Материал: Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем

Зависимость коллекторного тока _iк от тока базы i_б будем считать нелинейной. Следовательно, введя зависимость k(_iб) и b(_iб) можно получить функцию, полностью описывающую выходные характеристики транзистора

. (1)

Любым из наиболее подходящих методов интерполяции находим зависимости k(_iб) и b(_iб).

Таким образом, функция (1), описывающая выходные характеристики транзистора, получена. На рис. 3 графически изображены зависимости i_б = i_б (u_эб) и i_к = i_к (i_б ,u_эк), полученные методом компьютерной интерполяции.

Рис. 3. Интерполированное семейство характеристик транзистора

Найдем зависимость u_эк (u_эб). По закону Ома

, (2)

тогда учитывая выражение (1), получаем

. (3)

Из формулы (3) находим

, (4)

где величина сопротивления нагрузки R_н имеет размерность [кОм]. С учетом того, что i_б = i_б (u_эб), получаем искомую зависимость _uэк (_uэб).

Зависимость u_эк (u_эб) при заданном сопротивлении нагрузки R_н = 0,5 кОм и ЭДС выходной цепи E_к0 = 10 В представлена на рис. 4а. На рис. 4б, показан вид выходного напряжения данного усилителя при подаче на его вход синусоидального сигнала с амплитудами 0,01 и 0,02 В.

а) б)

Рис. 7

а — зависимость _uэк (_uэб); б — выходное напряжение усилителя при подаче на его вход соответствующего синусоидального сигнала

Вычислим средний коэффициент усиления по напряжению <k_u> графическим методом. Для этого из графика (рис. 2б) определяется среднее значение амплитудной величины коллекторного тока <I_km>. Тогда

(5)

Исследуем зависимость k_u данного усилителя от напряжения между эмиттером и базой u_эб. В данном случае мгновенное значение k_u в окрестности определенного значения u_эб0 равно

. (6)

На рис. 5 изображен график зависимости k_u (u_эб) в рабочей зоне усиливаемого входного сигнала. Даже по нему можно приближенно определить более или менее линейную область усиления, выбрать оптимальную точку покоя и т.д.

Рис. 5

Математически вычислим среднее значение коэффициента <k_u> в рабочей области усиления

. (7)

Из (6) и (8) следует, что средние значения коэффициентов усиления по напряжению <k_u>, рассчитанные разными методами, совпадают. Однако рис. 5 наглядно демонстрирует, что в рабочем диапазоне входных напряжений мгновенные значения k_u заметно отличаются от среднего <k_u> ≈ 125. Поэтому имеет место сильная нелинейность усилителя.

Заключение

Основной задачей описанного метода является создание удобной математической модели транзистора, описываемой интерполяционными функциями. Оперируя этими функциями, можно, например, точно моделировать любую ситуацию в НЧ‑диапазоне. Это очень удобно как при выполнении качественных оценок, так и в исследовательских целях. Применение математического анализа обеспечивает возможность нахождения наилучших экстремальных режимов работы транзистора. Еще одним важным моментом является возможность быстрого и точного получения параметров активных элементов линейных схем замещения транзистора.

Выражаю благодарность Панычеву С.Н. за постановку задачи исследования.

Литература

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники (в трех частях): 6-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1973. 751 с.

2. Воробьев Е.М. Введение в систему «Математика». М.: Финансы и статистика, 1998. 262 с.

3. Дьяконов В. Mathematica 4: учебный курс. СПб: Питер, 2001. 656 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 681.3

И.К. Андреков, И.А. Новикова

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РЭС

В статье приводятся данные по применению современных интегральных микросхем для построения источников питания с широким диапазоном входного постоянного напряжения

В настоящее время все более высокие требования предъявляются к электропитанию аппаратуры промышленного, коммерческого и специального назначения.

Требования к качеству входного напряжения модулей вторичного электропитания изложены в ГОСТ В 24425-90. Границы диапазонов входного напряжения выбираются исходя из области применения модулей питания. Для DC/DC модулей питания диапазоны могут быть следующими: 10…16, 21…30, 17…36, 36…72 и др. [1]. Ширина диапазонов обусловлена требованиями к аппаратуре в различных областях применения модулей электропитания, например, в промышленных сетях электроснабжения, в бортовых сетях автомобилей, подвижных объектах военного назначения, кораблей и подводных лодок, в системах питания железнодорожной техники, в системах связи гражданского и военного применения, в системах электроснабжения самолетов и вертолетов.

Источникам вторичного электропитания с расширенным диапазоном входного напряжения присущи очевидные достоинства, связанные с универсальностью такого вида продукции. Помимо основного преимущества – возможности установки модулей питания в системы, в которых имеются значительные отклонения питающих напряжений, их использование позволяет отказаться от фильтрации незначительных выбросов напряжения, сократить номенклатуру продукции, появляется возможность установки одного и того же типа модулей вторичного электропитания в аппаратуру, питающуюся от различных входных напряжений.

Расширение диапазона входного напряжения предъявляет дополнительные требования к схемотехнике модулей питания. Они должны обеспечивать требуемое выходное напряжение при минимальном входном напряжении, и в тоже время ключевые транзисторы и выпрямительные диоды должны имеет запас по напряжению для предотвращения выхода из строя при максимальном входном напряжении. Такие требования ведут к выбору электронных компонентов для построения источников вторичного электропитания с существенным запасом по параметрам, в ущерб другим характеристикам. Это может привести к ухудшению КПД модуля.

При построении модулей по стандартной схеме прямоходового преобразователя коэффициент заполнения γ обратно пропорционален входному напряжению. При увеличении входного напряжения уменьшается рабочий импульс. Необходимо заметить, что чем короче импульс, тем сложнее обеспечить передачу энергии входного напряжения в нагрузку, и появляется более широкий спектр помех.

В обратноходовом преобразователе происходят такие же процессы переключения. Однако импульс прямого хода укорачивается медленнее, поэтому данная схема преобразователя более предпочтительна для расширенного диапазона входного напряжения.

Исходя из выше сказанного, можно отметить следующие недостатки модулей с расширенным диапазоном входного напряжения:

повышенные потери в диодах выпрямителя, в трансформаторе;

повышенные статические и динамические потери в ключевом транзисторе;

широкий спектр помех.

Фирмой Linear Technology [2] разработана специализированная интегральная микросхема LTC3780 для построения вторичных источников питания с входным напряжением от 4 до 36 В и выходным напряжением от 0,8 до 30 В. Использование данной микросхемы позволяет реализовывать преобразователи напряжения работающие и как повышающие, и как понижающие. Структурная схема преобразователя напряжения с использованием LTC3780 представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема

Рабочая частота выбирается в диапазоне от 250 до 500 кГц, что позволяет использовать в качестве дросселя L малогабаритную катушку индуктивности на разомкнутом ферритовом сердечнике. Особенностью данной схемы является использование четырех полевых транзисторов. В зависимости от величины входного напряжения будут использоваться те или иные силовые ключи. На рис. 2-5 представлены диаграммы работы силовых ключей в зависимости от соотношения входного (Uвх) и выходного (Uвых) напряжений.

Рис. 2. Uвх.>Uвых

Рис. 3. Uвх≥Uвых

Рис. 4. Uвх≤Uвых

Рис. 5. Uвх<Uвых

Эффективность преобразователя в типовом подключении может достигать 97 %, в отличие, от так называемого SEPIC преобразователя, у которого КПД приближается к 85 %.

Микросхема выпускается в низкопрофильных корпусах TSSOP-24 или QFN-32.

