1

Defecte si deficiente la componentele electrice si electronice

Analiza defectrilor la componentele electrice

n actuala tehnologie de fabricaie a echipamentelor electrice i electronice, nu este posibila existenta unui produs fr un minim de conexiuni, care se realizeaz prin cablaje. Cablajele pot fi cu fir (uni sau multifilar, cu izolaie simpl (neprotejat) sau cu izolaie dubl (protejat). La cablaje cu fir, neprotejate, apar urmtoarele deficiene: - ntreruperea permanenta a unui conductor; - ntreruperea intermitenta a unui conductor; - scurtcircuit ntre conductoare; - defect de izolare ntre conductoare; - creterea rezistenei unui conductor; - atingere la masa (pmnt) sau scurtcircuit la cutie sau asiu. Aceasta ultima situaie are, la conductoarele protejate, o probabilitate de apariie extrem de mica, nct se poate considera ca este neglijabila. La cablajele imprimate, care pot fi simple, duble sau multiple, rigide sau flexibile, apar urmtoarele deficiente: - ntrerupere permanenta a unei trase; - scurtcircuit ntre trase paralele la acelai nivel sau ntre trase paralele din nivele alturate; - defect de izolare ntre trasele aceluiai nivel sau ntre trase paralele din nivele alturate; - creterea rezistenei n lungul unei trase. Prin analiza statistica a comportrii echipamentelor care au n componenta cablaje, se constata ca nu este necesara luarea n considerare a scurtcircuitelor ntre trase deprtate, separate prin alte trase, sau dac distanta dintre dou trasee, n linie dreapta sau n curbe, depete 2 mm (la echipamentele uzuale, cu tensiuni de lucru sub 250 V). Efectuarea lipiturilor cu aliaje uor fuzibile poate duce la nrautatirea calitatilor izolante ale unor elemente sau la modificarea distantelor ntre caile de curent i asiu, cu posibilitatea aparitiei unor scurtcircuite. Rezistoare fixe, semireglabile sau reglabile sunt printre cele mai ntlnite componente, ntr-o gama larga de tipodimensiuni i sortimente: chimice, cu pelicule sau de volum, cu carbon, cu oxizi metalici, cu pelicule subtiri sau groase, bobinate simplu sau neinductiv, cu izolare simpla, vitrificare sau cementare, cu terminale axiale sau laterale, cu dou sau patru terminale. La rezistoare se pot lua n analiza urmatoarele deficiente: - ntrerupere permanenta; - ntrerupere intermitenta; - scurtcircuit ntre terminale; - creterea valorii rezistenei; - diminuarea valorii rezistenei. Dac distana dintre terminale este suficient de mare, se poate considera c scurtcircuitarea nu este posibil. Componente pasive utilizate frecvent sunt i condensatoarele. Majoritar se utilizeaz cele nepolarizate, cu dielectric solid: hrtie uleiat sau parafinat, folie din

2

plastic cu diferite caliti i denumiri comerciale, ceramice, cu unul sau mai multe straturi, cu mic, cu sticl, cu armturi metalice sau cu dielectric metalizat, cu dou sau patru terminale. Condensatoarele sunt fixe, variabile sau semireglabile, n executie deschisa, etana sau ermetizata. O categorie aparte o constituie condensatoarele polarizate, electrolitice, cu armaturi din aluminiu sau cu tantal, n variante constructive normale sau miniatura, pentru tensiuni mici sau pentru tensiuni mari. La condensatoare se pot analiza urmatoarele deficiente: - ntrerupere permanenta; - scurtcircuit permanent; - diminuarea capacitatii ; - creterea curentului de fuga; - modificarea tangentei de pierderi; - scaderea rezistenei de izolatie. Bobinele i transformatoarele sunt realizate pentru a avea o anumita inductanta i a realiza transferul unei anumite energii cu un raport de transformare dorit, fix sau variabil, ntr-un anumit domeniu de frecventa. Ele sunt realizate cu aer sau cu circuit magnetic constituit din tole de ferosiliciu, cu sau fr ntrefier, sau cu ferite, de diferite forme, n circuit deschis sau nchis, cu sau fr lama de aer. La acestea, inclusiv la amplificatoarele magnetice, apar urmatoarele deficiente: - ntrerupere permanenta a nfurrii (bobinajului); - ntrerupere intermitenta a nfurrii (bobinajului); - scurtcircuit ntre spire; - scurtcircuit ntre nfurri; - scurtcircuit ntre nfurare i circuitul magnetic; - scurtcircuit ntre nfurare i ecran; - creterea inductantei unui bobinaj; - scaderea inductantei unui bobinaj; - modificarea raportului de transformare; - modificarea regimului starii de magnetizare. - fisurarea sau spargerea feritelor; Releele electromagnetice utilizate n circuitele de prag au circuite magnetice complexe sau cu magneti permanenti, ce au armatura mobila cu micare de translatie sau de rotatie. Armatura antreneaza direct sau prin intermediul unor tije sau brate electroizolante, lamele cu contacte. Releele sunt actionate de regula n curent continuu, dar dac trebuie sa lucreze n curent alternativ, se introduc pentru actionare i eliminarea vibratiilor spire n scurtcircuit ce nlantuie transversal circuitul magnetic al releului sau punti de redresare. Pentru a mari temporizarea releelor de curent continuu, se utilizeaz mai multe procedee, printre care introducerea de bobine cu terminalele n scurtcircuit sau manoane din cupru, cu rol de spira n scurtcircuit, n jurul miezului central al bobinei releului. La aceste relee factorul de calitate Q este scazut, de regula n jur de 0,3. Solutii constuctive complicate permit, prin sisteme magnetice diferentiale, obtinerea unui factor de calitate mai bun, cuprins de regula ntre 0,5 0,6, iar n cazuri deosebite maxim 0,65. La releele cu contact ermetic (tip reed), comutarea se obtine prin intermediul unui cmp magnetic creat prin trecerea unui curent continuu printr-o bobina, care creeaza un numar de amperi-spire ce depaete valoarea impusa prin constructie, de sensibilitatea

3

contactului. La aceste relee factorul de calitate este redus, de regula sub 0,3, iar dispersia de parametri este mare: pentru o.serie de fabricatie numarul de amperi-spire al comutarii se ncadreaza ntr-un domeniu larg, cu raportul ntre valoarea maxima i cea minima fiind n jur de 3. Timpul de actionare a contactelor, att la stabilirea contactelor de lucru, ct i la desfacerea lor, urmata de stabilirea contactelor de repaus, n urma depairii pragurilor de comutare este mic, de cteva milisecunde (2,5 5 ms, n funcie de constructia lor), astfel ca funcionarea acestor relee direct n curent alternativ sau prin intermediul unor punti de redresare nu este posibila, din cauza vibratiilor lamelei mobile. Sunt utilizate releele cu contact reed umede, ce au n interior mercur lichid i la care se obtine comutarea n curent alternativ prin intermediul unui circuit feromagnetic complex, iar bobina se conecteaza pe diagonala unei punti de redresare semiconductoare. La aceste relee factorul de calitate este sub 0,6, timpul de comutare este de zeci de milisecunde, iar rezistena la vibratii i ocuri mecanice este scazuta; exista permanent pericolul mpratierii mercurului la spargerea tubului ca urmare a unui oc mecanic. Acest tip de releu are impact ecologic negativ, data fiind toxicitatea mercurului. Releele cu controlul fazei, ce au armaturi rotitoare se utilizeaz n condiii deosebite, avnd n vedere imposibilitatea rotirii armaturii ca urmare a blocarii mecanice. Releele diferentiale de curent continuu au avantajul verificarii a dou semnale simultan, dar att circuitul magnetic ct i bobinajul lor sunt dificil de obtinut. Nu se utilizeaz n structuri de prag relee miniatura, care au pe de o parte factorul de calitate scazut (sub 0,3), iar pe de alt parte au garantat un numar redus de actionari. La verificarea unui releu, de orice tip, se analizeaza deficientele: - ntreruperea unei bobine; - scurtcircuit partial sau total ntre spirele bobinei; - scurtcircuit ntre bobine diferite; - scurtcircuit ntre bobine i contact; - scurtcircuit ntre bobine i piesele metalice (asiul de montare); - scaderea rezistenei de izolatie ntre bobine; - scaderea rezistenei de izolatie dintre bobine i contacte; - scaderea rezistenei de izolatie dintre bobine i piesele metalice; - ntrerupere permanenta la contact; - ntrerupere intermitenta la contact; - scurtcircuit ntre terminalele aceluiai contact; - scurtcircuit ntre contacte; - scurtcircuit ntre contact i masa; - distrugerea izolatiei dintre terminalele aceluiai contact; - distrugerea izolatiei dintre contacte diferite; - distrugerea izolatiei dintre contacte i masa; - sudura ntre contacte; - ncalzire puternica a terminalelor aceluiai contact; - neconcordanta ntre toate contactele stabilite; - nesincronizare ntre momentele stabilirii contactelor de acelai tip; - creterea rezistenei de contact; - revenirea contactului nainte de caderea armaturii; - creterea curentului de atragere; - scaderea curentului de atragere;

