Obwody wysokiej niezawodności

Niezawodność systemu szeregowego i równoległego -2 i 3elementowego (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Obwody wysokiej niezawodności

Obwody cyfrowe


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka analizy obwodów przekaźnikowych wymaga wielu badań i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Narysuj schemat obwodu przekaźnika do analizy.
  2. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  3. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  4. Przeanalizuj obwód, określając wszystkie stany logiczne dla danych warunków wejściowych.
  5. Dokładnie zmierz te stany logiczne, aby zweryfikować dokładność analizy.
  6. W przypadku wystąpienia błędów, dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem schematu, a następnie dokładnie przeanalizuj obwód i zmień ponownie.

Zawsze upewnij się, że poziomy napięcia zasilania są zgodne ze specyfikacją cewek przekaźników, których zamierzasz użyć. Zalecam stosowanie przekaźników na płytce drukowanej z napięciami cewki stosowanymi do zasilania pojedynczej baterii (6 woltów jest dobre). Cewki przekaźnikowe pobierają nieco więcej prądu niż, powiedzmy, półprzewodnikowe bramki logiczne, dlatego należy używać baterii 6-woltowej o "latarni" o odpowiedniej żywotności.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować przewidzieć różne stany logiczne. W ten sposób teoria przekaźników "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zdobędą jedynie przez rozwiązywanie równań Boole'a lub upraszczanie map Karnaugha.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku prognozy stanu logicznego) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Równanie odnoszące się do prawdopodobieństwa kontynuacji osiągów dla elementu lub układu względem czasu można wyrazić w następujący sposób:

x = e- t / m

Gdzie,

x = Prawdopodobieństwo (liczba od 0 do 1 włącznie)

e = stała Eulera (≈ 2, 7182818)

t = Czas ciągłej pracy

m = średni czas między awariami komponentu lub systemu

Jednostka czasu dla t i m musi być taka sama. Oznacza to, że jeśli t mierzy się w latach, to m również musi być wyrażone w latach, inaczej równanie da bardzo mylące odpowiedzi.

Załóżmy jednak, że dostaliśmy m lat, a czas pracy t w dniach . Zamień relację td = 365 t y na równanie niezawodności, abyśmy mieli nowe równanie, które może zająć t w dniach (t d ) im w latach, i nadal dostarczać poprawną odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

x = e- t d / 365 m

Uwagi:

To naprawdę nic więcej niż proste ćwiczenie matematycznego zastępstwa.

Równanie pochodzi ze Standardowego podręcznika obliczeń inżynierskich napisanego przez Tylera G Hicksa, PE (1972), strona 5-21.

pytanie 3

Wyjaśnij, co oznacza poniższa instrukcja w odniesieniu do projektowania obwodów elektronicznych:

Wady są nieuniknione, ale porażka nie jest.

Konkretnie, co ta filozofia oznacza dla twojej kariery jako elektronika, której powierzono instalację, konserwację i ewentualnie projektowanie złożonych systemów?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Komponenty mogą i będą zawieść, ale system jako całość nie musi być tak delikatny, aby zawodzić z pojedynczym uszkodzeniem komponentu.

Uwagi:

Przedyskutuj z uczniami konsekwencje filozofii "winy, ale nie porażki" w odniesieniu do codziennej pracy. W jaki sposób ich działania wpływają na niezawodność systemów i co mogą zrobić, aby zminimalizować ryzyko awarii systemu?

Pytanie 4

Ważnym parametrem systemów o wysokiej niezawodności jest skrót MTBF . Co oznacza skrót?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"MTBF" = średni czas między awariami, dane statystyczne oparte na wskaźniku awarii dużej partii jednostek pracujących w sposób ciągły.

Uwagi:

Ważne jest, aby uczniowie uświadomili sobie, że liczba MTBF nie jest brana jako czas, jaki powinien trwać przeciętny komponent. Na przykład, układ scalony o MTBF 1, 5 miliona godzin nie powinien w rzeczywistości trwać 1, 5 miliona ciągłych godzin. Prawdziwe życie najprawdopodobniej będzie mniejsze!

