Надежности устройства

Аналитически это записывается в виде:

(2.4)

где – математическое ожидание функции .

Условие (2.4) выполняется при таком положении точки, когда:

(2.5)

Другими словами, задача оптимизации надежности устройства сводится к отысканию точки (), для которой выполняется условие (2.5).

Описание лабораторной установки

В данной лабораторной работе исследуется усилитель низкой частоты, предназначенный для усиления синусоидального напряжения в диапазоне 50Гц – 50 кГц с коэффициентом усиления К = 3 при изменении температуры от – 40⁰ до +70⁰ С и напряжении питания 10 В 20% (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Принципиальная схема усилителя низкой частоты

В общем случае, работоспособность этого усилителя будет зависеть от большого числа определяющих входных параметров. Отметим, что под определяющими входными параметрами могут пониматься как характеристики входных сигналов и элементов, так и внешние факторы, воздействующие на его функционирование, например, температура окружающей среды, колебания напряжения питания, механические воздействия и т.п.

Матричные испытания с учетом всех определяющих параметров даже для этого простого усилителя были бы чрезвычайно трудоемки. Такие испытания требуют применения приборов, позволяющих автоматизировать процесс испытаний, например, автомата матричных испытаний (АМИ), в своей основе представляющего собой аппаратное воплощение известного генератора случайных чисел.

Поэтому в данной работе учитывалось влияние на работоспособность усилителя только схемных элементов (резисторов и транзистора).

Отказом считался уход коэффициента усиления усилителя на частоте 1000 Гц от величины К = 3 10%. Исследования влияния резисторов и транзистора (по коэффициенту β), результаты которых приведены на рис. 2.4, показали, что в качестве определяющих параметров усилителя целесообразно взять резисторы R_j и R_K, а также параметр транзистора.

Рис. 2.4. Влияние параметров резисторов и транзисторов на коэффициент усиления и работоспособность усилителя

Для матричных испытаний усилителя устанавливались транзисторы типа МП-41, у которых параметр b имел крайние значения по ТУ b_min =20 и b_max =60 и резисторы типа МЛТ – 0,5. Для испытаний используется макет, в котором изменение b осуществляется переключателем, а в специальные гнезда подключаются стандартные магазины сопротивлений класса 0,2, имитирующие различные значения R_Э и R_К. На вход усилителя подключается звуковой генератор, а на выход – цифровой вольтметр (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Блок-схема установки для проведения матричных испытаний

При проведении матричных испытаний, интервал изменения определяющих входных параметров R_Э и R_К делится на 9 квантов. Значения параметров R_э и R_к соответствующие серединам квантов, равны:

R_i^I = R_iном. – 20%, R_i^II = R_iном. – 15%, R_i^III = R_iном. – 10%,

R_i^IV = R_iном. – 5%, R_i^V = R_iном., R_i^VI = R_iном. + 5%,

R_i^VII = R_iном. + 10%, R_i^VIII = R_iном. + 15%, R_i^IX = R_iном. + 20%.

Таким образом, число ситуаций в данном случае m₁ =2, m₂ =0, m₃ =9, равно из (2.2):

N = 2 ´ 9 ´ 9 = 162.

Матрица ситуаций для рассматриваемого случая приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Таблица матрицы ситуаций

4. Порядок выполнения работы

1) Собрать установку согласно блок-схемы на рис. 2.5. Напряжение питания установить равным 10 В, напряжение на выходе звукового генератора установить равным U_вх. = 0,05 В.

2) Произвести перебор всех ситуаций, устанавливая с помощью переключателя значения b и с помощью магазинов сопротивлений значения R_Э и R_к в соответствии с таблицей (рис. 2.6). Отказом считается выход коэффициента усиления за пределы значений К =3±10%. При постоянном значении входного сигнала U_вх. = 0,05 В определяет предельный уход значений сигнала на выходе в виде 0, а исправную работу в виде 1 в соответствующих клетках.

3) Произвести анализ работоспособности усилителя при различных значениях и при различных разбросах параметров R_Э и R_К,путем подсчета процента отказов по формуле:

Q = ,

где N – общее число ситуаций (в нашем случае, N =162); N_отк – число отказовых ситуаций (число 0 в таблице рис. 2.6).

4). Сделать выводы по проделанной работе. На основе проведенных испытаний указать возможные пути повышения надежности испытуемого усилителя и дать рекомендации по оптимальной настройке его схемы.