4.1.5. Замена контактных элементов бесконтактными.

Все современные вычислительные и радиоэлектронные комплексы содержат устройства с электрическими контактами. Это всевозможные соединительные и коммутационные изделия, т.е. разъёмы, гнёзда, колодки, выключатели, тумблеры, реле и др. устройства, содержащие разъёмные, разрывные или скользящие контакты. В системах автоматического или дистанционного управления электрические контакты могут быть в датчиках или исполнительных устройствах.

Практика показывает, что элементы схемы, содержащие электрические контакты, очень часто являются источниками отказов аппаратуры.

Основным источником отказов коммутирующих контактных элементов чаще всего является контактная пара, в которой наряду с механическим износом имеет место электрический износ, во многих случаях являющийся преобладающим. По этим причинам их технический ресурс определяется износоустойчивостью контактов и выражается количеством циклов работы.

Элементы и узлы аппаратуры, имеющие электрические контакты, обладают меньшей надежностью по сравнению с бесконтактными устройствами. В электрическом контакте с течением времени возрастает переходное сопротивление вследствие коррозии, что, как правило, приводит к отказу.

Для повышения надежности разрабатываемой электронной схемы, по возможности, необходимо:

- вместо контактных датчиков использовать бесконтактные;

- вместо электрических машин (электродвигатели, сельсины, тахогенераторы и др.), содержащих коллекторы, применять бесколлекторные машины;

- вместо электромагнитных реле и контакторов использовать транзисторы, тиристоры и др. бесконтактные коммутирующие элементы;

- свести к минимуму количество применяемых разъемов;

- исключить применение механических контактов в цепях с малым внутренним сопротивлением;

- свободные контактные пары в разъемах или реле подключать параллельно к рабочим парам с целью резервирования.

При замене механических контактов полупроводниковыми элементами необходимо учитывать переходные процессы, возникающие во время коммутации электрических цепей. Для исключения аварийных режимов в цепях электронных ключей нельзя допускать короткого замыкания этими ключами выводов заряженного конденсатора. Если требуется коммутировать цепь, содержащую катушку индуктивности, находящуюся под током, то необходимо принять меры для уменьшения э.д.с. самоиндукции, например, параллельно катушке включить диод или RC-цепочку.

4.1.6. Выбор температурных режимов работы элементов и устройств

На надежность РЭА влияние оказывают такие климатические параметры, как влажность, давление, температура и др. Среди климатических параметров температура окружающей среды является наиболее существенным параметром, т.к. она в значительной степени определяет температуру радиоэлементов в аппаратуре и может достигать больших сезонных (С) и суточных (С) колебаний.

В процессе производства, хранения и эксплуатации РЭА может подвергаться воздействию положительных и отрицательных температур, обусловленных влиянием окружающей среды, а также тепловыделениями самой РЭА. В результате этих воздействий может снизиться надёжность радиоэлектронного устройства. Степень снижения надёжности устройства оценивается величиной постепенного отклонения выходных параметров от номинальных значений и интенсивностью внезапных отказов.

Причинами постепенных отказов, вызванных тепловыми воздействиями, являются:

- снижение изоляционных свойств материалов;

- увеличение токов утечки;

- снижение пробивного напряжения;

- изменение коэффициентов усиления и нулевого тока коллекторов транзисторов;

- изменение параметров магнитных сердечников (снижение индуктивности насыщения при повышении температуры или пропадание магнитных свойств при достижении точки Кюри);

- изменение ёмкости, электрической прочности и потерь конденсаторов;

- изменение сопротивлений резисторов;

- увеличение тепловых шумов в резисторах и транзисторах и др.

Все эти явления могут привести к искажению сигналов до уровня, при котором нормальное функционирование РЭА становится невозможным.

Внезапные отказы РЭА, вызванные изменением температуры, обусловлены:

- нарушением целостности элементов конструкции вследствие различия температурного коэффициента линейного расширения её материалов (обрыв проводников, растрескивание металлостеклянных спаев, отслаивание и растрескивание подложек, нарушение паяных, сварных и клеевых соединений, растрескивание компаундов в результате внутренних напряжений, заклинивание кинематических пар и т.д.);

- замерзанием влаги, приводящим к расширению микротрещин в подложках;

- отслаиванием печатных проводников;

- расслаиванием многослойных печатных плат;

- конденсацией влаги, создающей закорачивающие перемычки и условия для возникновения электрохимической коррозии;

- затвердеванием или размягчением резины, что снижает качество герметизирующих прокладок и элементов амортизации;

- изменение вязкости смазок;

выделением газообразных составляющих из диэлектрических конструкционных материалов, что ведёт к снижению электрической прочности и образованию агрессивных сред;

- старением припоев (перекристаллизация, образо-вание пор) и др.

Допустимая температура для германиевого перехода составляет , для кремниевого- , для непропитанных волокнистых материалов (бумага, картон, натуральный шёлк) - , для материалов из стекловолокна, пропитанного эпоксидными лаками - .