Материал: 1210

61

Радиопередатчик характеризуют целым комплексом параметров, показателей, характеристик, из которых часть является основными, определяющими выполнение заданных функций (например, мощность, частота, нестабильность частоты, глубина модуляции, показатели качества передаваемых сигналов), другие же показатели являются второстепенными.

Радиопередатчик считается работоспособным, если требования, установленные в отношении основных параметров, выполняются. Отказом является событие, заключающееся в нарушении работоспособности, т. е. отклонении основных параметров от допустимых пределов. Несоответствие хотя бы одному из требований, установленных нормативно-технической документацией как для основных, так и для второстепенных параметров и характеристик, считается неисправностью, которая может не приводить к отказу.

Для конкретных радиопередатчиков нормативно-технической документацией устанавливаются более детальные критерии понятий отказа и неисправности.

1. Перерывы в работе, которые расцениваются как отказ, если имело место:

выключение передатчика (отсутствие излучения на рабочей частоте) на время более 15 с, а для телевизионных — более 5 с;

снижение выходной мощности на величину более 50 % номинальной для передатчиков НЧ, СЧ и ОВЧ диапазонов и более чем на 30 % для передатчиков ВЧ диапазона;

нарушение нормальной работы продолжительностью более 1 мин, не приводящее к полному пропаданию передачи, но делающее ее малопригодной для нормального восприятия передаваемой информации (сильный фон,

Рисунок 2.1 - Функции безотказной работы (а) и интенсивность отказов (б)

большие искажения, многократные кратковременные выключения и т. д.).

2. Отклонения от установленных норм, квалифицируемые как неисправность:

снижение мощности более, чем на 20 % для радиовещательных передатчиков;

62

нарушение норм на допустимые уровни внеполосных и побочных излучений, на отклонение частоты от номинала, возрастание уровня фона более чем на 10 дБ, появление заметных на слух искажений в течение времени более 1 мин и др.

Установлены и другие критерии для РП различных назначения, мощностей и диапазонов. Поэтому основные положения, понятия и выводы теории надежности следует применять с учетом конкретных особенностей использования радиопередатчика.

Количественно надежность и характеризующие ее свойства определяются различными показателями, из которых наиболее важными являются вероятность безотказной работы и интенсивность отказов.

Вероятность безотказной работы p(t) означает вероятность того, что в пределах заданной наработки (продолжительности времени работы) в опреде-

ленных условиях эксплуатации не возникает отказа. Очевидно, что 0 p t 1, причем р(0) = 1, т. е. включается заведомо исправный передат-

чик, и p 0, т. е. рано или поздно передатчик обязательно выйдет из

Интенсивность отказов t т. е. условная плотность вероятности

возникновения отказа, является характеристикой для невосстанавливаемых изделий (резисторов, конденсаторов, транзисторов и т. п.) и определяется статистически числом изделий N , отказавших в течение промежутка времениt , и числом работоспособных изделий N(t) в начале этого промежутка:

График функции t (рис. 2.1,б) имеет три характерные области: период приработки t t1 , период нормальной работы t1< t < t2, когда отказы носят случайный характер, но интенсивность их примерно постоянна:t 0 const , и период износа t > t2 , когда интенсивность отказов резко возрастает.

Между p t и t

Изучаемые в теории надежности процессы подчиняются пуасоновскому закону распределения и описываются экспоненциальной зависимостью. При

63

экспоненциальном законе в период нормальной работы интенсивность отказов постоянная: t 0 , поэтому

Надежность невосстанавливаемых изделий оценивается также средним

а для периода нормальной работы при условии (11.4) оказывается, что

T 1 0 . (2.5 б)

Восстанавливаемые изделия характеризуют наработкой на отказ Т0, которая, по существу, близка к Т, но означает среднее время нормальной работы между соседними отказами и параметром потока отказов λ0, причем аналогично (2.5 б) справедливо равенство

одно из свойств надежности. Ремонтопригодность характеризуют вероятно-

стью восстановления pB t в течение заданного времени t и средним време-

нем восстановления TB , которое затрачивается на обнаружение места отказа,

выявление его причины и устранение последствий отказа (ремонт, замена, настройка).

