Материал: Методы и средства испытаний электронных систем. Никитин Л.Н
3.7. Лабораторная работа № 7. Граничные испытания
Цель работы: исследовать область безотказной работы электронного средства (ЭС) при изменении его параметров и условий работы с помощью метода граничных испытаний.
Методика проведения граничных испытаний Основные понятия метода граничных испытаний
Метод граничных испытаний состоит в нахождении области таких значений параметров ЭС, при которых значения выходных параметров находятся в пределах допусков, то есть в области безотказной работы.
Выходной параметр ЭС у зависит от множества входных параметров
,,…,
= ( , ,…, ). |
(122) |
Если параметры имеют номинальные значения, то выходной параметр считается номинальным. Если параметры радиоэлектронного средства получают приращение ±∆xi, то выходной параметр его получает приращение ±∆y.
+∆ = ( |
+∆ |
, +∆ |
,…, +∆ |
) |
(123) |
y −∆y = |
(x |
− ∆x ,x |
−∆x ,…,x |
− ∆x ) |
|
Условие работоспособного состояния ЭС состоит в том, что величина выходного параметра у должна находиться в допустимых пределах от Yminдо Ymax при двустороннем допуске
ymin≤ y ≤ ymax , |
(124) |
где ymax=y+∆y; ymin=y-∆y.
При одностороннем допуске:
211
у ≥ ymin или у ≤ уmах. |
(125) |
Область значений параметров элементов, при которых выполняются условия (124) или (125), называется областью работоспособного состояния устройства, или областью безотказной работы.
Каждое из уравнений (123) описывает поверхность в n-мерном пространстве. Обозначим эти поверхности через S1и S2. Тогда область n-мерного пространства U1,ограниченная поверхностями S1и S2, определяет область безотказной работы ЭС (рис. 68).
Пусть, например, в состав функционального узла входят три элемента; п=3. В этом случае уравнения (123) определяют поверхности в трехмерном пространстве (рис. 68). Область безотказной работы U1 на рис. 68 заштрихована.
Область безотказной работы функционального узла можно получить из выражения
∆ = |
( , ,…, ) |
∙∆ |
(126) |
Однако получить аналитическую функцию (126) крайне затруднительно. При исследовании работоспособности ЭС область безотказной работы U1удобнее изображать не в абсолютных, а в относительных координатах ∆ / ном (рис. 69). Тогда выходной параметр функционального узла запишется:
= |
∆ |
, |
∆ |
,…, |
∆ |
(127) |
ном |
ном |
ном |
Это позволяет совместить начало координат с рабочей точкой (номинальным значением параметров функционального узла.
При п>3 геометрическое представление области безотказной работы невозможно. Поэтому рассматривают сечения этой области координатными плоскостями. Эти сечения называются частными областями работоспособности или частными областями безотказной
212
работы ЭС.
Уравнения частных областей можно получить из уравнения (123), если перейти к относительным координатам ∆ / ном.Уравнения частных областей работоспособности имеют вид
(128)
Рис. 68. Геометрическое представление области безотказной работы
Рис. 69. Представление области безотказной работы в относительных координатах
213
Рис. 70. Геометрическое представление области безотказной работы
Каждое из этих уравнений описывает некоторую кривую в координатной плоскости ∆ / ном, ∆ / ном.Обозначим эти кривые L1и L2 (рис. 70), область безотказной работы Sна рисунке заштрихована.
Получить область функционального узла по каждому из параметров его активных элементов крайне затруднительно. Поэтому для активных элементов используются обобщенные параметры. Они отражают совокупный эффект воздействия параметров активных элементов на выходной параметр. В качестве обобщенного параметра транзистора в схемах, где выходной параметр зависит от усилительных свойств полупроводникового прибора, используется отношение коэффициента усиления по току (для схемы с общим эмиттером) к входному сопротивление транзистора.
= |
|
(129) |
где - коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером, h11- входное сопротивление транзистора.
Этапы проведения граничных испытаний Проведение граничных испытаний складывается из следующих этапов:
1. Выбор критериев работоспособности. В качестве критерия работоспособности ЭС выбирают уравнения (124) или (125).
2. Выбор исследуемых параметров. Выбор исследуемых
214
параметров проводится на основе анализа теоретических моделей, по которым можно определить, какие из параметров или возмущающих воздействий оказывают наибольшее влияние на выходной параметр ЭС. Как правило, в качестве исследуемых параметров выбирают параметры элементов схемы.
3.Выбор граничных параметров. В качестве граничных параметров выбирают те параметры, изменение которых не зависит от влияния изменений параметров ЭС. Это, как правило, возмущающие воздействия (температура, вибрация, помехи, питающие напряжения и т. д.).
4.Определение частных областей безотказной работы ЭС.
5.Построение обобщенной области безотказной работы ЭС.
6.Корректировка параметров ЭС.
Определение частных областей безотказной работы
В качестве параметра граничных испытаний выбираем параметр ЭС - хгр. Затем устанавливаем номинальные значения исследуемых параметров ЭС – xiном(I = 1,2,...,п).
Выбираем один или несколько критериев отказа. Допустим, что критерием работоспособности ЭС является условие
вых ≤ вых ≤ вых |
(130) |
при номинальном входном сигнале Uexном.
Установим частоту входного сигнала f1. Изменяем параметр граничных испытаний хгр от номинального значения в сторону увеличения до тех пор, пока выходное напряжение не сравняется с
вых |
( |
вых = вых |
)' В результате получаем точку а на рис. 71. |
||
|
|
гр |
от номинального |
||
Затем изменяем параметр граничных испытаний х |
|
||||
значения в сторону уменьшения до тех пор, пока выходное напряжение не сравняется с вых .Получаем точку b на рис. 71.
Далее одному из исследуемых параметров хi, даем приращение +5%. Вновь параметр граничных испытаний х изменяем от
номинального значения в сторону увеличения до |
вых == |
вых |
, |
точка b на рис. 71, а затем в сторону уменьшения до |
, |
||
|
приращения |
||
точка d рис. 71. Затем исследуемому параметру даемвых |
вых |
|
|
215 |
|
|
|