可靠性設(shè)計技術(shù)類型和講解

1、可靠性設(shè)計技術(shù)類型和講解126.1 可靠性熱設(shè)計6.2 電磁防護設(shè)計6.3 機械防振設(shè)計6.4 其他可靠性設(shè)計技術(shù)3 可靠性熱設(shè)計采用冷卻、加熱或恒溫等措施，保證電子設(shè)備及元器件在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)正常工作的一種可靠性設(shè)計方法。熱設(shè)計(1) 設(shè)備長期在過高的溫度下工作，會引起元件參數(shù)的變化；熱設(shè)計的必要性材料絕緣性能變壞磁芯參數(shù)變化電容器容量、電阻器的阻值變化(2) 電子設(shè)備中的許多元器件的工作失效率均隨溫度按指數(shù) 規(guī)律上升。4 可靠性熱設(shè)計6.1.1 熱設(shè)計基礎(chǔ)傅里葉定律是導(dǎo)熱的基本定律。導(dǎo)熱一維導(dǎo)熱計算公式為：Q熱量； k物體的導(dǎo)熱系數(shù)；S垂直于導(dǎo)熱方向上物體的截面積；導(dǎo)熱路徑長度（壁厚）；

2、tw1，tw2壁面兩側(cè)溫度；Rt導(dǎo)熱熱阻。5 熱設(shè)計基礎(chǔ)提高接觸表面的光潔度，增加接觸壓力，在接觸界面涂一薄層導(dǎo)熱紙或加一層延展性好、導(dǎo)熱系數(shù)高的材料薄片。接觸熱阻導(dǎo)熱發(fā)生在相互接觸的兩個物體表面時，由于實際接觸面間的不平整等原因，在接觸截面產(chǎn)生一附加熱阻。影響接觸熱阻的主要因素接觸界面接觸點的數(shù)量、形狀、大小及分布規(guī)律，接觸界面的幾何形狀，間隙中介質(zhì)的種類，接觸表面的硬度、氧化程度和清潔度，接觸壓力，接觸材料的導(dǎo)熱系數(shù)等。減小接觸電阻、提高導(dǎo)熱能力的方法：6 熱設(shè)計基礎(chǔ)接觸壓力 (N cm-2)7 熱設(shè)計基礎(chǔ)對于二維或多維的導(dǎo)熱問題，可用有限差分法或有限元法求解。舉例：一塊電源印制板，其上裝

3、有兩個功率晶體管和兩個功率電阻，印制板垂直安裝在溫度為70的冷板上，用有限差分法求解各個安裝點的溫度。8 熱設(shè)計基礎(chǔ)以元件安裝中心為節(jié)點，將印刷版分割成四個矩形小單元。假設(shè)所有熱量均流向中心節(jié)點。節(jié)點1：節(jié)點2、3、4：9 熱設(shè)計基礎(chǔ)6.1.1.2 對流換熱對流換熱是流體與另一物體表面相接觸時，兩者之間的換熱過程，它是流體的對流與導(dǎo)熱聯(lián)合作用的結(jié)果。換熱強度取決于流體流動的動力、流體流動狀態(tài)、換熱面的幾何形狀和位置、流體的物理性質(zhì)等。對流換熱計算（牛頓冷卻公式）：對流換熱系數(shù)；S流體與壁面的接觸面積；tw壁面溫度；tf冷卻流體溫度10 熱設(shè)計基礎(chǔ)對流換熱控制微分方程的分析解和比擬解，迄今只能解

4、決少數(shù)工程實際問題，大部分問題仍要靠實驗的方法來解決。通過量綱分析整理實驗數(shù)據(jù)，可得出各種對流換熱過程的準則方程，進而求出該過程的對流換熱系數(shù)。對流換熱各準則方程中的準則數(shù)及其物理意義11 熱設(shè)計基礎(chǔ)(1) 自然對流換熱參與換熱的流體的運動完全是由流體各部分溫度不均勻所造成的浮升力而引起的流體流動現(xiàn)象。其換熱準則方程為：腳標m表示確定流體物理性質(zhì)參數(shù)的定性溫度為tm=(tw+tf)/2，tw為壁面溫度，tf為流體溫度，C和n為常數(shù)。12 熱設(shè)計基礎(chǔ)(1) 自然對流換熱對于Pr的流體，式中C和n的取值可參照下表。13 熱設(shè)計基礎(chǔ)(2) 強迫對流換熱強迫對流換熱準則方程隨換熱的場所及流動狀態(tài)而異，

5、見下表。表中腳標f表示確定流體物理性質(zhì)參數(shù)的溫度（定性溫度）取流體的平均溫度，腳標w表示取壁面溫度，l是管長，d為管道直徑或當量直徑。14 熱設(shè)計基礎(chǔ)例6-1某調(diào)制管的結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。其損耗功率為22W，玻殼允許溫度為100，環(huán)境溫度為60 ，假設(shè)由輻射散走的熱量為，試計算強迫風(fēng)冷的空氣流速。(已知流體導(dǎo)熱系數(shù)kf10-2W/(m ), 運動粘度Vf10-6m2/s)15 熱設(shè)計基礎(chǔ)例6-1某調(diào)制管的結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。其損耗功率為22W，玻殼允許溫度為100，環(huán)境溫度為60 ，假設(shè)由輻射散走的熱量為，試計算強迫風(fēng)冷的空氣流速。(已知kf10-2W/(m ), Vf10-6m2/s)實驗及考試

