Материал: Методы и средства испытаний электронных систем. Никитин Л.Н

или нескольких операторов вызова программ, написанных на базовом языке.

Будущее остается за языками, специально предназначенными для описания процессов испытаний.

Такие языки должны:

-быть просты и доступны персоналу, незнакомому с программированием; использовать словарный набор и синтаксические конструкции, принятые в области испытаний РЭА;

-обеспечить максимальную независимость от конкретной испытательной и контрольно-испытательной аппаратуры, допускать возможность расширения и адаптации к параметрам новой аппаратуры и объектов испытаний;

-обеспечить возможность выполнения вычислений и построения разветвленных программ и процедур.

3.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

3.1.Лабораторная работа № 1. Испытание РЭА на воздействие

тепла и холода

Общие указания

Электронная аппаратура как объект проектирования, производства и эксплуатации состоит из элементов, компонентов и изделий различного структурного уровня. Функционирование РЭА основано на использовании электронных процессов, происходящих внутри структур составляющих ее частей. Воздействие повышенной и пониженной температуры на РЭА приводит к изменению электрофизических свойств материалов (электропроводности, диэлектрических свойств и т.д.), физико-механических свойств материалов (расширение, размягчение, деформация), вследствие чего происходит тепловая неустойчивость, нестабильность электрических параметров, тепловой пробой диэлектриков и p-n переходов полупроводниковых ИС, обрывы и короткие замыкания.

В связи с изложенным является целесообразным:

1) изучить влияние положительных и пониженных температур на изменение физико-механических свойств материалов, электрофизических свойств радиоэлементов;

116

2)ознакомиться с конструкциями камер предназначенных для испытания РЭА на воздействия положительных и пониженных температур;

3)уяснить методику проведения испытаний РЭА на воздействие положительных и отрицательных температур;

4)провести испытание РЭА на воздействие пониженной и повышенной температуры;

5)составить отчет о выполнении лабораторной работы с соответствующими выводами.

Задание к работе и методические указания по их выполнению Задание первое

Изучить влияние отрицательной и положительной температур на радиоматериалы и радиоэлементы и работоспособность РЭА в целом.

Для выполнения данного задания следует проработать теоретический материал в [1, C. 87-101, 165-171; 2, С. 152-162; 3, С. 188-192].

Для обеспечения нормальной работы РЭА и важное значение имеет зависимость их тепловых характеристик.

Повышение температуры РЭА может происходить под воздействием внешних и внутренних факторов, причем это воздействие бывает непрерывным (стационарным), периодическим и апериодическим.

Действие внешних факторов определяется климатическими условиями, расположением РЭА в месте установки (отсек самолета, на корабле, на автомобиле и т. д.) и расстоянием до внешних источников тепла.

Климатические условия характеризуются температурой окружающего воздуха и интенсивностью солнечной радиации.

Как показывает анализ климатических условий, температура воздуха может колебаться в очень широких пределах (от -70 до +68° С), причем верхний температурный предел увеличивается за счет нагрева при воздействии солнечной радиации. Температура и скорость нагрева под действием солнечной радиации зависят от размеров и цвета поверхности радиоаппаратуры, теплопроводности и теплоемкости материала ее шасси, кожуха и других деталей

117

конструкции.

Указанные факторы определяют предельную температуру нагрева, по достижении которой поверхность аппаратуры начинает переизлучать принятое тепло. В зависимости от места установки аппаратуры на температуру и скорость нагрева может оказывать влияние скорость ветра.

Наличие тепловой инерции, обусловленной теплоемкостью Земли и атмосферы, приводит к тому, что хотя максимальная интенсивность солнечного излучения имеет место в 12 часов дня, суточная температура воздуха максимальна между 13 и 14 часами (по некоторым данным разница указанных температур может достигать 5—6° С). Отсюда следует, что одновременное воздействие на аппаратуру максимальной температуры воздуха и максимальной интенсивности солнечного излучения маловероятно.