При анализе влияния отдельных элементов на надежность передатчика выявляют элементы Э1, Э2 ,... Эm , отказ каждого из которых приводит к пол-

ному отказу в работе передатчика в целом. Эти элементы включаются в схему расчета надежности последовательно (рис. 2.2), другие же элементы в первом приближении не учитываются. Из рис. 2.2 следует, что вероятность безотказной работы передатчика (или отдельно рассматриваемого его блока)

64

где

- наработка на отказ передатчика.

Схемы расчета надежности современных радиопередатчиков могут иметь более сложную, разветвленную структуру, чем показано на рис. 2.2, и анализ производится обычно методами теории графов.

Рисунок 2.2 - Упрощенная схема расчета надежности

Эффективность использования передатчика определяется коэффициентом готовности КГ, равным вероятности того, что в произвольно выбранный момент передатчик будет работоспособным (исключая планируемые периоды, когда аппаратура не используется по назначению):

Иногда используется коэффициент простоя КП, характеризующий экономические санкции (штрафы) за перебой в работе радиопередатчиков и определяемый как

Для повышения экономической эффективности передатчиков необходимо не только увеличивать наработку на отказ Т0, но и снижать время восстановления ТВ. Современные ГОСТы [20] устанавливают жесткие требования к показателям надежности. Для вновь разрабатываемых и вводимых в

действие после 1981 г. радиовещательных передатчиков мощностью 30…1200 кВт диапазонов НЧ, СЧ и ВЧ должна обеспечиваться наработка на отказ Т0 > 800…3000 ч, а для передатчиков ОВЧ ЧМ вещания Т0 > 2500 ч на одну программу. Среднее время восстановления ТВ < 45 мин.

Передатчики магистральной связи мощностью -1...100 кВт должны обеспечивать Т0 2000…3000 ч, а полностью полупроводниковые Т0 3500 ч при времени восстановления ТВ< 30 мин.

Радиостанции сухопутной подвижной службы для различных групп условий эксплуатации должны обеспечивать Т0 = 500...3000 ч для аппаратуры на дискретных полупроводниковых приборах и до 6000 ч для аппаратуры с максимальным использованием микросхем и микросборок [20].

Опыт эксплуатации и ремонта аппаратуры показывает, что установленное, например, нормативной документацией среднее время ремонта ТР для современной радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и передатчиков, выполняемых по блочно-модульному принципу со значительной степенью инте-

65

грации (применение функциональных узлов и интегральных схем), распределяется [16] следующим образом: определение места неисправности 55...60 %, отыскание неисправности 25 %, замена или ремонт элементов 10 %. Среднее время восстановления ТВ превышает ТР на издержки времени административ- но-организационного порядка - прибытие на место ремонтного персонала, доставка необходимых запасных частей и т.п.

2.3Влияние различных факторов на надежность

В[1] представлено влияние различных факторов на надежность передатчика. Установление зависимости надежности работы даже отдельного элемента (лампы, транзистора, резистора, конденсатора и т.п.) от каждого из указанных факторов (температуры, электрического режима, механических

нагрузок и т.п.) уже представляет сложную задачу. Значения λ0, приводимые в справочной литературе, справедливы обычно для лабораторных условий. Реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от лабораторных. Поэтому в целом условия эксплуатации в первом приближении можно

учесть коэффициентом условий эксплуатации kЭ отражающим возрастание интенсивности отказов элементов:

Работоспособность элементов радиопередатчиков наиболее существенно зависит от температуры и электрического режима. Электрический режим каждого элемента можно характеризовать коэффициентом нагрузки kН, означающим отношение напряжений, токов или мощностей в рабочем режиме к соответствующим номинальным или допустимым значениям, для которых и приводятся значения номинальных интенсивностей отказов λ0. Например, для резистора kH определяется рассеиваемой мощностью kH PPAБ РНОМ , для

конденсатора - напряжением kH UРАБ UНОМ . Для более сложных элемен-

тов необходимо учесть несколько ограничивающих факторов: для транзисторов определяют kH по рассеиваемой мощности, напряжениям на переходах и току коллектора, а для вакуумного тетрода kH - соответственно по мощностям, рассеиваемым на аноде, первой и второй сетках, а также по мощности канала. Это может быть учтено введением дополнительных эксплуатацион-