книги / Основы проектирования РЭС в жестких условиях эксплуатации

выраженный участок насыщения.

На рис. 2.6 приведены зависимости потерь от длины волны

Необходимо отметить эффект просветлени.А под действием тем­ пературы и оптического излучения. Этот эффект обусловлен тем фактором» что электроны, находящиеся на глубоких уровнях лову­ шек, получая дополнительную энергию от фотонов проходящего по волокну оптического излучения» либо от фотонов решетки, пере­ ходят в зону проводимости и в дальнейшем рекомбинируют. Отжиг

наряду с образованием центров окраски происходит генерация цен­ тров захвата частиц. Флюенс нейтронов 10*® - 10^*см“^ не при­ водит к изменению коэффициента преломления в стекловолокне.

Одним* из основных элементов оптического приемника являет­ ся фотодиод, имеющий по сравнению с другими полупроводниковыми приборами относительно большой активный объем. Это предопреде­ ляет его относительно высокую чувствительность к ионизирующему излучению. Кроме того, для обеспечения требуемой оптической чувствительности оптические приемники работают с высоким усиле­ нием. Совокупность этих факторов обуславливает возникновение шумового тока, подобного току дробового шума.

Использование лавинных фотодиодов нецелесообразно, поско­ льку в них с одинаковой эффективностью происходит усиление и сигнального, и шумового фототоков. Достоинства лавинного фото­ диода могут быть реализованы только при очень низких мощности.-, ионизирующего излучения. В этой ситуации р-«.'-п - фотодиоды позволяют получить эквивалентные характеристики, причем одно­ временно устраняются требования термокомпенсаши и высоковольт­ ного стабильного источника питания.

Для р-£ -п- фотодиода зависимость радиационно возбуждае­ мого тока от мощности дозы облучения описывается соотношением

Sip ~ аффективная площадь фоточувствительной поверхности фото­

Оценка влияния конструктивных данных фотодиода в соответ­ ствии с соотношением показывает, что для повышения стойкости к ионизирующему излучению целесообразно уменьшить глубину £ -зо­

ны и размер активной поверхности фотодиода. Пределом в данном случае, очевидно, является диаметр используемого оптического волокна. В зависимости от исходных материалов фотодиода суще­ ствует также некоторое оптимальное значение глубины i -зоны,

которое для различных типов исходных материалов находится в пределах В-200 мкм.

2.5. 1нды отказов РЭС при воздействии на них ионизирующих излучений

Современные РЭС характеризуются широкой номенклатурой ис­ пользуемых устройств аналоговой техники (усилители различных диапазонов частот, перемножители сигналов, генераторы и т.д.),

телей, устройств функциональной электроники (элементы волокон­ ной оптики, оптоэлектроники и акустоэлектроники). Под действи­ ем ИИ в РЭС и их отдельных устройствах и элементах могут проя­ вляться процессы и эффекты, способные существенно изменять па­ раметры и характеристики аппаратуры. Несмотря на разнообразие радиационных эффектов все отказы РЭС, вызванные воздействием ИИ, можно разделить на две группы обратимые и необратимые.

Обратимые отказы носят временный характер и обусловлены переходными ионизациотами эффектами и нестабильными структур­ ными повреждениями в электрорадиоизделиях и материлах, входя-

щих в состав РЭС. К ним относятся кратковременное изменение уровня сигнала на выходе аналоговых схем (рис. 2.7а), ложное срабатывание ключевых элементов, изменение логического состо­ яния цифровых схем (триггеров, регистров, счетчиков и т.д.), единичные случайные сбои в запоминающих устройствах, импульс­ ное изменение входных токов и токов потребления (рис. 2.76) большинства электронных схем.

Отличительной особенностью обратимых отказов является способность самостоятельного возвращения аппаратуры в рабочее состояние по истечение определенного времени с момента воз­ действия импульса ИИ. Таким образом, основным параметром РЭС, характеризующим его поведение при воздействии импульса ИИ, является время потери работоспособности. Для различных клас­ сов аппаратуры это время может находиться в пределах 10"^

...10 с и более.

Рис. 2.7. Осциллограммы выходного напряжения (а) и тока потребления (б) усилителя промежуточной частоты

Необратимые отказы обусловлены постепенным накоплением ра­ диационных дефектов в материалах и электрорадиоизделиях, а так­ же изменением заряда в окисле МОП-структур и приборов. В резу­ льтате этих процессов выходные параметры РЭС претерпевают из­ менения, имеющие необратимый характер - уменьшается коэффиод- - ент усиления усилительных схем, изменяются выходные напряжения источников вторичного электропитания, происходит сдвиг уровней логических "0й и "I" в цифровых схемах и т.д. Восстановление работоспособности аппаратуры в случае необратимых отказов не­

возрастание коэффициен­ та затухания оптическо­ го сигнала, люминесцен­ ция в момент воздейст­ вия

2.6. Воздействие электромагнитного импульса на РЭС

ЭМИ по характеру своего воздействия на РЭС представляет собой мощную импульсную помеху, которая, проникая в элементы РЭС, вызывает различные нарушения от временных сбоев в рабо­ те до полного разрушения.