Pytanie 5

Stopień awaryjności komponentów złożonych systemów zwykle jest zgodny z trendem znanym w branży jako "krzywa wanny":

Podczas gdy etapy "Żywotnego życia" i "Zużywania" cyklu życia systemu są łatwe do zrozumienia, początkowa faza "śmiertelności niemowląt" nie jest tak intuicyjna. Wyjaśnij, jakie czynniki mogą doprowadzić do przedwczesnego uszkodzenia komponentu podczas początkowej fazy okresu trwałości systemu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Brutalne wady produkcyjne, niewłaściwa instalacja i wady konstrukcyjne, by wymienić tylko kilka.

Pytanie uzupełniające: czy ważne jest, aby wiedzieć, która faza cyklu życia znajduje się w systemie, zanim rozpoczniesz rozwiązywanie problemu z "uwagami ukrytymi"> Uwagi:

Kolejne pytanie jest szczególnie ważne, aby porozmawiać z uczniami. Wiedza na temat części cyklu życiowego, w jakim znajduje się system, może znacząco wpłynąć na skuteczność rozwiązywania problemów. Zapytaj swoich studentów, dlaczego tak jest. Jeśli to możliwe, oświeć dyskusję przykładami z własnego doświadczenia zawodowego.

Pytanie 6

W przypadku następujących podzespołów elektronicznych określ, czy są one bardziej narażone na awarię otwartą, czy też ulegają zwarciu (obejmują szorty częściowe lub o dużej wytrzymałości):

Rezystory:
Kondensatory:
Induktory:
Przełączniki:
Transformatory:
Diody:
Tranzystory bipolarne:
Tranzystory polowe:
Kryształy:

Zachęcam do badania informacji o sposobach awaryjnych tych urządzeń, a także zbierania doświadczeń z budowania i rozwiązywania problemów z obwodami elektronicznymi.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pamiętaj, że każda z tych odpowiedzi stanowi jedynie najbardziej prawdopodobny z dwóch trybów awaryjnych, zarówno otwartych, jak i zwartych, i że prawdopodobieństwa mogą się zmieniać wraz z warunkami pracy (tzn. Przełączniki mogą być bardziej podatne na zwarcie z powodu spawanych styków, jeśli są one rutynowo nadużywane z nadmierny prąd po zamknięciu).

Rezystory: otwarte
Kondensatory: zwarte
Dławiki: otwarte lub krótkie równie prawdopodobne
Przełączniki: otwarte
Transformatory: otwarte lub krótkie równie prawdopodobne
Diody: zwarte
Tranzystory bipolarne: zwarte
Tranzystory polowe: zwarte
Kryształy: otwarte

Uwagi:

Podkreśl uczniom, że dobra znajomość typowych trybów niepowodzenia jest ważna dla skutecznej techniki rozwiązywania problemów. Znajomość sposobu, w jaki dany element jest bardziej prawdopodobny w normalnych warunkach pracy, umożliwia narzędziu do rozwiązywania problemów lepszą ocenę sytuacji przy ocenie najbardziej prawdopodobnej przyczyny awarii systemu.

Oczywiście właściwa technika rozwiązywania problemów powinna zawsze ujawniać źródło problemów, niezależnie od tego, czy narzędzie do rozwiązywania problemów ma jakiekolwiek doświadczenie z trybami awarii poszczególnych urządzeń. Jednak posiadanie szczegółowej wiedzy o prawdopodobieństwach awarii pozwala najpierw sprawdzić najbardziej prawdopodobne źródła problemów, co z reguły prowadzi do szybszych napraw.

Oddział Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych (DoD) jako Centrum Analiz Wiarygodności ( RAC ) publikuje szczegółowe analizy trybów awarii dla szerokiej gamy komponentów, zarówno elektronicznych, jak i nieelektronicznych. Można się z nimi skontaktować pod adresem 201 Mill Street, Rome, New York, 13440-6916. Dane do tego pytania zostały zebrane w publikacji RAC z 1997 r., Tryb awarii / Rozkłady mechanizmu (FMD-97).

