某型機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)穩(wěn)定放大器故障處理

劉祥水

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽蕪湖 241007）

0 引言

穩(wěn)定放大器是穩(wěn)定回路中重要的信號放大器和故障診斷器，是保證慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性器件安裝平臺（以下簡稱“平臺”）和產(chǎn)品殼體始終跟蹤陀螺自轉(zhuǎn)軸，在慣性空間保持穩(wěn)定的重要部件。該部件具有足夠大的放大系數(shù)，能夠?qū)ν勇輧x的力矩傳感器信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生力矩使產(chǎn)品殼體相對陀螺儀的偏角快速的保持在零位附近，保證整個(gè)系統(tǒng)的工作。該型放大器生產(chǎn)于90年代采用的模擬電路設(shè)計(jì)，由于其在保障飛機(jī)機(jī)動時(shí)需要施加足夠力矩保證系統(tǒng)穩(wěn)定并跟隨飛機(jī)運(yùn)動，其放大系數(shù)和效率在使用中大受考驗(yàn)，在外場的故障率一直居高不下。

1 穩(wěn)定放大器的功能

穩(wěn)定放大器主要功能是用來保證俯仰、傾斜和航向軸，外傾斜框架隨動系統(tǒng)在平臺系統(tǒng)中穩(wěn)定的工作，同時(shí)監(jiān)控伺服通道故障信號輸出，最終控制產(chǎn)品是否繼續(xù)正常供電。穩(wěn)定放大器原理如圖1 所示。該部件主要分為六大部分，控制電路（控制四路放大電路的輔助電路），俯仰放大器通道，橫滾放大器通道，航向放大器通道，傾斜放大器通道，故障診斷模塊。其中1，2，3 通道信號放大電路的輸出信號連到故障診斷模塊的輸入端口，若三路輸入信號都正常，輸出正常。若三路中有一路信號異常，則故障診斷模塊會輸出故障信號，切斷電源保護(hù)慣性器件。

圖1 穩(wěn)定放大器原理

控制電路部分由基準(zhǔn)電壓形成器（19.2 kHz）、航向快速校正基準(zhǔn)電壓形成器（400 Hz）、垂直快速校正基準(zhǔn)電壓形成器（400 Hz）、控制濾波器重調(diào)的信號形成器、快速校正基準(zhǔn)電壓形成器（19.2 kHz）均由晶體管電路構(gòu)成。放大器通道包含兩個(gè)半波相敏檢波器、兩個(gè)RC 平滑電路，電流信號加法器，脈沖寬度調(diào)節(jié)器，功率放大器和反饋濾波器等組成。各通道故障傳感器均由按照門限裝置原理設(shè)計(jì)的電路組成，其工作依據(jù)四個(gè)通道輸出端交流分量。在穩(wěn)定通道功能正常時(shí)，故障傳感器輸出端的電壓≥+10 V，當(dāng)任意一個(gè)穩(wěn)定通道發(fā)生故障時(shí)，放大器輸出端沒有交流信號即表示該通道有故障。

某架飛機(jī)在使用過程中外場報(bào)穩(wěn)定回路故障，導(dǎo)航系統(tǒng)平臺停止工作。產(chǎn)品返回檢查發(fā)現(xiàn)故障復(fù)現(xiàn)，通過故障隔離，將故障定位在穩(wěn)定放大器上。

2 穩(wěn)定放大器的故障分析

2.1 原理分析

圖2 正常情況

經(jīng)檢查在工作狀態(tài)下該放大器3 通道正常情況下如圖2所示，輸出飽和時(shí)如圖3 所示，飽和狀態(tài)即對3 通道電機(jī)的施距達(dá)到單邊最大，伺服回路朝一個(gè)方向偏離，系統(tǒng)失去平衡報(bào)故障。

在該放大器中，由2Т630Б 硅NPN 高頻中功率型晶體管組成的功率放大電路來完成施矩回路的工作的，3 通道即航向航姿信號調(diào)整放大電路由D2、D5、D6、D8、V5～V8、V13～V15 等組成；其中VT13、VT14、VT17、VT18 均為2Т630Б 硅NPN 高頻中功率晶體管。

從端口X1/B4 輸入19.2 K 的正弦信號，X2/B6 端口在上電狀態(tài)下為+15 V，D5 不導(dǎo)通，信號直接進(jìn)入加法器D2 后，通過功率放大器從端口X1/B13 輸出。也可通過端口X1/A6 和X1/B5端口控制開關(guān)D5，給加法器輸入信號進(jìn)行放大后輸出。由V15構(gòu)成的濾波器重調(diào)控制信號形成器，可通過端口X1/B11 輸入信號進(jìn)行疊加后，輸出至功率放大器。通過轉(zhuǎn)接電纜測量在通電狀態(tài)下VT17 三極管不導(dǎo)通，導(dǎo)致修正回路不能正常工作。穩(wěn)定放大器3 通道原理如圖4 所示。

圖3 飽和情況

圖4 穩(wěn)定放大器3 通道原理

2.2 失效分析

2.2.1 參數(shù)檢查

室溫下，利用數(shù)字多用表測試三極管的電性能，測試結(jié)果如表1 所示。

表1 三極管各極間導(dǎo)通電壓測試結(jié)果 V

從表1 可以看出，三極管的基極與發(fā)射極間不能導(dǎo)通，不符合要求。

2.2.2 X-Ray 檢測

對三極管進(jìn)行X-Ray 檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，典型形貌見圖5 所示。無明顯異常。

2.2.3 顯微檢查

對三極管進(jìn)行開帽，通過體視顯微鏡對器件內(nèi)部形貌進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如圖6 所示。

從圖6 可以看出，三極管發(fā)射極的引線與其半導(dǎo)體基底的連接處燒蝕短路，導(dǎo)致三極管的基極與發(fā)射極間不能導(dǎo)通。

3 穩(wěn)定放大器的故障排除與改進(jìn)

在修理過程中該三極管故障率較高，原因是該板中三極管作為功率放大三極管對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的平臺進(jìn)行施距需要大電流，而原設(shè)計(jì)的三極管的參數(shù)余量不足，雖然電路中VT13、VT14，VT17、VT18 進(jìn)行了并聯(lián)，增大功放能力，但是功率仍然滿足不了飛機(jī)在空中機(jī)動需要施加的大力矩，在后級執(zhí)行施矩的力矩電機(jī)出現(xiàn)卡滯、阻值增大均會導(dǎo)致器件損壞。經(jīng)過對比選型用余量更大的2Т830（1）Г 型三極管代替原有三極管，更換后經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室模擬空中姿態(tài)和環(huán)境試驗(yàn)考察，其性能更穩(wěn)定，未出現(xiàn)故障。兩種三極管參數(shù)對比見表2。

圖5 三極管形貌正視圖及側(cè)視圖

圖6 三極管顯微形貌

表2 三極管參數(shù)對比

可以看出，在后續(xù)修理中優(yōu)化三極管的性能參數(shù)能夠?qū)⒎糯笃鞯墓β史糯螅黾臃€(wěn)定回路的施距余量，提高產(chǎn)品的可靠性。

4 結(jié)束語

穩(wěn)定放大器是平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，需要較大的放大系數(shù)和施矩余量，其性能的穩(wěn)定性是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的重要保障。通過一起外場的故障的排除，分析了穩(wěn)定放大器的工作原理，利用失效分析的收到找到故障的根本原因，制定出了后續(xù)的改進(jìn)措施，降低了該放大器的外場故障率。