Электрическое и магнитное поля ЭМИ, действуя на РЭС, мо­ гут вызывать нежелательные эффекты различных видов. Воздей­ ствие ЭМИ возможно как на наземные РЭС, так и на расположен­ ные в подземных сооружениях,.а также в летательных аппаратах- (самолетах, спутниках Земли). Это воздействие зависит от на­ пряженности созданных ЭМИ полей, специфики аппаратуры, ее рас-

положения относительно места взрыва,степени защищенности.* ЭМИ может воздействовать непосредственно на РЭС своими

полями, искажая или нарушая процессы, основанные на использо­ вании электрических и магнитных полей. В основном это относит­ ся к чувствительна! элементам, таким как датчики автоматиче­ ских систем, сигнализации, связи, технологических процессов.

При непосредственном воздействии ЭМИ на аппаратуру крити­ ческими элементами, приводящими к возникновению импульсных ЭДС и токов, являются тапке проводники, выводы, штыри, разъемы,ко­

имеет подключенные линии, по которда подводится (передается) инфориация и электроэнергия, опасность воздействия ЭМИ возра­ стает во много крат, так как на длинных линиях будет развива­ ться колоссальная индуцированная ЭДС. Эти опасные перенапря­ жения (токи) могут передаваться по линиям на большие расстоя­ ния, далеко за пределы района источника ЭМИ, где не действуют другие поражающие факторы ядерного взрыва / 127.

В полупроводниковых материалах сильное электрическое по­ ле способно изменять подвижность и время существования носи­ телей заряда. Под действием электрического поля возможно обра­ зование каналов проводимости в поверхностных слоях полупровод­ ников. Однако теоретический анализ и экспериментальные иссле­ дования показывают, что напряженность поля до 100 кВ/м не при­ водит к существенным изменениям параметров полупроводниковых материалов из-за изменения их проводимости.

В проводящих средах быстроменяющееся электрическое поле вызывает значительные токи.

Магнитное поле, непосредственно воздействующее на РЭС, может приводить в насыщенное состояние ферромагнитные сердеч-

л . тесамым изменяя параметры устройств, в которых эти -"гдечники используются.

•Пол^лпюводниковые приборы и интегральные микросхемы наи­

импульсом ядерного взрыва. Эта чувствительность обусловлена малыми размерами, а такие специфическими свойствами р-п-пере- ходов. Напряжения, вызываемые Э Ш , могут создать в р-п -пере­ ходе режим лавинного пробоя, при котором разовьется кратковре­ менный значительный ток. Так как постоянная времени для рас­ пространения тепла в полупроводниковых материалах велика по сравнении с длительностью Э Ш , то тепло не успевает рассеяться. Поэтому в области перехода может развиться температура, порядка температуры плавления материалов,я полупроводниковый прибор будет разрушен.

Полупроводниковые приборы под воздействием Э Ш могут быть выведены из строя также пробоем диэлектриков, плавлением

металлизирующих покрытий, дуговым разрядом между слоями метал­ лизации.

Электрическое поле .ЭМИ может вызывать образование-каналов проводимости и изменение проводимости в приповерхностных слоях полупроводниковых приборов, что приводит к омическому пунятированию р-п. переходов* отсутствию участка насыщения на обрат­ ной ветви водзт-аыпернвй характеристика ,уменьшению коэффициен­ та передачи тока базы транзисторов, повышению уровня шумов.

Считается, что чем выше коэффициент усиления транзисто­ ров, тем более они чувствительны к импульснш перенапряжениям.

Экспериментальные исследования показывают, что транзисто­ ры могут быть разрушены импульсной энергией 10“^...1СГ3 Да.

а это на несколько порядков больше той, которая может воздей­ ствовать на транзистор непосредственно полем Э Ш (из-за их ма­

лых геометрических размеров}.

Магнитное поле заметно влияет на полупроводниковые прибо­ ры лишь при больших напряжениях. Так,например, коэффициент пе­

и германиевых при 10° А/м.

Уровни энергии, приводящие к повреждению элементов ?ЗС,

приведены в таблице 2.2.

Резистора также подвержены влиянию Э Ш , но их стойкость