CC BY
0
№ 12 (117)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2023 г.
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
DOI -10.32743/UniTech.2023.117.12.16524
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Машарипов Шодлик Машарипович
канд. техн. наук,
Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент, E-mail: shodlik29081986@mail.ru
Хайдарова Мухтасар Одилжон кизи
докторант,
Наманганский инженерно-технологически институт, Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: haydarovamuhtasar769@gmail.ru
Косимов Ахтам Акрамович
канд. техн. наук,
Наманганский инженерно-технологически институт, Республика Узбекистан, Наманган область, г. Наманган
E-mail: axtamqosimov@gmail.ru
METROLOGICAL RELIABILITY OF PRIMARY CONVERTERS IN THE CONSTRUCTION OF MEASURING INSTRUMENTS
Shodlik Masharipov
Ph.D. tech. Sciences, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Mukhtasar Khaidarova
Doctoral student, Namangan Engineering and Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan
Akhtam Kosimov
Ph.D. tech. Sciences, Namangan Engineering and Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan
АННОТАЦИЯ
Рассмотрены вероятностные характеристики надежности переходных состояний полупроводникового преобразователя при совместной работе с интегральными микросхемами. Установлена вероятность эффективного перехода интегральной схемы, функционирующая с полупроводниковым преобразователем, из состояния логического нуля в состояние логической единицы и получены соответствующие вероятностные уравнения при достаточной длительности сигнала и паузы.
ABSTRACT
The probabilistic characteristics of the reliability of transient states of a semiconductor converter when working together with integrated circuits are considered. The probability of an effective transition of an integrated circuit operating with a semiconductor converter from a state of logical zero to a state of logical one has been established, and the corresponding probability equations have been obtained for sufficient signal and pause durations.
Библиографическое описание: Машарипов Ш.М., Хайдарова М.О., Косимов А.А. МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ ПЕРВИЧНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2023. 12(117). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/16524
№ 12 (117)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2023 г.
Ключевые слова: надежность, переходные состояния, полупроводниковый преобразователь, логическая единица, эффективная зона, вероятность перехода.
Keywords: reliability, transient states, semiconductor converter, logical unit, effective zone, transition probability.
Введение в период эксплуатации информационно-измерительных устройств и систем происходят отказы, которые могут быть внезапными и постепенными. Внезапные отказы относятся к категории случайных событий. Физическая природа внезапных отказов обусловлена концентрацией нагрузок, вызывающих соответствующие внутренние повреждения в виде обрыва или короткого замыкания обмоток, поломки деталей и другие.
Отказ любого элемента и информационного устройства, в частности, измерительного преобразователя физических величин, может быть определён действием следующих факторов: структурными несовершенствами исходных материалов изделия, обусловленными наличием примесей, дислокаций и градиентов концентраций; внешними воздействиями - тепловых механических и электрических нагрузок [1, а 35, 2, а6].
Отказы информационных устройств и систем является событиями случайными. Однако причины, обуславливающие появление отказа, связаны с определенными физическими и физико-химическими процессами, протекающими в материалах и конструкции в период эксплуатации. Выбор подхода к определению надежности методами физики отказа обусловлен предположением, что химические реакции и физические процессы, протекающие на поверхности и внутри измерительного устройства, вызывают ухудшение его электрофизических характеристик и,
как следствие, катастрофические и параметрические отказы.
Результаты исследований и обсуждение
Рассмотрим вероятностные характеристики надежности переходных состояний полупроводникового преобразователя влажности дисперсных сред при совместном функционировании интегральными микросхемами.
Надежность интегральных измерительных схем полупроводниковых преобразователей физических величин в отношении отсутствия параметрических отказов определяется из величины запаса функциональной (статической и динамической) устойчивости. Под статической устойчивостью понимают передачу сигналов логическими схемами, при которой не происходит не предусмотренного логическими функциями перехода единичных сигналов в нулевые и нулевых в единичны [3, а 16].
Под динамической устойчивостью передачи сигналов логическими элементами следует понимать сохранение достаточной длительности сигнала и достаточной длительности пауза для обеспечения перехода из состояния логического нуля в состояние логической единицы и обратно. Для функционально устойчивых логических элементов характерны два устойчивых участка (рис. 1).
