1、引言

電子設(shè)備的高低溫試驗是電子設(shè)備生產(chǎn)定型的依據(jù)之一，在實際應(yīng)用中單純的高低溫試驗并不能完全體現(xiàn)出電子設(shè)備對環(huán)境溫度的適應(yīng)性，因此必須進(jìn)行整個環(huán)境溫度的適應(yīng)性試驗。本文根據(jù)電子設(shè)備環(huán)境溫度試驗中出現(xiàn)的問題，提出了電子設(shè)備環(huán)境溫度試驗的方法，此方法同樣適用于電子設(shè)備的維修。

2、環(huán)境溫度試驗中出現(xiàn)的問題及解決辦法

根據(jù)用戶提出的環(huán)境溫度試驗要求和國軍標(biāo)的規(guī)定，對新研制的某型電子設(shè)備進(jìn)行了溫度試驗，按要求：高溫+55 ℃(保證精度)、+70℃(工作正常無故障) ；低溫-45℃(保證精度)、-55℃(工作正常無故障)。按上述要求對該設(shè)備進(jìn)行試驗，結(jié)果表明電子設(shè)備工作狀態(tài)良好。為考察該電子設(shè)備在整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性，遂又進(jìn)行了溫度變化速率為10℃/min的溫度漸變試驗，發(fā)現(xiàn)溫度為-21℃～-22℃和+38℃～+39 C時電子設(shè)備的某些功能出現(xiàn)失效。

2.1 溫度試驗中比較器電路的失效

2.1.1 比較器產(chǎn)生振蕩的原因

該電子設(shè)備中，采用了比較器電路，在比較電壓緩慢變化，且比較電壓與基準(zhǔn)電壓接近(相差十幾亮伏～幾十亳伏)時，由于在電路板的設(shè)計加工過程中，或者由于電路板本身的原因，存在著雜散耦合，這時比較器將輸出一振蕩電壓。這種情況如圖1所示。

在0～T₁段，比較電壓小于基準(zhǔn)電壓，比較器的輸出為一穩(wěn)定的低電平。在T₁～T₀段比較電壓接近于基準(zhǔn)電壓，盡管比較電壓低于基準(zhǔn)電壓，但由于雜散耦合電壓的影響，將使比較電壓在某一時刻超過基準(zhǔn)電壓，使比較器的輸出轉(zhuǎn)換為高電平。由于雜散耦合電壓是隨機(jī)信號，其峰值持續(xù)的時間較短，比較器在雜散耦合電壓峰值之后又恢復(fù)到低電平，如此往復(fù)使比較器的輸出變成振蕩波形。在此期間由于比較電壓低于基準(zhǔn)電壓，比較器的輸出形成低電平寬度大于高電平寬度的波形。在T₀時刻比較電壓與基準(zhǔn)電壓相等，比較器的工作狀態(tài)主要受控于雜散耦合電壓，輸出為與雜散耦合電壓的波形相同的振蕩波形，在此期間比較器的輸出波形，是比較電壓雜散耦合與基準(zhǔn)電壓雜散耦合共同作用的結(jié)果。

在T₀～T₂段比較電壓略大于基準(zhǔn)電壓，由于其差值較小，雜散耦合的電壓值仍對比較器的工作狀態(tài)起作用，故其輸出依然保持振蕩，此時由于比較器的比較電壓大于基準(zhǔn)電壓，比較器的輸出形成高電平的寬度大于低電平寬度的波形。在T₂以后，比較電壓遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)電壓，雜散耦合電壓已不能控制比較器的狀態(tài)變化，比較器輸出穩(wěn)定的高電平。在T₁～T₂段比較電壓的變化范圍是十幾毫伏～幾十毫伏。

圖1 比較器的震蕩波形

圖2 電容反饋比較器

2.1.2 消除比較器振蕩的方法

關(guān)于消除比較器振蕩的方法較多，在本電子設(shè)備中采用了如圖2所示的電路結(jié)構(gòu)：

實踐證明，該電路是一種有效的方法，特別適用于要求其遲滯特性很小、且比較器輸出電壓對電路中電壓影響小的電路。

2.1.3 溫度試驗中比較器的失效

上述比較器在電子設(shè)備的高溫和低溫時均工作正常，而在進(jìn)行漸變環(huán)境溫度適應(yīng)性試驗中!發(fā)現(xiàn)比較器在低溫溫度為-21℃～-22℃范圍內(nèi)出現(xiàn)振蕩。根據(jù)試驗結(jié)果，對電容量-溫度和電容量-頻率的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，分析發(fā)現(xiàn)電容變化率-溫度曲線和電容變化率-頻率曲線對電路的工作情況影響明顯，在環(huán)境溫度變化時，特別是在-21℃～-22℃范圍內(nèi)，電容量隨溫度的變化處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此C₁和C₂的變化趨勢是不確定的，當(dāng)兩電容的變化趨勢處于相反方向時，破壞了正常的匹配關(guān)系；在環(huán)境溫度變化時電路的隨機(jī)噪聲頻率將隨之發(fā)生變化，從而使通過C₁和C₂的噪聲頻率的變化量不同，由此使電容量的變化出現(xiàn)不同的變化，改變了C₁與C₂正常的匹配關(guān)系。

從上述分析可知，造成比較器在-21℃～-22℃范圍內(nèi)產(chǎn)生振蕩的主要原因是電容器的容量，環(huán)境溫度的變化引起電容量變化，包括溫度變化對隨機(jī)噪聲頻率的影響使電容量發(fā)生變化，電容量變化的不確定性造成在某一特有溫度條件下比較器出現(xiàn)振蕩(即失效)。在對電容器C₁和C₂進(jìn)行了必要的調(diào)整后，比較器的振蕩現(xiàn)象消失。

2.2 集成電路的失效

在進(jìn)行環(huán)境溫度漸變的電路適應(yīng)性試驗中，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在+38℃～+39℃范圍內(nèi)AD574AT集成電路失效，并且同一批號的AD574AT電路均有此現(xiàn)象存在。在進(jìn)行了另一批號的AD574AT電路更換之后，該電子設(shè)備一切正常。試驗說明，同一批的集成電路可能由于制造工藝方面的問題，使其在某一特有的溫度范圍內(nèi)失效。

經(jīng)過對該設(shè)備的調(diào)整和對其進(jìn)行的整個環(huán)境溫度適應(yīng)性試驗的結(jié)果表明，該設(shè)備工作正常，并順利地通過了權(quán)威機(jī)構(gòu)的各項例行試驗，投入使用一年多沒有出現(xiàn)過任何問題。

3、環(huán)境溫度漸變試驗的方法

綜合上述兩個例子說明，電子設(shè)備進(jìn)行環(huán)境溫度試驗時，不但要考察其在高溫(即使用環(huán)境最高溫度)和低溫(即使用環(huán)境的最低溫度)條件下的運(yùn)行情況，同時還應(yīng)考察電子設(shè)備在要求的整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)電子設(shè)備的適應(yīng)情況，以確定電子設(shè)備在環(huán)境溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性。試驗時應(yīng)結(jié)合高低溫試驗同時進(jìn)行，如圖3所示。

圖3 試驗溫度曲線

圖中

T₀～T₁的時間可以根據(jù)國軍標(biāo)中的要求調(diào)整其溫度變化速率；

T₁～T₂段可以根據(jù)國軍標(biāo)的要求選擇適當(dāng)?shù)臅r間；

T₂～T₃段可以根據(jù)電子設(shè)備的具體情況確定適當(dāng)溫度變化速率；

T₃～T₄段可以根據(jù)國軍標(biāo)的要求選擇適當(dāng)?shù)臅r間；

T₄～T₅段可以根據(jù)電子設(shè)備的具體情況選擇與T₂～T₃相同的溫度變化速率；

T₅～T₆，段可以根據(jù)國軍標(biāo)的要求選擇適當(dāng)?shù)臅r間：

T₆～T₇，為電子設(shè)備溫度的恢復(fù)時間，可根據(jù)國軍標(biāo)的要求選擇適當(dāng)?shù)臅r間。

在上述各試驗溫度范圍內(nèi)，應(yīng)實際考察電子設(shè)備的工作性能，由于整個試驗需要的時間很長，可利用計算機(jī)檢測技術(shù)對所要檢測的參數(shù)進(jìn)行檢測，并由計算機(jī)繪制出時間一性能(電壓、電流等)參數(shù)曲線，如圖4所示：

圖4 時間-性能特性曲線

圖中的?V₁，和?V₂即表示電子設(shè)備的失效點，由此失效點可查出電子設(shè)備相應(yīng)的工作溫度，并可進(jìn)行進(jìn)一步的試驗，以確定失效點的確切溫度達(dá)到了試驗?zāi)康摹?/p>

由于國軍標(biāo)對高低溫試驗時的轉(zhuǎn)換時間有一定的要求，在這種情況下可在完成上述試驗的前提下，再按國軍標(biāo)的要求進(jìn)行相應(yīng)的高低溫試驗。

4、漸變環(huán)境溫度試驗在電子設(shè)備維修中的應(yīng)用

考察電子設(shè)備在要求的整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)電子設(shè)備的適應(yīng)情況，以確定電子設(shè)備在環(huán)境，溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性，在電子設(shè)備的維修工作中有其特殊的意義。

有些電子設(shè)備，如機(jī)載電子設(shè)備、車載電子設(shè)備、艦載電子設(shè)備等，由于使用環(huán)境比較惡劣，如在地面環(huán)境溫度為30℃的情況下，到了高空其環(huán)境溫度可能降低到-20℃以下；在我國南方，地面溫度為30℃的情況下，到了東北地區(qū)地面氣溫可能已降到0℃以下。電子設(shè)備在溫差很大，且漸變相對緩慢的環(huán)境中使用，可能會在某一特有溫度條件下失效，而在地面(即常溫條件下)電子設(shè)備的工作正常，使故障的判斷和排除無從著手，在這種情況下除應(yīng)考慮電子設(shè)備的其他可能(如接觸不良)情況外，電子設(shè)備的使用環(huán)境溫度也是不可忽視的一個方面，因此應(yīng)詳細(xì)詢問電子設(shè)備使用者設(shè)備出現(xiàn)故障的時機(jī)，尤其是環(huán)境溫度等地面常溫下所不具備的條件，在地面對其使用環(huán)境進(jìn)行模擬試驗，從而找出出現(xiàn)故障的確切原因。由此將給電子設(shè)備的研制、生產(chǎn)、試驗、維護(hù)、修理帶來很大的指導(dǎo)意義。

對特殊條件下使用的電子設(shè)備(如武器平臺使用的電子設(shè)備、救生用電子設(shè)備等)，由于其使用環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣，對其進(jìn)行研制、生產(chǎn)、試驗和驗收，更應(yīng)注重利用漸變溫度考察其在整個環(huán)境溫度范圍內(nèi)的適應(yīng)性。