4

- scaderea curentului de cadere; - creterea curentului de cadere; - modificarea factorului de calitate al releului; - marirea timpului de atragere; - marirea timpului de cadere; - scaderea timpului de atragere; - scaderea timpului de cadere; - releul nu se excita la depairea tensiunii nominale; - releul nu se dezexcita (blocare mecanica); - releul poate fi plasat n mod fortuit n pozitie de lucru (permanenta sau cu intermitenta); - releul (de un anumit tip) poate fi nlocuit cu unul ce are acelai aspect, (aparent), dar de alt constructie, cu alocarea diferita a contactelor sau bobinelor. Deficiente considerate la componentele electronice

La toate tipurile de diode: de redresare, de comutaie, stabilizatoare, apar urmatoarele deficiente: - ntrerupere permanenta ntre electrozi; - ntrerupere intermitenta ntre electrozi; - scurtcircuit permanent ntre electrozi; - creterea curentului rezidual; - creterea rezistenei serie; - creterea tensiunii de deschidere; - scaderea tensiunii de strapungere; - creterea sau scaderea tensiunii stabilizate. Tranzistoarele sunt utilizate n instalatii ntr-un numar foarte mare. Ele se ntlnesc n structura bipolara, n cea cu efect de cmp sau n varianta unijonctiune, att n tehnologia germaniului ct i a siliciului, ntr-o gama foarte mare de puteri, frecvente i tensiuni de lucru. Se iau n consideratie urmatoarele deficiente: - ruptura permanenta a unui terminal; - ruptura intermitenta a unui terminal; - scurtcircuit permanent ntre electrozi, luati doi cte doi i toti trei, sau trei cte trei, dac apare i al patrulea terminal, al capsulei metalice sau ecranului; - scurtcircuit ntre oricare dou terminale n condiiile n care celalalt este taiat; - creterea curentului rezidual ntre electrozi, luati doi cte doi; - creterea curentului rezidual ntre electrozi, luati doi cte doi al treilea fiind taiat; - modificarea prin cretere sau scadere a factorului de amplificare sau creterea i diminuarea pantei. La tiristoare i triacuri se iau n considerare toate situaiile de la tranzistoare i, n plus, se mai adauga: - creterea curentului de amorsare pe poarta; - scaderea curentului de amorsare pe poarta; - scaderea curentului de mentinere. Circuitele integrate monolitice se analizeaza distinct: analogice i logice, ntruct tratarea informaiei se face diferit.

5

n general, la toate circuitele integrate se considera ca sunt posibile toate defectele de la diode i tranzistoare; n plus, se analizeaza i situaiile generate prin posibilele scurtcircuite ntre traseele conductoare interne, similar situaiilor de la cablajele imprimate multistrat. n mod special, la circuitele integrate analogice mai sunt posibile: - diminuarea ctigului sau a amplificarii; - diminuarea impedanei de intrare; - creterea impedanei de ieire; - posibilitatea aparitiei autooscilatiilor; n mod special, la circuitele integrate digitale (logice) se analizeaza: - la cele simple sunt considerate pe rnd, componentele analizate anterior, cu toate variantele; - atunci cnd complexitatea nu face schemele accesibile i analiza anterioara devine imposibila, pentru condiii de securitate, raspunderea cade pe analiza logica a circuitului, pentru eliminarea consecintelor datorate unei porti ce ramne permanent n starea logica zero sau unu; - deviatiile logice considerate se traduc la ieire prin stari logice nepericuloase; - se transpune nivelul logic al tabelelor de adevar, care anterior au fost discutate, astfel ca rezultatul general sa fie n sigurana intrinseca; Totodata, se iau n considerare urmatoarele aspecte: - ncarcarile diferite ale portilor din aceeai configuratie, considernd ca defectarea unei porti nu afecteaza simultan i alte porti; - se admite, n general, ca o anumita secvena a codurilor dorite, nu poate fi realizata la ieirea circuitelor, n absenta intrarii codificate; - este eficient ca slabirile dintr-un integrat logic sa fie analizate dupa consecintele lor logice, mai uor de sesizat dect cele fizice sau electrice care le produc; - se accepta ca circuitele integrate monolitice pot fi utilizate n structuri de sigurana numai prin grupare n circuite redonante sau controlate la un alt nivel al logicii; - introducerea integratelor monolitice se face cu precautii, att cu regim de utilizare a componentelor "de serie", ct i prin introducerea unor programe speciale de conceptie a circuitelor integrate care pot sa simuleze slabirea logicii i verificarea alternanta a funciei la transfer, tinnd cont de defectari; - la introducerea circuitelor integrate logice este util sa se imagineze programe de lucru ce pot fi completate cu ipotezele mai apropiate de defectare fizica, astfel ca n termen lung aceste programe sa permita conceperea viitoare a unor circuite integrate specifice comportarii de sigurana. Microprocesoarele, prin modul de realizare, cer o analiza ca la integratele monolitice, dar, n starea actuala a complexitatii lor, analizele consecintelor slabirilor logice sunt chiar mai mici dect cele pentru circuitele integrate "clasice". Trecerea n revista a defectarilor nu se mai poat efectua la nivelul intrarii sau a componentei (tranzistorului integrat), astfel ca rationamentele se fac macroscopic, mai departe de realitate. n limita posibilului, slabirile logice sunt analizate la nivelul consecintelor scopului urmarit. Microprocesoarele uureaza, prin diversificarea tratarii temporale (serie sau complet asincrona) testele funcionale, ce se pot efectua de programatori, fie naintea utilizrii, fie ciclic. Microprocesoarele se preteaza uor la codificarea informaiilor,

6

manipulate, la o analiza de semnale, de o datare a evenimentelor, permitnd detectarea rapida a slabirilor unei cai de tratarea informaiei i chiar de simulare a slabirilor logice la nivelul scopului, pn la aprecierea gradului de sigurana al testelor efectuate. La utilizarea componentelor electronice n regimul impus pentru structurile de prag trebuie tinut cont de energia necesara n vederea schimbarii starii i n special de stabilitatea acestei energii la variatiile temperaturii. n structurile combinate cu feritele de comutaie CHD se impune analiza n cazul tranzitiilor repetate catre aceeai valoare logica i de nivelul semnalului perturbator ce nsoteste o comutaie utila. Se iau n considerare situaiile de fisurare a feritelor sau chiar de spargere a lor. La analiza circuitelor integrate se analizeaza toate variatiile ce modifica caracteristica de histerezis, inclusiv tranzitiile generate prin efectul Hall.