Рисунок 1. Устойчивые зоны перехода логического элемента полупроводникового преобразователя
Если через точки А, В, С и Б провести прямые, параллельные оси ординат, то получим граничные прямые, характеризующие зоны устойчивой работы логического элемента, которая связана с эффективным переходом электронов из валентной зоны к зоне
проводимости в полупроводнике, функционирующий в качестве преобразователя. Для входного сигнала в зоне I характерно устойчивое начальное значение, а для зоны III - устойчивое рабочее состояние.
№ 12 (117)
Л
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2023 г.
Для зоны I
U
± и=и. + и
(1)
где и - возможные колебания значения входного сигнала; и п - смешение входного сигнала вследствие
помех; ид - смешение входного сигнала полупроводникового преобразователя вследствие влияния температуры. Для зоны II
± и '=ц+k л,
(2)
где U; - смешение характеристики, вызванное изменением температуры; Ga - среднее квадратичное
отклонение значений, отвечающих данному участку характеристики. Его можно определить из соотношения оа = m.U.
При современной технологии
m = 0,08 - 0,15, К2 > 3,0.
Для зоны III
± и " = ди. (3)
В качестве важнейших статических параметров приведем четыре значения напряжений. Четыре значения напряжений задают границы отображения переменных (0 и 1) на выходе и входе элемента. Для нормальной работы элемента требуется, чтобы напряжение, отображающее логическую единицу, было достаточно высоким, а напряжение, отображающее 0, - достаточно низким. Эти требования задаются
параметрами Ц^^ и U x 0max. Входные напряжение логического элемента есть выходные напряжения предыдущего (источника сигналов). Уровни, гарантируемые на выходе логического элемента при соблюдении допустимых нагрузочных условий,
и
и.
задаются параметрами ивыхл.шш и и вых.О.тах Выходные уровни несколько лучше входных, что обеспечивает определенную помехоустойчивость элемента. Для уровня и , опасны отрицательные помехи, снижающие его, причем допустимая статическая помеха [4, с. 15.]
= и у . - и , .
вых.1тт вх .1min
Для уровня ид опасны положительные помехи причем допустимая статическая помеха
и пом ивых 0.max ивх.0max
Для выполнения устойчивой передачи сигналов через логический элемент измерительного преобразователя необходимо выполнить условие не наложения полос I и III с разбросом ± и и ± и' на полосу II, то есть устойчивость работы логической схемы характеризуется величиной запаса устойчивости для входного напряжения уровня "0":
S 0 = и
вх .0max - и вх .J > 0
(4)
и для входного напряжения уровня "1":
^ = и и , . |> д
1 \ вх .1 вх ,1тт| ,
где ик д, ивк 1 - величины входных напряжений уровня "0" и "1 " соответственно;
ивх дтах — максимально разрешенный входной
путевой уровень сигнала, при котором схема еще находится в состоянии логической единицы [5, с. 643].
Таким образом, величины запаса устойчивости интегральных схем с учетом разброса параметров определяется для уровня "0":
S0 = U
- au
вх 0max вх 0max
|AU вх .0 + и 1}
(5)
и для входного напряжения уровня "1 "
^ = {|иВх1 -Аи^ - |иж 1т1п +Аи„ 1т1п } > 0 (6)
Величины ивх0, ивх 1, ивх.0тах,ивх.1т1п является независимыми случайными событиями и их функции плотности распределения можно представить на общей оси абсциссе виде четырех нормализованных кривых или, воспользовавшись правилам композиции, можно получить две нормализованные кривые (рис. 2).
№ 12 (117)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2023 г.
Рисунок 2. Устойчивые зоны перехода из состояния логического нуля в состоянии логической единицы
функционально логических элементов
Вероятность эффективного перехода интегральной схемы полупроводникового преобразователя из состояния логического нуля в состоянии логической
единицы при подаче на вход сигнала Ц(х о и выполнении условия $ о ^ 0 определяется выражением:
P (0 < S <х) = 1 —=L
42kg
о
f exp
Sn -да
(Uвх - Sо)
2g.
dU
(7)
VI 2
<70 + < — среднее квадратичное отклонение; < - среднее квадратичное отклонение
величины Ошах ; Ц(а.0 - математическое ожидание
величины Ц(х о.
