空空导弹电子元器件正确选择与控制

摘 要：电子元器件是空空导弹的基本组成部分，在实现空空导弹战术技术指标方面发挥了重要作用，但由于空空导弹工作平台的特殊性，对电子元器件的可靠性提出了更高的要求，如何正确选择和控制就显得尤为重要。通过多年来空空导弹在使用过程中电子元器件出现的问题，提出如何选用和控制，对提高空空导弹可靠性水平具有重要指导意义。

关键词：电子元器件；标准；可靠性；应用验证

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）03-00-04

0 引 言

随着国防建设对装备战术、技术要求的升级，空空导弹等高精尖武器系统的战技指标也提高至接近国际先进水平。相应地，作为空空导弹的基础单元，电子元器件在装备研制中的作用也就日趋重要，一方面表现为系统研制采用的电子元器件品种多，数量大，另一方面则是电子元器件集成度的飞速提高，功能和性能参数日趋复杂精密。空空导弹由于工作平台的特殊性，是由飞机携带，从飞机上发射，攻击并摧毁空中目标，其工作平台和打击目标都处于高速运动之中，且具有很强的攻防对抗性，所攻击的种类繁多，目标飞行速度高、飞行高度范围宽、机动能力强。同时为便于载机携带，又要求空空导弹尺寸小质量轻，因此，对其使用的电子元器件也提出了相应的要求：小体积、重量轻、高可靠、大功率、集成化。飞行过程中温度、气压、加速度剧烈变化，贮存期长，随时使用，对元器件的要求也比较高。另外空空导弹是成败型武器装备，一个电子元器件有时就是一枚导弹，因为一个电子元器件的失效就可能导致发射任务的失败，因此电子元器件的选择和控制就尤为重要。

1 国产空空导弹电子元器件的选用控制

1.1 电子元器件的分类

电子元器件是指在电子线路或电子设备中执行电子、电磁、机电和光电功能的基本单元，该基本单元可由一个或多个零件组成，通常不可拆解，电子元器件又分为器件和元件两大类。空空导弹电子元器件则是指用于空空导弹武器装备的电子元器件，目前空空导弹用电子元器件按性能分类见图1。

1.2 电子元器件的标准

电子元器件标准，是指对评价或描述电子元器件产品可能涉及的技术或业务领域，在应力、条件、试验程序、方法以及技术性能、结构或接口等方面，提供统一选择要求的一类标准化文件。空空导弹电子元器件标准体系，是指空空导弹电子元器件标准、规范或其它标准文件按其内在联系形成的科学的有机整体，它是有效支持空空导弹用电子元器件研制、生产、管理、控制和应用的标准化文件的总成。目前结合我国电子元器件的实际发展情况，空空导弹所采用的标准主要有国家军用标准、企业军用标准及七专产品。国家军用标准是指对国防科学技术和军事装备发展有重大意义而必须在国防科研、生产、维修和使用活动中广泛应用并起主导作用。企业军用标准是由企业批准发布，在企业范围内统一的标准，是企业新产品开发、组织产品生产和经营活动的依据，它是建立在国军标平台基础上的具有准国军标性质电子元器件标准。由于空空导弹的特殊性，企业军用标准在详细规范中占有很高的比例，也是军用标准体系的重要支撑。

1.3 空空导弹电子元器件的控制办法

1.3.1 建立元器件控制机构

空空导弹电子元器件控制机构是由总设计师系统（或总质量师系统）负责，可靠性、标准化、元器件中心、采购及设计部门人员参加。其主要职责是：

（1）制定产品的元器件控制大纲及控制方案。

（2）编制型号优选电子元器件清单（编写优选清单至少包括下列内容：元器件名称、型号、主要性能参数、技术标准、封装形式、质量等级、生产厂家等）。

（3）制定对生产厂家电子元器件选用及控制程序。

（4）制定型号专用元器件降额准则、热设计准则及其他应用指南，并参与型号元器件评审工作。

（5）参与元器件重大质量问题的调查分析工作。

1.3.2 制定选用非优选目录清单中电子元器件的控制程序

改程序需要层层审批，通过后才允许选用，控制程序如图2所示。

图1 电子元器件按性能分类

1.3.3 建立经认证的电子元器件质量检验分析站

电子元器件质量检验分析站是电子元器件质量和可靠性的检验分析机构，其主要职责是：

（1）完成单位送检的电子元器件的质量和可靠性检验任务，对检验合格的元器件发给合格证，并对其检验结果的正确性负责。

（2） 完成电子元器件失效分析工作，按分析结果提出处理意见。

（3）检验发现电子元器件有重大质量问题时，应立即报警，并向总师系统或有关上级机关报告。

（4）接收并完成电子元器件筛选任务。

1.4 空空导弹电子元器件的正确选择和应用

1.4.1 电子元器件选用的一般原则

元器件的技术标准（包括技术性能指标、质量等级、封装等）应满足空空导弹的要求，首选国家军用标准产品，其次是企业军用标准，最后是七专，严禁选用七专以下的产品。

优先选择经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途的标准电子元器件，不允许选择淘汰品种和按规定禁用的电子元器件。

