Легко видеть, что первая задача означает классификацию РЭ СПП по критерию надежности. Способ такой классификации был указан в § 8.2. При решении второй и третьей задач возникают два принципиально различных случая:

режимы принадлежат одному классу;

режимы принадлежат различным классам.

В первом случае РЭ могут различаться по интенсивности воздействующих факторов, из-за чего они ниже делятся на постоянные и переменные. Во втором случае режимы, называемые далее комбинированными, могут различаться как nd интенсивности, так и по совокупности внешних воздействий. Далее остановимся на этих терминах подробнее, а здесь рассмотрим методы расчета ПН СПП в различных РЭ, начав с вопроса, который возникает прежде всего: как определить, к какому классу относится тот или иной РЭ?

Методика определения класса РЭ. С точки зрения надежности все РЭ СПП делят на два класса: нециклических (стационарных) и циклических режимов. В свою очередь циклические режимы подразделяются на три подкласса: термоциклирования, импульсного циклирования, токовых перегрузок (см. рис. 8.5). Предложенная классификация основана на выделении определяющего для данного режима ПН, что не всегда известно из эксплуатации, особенно для новых разработок. Поэтому необходимо указать аналитический способ классификации реальных РЭ.

Ясно, что для определения класса РЭ следует привести ПН к сопоставимому виду и сравнить их между собой. Для этого можно перейти к функциям интенсивности или оперировать с наработкой приборов до отказа (в часах или циклах). Рассмотрим сначала методы определения класса РЭ по функциям ?t(0-

Условимся обозначать г-й надежностный класс режимов через Q;, где i-это индекс, равный t для стационарного режима, с-для режима термоциклирования, р-для режима импульсного циклирования, S-для режима токовых перегрузок.

Обозначим произвольный РЭ со, причем сО; означает один из режимов, принадлежащих классу Q;. Интенсивность отказов СПП в режиме со,- будем записывать как Принадлежность режима со классу Q; будем обозначать как cogQ;. Наконец, принадлежность режима ю более чем одному классу (например, Qj, Qj), обозначим как coGQ,ni-

Если теперь в любой момент

XiiD-kjit), .. .. (8.24)

где 1, j-индексы t, с, р, S, то

(dgQ;. . (8.25)

Если же

(8.26)

рация методики определения класса РЭ

которых СПП

(ОбП,-ПЦ-. (8.27)

Методики расчета величин kiit) для различных классов режимов приведены ниже. Следует обратить внимание на то, что выражения (8.24) и (8.26) могут выполняться не для всех моментов. Тогда подобный РЭ может относиться к различным надежностным классам в зависимости от длительности эксплуатации. Пусть режим 6 представляет собой чередование рабочих периодов тока и напряжения произвольной формы, в течение нагревается до заданной температуры

7}i с паузами, во время которых СПП остывает до Tj2 = Ta. Тогда в этом РЭ возможны отказы, связанные как с температурной зависимостью ИО, так и с циклическими колебаниями средней температуры структуры, т. е. в режиме со следует сравнивать между собой величины и к. Пусть теперь ?С = const, а Хс соответствует распределению Вейбулла с Р<1. Этот случай изображен на рис. 8.21. Из него видно, что при t<ti данный РЭ относится к термоциклированию, при t>t2 это стационарный режим, и, наконец, при titt2 имеет место комбинированный режим работы.

Определение класса по наработке выполняется аналогичным способом. Пусть Ni-наработка (в часах и циклах) в режиме со;. Тогда, если

NiNj, • • .

то выполняется соотношение (8.25), а если

NiNj,

то выполняется соотношение (8.27).

Методика расчета ПН СПП в постоянных режимах работы.

Рассмотрим период нормальной эксплуатации, т. е. условимся, что const. Расчет X, следует вести по формуле [8.30]

\ = Х{Т, ЩКрКК, (8.28)

•где Х{Т, U) - ИО, зависящая от средней температуры Г и приложенного к СПП напряжения JJ; Кр-коэффициент степени жесткости данного РЭ (коэффициент режима работы); - 394

коэффициент уровня качества и надежности; -коэффициент условий эксплуатации.

Рассмотрим последовательно сомножители, входящие в (8.28).

Величина Х{Т, U) представляет собой основной ПН для нециклических режимов. Аналитический вид функции ИО может быть представлен в виде

Х{Т, Щ-кьТ, и){и/иьГехр[-ЕМ/Т-1/Т,)1к]Х,у,у,г,

(8.29)

где KiT, U) = X{Tb, Иь)-некая базовая ИО; и у-параметры, зависящие от типа прибора; щ = (и1иьУ-коэффициент изменения ИО за счет напряжения; Кг=ехр [-Еа(1/Т- - l/Ti,)/k]-коэффициент изменения ИО за счет температуры; А:=8,625-10- эВ/град.

В качестве базового значения ИО естественно принять величину, приводимую в ТУ. Если там оговорено, в каком режиме получено данное значение ИО, то этот режим и будет исходным для расчетов ПН. Если в ТУ нет указания, к каким условиям относится приводимое значение ИО, то разумно относить его к предельно допустимому режиму применения. В этом случае

Хь{Т, и) = ЦТщ, Urm) = m, (8.30)

где TjM-максимально допустимая для данного типа прибора /температура структуры; имтт {Ubrm, Urrm}- Тогда (8.29)

Х{Т, и} = ХмУтмУим, (8.31)

[; где

Кгм = ехр[-£„(1/Г-1/Г,-м)/А:]; (8.32)

• mH/UrmT. • (8.33)

ii; Зависимость Кти от U/Urm приведена на рис. 8.8. За- висимость Кг от температуры и энергии активации при условии, что за базовое значение принята комнатная температура показана на рис. 8.22. Заметим, что базовая ИО , обычно относится либо к TjM, либо к некоторой промежуточной температуре. Поскольку эти величины для различных СПП, как правило, различны, то не удается для расчетов ПН построить универсальную зависимость, типа приведенной на рис. 8.22. Поэтому в отечественной и зарубежной практике принято определять величину Кг либо по графикам, либо по таблицам. И графики, и таблицы при этом рассчитываются для вполне определенных значений Е„, у, Tjm и потому применимы только в этом конкретном случае. В то же время на практике эти величины часто не известны или известны ориентировочно. Поэтому в работе [8.31] предложена i 395