Действие внутренних факторов главным образом зависит от схемы и конструкции РЭА.

Непрерывному тепловому воздействию подвергается РЭА, работающая в стационарных условиях (в помещении). Длительность установления стационарного режима РЭА определяется ее назначением и принятыми схемно-конструкторскими решениями; она колеблется от 0,5 до 2,5—3 ч.

Периодическому тепловому воздействию подвергается полевая, самолетная и другая специальная радиоаппаратура подвижного типа. Такой вид воздействия возникает при повторно-кратковременном включении РЭА, при резких изменениях условий эксплуатации (взлет и приземление самолета), а также при суточном изменении температуры.

Периодические изменения теплового воздействия приводят к многократным деформациям элементов: чем больше разность между наивысшей и наинизшей температурами, тем выше интенсивность воздействия. Воздействие периодических изменений температуры оказывается тем интенсивнее, чем больше скорость и частота изменения. Для наземной, полевой аппаратуры, находящейся в дежурном режиме, перепады температуры в блоках за время ее прогрева достигают 60° С. Время прогрева зависит от назначения, схемного решения и конструкции РЭА. Оно колеблется от 10 мин до

3 ч.

При эксплуатации авиационной аппаратуры перепады

118

температуры могут достигать 80°С при скорости изменения температуры до 50° С в 1 мин.

Апериодическое тепловое воздействие имеет место в аппаратуре, устанавливаемой на ракетах (в моменты запуска и вхождения в плотные слои атмосферы), и в ряде других случаев. При этом в результате теплового удара чаще всего возникают внезапные отказы. Повышение температуры РЭА может вызывать как постепенные, так и внезапные отказы, вызванные превышением предельно допустимых значений температуры материалов и различных радиоэлементов.

Воздействие повышенной температуры приводит к изменению физико-химических и механических свойств материалов и элементов, что вызывает изменение электрических и механических параметров РЭА. Известно, что большое место в конструкциях различных устройств РЭА и элементов занимают электроизоляционные материалы. В зависимости от физической структуры они бывают кристаллическими и аморфными. При воздействии тепла на аморфные вещества переход их из твердого состояния в жидкое происходит постепенно в диапазоне температур, а не скачком, как у кристаллических веществ.

Изменение температуры электроизоляционных материалов приводит к изменению следующих основных электрических характеристик: диэлектрической проницаемости, удельного объемного и поверхностного сопротивлений, угла диэлектрических потерь и электрической прочности. Одновременно изменяются и их механические свойства.

Зависимость электропроводимости твердых диэлектриков от температуры может быть выражена следующей формулой:

где γ0 — удельная объемная электропроводимость при нормальной температуре;

В — постоянные величины, характерные для данного диэлектрика; Т — абсолютная температура.

Соответственно величина удельного сопротивления определяется по формуле:

119

Зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь от температуры имеет сложный характер и определяется состоянием вещества, наличием или отсутствием в диэлектрике дипольной поляризации, а также частотой приложенного переменного электрического поля. На рис. 35 приведена зависимость ε=f(T) и tgδ=f(T) для дипольных жидких диэлектриков.

Если потери в диэлектрике определяются только током проводимости, то зависимость tgδ от температуры определяется по формуле

f

где f — частота, Гц; γо—удельная объемная проводимость [Ом·см]-1 при нормальной температуре; А — постоянная величина, характерная для данного диэлектрика; - диэлектрическая проницаемость.

Электрическая прочность характеризуется величиной пробивного напряжения, приложенного к диэлектрику.

Рис. 35. Зависимость ε=f(t) и tgδ = f(t) для диэлектриков

Пробой, возникающий в результате нарушения теплового равновесия, принято называть тепловым пробоем. Величина пробивного напряжения в зависимости от температуры изменяется по экспоненциальному закону

где К — постоянная величина, характеризующая свойство данного диэлектрика при определенной частоте подводимого напряжения; а — температурный коэффициент электрической

120