ментах электронной техники, параметры которых зависят от совершенства кристаллической структуры вешества, большое число смещенных атомов, вызванных ионизирующими излучениями, может сказаться на работоспособности элементов. Наиболее чувствительны к указанным дефектам полупроводниковые материалы и кристаллы кварца. В полупроводниках повреждения кристаллической решетки приводят к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда:

1 1 Ф

- =-- + - (30-70)

т т(1 кг.

вается при уменьшении критической частоты fa. Это находит простое физическое объяснение: чем больше толшина базы транзистора, тем большее число нейтронов взаимодействует на своем пути с ядрами атомов вещества и тем больше нарушается структура кристаллической решетки. Следовательно, более стойкими к воздействию радиации являются высокочастотные полупроводниковые приборы, имеющие тонкую базу.

ЭВП к действию радиации более стойки, чем ППП, но иногда под действием радиации разрушается стеклянный баллон

где т - время жизни неосновного носителя заряда после облучения; т0 - время жизни неосновного носителя заряда до облучения; -кр - коэффициент радиационного повреждения (зависит от материала базы, критической частоты и вида излучения); Ф - интегральный поток излучения;

Ф = (pt,

(30-71)

где ср - плотность потока частиц, нейтрон/см2 сек; t - время действия излучения.

Из формулы (30-70) следует, что с увеличением дозы облучения (Ф) время жизни неосновных носителей уменьшается. Уменьшение времени жизни неосновных носителей, например, в транзисторе увеличивает число неосновных носителей, которое рекомбинируется с основными носителями, что ведет к уменьшению коэффициента усиления по току. При этом значение коэффициента kv, а значит, и повреждаемость ППП уменьшаются с увеличением критической частоты.

Процессы ионизации вблизи поверхности ППП, особенно транзисторов, вызывают повреждения (обычно обратимые) за счет поверхностного эффекта.

Ионы и освобожденные электроны газа притягиваются к поверхности транзистора- электрическими полями, существующими у поверхности р-п перехода (при работе транзистора). Эти ионы искажают электри- ческие поля внутри транзистора, что приводит к увеличению тока утечки и уменьшению коэффициента усиления. При этом наиболее подвержены поверхностным эффектам те транзисторы, у которых поверхность перехода находится в контакте с газом в корпусе. Менее чувствительны к поверхностным эффектам транзисторы с защищенной от влияния газа (пассивированной) поверхностью р-п перехода или транзисторы, из корпуса которых газ откачан.

На рис. 30-14 представлены кривые, показывающие изменение коэффициента усиления по току кремниевых транзисторов (в схеме с общим-эмиттером) при облучении потоком нейтронов [Л. 34]. Кривые по- казывают, что действие излучения увеличи-

те 0,3 0.8

0,3 О,* 0,3 0,2 0,1-

№ нейтрон/ем

Рис. 30-14. Изменение относительного коэффициента усиления но току кремниевых транзисторов в зависимости от интегрального потока нейтронов с энергией £>0,1 Мэв.

лампы, особенно если стекло содержит бо-росиликат. Более стойки к действию радиации и другие элементы электронной техники (конденсаторы, резисторы и др.).

Климатические и биологические воздействия. Вредное влияние климата проявляется главным образом за счет высокой или низкой температуры воздуха и повышенной влажности. Темпе-.ратурные влияния сказываются тем сильнее, чем больше скорость изменения температуры и чем чаще повторяются температурные циклы.

Низкая температура окружающей среды вызывает разрушение изоляционных материалов (пластмасс, резины и т. д.) и компаундов, замерзание электролита в аккумуляторах, загустевание смазок и др. При низкой температуре в герметизированных- элементах возникает внутреннее разряжение, в герметизированных конденсаторах типа- КБГ происходит усадка пропиточного материала, приводящая к пробоям.

Высокая температура воздуха ухудшает теплоотвод от энерговыделяющих элементов, которые могут испытывать перегревы и отказывать; возможные разрушения органических материалов. Резкие колебания температуры способствуют появлению трещин и ослаблению механических соедине ний. При .колебаниях температуры в услови- ях влажного воздуха на узлах аппаратуры конденсируется влага, что создает условия для образования электрических пробоев:

Повышенная влажность (более 70%) воздуха является одним из серьезных фак торов, снижающих надежность РЭА. При этом ухудшается и без того тяжелый тепловой режим целого ряда узлов.

Обладая большой проникающей способностью, вода заполняет межструктурные каналы элементов, в результате чего проводимость диэлектриков повышается до проводимости воды. Происходят, утечки и замыкания в соединительных кабелях, высокочастотных разъемах. Негерметизиро-ванные конденсаторы изменяют свои характеристики из-за диффузии влаги через пластмассу и выводы.

Повышенная влажность является одной из основных причин отказов иегерме тизированных трансформаторов и дросселей. Необратимые изменения величины сопротивления высокоомных резисторов типа ВС и МЛТ происходят при систематическом увтажнении лакового покрытия.

В районах с повышенной влажностью РЭА быстро разрушается вследствие коррозионных явлений.

Среди биологических факторов наибольшее значение имеет действие грибка (плесени), насекомых и грызунов. Для образования грибковой плесени необходимы питательная среда тепло н возможно меньшая вентиляция воздуха. Особенно благоприятные условия для образования плесени имеются в тропических и субтропических районах (комбинация высокой влажности и высоких температур). Наиболее подвержены действию плесени пластмассы на целлюлозной основе. Плесень появляется также на неорганических изоляционных материалах, металле и стекле. Грибок способствует коррозии, разрушает контактные соединения. Для борьбы с плесенью применяют специальные лаки.

Неисправности, вызванные насекомыми в областях с умеренным климатом, встречаются сравнительно редко. Однако в районах с жарким климатом насекомые очень опасны. Они поселяются в разъемах, нарут шая контакты; некоторые насекомые объедают изоляцию. Особенно опасны в этом отношении термиты.

Влияние циклического режима работы. Под циклическим режимом понимается режим, связанный со сравнительно частыми включениями и выключениями аппаратуры. При каждом включении и выключении происходят переходные процессы и в узлах РЭА возникают токи н напряжения, величины которых обычно намного превышают, хотя и кратковременно, допустимые по техническим условиям величины, т. е. коэффициент нагрузки при этом становится больше единицы.

В табл. 30-6, составленной по зарубежным данным, приведены значения наработки на отказ для связной радиостанции, установленной на различных самолетах и имеющей поэтому разную цикличность работы [Л. 12].

Таблица 30-6

На истребителях-бомбардировщиках радиостанция включается примерно в 6 раз чаще, чем на бомбардировщиках, и не случайно, что наработка на отказ на истребителях примерно в 5,5 раз меньше (правда, есть и другие причины снижения надежно-с и РЭА на легких самолетах).

0,01 0,05 0,1 0.5 1.0 5 №

Рис. 30-15. Зависимость надежности от цикличности работы радиоэлектронной аппаратуры.

Лц-параметр потока отказов в циклическом режиме;. Лн- параметр потока отказов в непрерывном режиме; -F - число включений за 1 ч работы.

Замечено, что наиболее часто отказы случаются в первые 10 мин работы аппаратуры, причем число отказов в этом промежутке времени растет с увеличением частоты циклов.

На рис. 30-15 представлен график, характеризующий увеличение параметра потока отказов аппаратуры при увеличении числа циклов работы в единицу времени. Из этого графика следует, что для аппаратуры, работающей при большой частоте включений и выключений, надежность может быть в несколько раз и даже в несколько десятков раз ниже надежности аппаратуры, работающей квазинепрерывно.

Влияние факторов космического пространства. В связи с широким освоением околоземного и межпланетного пространства, созданием различного рода автоматических и пилотируемых космических летательных аппаратов, при анализе работоспособности и расчете надежности их бортовой аппаратуры приходится учитывать новые факторы, воздействию которых обычно не подвергается наземная, корабельная и даже авиационная РЭА.

К числу факторов космического пространства необходимо отнести воздействие глубокого вакуума, высоких и сверхвысо-

ких температур, микрометеорных потоков и космической радиации (космических ионизирующих излучений).

Глубокий вакуум. Считают [Л. 7], что глубокий вакуум наблюдается уже на высотах порядка 100 км и определяется давлением среды около 10~4 мм рт. ст. С увеличением высоты давление окружающей среды непрерывно понижается и на высоте порядка 2 000 км падает до Ю-13 мм рт. ст. Однако вблизи космического летательного аппарата всегда существует локальная атмосфера и только при очень длительном космическом полете у внешней поверхности аппарата давление мо жет достигнуть (на значительных удалениях от Земли) величин, близких к вакууму космического пространства.

Глубокий вакуум может воздействовать на антенные устройства, изоляторы, проводники, оптические элементы РЭА, расположенные на внешней поверхности космического объекта, а также на те узлы и блоки РЭА, которые расположены в негермети-зированных отсеках. Основные воздействия глубокого вакуума на элементы РЭА связаны:

с сублимацией (переход вещества из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую фазу) металлических и неметаллических элементов; испарением смазочных материалов;

с ухудшением теплопередачи, поскольку в вакууме отсутствуют конвективный теплообмен и теплопроводность среды (при вакууме ниже Ю-4 мм рт. ст.). Теплопередача в вакууме осуществляется только путем излучения и кондуктивного теплоотво-да (через хорошие тепловые контакты);

с ухудшением трения, поскольку в вакууме улетучиваются поверхностные газовые пленки материалов и исчезают оксидные пленки, .защищающие поверхность материалов. При очень глубоком, вакууме данное явление может привести даже к схва тыванию (свариванию) контактирующих материалов;

с изменением значений электропроводности.

Так, на поверхности диэлектриков могут накапливаться электрические заряды, появляются поверхностные токи утечек. В результате газовыделения с поверхности элементов (при длительном пребывании в космосе) изменяются значения объемной теплопроводности.

Высокие и сверхнизкие температуры. Аппаратура [Л. 37, 39, 42] установленная на космических объектах, подвергается непосредственно (для элементов на внешней поверхности) или косвенно (для элементов, расположенных в приборных отсеках) действию тепловых потоков, связанных с прямым излучением Солнца; собственным излучением Земли (для ИСЗ) или планеты; отраженным от Земли (планеты) солнечным излучением, т. е. альбедо Земли (планеты), под которым понимают отношение отраженной энергии ко всей па-

дающей энергии. Эти тепловые потоки влияют на температурный режим работы узлов и блоков РЭА, особенно тех, которые расположены , на наружной поверхности космического объекта.

Величина теплового потока прямого солнечного излучения Qs для элемента поверхности ds составляет:

Qs = AsEsds cos ф, (30-72)

где As - коэффициент поглощения излучения данной поверхностью; Es = 1 400 вт/м2 - суммарная интенсивность солнечного излучения; Ф-угол между нормалью к элементу и направлением солнечных лучей.

Величина альбедо Земли принимается обычно равной а=0,39 Es, т. е. 550 вт/м2 [Л. 39].

Тепловая энергия, падающая на элемент поверхности космического объекта за счет отражения Землей (планетой) солнечного излучения, составляет:

Qrs = aEsfrs($, Д, H)ds, (30-73)

где a - альбедо Земли (планеты); frs (В, А, Н) - функция, определяемая удаленностью (Н) элемента от Земли (планеты), углом (6) между нормалью к элементу и направлением на центр Земли (планеты) и углом (А) между нормалью к элементу и направлением солнечных лучей. На тепловой режим космического аппарата может повлиять и собственное излучение Земли (планеты), которое для ориентировочных расчетов принимают равномерным. Интенсивность собственного излучения Земли в инфракрасной области соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре 250° К. Величина энергии, поглощенной элементом за счет собственного излучения Земли, определяется по формуле

Qe = AeEefeW, H)ds, (30-74)

где Ае - значение коэффициента черноты поверхности элемента ds для инфракрасного излучения при температуре 250° К; Ее = 210 вт/м2 - интенсивность собственного излучения Земли [Л. 37];

е (6. Я) - функция, определяемая удаленностью (Н) и ориентацией (6) элемента.

Аппаратура космического объекта при своей работе выделяет тепловую энергию, которая передается к наружной поверхно сти объекта путем кондуктивного теплоот-вода, лучистого теплообмена и принудительной конвекции (если она есть). При этом энергия, приходящаяся на элемент за счет внутреннего тепловыделения, при ориентировочных расчетах находится по формуле

Qi = -~-(T-Ti), (30-75) общ