Выражая интеграл через функцию Лапласа и переходя к другим переделам интегрирования, получим
Pß= 0,5 + F
g
0,55 + F
U - U
вх max вх 0
G
(8)
Аналогично вероятность правильного срабатывания схемы при подаче на вход напряжения Ц(х 1,
характеризующего переход элемента из состояния логической единицы в состояние логического нуля и выполнение условие $ > О, определяется выражением
1 0
p (0 < s,<»)=1 --,—-. f
ехр
kg.
U - Si): 2g.
• dU^ (9)
или
Pß = 0,5 + F
А
G
+ F
\ü . - U I
вх1 min вх 1
G
,(10)
где <
Г~2-2
^ +< - среднее квадратичное от-
клонение, причем < - среднее квадратичное
отклонение величины ; - математическое
ожидание величины Ц(х 1.
Произведем оценку параметрической надежности при динамической устойчивости логической интегральной схемы измерительного преобразователя. Длительность рабочего сигнала выбирается на основании минимальной его длительности, необходимой для надежного срабатывания схемы:
Т н = H min
(11)
где к - коэффициент срабатывания (к = 1,5 - 4,0). Величина уменьшения длительности сигнала (Дт п )
при его прохождении через п — 1 схему определяется как
Дг„ =г„ (п — 1}Т-,
где ? ип и (п—1) - длительности импульса на П и
(п — 1) элементах соответственно.
Величина уменьшения длительности пауза Г п
при прохождении сигнала через п элемент определяется как
=Т„ (п -Ü
0
п
п
№ 12 (117)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2023 г.
где Ти(п_1) и Тип - длительности пауз (п _1) и П схем
соответственно.
Схема будет обладать динамической устойчивости, если выполняется условие
Sdu - \Ти — Ти min > 0,
где
Т
np
математическое ожидание длительности па-
узы; Тп - математическое ожидание величины Тпр .
С учетом (12) вероятности правильного срабатывания п - схемы при достаточной длительности сигнала и паузы определяются соответственно выражениями:
Sdu =
Т — Т
np n min
> 0,
1 o
Pß3 (0 < Su <x) = 1 -----f ехр
\\Т —(\ —т . )2T
|_ u \ u u min / J
2a;
dr
(13)
или p = 0,5 + F
S
ди
a
= 0,5 + F
Т — Т
a
(14)
PßA (0 < Sdu < «) = 1 — Jехр|— Т (Т\ \nmin)T ^ d\, (15)
2a.,
или p = 0,5 + F
S
ди
a
= 0,5 + F
' np
(16)
a
Т
Заключение. Таким образом, из уравнения (14) и (16) видно, что вероятность срабатывания интегральной схемы, функционирующая совместно с полупроводниковым преобразователем зависеть от значения функции F(х), так как с увеличением ее значение возрастает вероятность срабатывания интегральной схемы, поскольку при этом этот процесс сопровождается при достаточной длительности сигнала и паузы с одинаковой среднеквадратической
погрешности перехода. Следовательно, с увеличением среднеквадратической погрешности перехода существенно снижается вероятность срабатывания интегральной схемы, которая работает с полупроводниковым преобразователем, что характеризуется переходом электронов с минимальной вероятностью из валентной зоны в зону проводимости.
Список литературы:
1. Бородакий Ю.В., Крыцина Н.А. Вероятностно-статистические методы обработки данных в информационных системах.-М.:Радио и связь, 2003.-272 с.
2. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники.-М.: Высшая школа, 2004.-186 с.
3. Raxmanov A.T. Reliabitity estimation of probe multifunctional converters of disperse parametrs circumstances. Fifth Word Conference on Jntellident Sustems for Industrial, Automation.- 2008. - Р.199.
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СБб.: БХВ - Петербург, 2004.-528 с.
5. Masharipov S.M., Azimov R.K. Multifunctional Information and Measuring Complex for Controlling the Parameters of Fibrous Materials and Dispersed Media Measurement Techniquesthis link is disabled, 2017, 60(6), с. 643-646.