С использованием данной микросхемы был разработан двухканальный преобразователь напряжения, работающий на частоте 250 кГц. Применение данной микросхемы позволило создать малогабаритный источник вторичного электропитания радиоэлектронных средств, за счет использования во входном и выходном фильтрах конденсаторов небольшой емкости. Параметры источника питания следующие:

входное напряжение 9 ÷ 32 В;

выходное напряжение первого канала 27 В;

выходной ток первого канала 5 А;

выходное напряжение второго канала 13,8 В;

выходной ток второго канала 10 А.

В качестве силовых ключей были использованы NEXFET Power MOSFET транзисторы фирмы International Rectifier IRLL3705. Применение данных силовых ключей с малым сопротивлением в открытом состоянии сток-исток, позволило разработать топологию печатной платы без использования больших элементов теплоотвода.

Управление преобразователем напряжения в автономном режиме осуществляется при помощи микропроцессора, а также в составе комплекса по шине RS485.

Таким образом, применение данной микросхемы позволило разработать источник вторичного электропитания с диапазоном входных напряжений от 9 до 35 В, обладающий высокой эффективностью и малыми габаритами. Увеличилась надежность, как самого модуля питания, так и аппаратуры, за счет облегчения тепловых и электрических режимов работы.

Литература

1. Гончаров А., Негреба О. Особенности применения модулей вторичного электропитания с расширенным диапазоном входного напряжения / Современная электроника, 2006. № 7. С. 40-42.

2. www.linear.com

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.3

Р.Р. Абулханов

Анализ угроз безопасности информации в АСК.

Угрозы внедрения деструктивного кода

Производится анализ угроз внедрения деструктивного кода в АСУ критического применения

Основной угрозой информационной безопасности в АСК, являются программные атаки. К программным атакам относятся программы, содержащие «деструктивный код», являющийся потенциально опасным по результатам своей работы для ресурсов АСК.

Под «деструктивным кодом» понимается некоторая самостоятельная программа или набор исполняемых инструкций, которая способна выполнить деструктивные действия [1].

Программы, содержащие «деструктивный код», обычно условно разделяют на следующие классы: программные закладки, средства несанкционированного доступа и компьютерные вирусы. К СНСД относится всевозможное штатное программное обеспечение, которое злоумышленник может использовать для нарушения целостности операционной системы или вычислительной среды. Часто этот тип программного обеспечения используется для анализа систем защиты, с целью их преодоления и реализации НСД к ресурсам информационной системы. Отличительный признак между средствами несанкционированного доступа и программными закладками - это наличие для первых и отсутствие для вторых функции преодоления защиты. Программные закладки имеют достаточно специфическую форму реализации процедуры нападения, выполнения функций разведки и исследования систем защиты (например, паролей доступа) элементов вычислительной среды.

Все подвергавшиеся анализу атаки использовали методы, позволяющие несанкционированно вмешаться в работу системы, в соответствии с атаки на АСК можно разделить на следующие группы [1].

1. Позволяющие несанкционированно запустить исполняемый код.

2. Позволяющие осуществить несанкционированные операции чтения/записи файловых или других объектов.

3. Позволяющие обойти установленные разграничения прав доступа.

4. Приводящие к отказу в обслуживании.

5. Использующие встроенные недокументированные возможности (ошибки и закладки).

6. Использующие недостатки системы хранения или выбора (недостаточная длина) данных об аутентификации (пароли) и позволяющие путем реверсирования, подбора или полного перебора всех вариантов получить эти данные.

7. Троянские программы.

8. Прочие.

Таким образом, следует отметить, что обе операционные системы, используемые в настоящее время в АСК, не являются абсолютно устойчивыми по отношению к программным атакам внедрения деструктивного кода.

Литература

5. ГОСТ 28.806-90. Качество программных средств. Термины и определения.

6. ГОСТ 50.922-96. Стандартизованные термины и определения в области защиты информации.

ГНИИ ПТЗИ ФСТЭК РОССИИ

УДК 681.3

М.А. Исаенко, Л.Н. Никитин

Частотомер на микроконтроллере