Pytanie 7

Orbitujące Obserwatorium Astronomiczne było projektem NASA w późnych latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku, aby umieścić precyzyjne instrumenty obserwacyjne na orbicie Ziemi do celów naukowych. Satelity zaprojektowane do tego programu musiały mieć "hartowane" obwody, aby wytrzymać promieniowanie, ekstremalne temperatury i inne trudne warunki przestrzenne.

Przykład niektórych z tych "niezawodnych" obwodów jest pokazany tutaj: pasywna, czterokrotna, dwupołożeniowa bramka AND:

Najpierw narysuj schemat dla niepotrzebnej, pasywnej bramki AND. Które elementy przedstawione na powyższym schemacie są "zbędne" i które są niezbędne "# 7"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

To jest schemat dla niepotrzebnej, pasywnej bramki AND:

Pytanie uzupełniające: dlaczego uważasz, że tranzystory zostały wyeliminowane z projektu tego obwodu bramy "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01329x03.png">

Uwagi:

Warto omówić ze swoimi uczniami, jak pasywna brama taka jak ta w ogóle działa. Zapytaj uczniów, czy brama ta wymaga, aby sygnały wejściowe były źródłem prądu lub prądu, oraz czy pasywny charakter obwodu stanowi problem z powiązaniem go z innymi obwodami logicznymi.

Pytanie o wyzwanie jest bardzo dobre do dyskusji na lekcji ze wszystkimi uczniami. Odpowiedź na pytanie, dlaczego diody znajdują się w układzie szeregowo-równoległym, powinna być dość łatwa do zrozumienia. Dlaczego rezystory mogą być po prostu równoległe, jest nieco bardziej skomplikowane, aby odpowiedzieć. Kluczem do zrozumienia obu tych cech konstrukcyjnych są typowe tryby awaryjne każdego typu elementu.

Pytanie 8

Jednym z zastosowań do "prostowania" diod jest równoległe zasilanie wielu zasilaczy dla dodatkowej niezawodności w zasilaniu krytycznego systemu:

Jednakże, jako doświadczony technik elektroniczny, powinieneś wiedzieć, że diody nie są odporne na awarię. Zmodyfikuj ten schemat tak, aby zawierał trzy dodatkowe (redundantne) diody, które umożliwią normalne działanie, jeśli którakolwiek z trzech oryginalnych diod ulegnie awarii, przyjmując najczęstszy tryb awaryjny diod typu prostownika.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Najlepszym sposobem połączenia par diod prostowniczych ze sobą dla nadmiarowości jest szereg:

Uwagi:

Choć może się to wydawać "przesadą", aby użyć redundantnych diod na redundantnych zasilaczach, jest to funkcja projektowa, która nie kosztuje zbyt wiele. Biorąc pod uwagę wymierną poprawę niezawodności przy minimalnym wzroście kosztów, ta funkcja projektowania nie jest nieuzasadniona.

Pytanie 9

Orbitujące Obserwatorium Astronomiczne było projektem NASA w późnych latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku, aby umieścić precyzyjne instrumenty obserwacyjne na orbicie Ziemi do celów naukowych. Satelity zaprojektowane do tego programu musiały mieć "hartowane" obwody, aby wytrzymać promieniowanie, ekstremalne temperatury i inne trudne warunki przestrzenne.

Przykład niektórych z tych "niezawodnych" obwodów jest pokazany tutaj: brama czterokrotnego nadmiarowego falownika (NOT):

Wyjaśnij, dlaczego obwód jest określany jako czterokrotny . Ile pojedynczych awarii komponentu, minimum, musi nastąpić zanim zostanie naruszona funkcjonalność bramki "# 9"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli przeanalizuje się dokładnie ten obwód, okaże się, że może on rzeczywiście zawieść z tylko dwoma uszkodzeniami komponentów, jeśli są one właściwym rodzajem usterek, we właściwych lokalizacjach!

Uwagi:

Ten tor jest dobry do dyskusji z uczniami na lekcji. Poproś ich o wyjaśnienie podstawowej operacji: jeśli wszystkie komponenty działają poprawnie, co się stanie, gdy otrzyma "wysoki" sygnał wejściowy, a nie "niski"? Czy sygnały wejściowe muszą być źródłem prądu lub prądem? Co z wyjściem tego obwodu: czy jest to źródło lub prąd tonący?

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →