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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2目录摘要············································3关键词··········································31.元器件清单··································32.可靠性预测··································43.可靠性分析···································63.1可靠性数据分析························73.2故障模式影响··························73.3危害性分析···························84.结论和建议··································10参考文献·······································103混频器组件可靠性分析郭守鑫（中原工学院机电学院河南郑州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】frequencyconversion,istosignalfrequencybyavaluetransformintoanotherprocessofthevalue.Whichhasthefunctionofthecircuitiscalledinverter(ormixers).Theoutputsignalfrequencyisequaltothesumoftwoinputsignalfrequency,orforbothothercombinationofthecircuit.Mixerisusuallycomposedofnonlinearcomponentsandfrequencyselectivecircuit.【keywords】mixer,frequencyconversion,components41.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-Ⅱ427集成稳压块CW78L0518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/pi（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内，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λP1本组件所用场效应管属低噪声类型，其工作失效率模型为λP1=λbπEπQπAπTπM（2）查得基本失效率λb=0.408×10-6/h环境系数πE=15质量系数πQ=0.05应用系数πA=3温度系数πT=3.73匹配网络系数πM=1本组件使用场效应管2只，故其工作失效率为λP1=0.408×10-6×15×0.05×3×3.73×1×2=6.84828×10-6/h2.2单片混频器的工作失效率λP2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λP2=πQ[C1πTπV+（C2+C3）πE]πL（3）查得环境系数πE=17质量系数πQ=0.5成熟系数πL=1.0温度应力系数πT=0.8电压应力系数πV=1.0电路复杂度失效率C1=0.3465×10-6/hC2=0.020×10-6/h封装复杂度失效率C3=0.022×10-6/h本组件使用1只单片混频器，故其工作失效率为λP2=0.50×[0.346×10-6×0.8×1+（0.020+0.022）×10-6×17]×1×1=0.4954×10-6/h2.3变容管的工作失效率λP3本组件所用的检波管为微波砷化镓二极管型，其工作失效率模型为λP3=λbπEπQπK查得环境系数πE=13质量系数πQ=0.5质量系数πK=0.5基本失效率λb=0.534×10-6/h本组件使用变容管1只，故其工作失效率为λP3=0.534×10-6×13×0.5×0.5=1.7355×10-6/h2.4三端稳压器的工作失效率λP4三端稳压器是园形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λP4=πQ[C1πTπV+（C2+C3）πE]πL（4）查得环境系数πE=17质量系数πQ=0.5成熟系数πL=1.0温度应力系数πT=1.51电压应力系数πV=1.0电路复杂度失效率C1=0.263×10-6/hC2=0.010×10-6/h封装复杂度失效率C3=0.004×10-6/h本组件使用三端稳压器1只，故其工作失效率为λP4=0.50[0.263×10-6×1.51×1+（0.010+0.004）×10-6×10]×1×1=0.268565×10-6/h2.5隔离器工作失效率λP5隔离器为磁性器件，其工作失效率模型为λP5=λbπE（6）查得基本失效率λb=0.08×10-6/h环境系数πE=6.0本组件使用2只隔离器，故其工作失效率为λP5=0.08×10-6×6.0×2=0.96×10-6/h2.6金属膜电阻器和片状电阻器的工作失效率λP6本组件选用的固定电阻器，其工作失效率模型为λP6=λbπEπQπR（7）查得环境系数得πE=5.0质量系数得πQ=0.3阻值系数得πR=1.0基本失效率λb=0.01×10-6/h本组件使用固定电阻器8只，故其工作失效率为λP6=0.01×10-6×5.0×0.3×1.0×8=0.12×10-6/h2.7钽电容器的工作失效率λP7本组件选用固体钽电解电容器，其工作失效率模型为λP7=λbπEπQπCVπSR（9）查得环境系数πE=8.3质量系数πQ=0.3电容系数πCV=1.3串联电阻系数πSR=1基本失效率λb=0.0458×10-6/h本组件使用钽电容器4只,故其工作失效率为λP7=0.0458×10-6×8.3×0.3×1.3×1×4=0.593×10-6/h2.8片状电容器的工作失效率λP8本组件选用的片状电容器属1类瓷介电容器，其工作失效率模型为λP8=λbπEπQπCV（10）6查得环境系数πE=6.7质量系数πQ=0.3电容系数πCV=1.0基本失效率λb=0.009×10-6/h本组件使用片状电容器8只，故其工作失效率为λP8=0.009×10-6×6.7×0.3×1×8=0.14472×10-6/h2.9射频连接器的工作失效率λP9本组件选用射频同轴连接器，其工作失效率模型为λP9=λbπEπQπPπKπC（11）查得基本失效率λb=0.0303×10-6/h环境系数πE=4.3质量系数πQ=0.4接触件系数πP=1.0插拔系数πK=2.0插孔结构系数πC=0.3本组件使用射频连接器2只，故其工作失效率为λP9=0.0303×10-6×4.3×0.4×1.0×2.0×0.3×2=0.06254×10-6/h2.10印制板的工作失效率λP10印制板的工作失效率模型为λP10=（λb1N+λb2）πEπQπC（12）式中，λb1取值为0.00017×10-6/h，λb2取值为0.0011×10-6/h。金属化孔数N=40由查得环境系数πE=8.0质量系数πQ=1.0复杂度系数πC=0.75本组件使用印制板3块，故其工作失效率为λP10=（0.00017×10-6×40+0.00017×10-6）×8.0×1×0.75×3=0.12546×10-6/h2.11焊接点的工作失效率λP11焊接点的工作失效率模型为λP11λP11=λbπEπQ（13）查得基本失效率λb=0.000092×10-6/h环境系数πE=6.0质量系数πQ=1.0本组件共有74个焊接点,其工作失效率为λP11=0.000092×10-6×6.0×1×74=0.0408×10-6/h2.12介质振荡器的工作失效率λP12介质振荡器的工作失效率模型为λP12λP12=λbπEπQ（14）查得环境系数πE=15质量系数πQ=0.3基本失效率λb=0.14×10-6/h本组件使用介质振荡器1只，故其工作失效率为λP12=0.14×10-6×15×0.3×1=0.63×10-6/h由此，可得出本组件的工作失效率为λPS=121iPi=（6.84828+0.4954+1.7355+0.268565+0.96+0.12+0.593+0.14472+0.06254+0.12546+0.0408+0.63）×10-6=12.024265×10-6/h故本组件的平均故障间隔时间为MTBFs=1/λPS=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7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：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。Ⅱ类（致命的）—这种故障会引起重在经济损失或导致任务失败。Ⅲ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。Ⅳ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6.84828×10-656.97%开路40%2介质振荡器0.63×10-65.24%性能退化40%3单片混频器0.4954×10-64.12%开路80%4变容管1.7355×10-614.43%开路80%5隔离器0.96×10-67.984%开路50%6集成稳压块0.268565×10-62.23%性能退化50%7电阻0.12×10-60.998%性能退化50%8片状电容0.14472×10-61.20%性能退化43%9钽电容0.593×10-64.93%性能退化50%10射频连接器0.06254×10-60.52%磁钢脱落50%11