6、相關(guān)事項16實驗時間及地點時間：第15周的周一、周三兩天(四個半天)地點：電機樓羅克韋爾實驗室(電機樓20025)周一上午(0)周一下午(13)周三上午(0)周三下午(20)上午：7:4511:30下午：13:4517:30實驗及考試相關(guān)事項17考試時間及地點時間：第17周的周三下午：13:4515:45地點：待定公共郵箱賬號：密碼：(課程PPT及相關(guān)通知會發(fā)至公共郵箱，方便同學(xué)下載)答疑時間：16周周三下午：13:4517:00答疑地點：電機樓20023可靠性分析報告（大作業(yè)）要求：18目標：根據(jù)自己的畢業(yè)設(shè)計題目或針對自己感興趣的電氣系統(tǒng)、裝置，采用本課程相關(guān)的理論和方法對其進行可靠性分析

7、，并提交相應(yīng)的分析報告。要有相應(yīng)的背景介紹和國內(nèi)外現(xiàn)狀分析；內(nèi)容要與可靠性的方向相關(guān)，如典型系統(tǒng)的可靠性框圖建立、可靠性預(yù)計、分配、故障模式分析、可靠性設(shè)計等；提交報告時間為最后一堂理論課(第14周周三5-6節(jié))。上堂課內(nèi)容回顧19潛在通路分析主要表現(xiàn)形式分析方法構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)樹失效分析技術(shù)六種重要的失效模式及其判斷潛在電路、潛在時間、潛在標志、潛在指示彈性形變、屈服失效、疲勞斷裂、腐蝕、磨損、蠕變故障診斷技術(shù)診斷對象診斷過程診斷分類20 熱設(shè)計基礎(chǔ)(3) 輻射換熱輻射：物體以電磁波方式向外傳遞能量的過程。黑體：落在物體上的所有輻射能量全部被吸收而沒有反射和穿透。普朗克定律：描述了黑體在不同溫度

8、下輻射能按波長分布的規(guī)律。Eb黑體在單位時間內(nèi)單位表面積向半球空間所有方向發(fā)射的全部波長的輻射能的總量，稱為黑體輻射力；C02K4，稱為黑體輻射系數(shù)；T黑體的熱力學(xué)溫度。21 熱設(shè)計基礎(chǔ)(3) 輻射換熱物體間的輻射換熱量可用網(wǎng)絡(luò)法進行計算，即把輻射換熱系統(tǒng)模擬成相應(yīng)的電路系統(tǒng)。圖示為兩個灰體表面間的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)，它是在輻射勢差Eb1-Eb2之間用兩個表面熱阻(1-1)/1S1、(1-2)/2S2和一個空間熱阻1/S112串聯(lián)起來的等效電路，其中S和分別是物體的表面積和表面黑度，12是兩個表面間的輻射角系數(shù)。兩個物體表面間的輻射換熱量Q12，等于溫度T1、T2下的兩個黑體本身輻射之差 (Eb1-

9、Eb2)除以系統(tǒng)的總熱阻，即22 熱設(shè)計基礎(chǔ)(4) 傳熱熱量傳遞的三種基本形式：導(dǎo)熱、對流和輻射。電子設(shè)備的傳熱過程總是幾種傳熱形式并存?？捎妙愃齐娐分须娮杈W(wǎng)絡(luò)的熱阻網(wǎng)絡(luò)法計算對流-導(dǎo)熱-對流組成的串聯(lián)傳熱過程對流、輻射導(dǎo)熱對流、輻射的復(fù)合傳熱過程對流、輻射組成的并聯(lián)傳熱過程23 冷卻方法的選擇根據(jù)電子設(shè)備（或元器件）的熱特性（發(fā)熱功率、散熱面積、允許工作溫度、環(huán)境溫度等）及可靠性指標，確定其合理的冷卻方法，用較少的成本獲得高可靠性的電子設(shè)備。熱設(shè)計目的熱設(shè)計的基本原則保證冷卻系統(tǒng)具有良好的冷卻功能，使設(shè)備內(nèi)的元件都能在規(guī)定的熱環(huán)境中正常工作；盡量減少熱回路中從發(fā)熱元件表面到最終散熱對象（如散

10、熱器等）之間的熱阻；保證冷卻系統(tǒng)工作的可靠性；冷卻系統(tǒng)要具有良好的適應(yīng)性；冷卻系統(tǒng)要便于維護；冷卻系統(tǒng)的設(shè)計要有良好的經(jīng)濟性。24 冷卻方法的選擇冷卻方法的選擇電子設(shè)備冷卻方法選擇的依據(jù)是熱設(shè)計參數(shù)，包括設(shè)備（元件）的總發(fā)熱量、設(shè)備（元件）的允許溫升、設(shè)備的工作場所環(huán)境條件、結(jié)構(gòu)尺寸、其他特殊要求。下圖是根據(jù)設(shè)備的允許溫升和熱流密度，確定散熱方法的選擇圖由圖可知，當溫升為600C時，自然散熱的表面熱流密度小于2，因此這種散熱方法不可能提供1W/cm2的熱流密度。如果用強迫通風(fēng)冷卻，則傳熱能力可提高一個數(shù)量級。若采用碳氟有機液沸騰冷卻，則可提供相當高的傳熱能力，且有很高的介電特性，可使大多數(shù)功率

11、元件直接浸入工作液，其熱流密度將超過10W/cm2，而溫升則小于100C。25 電子設(shè)備的自然冷卻 在自然散熱狀態(tài)下，電子設(shè)備內(nèi)部的熱量首先通過對流、輻射、傳導(dǎo)等傳向機殼，然后再由機殼通過對流和輻射將熱量傳至周圍介質(zhì)。因此，要改善電子設(shè)備的自然冷卻效果，關(guān)鍵是要提高設(shè)備內(nèi)部電子元器件向機殼的傳熱能力和機殼向外界的散熱能力。 1. 機殼的熱設(shè)計機殼內(nèi)外表面涂漆（即提高黑度）、機殼開通風(fēng)孔，均能降低內(nèi)部元器件的溫度；機殼內(nèi)表面和外表面涂漆的冷卻效果比表面光亮、且開通風(fēng)孔的效果好；機殼內(nèi)、外表面均涂漆的冷卻效果比單面涂漆的效果好；在機殼內(nèi)、外表面均涂漆的基礎(chǔ)上，合理地改進通風(fēng)孔結(jié)構(gòu)，加強對流，可以得

12、到很好的冷卻效果。26 電子設(shè)備的自然冷卻 在自然散熱狀態(tài)下，電子設(shè)備內(nèi)部的熱量首先通過對流、輻射、傳導(dǎo)等傳向機殼，然后再由機殼通過對流和輻射將熱量傳至周圍介質(zhì)。因此，要改善電子設(shè)備的自然冷卻效果，關(guān)鍵是要提高設(shè)備內(nèi)部電子元器件向機殼的傳熱能力和機殼向外界的散熱能力。 2. 通風(fēng)孔面積計算通風(fēng)孔的形狀、大小應(yīng)根據(jù)人機工程學(xué)及換熱原理進行選擇；通風(fēng)孔的位置要對準發(fā)熱元件，使冷卻空氣直接流過發(fā)熱元件，進出孔要遠離，切忌氣流短路而影響冷卻效果；通風(fēng)孔的面積與通風(fēng)孔散掉的熱量之間的關(guān)系：S0進風(fēng)孔或出風(fēng)孔的面積，cm2；Q設(shè)備內(nèi)部總功耗，W；Qd機殼表面自然對流散熱量，W；Qf機殼表面輻射散熱量，W；

13、H機箱高度（或進出風(fēng)孔中心距離），cm；t設(shè)備內(nèi)部空氣溫度t2與外部空氣溫度t1之差，。27 電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷強迫通風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計的重點：合理控制和分配氣流，使其按照預(yù)定的路徑通行。注意事項：元件排列時，應(yīng)將不發(fā)熱和發(fā)熱量小的元件排列在冷空氣的入口，耐熱性差的元件排列在離入口最近處，其余元件可按耐溫高低，以遞增的順序逐一排列；各元件在單元內(nèi)排列時，應(yīng)力求對氣流的阻力最??；整機通風(fēng)系統(tǒng)的進、出風(fēng)口應(yīng)盡量遠離，以避免氣流短路。整機的通風(fēng)形式：抽風(fēng)、鼓風(fēng)和抽風(fēng)與鼓風(fēng)串聯(lián)等。整機通風(fēng)的風(fēng)量由熱平衡方程計算：Qf通風(fēng)量，m3/h；Q整機總損耗功率,W；cp空氣的比定壓熱容,J/(kgK)；空氣密度,k

14、g/m3；t空氣出口與進口溫差,0C。28 電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷進行通風(fēng)管道設(shè)計時應(yīng)注意以下問題：盡量縮短通風(fēng)管道，以降低風(fēng)道的阻力損失；盡可能采用直的錐形風(fēng)道；風(fēng)道的截面尺寸最好和風(fēng)機的出口一致，以免因截面變換而引起壓力損失；風(fēng)道的截面尺寸應(yīng)能保持所需的雷諾數(shù)；進風(fēng)口的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則是：盡量使其對氣流的阻力最??；起到濾塵的作用。29 電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷強迫冷卻系統(tǒng)的通風(fēng)機軸流式風(fēng)機：風(fēng)量大、風(fēng)壓低離心式風(fēng)機：風(fēng)量小、風(fēng)壓高若一個風(fēng)機的風(fēng)量不夠，可采用兩個風(fēng)機并聯(lián)，此時，其風(fēng)壓是每個風(fēng)機的風(fēng)壓，而風(fēng)量為各風(fēng)機風(fēng)量之和；若風(fēng)壓不夠，則可串聯(lián)使用，這時，風(fēng)量基本上等于每臺風(fēng)機的風(fēng)量，風(fēng)壓相當于各風(fēng)機壓

15、力之和。30 電子設(shè)備的強迫風(fēng)冷設(shè)計通風(fēng)冷卻系統(tǒng)時應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)因素：抽風(fēng)的冷卻效果比吹風(fēng)形式好，因此在機箱風(fēng)阻相同的情況下，盡可能采用抽風(fēng)冷卻形式；在冷卻氣流流速不大的情況下，元件應(yīng)按叉排方式排列，這樣可提高氣流的紊流程度，增加散熱能力；設(shè)備中發(fā)熱區(qū)的中心線，應(yīng)與入風(fēng)口的中心線相一致或略低于入風(fēng)口的中心線，以提高冷卻效率；大型機柜在強迫通風(fēng)時，機柜縫隙的漏風(fēng)將直接影響散熱效果。從試驗效果看，有縫隙存在時：（1）抽風(fēng)形式的冷卻效果比鼓風(fēng)形式好；（2）縫隙小的效果比縫隙大的效果好。31 其他冷卻方式電子設(shè)備的其他冷卻方法有：液體冷卻（直接或間接液體冷卻）；半導(dǎo)體制冷；靜電制冷；射流冷卻；熱管傳熱等

16、。第六章 可靠性設(shè)計技術(shù)326.1 可靠性熱設(shè)計6.2 電磁防護設(shè)計6.3 機械防振設(shè)計6.4 其他可靠性設(shè)計技術(shù)33 電磁防護設(shè)計任何電子設(shè)備工作時，都將對其周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的電磁輻射，自然界本身也產(chǎn)生一定的電磁環(huán)境（如地磁、雷電、宇宙射線等）。電磁兼容性電子系統(tǒng)與周圍其他電子系統(tǒng)之間相互兼容的能力；電子系統(tǒng)在自然界的電磁環(huán)境中按照設(shè)計要求正常工作的能力。電磁防護設(shè)計的主要任務(wù)： 要求設(shè)備既能抑制其他設(shè)備的干擾，又能抑制自然界電磁作用的干擾，同時還要求減少設(shè)備本身對其他設(shè)備的干擾。34 電磁防護設(shè)計構(gòu)成電磁干擾必須具備三個基本條件： 存在干擾源； 有相應(yīng)的傳輸介質(zhì)（耦合途徑）； 有敏感的接收

17、單元（被干擾源）。對電子設(shè)備進行電磁防護設(shè)計（兼容性設(shè)計），需要明確干擾源的性質(zhì)、干擾源與被干擾源之間的耦合形式和防護設(shè)計的具體指標等。35 耦合方式耦合 一般指的是設(shè)備（電路）與設(shè)備（電路）之間電的聯(lián)系，耦合起著把電磁能量從一個設(shè)備（電路）傳送到另一設(shè)備（電路）中去的作用。干擾信號有兩種基本耦合方式：傳導(dǎo)耦合：簡稱來自“路”的干擾，包括電路性傳導(dǎo)耦合、電容性傳導(dǎo)耦合及電感性傳導(dǎo)耦合；輻射耦合：簡稱來自“場”的干擾，包括近場感應(yīng)耦合及遠場輻射耦合。36 耦合方式(1) 電路性傳導(dǎo)耦合電路性傳導(dǎo)耦合也稱為共阻抗耦合，當兩個電路回路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路回路的電流在該公共阻抗上形成的電

18、壓就會影響到另一個電路回路。最簡單的電路性傳導(dǎo)耦合模型如圖所示。Z12是回路1和回路2的公共阻抗，當回路1有電壓V1作用時，該電壓經(jīng)Z1加到公共阻抗Z12上，如果回路2開路，由回路1耦合到回路2的電壓為：37 耦合方式(1) 電路性傳導(dǎo)耦合電路性傳導(dǎo)耦合也稱為共阻抗耦合，當兩個電路回路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路回路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路回路。地線電流流經(jīng)公共地阻抗Z的耦合，地電流I1被I2所調(diào)制，故一些干擾信號由電路2經(jīng)Z耦合到電路1。電子設(shè)備中常用公共電源給不同電路供電。公共電源有內(nèi)阻，高電平電路的輸出電流流經(jīng)電源變換為電壓，耦合到其他電路成為干擾電壓。對

19、這種由電源內(nèi)阻形成的耦合，可采用穩(wěn)壓電源或電阻、電容組成的去耦電路來消除干擾。38 耦合方式(2) 電容性耦合電容性耦合亦稱為電場耦合，是通過導(dǎo)線間的電容使某一電路對另一電路形成電力線交鏈，從而在信號電路中引入了干擾。圖為電場耦合作用示意圖。G為具有交變電壓VG的干擾源，在其附近有一受感器S通過阻抗Zs接地，干擾源對受感器的電場感應(yīng)作用等效為分布電容CJ，從而形成了由VG,CJ和Zs構(gòu)成的回路，在感受器上產(chǎn)生的干擾電壓Vs為：干擾源角頻率。一般有jCJZS/(2)時，稱該干擾場為遠場；反之，稱為近場；當場源是高電位小電流時，稱近電場；當場源為低電位大電流時，稱近磁場。電磁屏蔽是利用由良導(dǎo)體制成

20、的屏蔽體，通過對外來電磁波的反射、吸收來達到衰減電磁能量、減小輻射干擾的目的。44 屏蔽效能計算屏蔽的有效性采用屏蔽效能SE來進行度量，定義為屏蔽前（電場強度E、磁場強度H）后（電場強度E、磁場強度H ）空間某點場強之比：對于電路，屏效可用屏蔽前后電路某點上的功率、電流和電壓之比來定義，也可由外界耦合到某個關(guān)鍵器件上的干擾與器件所產(chǎn)生的噪聲之比來定義：由于屏效的量值范圍很寬，為便于表達，通常用分貝來計量：45 屏蔽效能計算(1) 低頻磁屏蔽的屏效低頻磁屏蔽主要利用高磁導(dǎo)率的屏蔽體對干擾磁場的分路作用。由磁路分析法可得到屏蔽效果的近似計算公式。H0屏蔽盒外磁場強度；H1屏蔽盒內(nèi)磁場強度；r=s/

21、0相對磁導(dǎo)率；s屏蔽材料的磁導(dǎo)率；0空氣的磁導(dǎo)率。46 屏蔽效能計算(2) 電磁屏蔽的屏效高頻電磁場從空氣進入金屬板時要產(chǎn)生反射，由于反射，抵消了一部分電磁能量，使干擾場受到衰減，稱之為反射損耗；高頻電磁波在金屬板內(nèi)傳播時，所引起的感應(yīng)渦流將部分電磁能量以熱損耗的形式耗散掉，這一效應(yīng)稱為吸收損耗；金屬板總的屏效為吸收損耗和反射損耗之和。電磁屏蔽效果的計算公式：r/(2)平面波：r/(2) 電場：r/(2) 磁場：47 屏蔽效能計算圖為后銅板的電磁屏蔽效果的計算實例。A為吸收損耗；RE電場的反射損耗；RH為磁場的反射損耗；Rp為平面波的反射損耗。后銅板，在頻率為10MHz時，其屏蔽效果可達100

22、dB。48 屏蔽效能計算例6-2一長方形屏蔽盒的尺寸為120mm25mm50mm，材料為銅，銅盒厚度為，求該銅屏蔽盒在頻率為1MHz使得電磁屏蔽效能。49 電磁屏蔽結(jié)構(gòu)為減小剩余電容，電屏蔽體的形狀最好設(shè)計為盒形。通過適當?shù)钠帘魏薪Y(jié)構(gòu)設(shè)計，進一步減小剩余電容。 (1) 改善電接觸的結(jié)構(gòu)在屏蔽盒的側(cè)壁鉚裝導(dǎo)電梳形簧片，使其與蓋緊密接觸，減小接觸電阻；將盒與蓋直接焊接在一起；盒與蓋之間用螺釘連接時，螺釘數(shù)越多，接觸改善的效果越好；機柜門的四周做有凹槽，并在其中填裝導(dǎo)電彈性襯墊。50 電磁屏蔽結(jié)構(gòu)為減小剩余電容，電屏蔽體的形狀最好設(shè)計為盒形。通過適當?shù)钠帘魏薪Y(jié)構(gòu)設(shè)計，進一步減小剩余電容。(2) 雙層

23、門蓋結(jié)構(gòu)機箱可采用雙層門，屏蔽盒可采用雙層蓋。與單層蓋的耦合等效電路相比，多了一次衰減，因而可提高屏效。但每層蓋依然要采取改善電接觸的措施，兩層蓋中央應(yīng)避免直接接觸。(3) 分蓋結(jié)構(gòu)把干擾源與被干擾源在盒內(nèi)分隔開后，將上面的盒蓋分成兩個，分別進行固定，其屏蔽效果比單蓋的好。51 低頻磁屏蔽結(jié)構(gòu)對低頻磁場的屏蔽作用是通過屏蔽盒的高導(dǎo)磁性能，即低磁阻來實現(xiàn)的。在設(shè)計時應(yīng)仔細考慮屏蔽盒上的接縫與孔洞的處理，以減小它們對屏蔽效果的影響。(1) 合理布置接縫與磁場的相對方位當磁場方向垂直于接縫時，磁通流經(jīng)接縫的磁阻較大，若磁場平行于接縫，則接縫的磁阻不起作用。因此，接縫相對磁場的方位應(yīng)是磁通不流經(jīng)或大部

24、分不流經(jīng)接縫為宜。不正確正確52 低頻磁屏蔽結(jié)構(gòu)對低頻磁場的屏蔽作用是通過屏蔽盒的高導(dǎo)磁性能，即低磁阻來實現(xiàn)的。在設(shè)計時應(yīng)仔細考慮屏蔽盒上的接縫與孔洞的處理，以減小它們對屏蔽效果的影響。不正確正確(2) 減小接縫磁阻低頻磁屏蔽盒一般由鈑金工藝制作，因此盒與蓋之間的配合精度不高，允許盒與蓋的接縫處有一定的間隙。為減小接縫磁阻，常采用增加盒與蓋的套入高度及用螺釘連接使盒與蓋靠緊的結(jié)構(gòu)。對盒本身的接縫，可用導(dǎo)磁材料密焊。53 低頻磁屏蔽結(jié)構(gòu)對低頻磁場的屏蔽作用是通過屏蔽盒的高導(dǎo)磁性能，即低磁阻來實現(xiàn)的。在設(shè)計時應(yīng)仔細考慮屏蔽盒上的接縫與孔洞的處理，以減小它們對屏蔽效果的影響。(3) 正確布置通風(fēng)孔通

25、風(fēng)孔的布置原則是：除滿足熱設(shè)計的要求外，應(yīng)盡可能少地減小導(dǎo)磁截面積和不增加導(dǎo)磁回路的長度，即盡量不增加屏蔽的磁阻。54 低頻磁屏蔽結(jié)構(gòu)對低頻磁場的屏蔽作用是通過屏蔽盒的高導(dǎo)磁性能，即低磁阻來實現(xiàn)的。在設(shè)計時應(yīng)仔細考慮屏蔽盒上的接縫與孔洞的處理，以減小它們對屏蔽效果的影響。(4)雙層磁屏蔽為了解決屏蔽效果與屏蔽盒體積和質(zhì)量的矛盾，在要求屏蔽效果更高時，應(yīng)采用雙層屏蔽結(jié)構(gòu)，這樣就能在屏蔽盒體積和質(zhì)量增加不多的情況下，顯著提高屏蔽效果。采用該結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意：通過內(nèi)外層屏蔽盒的引線，應(yīng)在兩層之間加濾波電路；內(nèi)外層屏蔽盒間只能采用一點連接（可采用扁銅條或短銅桿），使內(nèi)外層上的電流相互隔開，不產(chǎn)生耦合。55

26、 接地設(shè)計所謂“地”，一般是指電路或系統(tǒng)的零電位參考點或直流電壓的零電位點。電子設(shè)備中任何電路的電流都需經(jīng)過地線形成回路，而地線或接地平面總有一定的阻抗，該公共阻抗使兩接地點間形成一定的電壓，而引起接地干擾；同時，恰當?shù)慕拥亟o高頻干擾信號形成了低阻通路，抑制了高頻信號對其它電子設(shè)備的干擾。為抑制地線產(chǎn)生的共阻抗耦合干擾，常用“三套法”和“四套法”接地技術(shù)56 接地設(shè)計“四套法”是指設(shè)備內(nèi)按信號大小及噪聲源情況分別設(shè)置四套接地通道：敏感信號地與小信號地；不敏感信號地及大信號地；干擾源地；金屬構(gòu)件地。將“四套法”中的某兩類地合并，便形成“三套法”接地系統(tǒng)。57 接地設(shè)計 信號地線是指信號電路的地線

27、或有信號電流流通的地線。交流電源的地線不能作為信號地線；圖a)為共用地線串聯(lián)一點接地，大多使用在各電路的電平相差不大的場合；圖b)為獨立地線并聯(lián)一點接地，其優(yōu)點是完全消除了公用地電流的耦合，消除了電路間的噪聲串擾；缺點是地線較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容都會增大，因此這種接地方式不適用于高頻；圖c)是多點接地，該方式降低了地線阻抗，可用于高頻段。第六章 可靠性設(shè)計技術(shù)586.1 可靠性熱設(shè)計6.2 電磁防護設(shè)計6.3 機械防振設(shè)計6.4 其他可靠性設(shè)計技術(shù)第六章 可靠性設(shè)計技術(shù)596.3.1 振動與沖擊對電子設(shè)備產(chǎn)生的危害設(shè)備在某一激振頻率作用下產(chǎn)生共振，最后因振

28、動加速度超過設(shè)備的極限加速度而損壞設(shè)備，或者由于沖擊所產(chǎn)生的沖擊力超過設(shè)備的強度極限而使設(shè)備破壞；長期振動或多次沖擊會使設(shè)備疲勞破壞；振動引起彈性零件變形，使具有觸點的元件可能產(chǎn)生接觸不良或完全開路的問題；機械振動會使防潮和密封措施受到破壞，使螺釘、螺母松開甚至脫落，使指示儀表指針不斷抖動，引起讀數(shù)不準。第六章 可靠性設(shè)計技術(shù)606.3.2 隔振設(shè)計隔振是將彈性元件（如減振器）正確的安裝在設(shè)備與支承結(jié)構(gòu)之間，這樣可在一定頻率范圍內(nèi)減小振動的影響，是防護電子設(shè)備受到振動與沖擊的一種重要方法。根據(jù)隔振要求不同分類積極隔振（或主動隔振）消極隔振（或被動隔振）61 隔振設(shè)計(1) 積極隔振當研究對象本

29、身是有振源的機器，為了減小它對周圍儀器及建筑物的影響，將其與基礎(chǔ)或支承結(jié)構(gòu)隔離開。積極隔振系數(shù)：表示系統(tǒng)激振力對外界的隔離P傳遞力幅值；H激振力幅值62 隔振設(shè)計(2) 消極隔振當基礎(chǔ)或支承結(jié)構(gòu)本身是振源時，要將設(shè)備與振動的基礎(chǔ)相隔離。消極隔振系數(shù)：表示系統(tǒng)對外界振動位移的隔離B設(shè)備振動幅值；H支撐結(jié)構(gòu)幅值63經(jīng)推導(dǎo)，積極隔振和消極隔振的隔振系數(shù)的表達式均為D系統(tǒng)的阻尼比，D=實際阻尼系數(shù)/臨界阻尼系數(shù)；頻率比，=激振頻率/固有頻率=/0按上式確定的曲線稱為隔振系數(shù)曲線。它表示阻尼比D和頻率比變化時對應(yīng)的變化規(guī)律。圖中E表示隔振效率，E=1-，由圖有:(1)當1，E為負值，隔振無效；(2)當1

30、時，值很大，阻尼很小時，共振(3)=2時，=1，減振與不減振臨界點(4)2時，2為隔振區(qū)(5)越大，越小，E越高。但5以后E提高甚微，故一般將頻率比取=2.55的在范圍內(nèi)。 隔振設(shè)計64 隔振設(shè)計隔振設(shè)計的主要任務(wù)是選擇和設(shè)計適當?shù)臏p振器，進行合理的布置，使系統(tǒng)的固有頻率盡可能低于激振頻率，即滿足2的條件。減振器的安裝要求：應(yīng)使系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作，力求六個自由度之間的振動不要耦合，并盡量使六個固有頻率能相互接近。減振器的配置需滿足以下條件：當設(shè)備從其平衡位置沿坐標軸平行移動一距離時，各減震器對設(shè)備的作用力的合力通過設(shè)備的重心；當設(shè)備繞某坐標軸轉(zhuǎn)一微小角度時，各減震器作用力合成一力偶，力偶作用平面

31、與該軸垂直。65 隔振設(shè)計66 隔振設(shè)計采用雙層隔振時，設(shè)外部激勵頻率、設(shè)備質(zhì)量m2、中間質(zhì)量m1均已知，根據(jù)隔振要求，隔振系數(shù)1,2也是已知的。當這些參數(shù)確定后，可由下式確定每層減振器的總剛度：k1為第一層減振器的總剛度，k2為第二層減振器的總剛度。質(zhì)量比為=m2/m1。只要上式總是有解的。67 沖擊隔離設(shè)計沖擊隔離設(shè)計用減振器最大限度地儲存（以位移能的形式）沖擊作用時的能量，沖擊結(jié)束后又將此能量以系統(tǒng)的固有頻率釋放出來。通過這一裝置，使較尖銳的沖擊波以較緩和的形式作用在設(shè)備上，從而起到保護設(shè)備的作用。沖擊隔離設(shè)計的主要方法 階躍速度法采用這種設(shè)計方法的前提是：沖擊的持續(xù)時間與沖擊隔離系統(tǒng)的

32、固有周期的比值小于或等于。68 沖擊隔離設(shè)計 (1) 階躍速度的計算設(shè)沖擊激勵以支承結(jié)構(gòu)的加速度zs形式給出時，則其相應(yīng)的階躍速度為：若沖擊激勵是以力Us(t)的形式給出，則階躍速度為m設(shè)備的質(zhì)量69 沖擊隔離設(shè)計 (2) 隔沖系數(shù)隔沖系數(shù)定義為設(shè)備的最大加速度zm與沖擊脈沖加速度峰值zp之比，即a=zm/zp隔沖系數(shù)a與沖擊脈沖無量綱持續(xù)時間r的關(guān)系曲線稱為沖擊響應(yīng)頻譜，簡稱沖擊頻譜。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，設(shè)備的最大加速度zm和減振器的最大相對變形m成正比，即 zm= 2mr為有效沖擊持續(xù)時間，矩形脈沖r = ，半正弦脈沖r =2 /，正矢脈沖和三角形脈沖r = /2。70 沖擊隔離設(shè)計 (3) 沖

33、擊減振器的設(shè)計利用沖擊脈沖頻譜可確定減振器的彈簧特性。當加速度脈沖波形不是圖中的理想波形時，可根據(jù)實際脈沖波形的面積A（即積分值）、加速度脈沖最大值zp和作用時間 ，用一理想沖擊加速度脈沖來代替，然后用zm/zpzm/zp，即響應(yīng)加速度最大值小于最大允許加速度zm為判據(jù)，從沖擊脈沖頻譜圖查得r的范圍，以此確定固有頻率的上限U 。在使用線性彈簧時，用設(shè)備的允許最大加速度zm和彈簧最大允許變形m決定固有頻率的下限：71 沖擊隔離設(shè)計設(shè)備的重量為200N，在其安裝支承位置受到的脈沖強度為zp =270m/s2，A=2m/s。設(shè)備的最大允許加速度zm=22g，彈簧最大允許變形m，求線性沖擊減振器的彈性

34、特征（即求彈簧的剛度）。例6-3r為有效沖擊持續(xù)時間，矩形脈沖r = ，半正弦脈沖r =2 /，正矢脈沖和三角形脈沖r = /2。72 阻尼減振技術(shù)阻尼減振是將阻尼材料涂覆或粘貼在振動部件上，或用粘彈性材料作為芯層鑲嵌在振動部件（基層）與覆蓋層（約束層）之間，在部件振動時，它們能消耗大量的振動能，從而達到降低振幅或加速度的目的。結(jié)構(gòu)阻尼：由材料自身內(nèi)摩擦和結(jié)合面之間的摩擦等引起的阻尼，它包括：系統(tǒng)阻尼：結(jié)合面之間的摩擦阻尼；內(nèi)摩擦阻尼：由材料的內(nèi)耗引起。系統(tǒng)阻尼和內(nèi)摩擦阻尼的損耗因子均比較小，難以達到明顯的減振要求，因此不得不采用外加阻尼，形成復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)。73 阻尼減振技術(shù) (1) 自由阻尼

35、結(jié)構(gòu)把粘彈性材料粘貼或噴涂在需減振的結(jié)構(gòu)件上（如下圖a)所示）。它通過粘彈性材料的延伸及剪切吸收振動能量。各層間粘接劑的厚度應(yīng)控制在。自由阻尼結(jié)構(gòu)計算簡便，工藝簡單，但受溫度變化的影響大，低頻時效果差。 (2) 約束阻尼結(jié)構(gòu)約束阻尼是在振動部件（基層）上貼上阻尼材料，稱為阻尼層；然后在它上面再覆蓋一層金屬材料，稱為約束層?；鶎雍图s束層統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)層。結(jié)構(gòu)層提供強度，而由阻尼層吸收振動能量。第六章 可靠性設(shè)計技術(shù)746.1 可靠性熱設(shè)計6.2 電磁防護設(shè)計6.3 機械防振設(shè)計6.4 其他可靠性設(shè)計技術(shù)75 其他可靠性設(shè)計技術(shù) 6.4.1 降額設(shè)計降額就是降低元器件或機械零部件所承受的應(yīng)力。合理的降

