Вплив радіації

 

Під дією радіації збуджуються атоми речовини, які активізують хімічні реакції. У зв’язку з цим порушується структура речовини, знижується електрична ізоляція, зростають струми витоку, виникають пробої і т.ін. Найбільш чутливі до радіоактивного випромінювання є напівпровідникові прилади.

Розрізняють вплив γ-променів, при якому зміна параметрів приладу обумовлюється збудженням та іонізацією атомів, активізацією хімічних реакцій та носить, в основному, оборотний характер; і вплив потоку нейтронів, який і призводить до порушення структури речовини та необоротних властивостей електронних приладів.

 

1.3. Режими електронних елементів

 

Режим – це умови роботи елемента. Розрізняють електричний режим та режим дії на елемент середовища оточення. Електричному режиму відповідають параметри електричного режиму, режиму дії середовища – параметри середовища. Для кожного електричного елемента є граничні значення параметрів, перевищення яких в процесі експлуатації забороняється.

 

1.4. Надійність та довговічність електронних приладів

 

Із розвитком елементної бази радіоелектронної апаратури (РЕА) стає можливим створення пристроїв, які мають більш високі функціональні можливості, однак ускладнення функцій, РЕА, супроводжується значним ростом кількості елементів, що входять до неї.

Якщо на першому етапі розвитку електроніки (до 1950 року) максимальна кількість елементів у РЕА не перевищувала 1000, то з появою транзисторів вона зросла до 100 тис., а з появою мікросхем збільшилась на 1-2 порядки.

Єдина автоматизована система телекомунікацій, галузеві автоматизовані системи управління та інші комплекси мають у своєму складі мільярди електронних елементів. Росте і відповідальність функцій, які виконує РЕА. Це все зумовлює високі вимоги до здатності РЕА найбільш повно зберігати свої функції під час заданого проміжку часу.

Ця важлива властивість апаратури має назву надійність. Надійність РЕА залежить від надійності елементів, які входять до неї. Для забезпечення необхідної надійності РЕА при збільшенні кількості елементів необхідно збільшити надійність кожного з них.

Надійність елемента – це властивість його виконувати задані функції, зберігаючи параметри в межах встановлених норм при визначених умовах застосування в межах заданого часу.

Надійність елемента характеризується показниками надійності:

- безвідмовністю (найчастіше вона чисельно оцінюється за допомогою двох критеріїв: імовірності безвідмовної роботи та інтенсивності відмов);

- довговічністю;

- збереженістю.

Імовірність безвідмовної роботи елемента за час означає, що за даний час відмов не відбудеться,

 

 

або, інакше - час безвідмовної роботи Т буде більше заданого часу .

На практиці користуються приблизним значенням імовірності безвідмовної роботи, яка визначається відношенням кількості елементів , які залишились справними за час , до загальної кількості елементів ,

 

,

 

де n(t) – кількість відмов за час t ;

- кількість справних елементів, які залишились за час .

Імовірність безвідмовної роботи наближається до точного свого значення при необмеженій кількості випробувань .

Іншим показником безвідмовної роботи елементів є інтенсивність відмов .

Вона наближено визначається відношенням кількості відмов за проміжок часу до цього часу та кількості елементів, які залишились справними до кінця проміжку часу

 

.

 

Інтенсивність відмов є питомою швидкістю виходу елементів з ладу. Типову залежність інтенсивності відмов елементів РЕА від часу наведено на рис. 1.2.

 

Рис. 1.2. Залежність інтенсивності відмов від часу

 

 

На цьому графіку можливо визначити три ділянки.

На ділянці I спостерігається підвищена інтенсивність відмов, яка пов’язана з появою прихованих дефектів виробництва (період приробки).

На ділянці II інтенсивність відмов менша і приблизно постійна (період нормальної роботи). При розрахунках надійності апаратури враховують саме цю ділянку. Вважаючи інтенсивність відмов на цій ділянці постійною (λ_сер), вираз для імовірності безвідмовної роботи можна представити у виді експоненціальної залежності

,

 

де λ_сер – середня інтенсивність відмов, яку наводять у довідниках.

На ділянці III починає проявлятися старіння матеріалів, з яких зроблено пристрій і інтенсивність відмов зростає (період старіння).

Деколи безвідмовність може визначатися мінімальним часом безвідмовної роботи (мінімальним напрацюванням, T_min ).

Мінімальне (гарантійне) напрацювання – це напрацювання, до закінчення якого виробник гарантує працездатність елемента. Воно для більшості елементів складає десятки тисяч годин.

Мінімальне напрацювання подається в нормативних документах та гарантується постачальником. Воно є переважно комерційним критерієм, ніж експлуатаційним.

Довговічність визначає термін збереження робочого стану елементу в процесі його використання. Вона характеризується гама-процентним ресурсом T_γ, який є мінімальним часом безвідмовної роботи визначеного відсотка (γ) елементів у контрольній виборці.

Наприклад, 90% γ-процентний ресурс при T₉₀ =10000 годин означає, що в контрольній виборці 90% елементів будуть працездатними не менше 10000 годин.

Деколи довговічність оцінюється ресурсом. Це час напрацювання елементу до межового стану, який наводиться в нормативній документації.

Найбільш потужним чинником впливу на елементи є час. Із плином часу під зовнішніми та внутрішніми впливами виникають зміни структури матеріалів, з яких виготовлений елемент, це призводить до зміни його параметрів.

Старіння елементів оцінюється збереженістю. Збереженість елементів – це властивість їх залишатися працездатними при зберіганні та транспортуванні. Кількісно збереженість характеризується гарантійним часом зберігання, який для більшості електронних елементів може бути 12, 15 чи 20 років.

Критерієм збереженості є імовірність безвідмовного зберігання P_зб на протязі зазначеного терміну. Вона на 1-2 порядки вища, ніж імовірність безвідмовної роботи. При цьому суттєве значення мають умови зберігання. Так, при зберіганні в неопалюваних приміщеннях параметр P_зб зменшується у 2-5 разів.

 

Контрольні запитання:

 

1. Які прилади називають електронними? Типи електронних приладів.

2. Властивості електронних приладів. Якість. Показники якості.

3. Параметри приладів.

4. Електричні параметри.

5. Параметри здатності елемента протистояти дії середовища.

6. Режими електричних приладів.

7. Показники надійності.

8. Графік інтенсивності відмов l(t).