Circuite de înaltă fiabilitate

How does an Electric Car work ? | Tesla Model S (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Circuite de înaltă fiabilitate

Circuite digitale


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza circuitele releului necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Desenați diagrama schematică a circuitului releului care urmează să fie analizat.
  2. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  3. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  4. Analizați circuitul, determinând toate stările logice pentru condițiile de intrare date.
  5. Măriți cu atenție aceste stări logice, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  6. Dacă există erori, verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi reanalizați cu atenție circuitul și re-măsurați.

Asigurați-vă întotdeauna că tensiunile sursei de alimentare sunt în limitele specificațiilor pentru bobinele de releu pe care intenționați să le utilizați. Vă recomandăm să folosiți relee PC-Board cu tensiuni de bobină potrivite pentru alimentarea unei singure baterii (6 volți este bună). Bateriile releu sunt destul de mult mai actuale decât, de exemplu, porțile de logică semiconductoare, deci utilizați o baterie de tip "lanternă" de 6 volți pentru o durată de funcționare adecvată.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să își construiască propriile "probleme practice" cu componente reale și să încerce să prezică diferitele stări logice. În acest fel, teoria releului "vine în viață", iar studenții dobândesc o competență practică pe care nu ar câștiga doar rezolvarea ecuațiilor booleene sau simplificarea hărților Karnaugh.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a învăța metodele științifice ale studenților: procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz predicții de stare logică) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Probabilitatea relaționării probabilității unei performanțe continue a unei componente sau a unui sistem față de timp poate fi exprimată după cum urmează:

x = e- t / m

Unde,

x = Probabilitate (un număr între 0 și 1 inclusiv)

e = constantă Euler (≈ 2.7182818)

t = Timpul de funcționare continuă

m = timpul mediu între defecțiunea componentei sau a sistemului

Unitatea de timp pentru ambele t și m trebuie să fie aceeași. Adică, dacă t este măsurat în ani, atunci m trebuie să fie exprimat și în ani sau altfel ecuația va da răspunsuri foarte înșelătoare.

Presupunem, totuși, ni s-au dat m în ani, iar timpul de funcționare t în zile . Înlocuiți relația t d = 365 t y în ecuația de fiabilitate, astfel încât să avem o nouă ecuație care poate dura t în zile (t d ) și m în ani și să ofere încă răspunsul corect.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

x = e -t d / 365 m

Note:

Acest lucru nu este nimic mai mult decât un simplu exercițiu de substituție matematică.

Ecuația provine de la Manualul standard al calculelor de inginerie de către Tyler G Hicks, PE (1972), pag. 5-21.

Întrebarea 3

Explicați ce semnifică următoarea declarație în ceea ce privește proiectarea circuitelor electronice:

Defectele sunt inevitabile, dar eșecul nu este.

În mod specific, ce înseamnă această filozofie pentru cariera dvs. de profesionist în domeniul electronicii, care are sarcina de a instala, întreține și eventual proiecta sisteme complexe?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Componentele pot și vor eșua, dar sistemul ca întreg nu trebuie să fie atât de fragil încât să nu reușească cu o singură defecțiune componentă.

Note:

Discutați cu studenții dvs. ramificațiile filozofiei "vina, dar fără eșec" în ceea ce privește locurile lor de muncă zilnice. Cum influențează acțiunile lor fiabilitatea sistemelor și ce pot face pentru a minimiza șansele de defecțiuni ale sistemului?

Întrebarea 4

Un parametru important al sistemelor de fiabilitate ridicată este abreviatul MTBF . Ce înseamnă acest acronim?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"MTBF" = timpul mediu între defecțiuni, o cifră statistică bazată pe rata de defectare a unui lot mare de unități care operează continuu.

Note:

Este important ca elevii să realizeze că o cifră MTBF nu trebuie luată ca fiind timpul în care o componentă medie este așteptată să dureze. De exemplu, un circuit integrat cu un MTBF de 1, 5 milioane de ore nu ar trebui să aștepte să dureze 1, 5 milioane de ore. Viața reală va fi, cel mai probabil, mai mică decât asta!

