При проведении ремонтных работ и разработке ИИП нередко возникают ситуации, когда нет возможности заменить вышедшие из строя элементы на оригинальные комплектующие. По большей части это относится к полупроводниковым приборам. В рамках программы импортозамещения отечественной промышленностью выпускается ассортимент микросхем и микросборок, трансформаторов, пассивных элементов, диодов и транзисторов, используя которые, можно решить возникающие проблемы с элементной базой.
4.1. Импортозамещение элементов в транзисторном секторе
В этом разделе вниманию разработчиков предлагается сводная таблица по активным компонентам, наиболее часто применяемым в импульсных источниках питания, их основные параметры и наиболее близкие отечественные аналоги.
В графе «Основные параметры» приведены минимальные характеристики параметров, определяющих возможность использования прибора в конкретной цепи.
Таблица 4.1. Полупроводниковые приборы и их отечественные аналоги
Примечания:
1. Отечественные сборки являются функциональными аналогами, но конструктивно не совместимы с оригинальными выпрямительными элементами. Конструктивным и функциональным аналогом считается сборка на основе диодов Шоттки фирмы Philips типа PBYR3045PT.
2. Отечественные сборки являются функциональными аналогами, но конструктивно не совместимы с оригинальными выпрямительными элементами. Конструктивным и функциональным аналогом считается диодная сборка фирмы Philips типа BYQ28200.
Разумеется, при подборе элементов замены особое внимание следует уделять конструктивной совместимости полупроводниковых приборов.
Прежде всего должны учитываться функциональное назначение выводов и способ крепления прибора на теплоотводе. Сборки на основе диодов Шоттки в схемах выпрямителей канала +5 В могут быть использованы и в цепях канала +3,3 В.
В современных электронных приборах широко применяются резисторы с маркировкой в виде цветных полос.
Отечественные резисторы типа С2 23 *уточнить* также выпускаются с аналогичной маркировкой. Номиналы резисторов кодируются четырьмя или пятью полосами.
Пять полос имеют резисторы, номиналы которых определяются с точностью до третьего знака. Внешний вид резисторов с маркировкой полосками представлен на рис. 4.1.
Расшифровка кодовых обозначений цветовой маркировки приведена в табл. 4.2.
Определение номиналов резисторов с четырьмя и пятью полосами проводится на основе данных, приведенных в табл. 4.2.
Рис. 4.1. Внешний вид резистора с нанесенной маркировкой полосами
Таблица 4.2. Цветовая маркировка резисторов
У резисторов с четырьмя полосами первая и вторая полосы определяют, соответственно, первую и вторую цифры номинала сопротивления, третья полоса — множитель, на который следует умножить значение первых двух цифр.
Три первые полосы у пятиполосных резисторов обозначают три цифры номинала, четвертая полоса — множитель.
Последняя полоса для каждого типа маркировки — это допуск. Множитель — число десять в степени, показатель которой определяется цветом соответствующей полосы. В табл. 2 коэффициент «К» обозначает тысячу (третья степень числа 10), а «М» — миллион (шестая степень числа 10).
4.2. Параметры серийных биполярных транзисторов
Основные электрические параметры серийно выпускаемых биполярных транзисторов с «приемкой 5» представлены в табл. 4.3, 4.4 и 4.5.
Таблица 4.3. Основные электрические параметры мощных составных транзисторов Дарлингтона
Таблица 4.4. Основные электрические параметры мощных составных транзисторов Дарлингтона
Таблица 4.5. Мощные IGBT транзисторы. Основные электрические параметры
4.3. Мощные полевые транзисторы для ИИП
Мощные и-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором 2П7160 с буквенными индексами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К по АЕЯР.432140.374ТУ обладают повышенной устойчивостью в ситуациях специального назначения (их особое отличие — стойкость к радиации) и космического пространства, что является фактором дополнительной надежности. Замена ранее используемых МОП-транзисторов на вновь разработанные позволяет уменьшить вес и габариты устройств, существенно повысить надежность радиоэлектронной аппаратуры, снизить энергопотребление.
Электрические параметры разработанных изделий представлены в табл. 4.6.
Таблица 4.6. Электрические параметры мощных п-канальных полевых транзисторов с изолированным затвором 2П7151А, 2П7160А-2П7160К
Примечание:
1. МОП-транзисторы изготавливаются с золотым или никелевым покрытием корпуса.
2. МОП-транзисторы изготавливаются для монтажа в отверстия и для поверхностного монтажа в металлостеклянных корпусах КТ97А, КТ-97В, КТ-97С с планарными выводами с золотым или никелевым покрытием, для изготовления которых используется прецизионный стальной профиль.
3. Масса транзистора в корпусе КТ-97А — 5 г, КТ-97В — 8,5 г, КТ-97С — 10 г.
4. С 2011 года МОП транзисторы выпускаются также в керамико-полимерных корпусах КТ-ША-1,2, КТ-111В-1,2, КТ-111C-1,2 с изолированным коллектором и плоскими выводами (масса транзистора — от 1,5 г), а также на керамической подложке со сплошной заливкой герметичным компаундом — бескорпусная модификация «2» с гибкими выводами.
5. Монтаж транзисторов в аппаратуре может осуществляться методом пайки или с помощью теплопроводящего клея.
4.4. Выбор оксидного конденсатора для ИП
При выборе оксидного конденсатора для ИП необходимо стремиться к тому, чтобы ток утечки не превышал значения 0,1 мА/1 мкФ. Рабочее напряжение такого конденсатора должно в два раза превышать максимальное расчетное напряжение в действующей цепи. Подача напряжения обратной полярности недопустима.
Несоблюдение полярности алюминиевых оксидных конденсаторов приводит к короткому замыканию цепи и нередко заканчивается взрывом конденсатора, если он находится под напряжением.
Для предотвращения несчастных случаев, которые возможны при несоблюдении полярности конденсатора, желательно использовать конденсаторы с предохранительными отверстиями на корпусе.
В цепях с переменной полярностью желательно использовать керамические неполярные конденсаторы.
При эксплуатации оксидных конденсаторов в качестве разделительных при малых напряжениях учитывают наличие у них собственной ЭДС, с действующим значением до 1 В.
Это значение может совпадать или не совпадать с полярностью конденсатора.
Практика показывает, что оксидные конденсаторы типов К50-26, К50-20 могут изменять полярность на противоположную с течением времени.
Это вносит в работу усилителя некачественные (нежелательные) изменения, влияющие на шумы, передачу сигналов между каскадами и в целом на нормальную работу устройства. Танталовые конденсаторы типа К52-2, К52-5, ЭТО и другие при встречном включении (как неполярные) допускают работу в цепях переменного тока с частотой до 20 кГц при действующем значении напряжения до 3 В.
Не допускайте, чтобы оксидный конденсатор находился под напряжением, превышающим его рабочее напряжение (допустимо только кратковременное перенапряжение, несколько секунд). При прохождении через конденсатор импульсного тока обращают внимание на максимальное напряжение на конденсаторе (сумма постоянного напряжения и напряжения пульсаций — если конденсатор включен в электрическую цепь как сглаживающий пульсации фильтр), чтобы оно не превышало номинального значения.
В противном случае это приводит к преждевременному отклонению электрических характеристик конденсаторов (особенно оксидных) от номинальных.
К примеру оксидный алюминиевый конденсатор К50-24 рассчитан на работу в течение 2000 часов. После этого времени предприятие-изготовитель не гарантирует сохранения номинальной емкости, тока утечки и прочих важных параметров. 2000 часов — это примерно 83 суток. Естественно, что для высококачественного усилителя нежелательно использовать такого рода конденсаторы.
Практикой установлено, что эксплуатируемые при комнатной температуре усилители и приборы имеют более долговременную историю стабильной и эффективной работы, чем те, которые используется при разных (в том числе отрицательных) температурах окружающей среды.
Это объясняется тем, что рабочий температурный диапазон широко популярных оксидных конденсаторов «привязан» к температуре + 10…+70 °C.
Использование конденсатора при комнатной температуре гарантирует длительный срок его полезной службы. Сумма постоянного обратного напряжения и амплитуды пульсаций не должна превышать значение 2 В.
Для каждой серии современных конденсаторов указывается максимальное значение тангенса угла потерь (tg 8), которое, как правило, измеряется на частоте сигнала 120 Гц при температуре окружающей среды +20 °C. Отсюда вычисляется эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) по формуле:
ESR = tg δ/2πƒС,
где ƒ — частота, при которой производились измерения, Гц;
С — емкость конденсатора, Ф.
В электрических цепях, где процесс заряда-разряда происходит с высокой частотой, значение емкости (по определению конденсатора) может уменьшаться.
Если через конденсатор протекает импульсный ток, значение которого превышает номинальное значение тока конденсатора, то на конденсаторе выделяется избыточное тепло (его можно зафиксировать «невооруженными» руками, прикосновением), его емкость уменьшается, срок службы сокращается.
Во время пайки дискретных и чип-элементов необходимо соблюдение осторожности. Температура пайки выводов конденсаторов не должна превышать 260 °C, а контакт с жалом паяльника — не более 5…7 с.
Допустимый ток пульсации для оксидного электролитического конденсатора необходимо учитывать (он указывается персонально для каждой серии) для использования таких конденсаторов в качестве фильтрующих элементов в источниках питания мощных усилителей. Сумма постоянного напряжения на обкладках конденсатора и напряжения пульсации не должна превышать номинального рабочего напряжения.
Номинально допустимые параметры определяются при окружающей температуре +85 °C и на частоте сигнала 120 Гц. При другой температуре окружающей среды и другой частоте сигнала в качестве максимально допустимого тока пульсации применяется значение тока пульсации, умноженное на коэффициент в табл. 4.7 и табл. 4.8.
Таблица 4.7. Расчет тока пульсации оксидных конденсаторов в зависимости от температуры
Таблица 4.8. Расчет тока пульсации оксидных конденсаторов в зависимости от частоты действующего сигнала
Символьная маркировка неполярных конденсаторов представлена в табл. 4.9.
Таблица 4.9. Символьная маркировка неполярных конденсаторов
В табл. 4.10 представлены значения допуска для неполярных кон денсаторов с ненормированным ТКЕ.
Таблица 4.10. Допуск неполярных конденсаторов с ненормируемым ТКЕ
Для керамических и стеклянных неполярных конденсаторов аналогичные сведения представлены в табл. 4.11.
Таблица 4.11. Допуск неполярных керамических и стеклянных конденсаторов с ненормируемым ТКЕ
Представленные данные подтверждены многолетней практикой ремонта усилителей и справочниками.