36、額可以大幅度地降低元器件或零部件的失效率。對設(shè)備有影響的應(yīng)力：時間、溫度、濕度、腐蝕、機械應(yīng)力（振動或沖擊）、電應(yīng)力（電壓、電流、頻率等）。當元件或部件的工作應(yīng)力高于額定應(yīng)力時，失效率增加；反之，一般都要下降。76電阻器的降額方法：減小降額系數(shù)S（工作功率/額定功率），通常?。画h(huán)境溫度應(yīng)低于600C，最好低于450C；當S時，因工作時發(fā)熱量過低，失效率反而提高，因此電阻器的降額不可過低。電容器降額系數(shù)S定義為電壓應(yīng)力比（工作電壓/額定電壓），其基本失效率比電阻器大約高1個至3個數(shù)量級；溫度小于500C時，基本失效率隨溫度的變化不明顯；當溫度大于500C時，每增加100C，基本失效率約增大10%

37、15%；因此，一般電容器的使用溫度應(yīng)低于500C，降額系數(shù)S低于為宜，但對電解電容，不要使S為零；金屬化紙介電容的S取較為合理；小型云母電容因常出現(xiàn)低電平失效，所以交流運用時應(yīng)注意S不能過低。 降額設(shè)計77半導(dǎo)體器件的降額方法：將其工作功耗限制在額定功耗一下，降額系數(shù)小于，溫度小于500C，鍺管的溫度應(yīng)盡可能低一些，硅管可適當高一些。電感器當熱點溫度從250C升到500C時，基本失效率增加不多，但增加到750C以上時最多可增至9倍以上，所以降額應(yīng)使熱點溫度不大于750C，最好在500C以下，最高工作溫度不應(yīng)超過1300C，工作電流降額因子取最合理；在濕熱環(huán)境中，降額因子不應(yīng)過小，否則對驅(qū)散潮氣

38、不利。繼電器繼電器的降額主要指接點工作電流的降額；對于純電阻負載的額定電流，降額系數(shù)S應(yīng)小于才能保證接通負載的瞬間電流不大于額定值；對于電感性負載應(yīng)有S；在脈沖開關(guān)工作時應(yīng)考慮設(shè)計接點保護電路。 降額設(shè)計78接插件接插件的降額設(shè)計主要考慮兩個因素：工作環(huán)境溫度對接插件中嵌入材料的影響；電流通過接點時，火花、發(fā)熱對接點壽命的影響。接插件接點負載電流的降額方法可參考繼電器接點在不同負載下的降額方法進行設(shè)計；使用中低頻多接點接插件時，可采用多點并聯(lián)工作方式，這樣既可降額，又有冗余功能。多因素的綜合降額一般可使元器件的失效率下降12個數(shù)量級，但有的降額設(shè)計還需要其他可靠性設(shè)計技術(shù)來保障。 降額設(shè)計79

39、 動態(tài)設(shè)計電子設(shè)備中所使用的任何元件、部件或分系統(tǒng)的參數(shù)必然有一定的制造誤差隨著工作時間的增長，其特征參數(shù)值也會發(fā)生變化（參數(shù)漂移）系統(tǒng)功能波動為了減小或克服這種失效或故障，應(yīng)改變過去那種認為元器件及機械部件的特性參數(shù)不變的靜態(tài)設(shè)計思想，在設(shè)計上使參數(shù)漂移對系統(tǒng)的影響降至最低，即采用動態(tài)設(shè)計（又稱容差設(shè)計）的方法。系統(tǒng)故障80 動態(tài)設(shè)計 (1) 工作狀態(tài)設(shè)計先采用正交表或其他組合方法，通過分析各種元器件參數(shù)的搭配，尋找一組能使電路（系統(tǒng)）性能最優(yōu)的參數(shù)搭配。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲學(xué)的理論，利用計算機輔助網(wǎng)絡(luò)分析，計算各個元器件的參數(shù)變化對電路（系統(tǒng)）參數(shù)的影響程度。在上述分析的基礎(chǔ)上，最后確定系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài)。 (2) 動態(tài)補償設(shè)計環(huán)境因素中，溫度對電子元器件參數(shù)值的影響最為嚴重；電子元器件的特征參數(shù)值隨溫度的變化方式有兩種：正溫度系數(shù)（溫度升高特征參數(shù)值增加）和負溫度系數(shù)（溫度升高特征參數(shù)值降低）；動態(tài)補償設(shè)計即采用溫度補償?shù)霓k法克服溫度對器件特征參數(shù)的影響，如選用負溫度系數(shù)的電容器來抵消正溫度系數(shù)的電感器隨溫度的變化量，選用適當?shù)碾娙萜鱽淼窒承┚w管的參數(shù)漂移，還可采用反饋技術(shù)來補償特征參數(shù)變化所帶來的影響。81 動態(tài)設(shè)計 (5) 動態(tài)環(huán)境防護設(shè)計統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，導(dǎo)致電子產(chǎn)品參數(shù)變化的諸因素中，溫度、濕度和老化占95%98%，而其中尤以溫度的影響最為顯著，約占60%70%。