Întrebarea 5

Rata de defecțiune a componentelor sistemelor complexe urmează de obicei o tendință cunoscută în industrie ca "curba cadă":

În timp ce fazele "Viața utilă" și "Wear-out" ale ciclului de viață al sistemului sunt ușor de înțeles, faza inițială "mortalitatea infantilă" nu este atât de intuitivă. Explicați ce factori ar putea duce la eșecul prematur al componentelor în timpul acestei faze inițiale a duratei de viață a unui sistem.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Defectele brute de fabricație, instalarea incorectă și defectele de proiectare, pentru a numi câteva.

Următoarea întrebare: este important să știți care fază a ciclului de viață este un sistem înainte de a începe să depanați o problemă în ea "note notes hidden"> Note:

Următoarea întrebare este deosebit de importantă pentru a discuta cu studenții. Știind ce parte a ciclului de viață este un sistem poate face o diferență enormă în eficacitatea depanării. Întrebați elevii dvs. de ce este acest lucru. Dacă este posibil, lămuriți discuția cu exemple din propria experiență profesională.

Întrebarea 6

Pentru următoarele componente electronice, determinați dacă sunt mai susceptibile de a nu fi deschise sau nu sunt scurtcircuitate (aceasta include pantaloni parțiali sau rezistenți la înaltă rezistență):

rezistori:
condensatoare:
Inductoare:
Switch-uri:
Transformers:
diode:
Transistoare bipolare:
Field-effect transistors:
cristale:

Vă încurajez să cercetați informațiile despre modurile de defectare a acestor dispozitive, precum și să aflați din propria experiență de construire și depanare a circuitelor electronice.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Rețineți că fiecare dintre aceste răspunsuri reprezintă doar cel mai probabil dintre cele două moduri de defectare, fie deschise, fie scurtcircuite, iar probabilitățile se pot schimba în condițiile de funcționare (de exemplu, întrerupătoarele pot fi mai predispuse la scurtcircuitare datorită contactelor sudate dacă sunt abuzați în mod obișnuit curent excesiv la închidere).

Rezistoare: deschise
Condensatoare: scurtcircuitate
Inductori: deschisi sau scurți la fel de probabil
Întreruperi: deschis
Transformatoare: deschise sau scurte la fel de probabile
Diode: scurtcircuitat
Transistors bipolar: scurtcircuitat
Field-effect tranzistori: scurtcircuitate
Cristale: deschise

Note:

Subliniați studenților dvs. cum este importantă înțelegerea bunelor moduri de funcționare a defecțiunilor pentru o tehnică eficientă de depanare. Cunoașterea modului în care o componentă particulară este mai probabil să se deterioreze în condiții normale de funcționare permite instrumentului de depanare să facă mai multe judecăți atunci când evaluează cauza cea mai probabilă a unei defecțiuni a sistemului.

Desigur, o tehnică adecvată de depanare ar trebui să dezvăluie întotdeauna sursa problemei, indiferent dacă instrumentul de depanare are sau nu experiență în modurile de defectare ale anumitor dispozitive. Cu toate acestea, posedând o cunoaștere detaliată a probabilităților de insuficiență, se poate verifica mai întâi cele mai probabile surse de probleme, ceea ce duce, în general, la reparații mai rapide.

O divizie a Departamentului Apărării al Statelor Unite (DoD), ca centru de analiză a fiabilității, sau RAC, publică analize detaliate ale modurilor de defectare pentru o gamă largă de componente, atât electronice, cât și non-electronice. Aceștia pot fi contactați la adresa 201 Mill Street, Roma, New York, 13440-6916. Datele pentru această întrebare au fost obținute din publicația RAC din 1997, Distribuțiile Modului / Mecanismului de Defecțiune (FMD-97).

Întrebarea 7

Observatorul orbitor orbitant a fost un proiect al NASA la sfârșitul anilor 1960 și 1970 pentru a plasa instrumente de observare de precizie în orbita pământului în scopuri științifice. Sateliții proiectați pentru acest program trebuiau să aibă circuite "întărite" pentru a rezista la radiații, temperaturi extreme și alte condiții dure de spațiu.

Un exemplu al unora dintre aceste circuite "în siguranță" este prezentat aici: o poartă pasivă, patru redundantă, cu două intrări AND:

În primul rând, trageți o schemă pentru o poartă non-redundantă și pasivă. Ce componente prezentate în schema de mai sus sunt "redundante" și care sunt esențiale "# 7"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Aceasta este schema pentru o poartă non-redundantă și pasivă:

Următoarea întrebare: de ce presupuneți că tranzistorii au fost eliminați de la acest design al circuitului de poartă "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01329x03.png">

Note:

Merită să discutați cu elevii dvs. cum funcționează deloc această poartă pasivă. Întrebați-vă elevilor dacă această poartă necesită ca semnalele de intrare să fie sursă de curent sau scufundare curentă și dacă natura pasivă a circuitului constituie sau nu o problemă care o interfețează cu alte circuite logice.

Întrebarea provocată este una foarte bună pentru a discuta în clasă cu toți elevii. Răspunsul la motivul pentru care diodele sunt într-un aranjament serial-paralel ar trebui să fie destul de ușor de înțeles. De ce rezistorii pot fi paralele, este un pic mai complex pentru a răspunde. Cheia pentru a înțelege aceste două caracteristici de proiectare constă în modurile tipice de defectare ale fiecărui tip de componentă.

Întrebarea 8

O singură utilizare pentru "rectificarea" diodelor este paralelizarea unor surse multiple de alimentare pentru o fiabilitate suplimentară în alimentarea unui sistem critic:

Cu toate acestea, ca un tehnician cu experiență în electronică, trebuie să știți că diodele nu sunt imune la eșec. Modificați această diagramă schematică pentru a include trei diode suplimentare (redundante) care vor permite funcționarea normală în cazul în care oricare dintre cele trei diode originale ar eșua, presupunând modul cel mai frecvent de defectare a diodelor de tip redresor.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Cel mai bun mod de a conecta perechi de diode rectificative împreună pentru redundanță este în serie:

Note:

În timp ce acest lucru poate părea "overkill", pentru a folosi diodele redundante pe sursele de alimentare redundante, este o caracteristică de design care nu costă prea mult. Având în vedere îmbunătățirea măsurabilă a fiabilității cu o creștere minimă a costurilor, această caracteristică de proiectare nu este nerezonabilă.

Întrebarea 9

Observatorul orbitor orbitant a fost un proiect al NASA la sfârșitul anilor 1960 și 1970 pentru a plasa instrumente de observare de precizie în orbita pământului în scopuri științifice. Sateliții proiectați pentru acest program trebuiau să aibă circuite "întărite" pentru a rezista la radiații, temperaturi extreme și alte condiții dure de spațiu.

Un exemplu de unele dintre aceste circuite "în siguranță" este prezentat aici: o poartă invertor quad-redundantă (NOT):

Explicați de ce circuitul este denumit quad- redundant. Câte defecțiuni ale componentelor individuale, minim, trebuie să apară înainte de compromiterea funcționalității porții "# 9"> Răspuns dezvăluiți Ascunde răspunsul

Dacă analizați cu atenție acest circuit, veți descoperi că acesta poate chiar să nu reușească cu doar două defecte componente, dacă acestea sunt tipul corect de defecțiune, în locațiile potrivite!

Note:

Acest circuit este unul bun pentru a discuta cu elevii din clasă. Cereți-le să explice operațiunea de bază: dacă toate componentele funcționează corect, ce se întâmplă atunci când primește o intrare "ridicată", comparativ cu o intrare "scăzută"? Semnalele de intrare trebuie să fie surse de curent sau scufundări curente? Ce zici de ieșirea din acest circuit: nu sursa sau chiuveta curent?

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →