Значение коэффициентов влияния, констант и уточненное значение интенсивностей отказов для резисторов
Таблица 5.3 - Значение коэффициентов влияния, констант и уточненное значение интенсивностей отказов для конденсаторов
Общая уточненная интенсивность внезапных отказов по данному ФУ определяется суммой уточненных внезапных отказов ЭРИ, л ут. i =1,712•10 -6 ч. График зависимости вероятности безотказной работы от времени исследуемого ФУ по внезапным отказам представлен на рис. 5.1.
Рисунок 5.1 - График зависимости вероятности безотказной работы от времени при внезапных отказах исследуемого ФУ
5.3 Уточненный расчет надежности по деградационным отказам
Аналогично подразделу 5.1 для биполярного высокочастотного малошумящего транзистора были определены базовая интенсивность отказов л 0 =0,18•10 ч и по (5.6)-(5.9) некоторые коэффициенты влияния (см. табл. 5.4).
где - температура перехода, °С по (5.7).
где =50 °С - температура окружающей среды;
=70 °С/Вт - тепловое сопротивление «переход-корпус»;
P - мощность рассеивания, P=3,2 мВт.
где P - номинальная мощность, P=0.25 Вт.
где - коэффициент электрической нагрузки, 0Анализ, оценка и обеспечение надежности миниатюрного микромощного радиопередатчика курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме Литература - Гинекология (ОПУХОЛИ ЯИЧНИКОВ)
Реферат: Henry Ford 3 Essay Research Paper weIn
Реферат: Навигационная и пушкарская школы Петра І
Реферат: Механизм применения антимонопольных законов
Лабораторная работа: Расчет основных параметров правильно-натяжной машины
Реферат по теме Неопределенные бинарные квадратичные формы
Реферат: Of Mice And Men Essay Essay Research
Курсовая работа: Товарные биржи. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме История Древней Греции
Остановка Сердца Реферат
Контрольная Работа На Тему Общая Характеристика Брачных Отношений
Реферат по теме Организация управления инновациями в городе Москве
Курсовая работа: Особенности дезадоптации молодых семей
Курсовая работа по теме Право на жизнь и проблема применения смертной казни в Российской Федерации
Дипломная работа по теме Принципы и содержание маркетинговой деятельности организации
Реферат по теме Отрасли, субъекты и принципы международного права
Учебное пособие: Сигналы и их характеристика
Контрольная работа по теме Экологический контроль
Сочинение по теме «Крейцерова соната»в четыре руки
Доклад по теме Sportster Voice 28.8 Инсталляция & Проблемы и решения
Судебное разбирательство по делам несовершеннолетних - Государство и право курсовая работа
Гетеротрофные организмы. Окисление органических веществ (дыхание) для энергетического обеспечения жизнедеятельности - Биология и естествознание реферат
Принципы картографии - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа