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1、可靠性分析报告可 靠 性 工 程结 课 论 文 题 目： 混频器组件可靠性分析 学 院： 机电学院 专 业： 机械电子工程 学 号： 201100384216 学生姓名： 郭守鑫 指导教师： 尚会超 2014年6月摘要3关键词31. 元器件清单 32. 可靠性预测 43. 可靠性分析6 3.1可靠性数据分析 7 3.2故障模式影响 7 3.3 危害性分析 84. 结论和建议10参考文献10混频器组件可靠性分析郭守鑫（中原工学院 机电学院 451191）【摘 要】变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种功能的电路称为变频器（或混频器）。输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或

2、为两者其他组合的电路。混频器通常由非线性元件和选频回路构成。【关键词】混频器，变频，组件【Abstract】frequency conversion, is to signal frequency by a value transform into another process of the value. Which has the function of the circuit is called inverter (or mixers). The output signal frequency is equal to the sum of two input signal frequen

3、cy, or for both other combination of the circuit. Mixer is usually composed of nonlinear components and frequency selective circuit.【keywords】 mixer, frequency conversion, components1.元器件清单 本组件选用元器件如下：序号名称型号数量1场效应管AFM06P3-21212场效应管FHX14LP13介质谐振器A614变容管WB2005H15单片混频器HMC171C816隔离器TGX-427集成稳压块CW78L0518

4、片状电阻RI-1/10W-79片状电容CC41-0805-810金属膜电阻RJ-1/2W-10111钽电容CA42-25V-47412射频同轴连接器SMA-KFD22 可靠性预计 VCO混频组件由混频器、VCO二个功能模块组成。元器中包括8类11种30个。其中任一元器件失效，都将造成整个组件失效，即组件正常工作的条件是各元器件的正常工作。因此，本组件的可靠性模型是一个串联模型。本组件是可修复产品，寿命服从指数分布，根据可靠性理论，其平均故障间隔时间与失效率成反比，即 MTBFs = 1/ （1） 由于本组件已完成初样的研制，现已转入正样设计阶段，所用元器件的种类、型号规格、质量水平、工作应力及

5、环境条件都已基本确定，其失效率因子等有关可靠性参数可以从GJB/Z299B-98电子设备可靠性预计手册查到，因此采用应力分析法来预计本组件的可靠性指标。已知本组件工作于飞机座舱，环境代号AIF，工作温度-45+60。现对其可靠性指标计算如下：2.1场效应管的工作失效率P1本组件所用场效应管属低噪声类型，其工作失效率模型为 P1 = bEQATM （2）查得基本失效率b =0.40810-6/h 环境系数E =15 质量系数Q =0.05 应用系数A =3 温度系数T =3.73 匹配网络系数M =1本组件使用场效应管2只，故其工作失效率为 P1 = 0.40810-6150.0533.7312

6、=6.8482810-6/h2.2单片混频器的工作失效率P2单片混频器是矩形8引出端密封扁平封装的半导体集成电路，其工作失效率模型为P2 =Q C1TV +（C2+ C3）E L （3）查得环境系数E =17 质量系数Q =0.5 成熟系数L=1.0温度应力系数T=0.8 电压应力系数V=1.0 电路复杂度失效率C1=0.34610-6/h C2=0.02010-6/h 封装复杂度失效率C3=0.10-6/h本组件使用1只单片混频器，故其工作失效率为P2=0.500.34610-60.81+（0.020+0.）10-617 11=0.495410-6/h2.3变容管的工作失效率P3 本组件所用

7、的检波管为微波砷化镓二极管型，其工作失效率模型为P3 =bEQ K查得环境系数E =13 质量系数Q =0.5 质量系数K =0.5基本失效率b =0.53410-6/h 本组件使用变容管1只，故其工作失效率为 P3 =0.53410-6130.50.5=1.735510-6/h2.4三端稳压器的工作失效率P4 三端稳压器是园形3引出端密封金属壳封装的半导体集成电路，其工作失效率模型为P4 =Q C1TV +（C2+ C3）E L （4）查得环境系数E =17 质量系数Q =0.5 成熟系数L=1.0温度应力系数T=1.51 电压应力系数V=1.0 电路复杂度失效率C1=0.26310-6/h

8、 C2=0.10-6/h 封装复杂度失效率C3=0.00410-6/h本组件使用三端稳压器1只，故其工作失效率为 P4 =0.500.26310-61.511+（0.+0.004）10-610 11=0.26856510-6/h2.5隔离器工作失效率P5 隔离器为磁性器件，其工作失效率模型为 P5 =bE （6）查得基本失效率b =0.0810-6/h 环境系数E =6.0本组件使用2只隔离器，故其工作失效率为 P5 = 0.0810-66.02=0.9610-6/h2.6金属膜电阻器和片状电阻器的工作失效率P6 本组件选用的固定电阻器，其工作失效率模型为 P6=bEQR （7）查得环境系数得

9、E =5.0 质量系数得Q =0.3 阻值系数得R =1.0 基本失效率b=0.0110-6/h 本组件使用固定电阻器8只，故其工作失效率为 P6 =0.0110-65.00.31.08=0.1210-6/h2.7钽电容器的工作失效率P7 本组件选用固体钽电解电容器，其工作失效率模型为 P7=bEQCVSR （9）查得环境系数E=8.3 质量系数Q=0.3 电容系数CV=1.3 串联电阻系数SR=1 基本失效率b=0.045810-6/h本组件使用钽电容器4只,故其工作失效率为 P7=0.045810-68.30.31.314=0.59310-6/h2.8片状电容器的工作失效率P8 本组件选用

10、的片状电容器属1类瓷介电容器，其工作失效率模型为 P8=bEQCV （10）查得环境系数E=6.7 质量系数Q=0.3 电容系数CV=1.0 基本失效率b=0.00910-6/h 本组件使用片状电容器8只，故其工作失效率为 P8=0.00910-66.70.318=0.1447210-6/h2.9射频连接器的工作失效率P9 本组件选用射频同轴连接器，其工作失效率模型为 P9=bEQPKC （11） 查得基本失效率b=0.030310-6/h 环境系数E=4.3 质量系数Q=0.4 接触件系数P=1.0 插拔系数K=2.0 插孔结构系数C=0.3 本组件使用射频连接器2只，故其工作失效率为 P9

11、=0.030310-64.30.41.02.00.32 =0.0625410-6/h2.10印制板的工作失效率P10 印制板的工作失效率模型为 P10=（b1N+b2）EQC （12） 式中，b1取值为0.0001710-6/h，b2取值为0.001110-6/h。 金属化孔数N=40 由查得环境系数E=8.0质量系数Q=1.0 复杂度系数C=0.75 本组件使用印制板3块，故其工作失效率为 P10=（0.0001710-640+0.0001710-6）8.010.753 = 0.1254610-6/h2.11焊接点的工作失效率P11 焊接点的工作失效率模型为P11 P11=bEQ （13）

12、查得基本失效率b=0.00009210-6/h 环境系数E =6.0质量系数Q=1.0 本组件共有74个焊接点,其工作失效率为 P11=0.00009210-66.0174=0.040810-6/h2.12介质振荡器的工作失效率P12介质振荡器的工作失效率模型为P12 P12=bEQ （14）查得环境系数E=15 质量系数Q=0.3 基本失效率b=0.1410-6/h 本组件使用介质振荡器1只，故其工作失效率为 P12=0.1410-6150.31=0.6310-6/h 由此，可得出本组件的工作失效率为PS= =（6.84828+0.4954+1.7355+0.268565+0.96+0.12

13、+0.593+0.14472+0.06254+0.12546+0.0408+0.63）10-6 = 12.02426510-6/h 故本组件的平均故障间隔时间为 MTBFs=1/PS =83165h3. 可靠性分析 本组件尚处于研制阶段，样品虽已完成，但并未投入装备使用，因而并无故障信息反馈。现采用故障模式影响及危害性分析对设计方案进行可能产生的故障模式及其影响进行分析，以便为进一步提高产品的可靠性提供基础资料。3.1可靠性数据分析 根据前面计算得到的各种元器件的工作失效率和GJB299B列出的失效率模式分布，计算整理结果如表1所示： 从工作失效率的角度看，可能产生故障的主要元器件有以下几种：

14、 场效应管，工作失效率占总失效率的56.97%； 变容管，工作失效率占总失效率的14.43%； 单片混频器，工作失效率占总失效率的4.12%；表1 可 靠 性 数 据 分 析 表序 号名 称工 作 失 效 率失效率百分比主要故障模式故障模式频数比1场效应管6.8482810-656.97%开路40%2介质振荡器0.6310-65.24%性能退化40%3单片混频器0.495410-64.12%开路80%4变容管1.735510-614.43%开路80%5隔离器0.9610-67.984%开路50%6集成稳压块0.26856510-62.23%性能退化50%7电阻0.1210-60. 998%性能

15、退化50%8片状电容0.1447210-61.20%性能退化43%9钽电容0.59310-64.93%性能退化50%10射频连接器0.0625410-60.52%磁钢脱落50%11印制板0.1254610-61.043%孔化不良60%12焊接点0.040810-60.34%虚焊60% 介质振荡器，工作失效率占总失效率的5.24%； 隔离器，工作失效率占总失效率的7.98% 。 上面5种元器的工作失效率之和占总失效率的88.74%，特别是场效应管的工作失效率占了总失效率的将近50%。对本组件工作可靠性的影响尤为突出，在元器件选择和装配时应特别加以注意。3.2.故障模式影响 故障模式影响是分析元器

16、件主要故障对组件产生的后果，并将其进行严酷度分类。 严酷度类别是元器件故障造成的最坏潜在后果的表示。根据严酷度的一般分类原则，可把本组件的严酷度分为三类。 类（致命的）这种故障会引起重在经济损失或导致任务失败。 类（临界的）这种故障会引起一定的经济损失或导致任务降级。 类（轻度的）这种故障不会引起明显的经济损失或系统任务的完成，但会导致非计划性维护和修理。本组件的故障模式影响分析如表2所示。序号名 称故 障模 式故 障 原 因故 障 影 响补 偿 措 施严酷度类 别1场 效应 管开路引脚与带线接触不好场放不工作，组件无接收功能，导致任务失败管脚补焊类2介质振荡器性 能下 降粘结不牢频率移出所需

17、的围重新粘接类3单片混频器开路虚焊组件无中频输出补焊类4变容管短路静电引起频率电调谐无法实现更换器件类5隔离器磁钢脱落胶粘不牢插损变大重新粘接类6集成稳压器开路器件老化增益变差，导致任务降级更换器件类7电阻器开路虚焊组件性能变差补焊类8片状电容器短路电压击穿组件性能变差更换器件类9钽电容器短路电压击穿组件性能变差更换器件类10射频连接器接触不良孔簧开组件性能变差更换器件类11印制板孔化不良电镀质量差组件性能变差修理孔化点类12焊接点虚焊焊脚氧化，焊锡少。组件性能变差补焊类故 障 模 式 及 影 响 分 析 表由上表可知，从故障影响严酷度的角度看，属于类严酷度的有2种元器件：场效应管，单片混频器

18、。属于类严酷度的有3种元器件：介质振荡器，变容管，三端稳压器。其余的属于类。3.3危害性分析 根据故障模式的严酷度和故障模式发生概率所产生的影响，可以定量的对可能产生的故障模式造成的影响进行危害度分析。 故障模式危害度的计算公式为 Cmj= t （14） 式中，Cmj第j种元器件的故障模式危害度 第j种元器件的工作失效率 第j种元器件的故障模式频数比 第j种元器件的故障影响概率 t 工作时间，为简化结果，以106h计。 本组件的危害性分析如表3所示：序号名 称故 障模 式严酷度类别故障率（）故障模式频数（）故障影响概率（）故障模式危害度（Cmj）1场 效应 管开路类6.8482810-6401

19、2.7392介质振荡器性 能下 降类0.6310-6500.50.15753单片混频器开路类0.495410-6800.80.3174变容管短路类1.735510-6600.40.4165隔离器磁钢脱落类0.9610-6500.050.6集成稳压器开路类0.26856510-650%0.20.0277电阻器开路类0.1210-692%0.040.0048片状电容器短路类0.1447210-673%0.030.00329钽电容器短路类0.59310-675%0.030.013310射频连接器接触不良类0.0625410-660%0.020.000811印制板孔化不良类0.1254610-660%

20、0.020.001512焊接点虚焊类0.040810-660%0.020.0005表3 危害性分析表根据上表中算出的危害度的大小，可以对本组件中使用的元器件进行排序为场效应管、变容管、单片混频器、介质振荡器、集成稳压器、隔离器、钽电容器、电阻器、片状电容器、印制板、焊点和射频连接器。另外，根据上表可以算出各类故障模式危害度之和。 类故障模式危害度之和为 Cr=Cmj=（2.739+0.317+0.416）=3.472 类故障模式危害度之和为 Cr=Cmj=0.1575+0.027=0.1845 类故障模式危害度之和为 Cr=Cmj=0.+0.004+0.0032+0.0133+0.0008+0

21、.0015 +0.0005 =0.04734.结论和建议 由上面的可靠性数据分析,故障模式影响分析和危害度分析,可以得出以下结论: 1.本组件的平均故障间隔时间大于80,000小时。影响本器件工作 可靠性的首要器件是场效应管。目前选用的场效应管是普通工业型号的进口器件。若要大幅度提高本组件的可靠性，宜选用相应的军用型号。 2.根据前面的分析及可靠性关键件和重要的判别准则，可以确定本组件的关键件和重要件为：场效应管、变容管、单片混频器和介质振荡器。因为这些元器件发生故障，不仅经济损失较大，而且引起本组件功能丧失，进而导致整机任务失败。 3.从故障模式的分布来看，元器件的开路故障概率极大，因而在设计方案确定后，应十分重视安装调试工艺，以消除产品潜在故障。4.因为电子产品的故障率曲线是典型的浴盆曲线，因而在产品的研制生产阶段，对部件和组件都必须进行可靠性应力筛选试验，用以发现并消除产品的早期故障，使产品的故障迅速下降到较低的偶然故障阶段，从而保证产品的可靠性。参考文献1 秉一，重光。混频器M. 北京：国防工业出版社，1994.2 玉兴，模拟电路M. 北京：电子工业出版社