严格控制选用新品元器件，未经设计定型的电子元器件不能在交付的空空导弹中使用。

1.4.2 电子元器件的环境特性选择

电子元器件的环境特性是指电子元器件正常工作所要求的使用环境条件，主要有环境温度、耐振动和冲击性能、耐加速度性能等。不同等级电子元器件的环境特性有很大的差距（如军品工作温度范围通常为-55～+125 ℃，而民用产品一般为0～+70 ℃），在电子元器件选用时应保证其环境特性高于（至少同等于）整机的环境条件，当在一定的环境下电子元器件特性发生变化时，产品仍能正常工作。

1.4.3 主要电子元器件的选择与控制

1.4.3.1 半导体分立器件的选择

半导体分立器件又分为二极管和晶体管两大类。

（1）二极管的选用原则

二极管的选择应考虑其工作性质、功能、参数、技术标准、质量等级、热特性、封装形式等。根据器件工作性质及应用要求确定所用二极管的类型，选择见表1。

表1 二极管的选用

工作性质 应用要求 类 型

开关 开关二极管、整流二极管、稳压二极管或肖特基二极管

箝位

消反电势

检波

整流 3 kHz以下 整流二极管

3 kHz～1 MHz 快恢复整流二极管、开关二极管或肖特基二极管

稳压 1 V以上 稳压二极管

1 V以下 正向偏置的开关二极管、整流二极管

电压基准 电压基准管、稳压管

稳流 稳流二极管

脉冲电压保护 瞬态电压抑制二极管

微波倍频 阶跃快恢复二极管

参量放大压控振荡 变容二极管

光电转换 光敏二极管

（2）晶体管的选用原则

根据电路的工作性质选择相应的晶体管，选用的原则见表2。

1.4.3.2 半导体集成电路的选择

（1）所选电路的最高频率应2～3倍于应用部位的最高工作频率。

（2）当用于电子设备输入接口时，应选择抗干扰能力足够强的类型和品种，例如施密特触发器或线接收器。

（3）当用于电子设备输出接口时，应选择输出驱动能力足够强的品种，例如缓冲器或线驱动器。

（4）对于组合逻辑，如应用部位的输入信号变化率小于输出端时可能出现振荡的最低变化率，宜在此部位选择施密特触发器，以借助于后者的滞环，消除输出振荡。

（5）选用超大规模的集成电路时性能的余量要至少留30%，并注意防静电和防闩锁和合适的软件开发环境。

表2 选用的原则

工作性质 应用要求 类 型

开关 上升、下降时间短 开关晶体管

通态电阻小 MOS场效应管、开关晶体管

功率、低频（5 kHz以下） 低频功率晶体管

大电流开关或作可调电压源 可控硅

小功率放大 低输入阻抗小于1 MΩ 高频晶体管

高输入阻抗大于1 MΩ 场效应管

低频低噪声 场效应管

功率放大 工作频率1 GHz以上 微波功率晶体管

工作频率10 kHz以上 高频功率晶体管

工作频率10 kHz以下 低频功率晶体管

1.4.3.3 电阻器选择

（1）优先选用标称系列的电阻，若标称系列的电阻值不满足要求，可考虑由标称电阻串联或并联达到使用要求，在性能指标满足要求的情况下优先选用片式固定电阻器，片式固定电阻器体积小，符合模块化的发展方向，避免使用新研电阻器。

（2）空空导弹要求可靠性比较高，优先选用金属膜电阻器。金属膜电阻具有工作环境温度范围大（-55～+125 ℃）、温度系数小、稳定性好、精密度高、耐热性好（能在125 ℃的温度下长期工作）、噪声低、体积小等优点。

（3）对于高频电路，优先选择分布电感和分布电容小的非线绕电阻器，如金属膜电阻器和氧化膜电阻器等，可工作在高达数百赫兹的电路中。

（4）对于高增益小信号放大电路，优先选用低噪声电阻器，如金属膜、线绕电阻器等，不能使用噪声较大的合成膜电阻器和有机实心电阻器。

（5）对于低频功率放大的电路、大功率管的偏压电路及负反馈电路、电源电路中的限流电路、分压电路、泄放电路等，优先选用线绕电阻器。

（6）在衰减器、分压器、分流器及阻容滤波器中优先选用电阻网络，它装配密度高，各元件间的匹配性能和跟踪温度系数好，对时间、温度的稳定性好。

1.4.3.4 电容器选择

（1）尽量选用标称系列的电容，若标称系列的电容不能满足要求，可以考虑由标称电容串联或并联达到使用要求。

（2）在电源滤波电路及退耦电路和低频旁路电路中，优先选用固体钽电解电容器，固体钽电解质电容器对时间和温度的稳定性良好，能经受大的冲击和振动。

（3）脉冲充放电电路如需要的瞬时功率密度较高，工作温度范围在负温区以上，工作频率也较低，优先选用能量密度较高的大容量固体钽电解电容器。

（4）当工作频率较高，又必须使用钽电容器时，优先选用容量足够大、阻抗足够小的高频钽电容器以维持滤波性能或充放电性能；高频电路中，优先选用叠层陶瓷电容器，以保证信号失真度较小。

（5）对于振荡、延时（定时）、调谐、高频滤波电路中的电容器误差应尽量小，优先选用精度不大于5%的Ⅰ类瓷介电容器。

1.4.3.5 电感器及磁珠选择

（1）在谐振电路中优先选用片式电感；中频滤波电路优先选用铁氧体电感；高频滤波电路优先选用陶瓷高频电感。

（2）用于消除不需要的EMI噪声时，优先选用片式磁珠。

1.4.3.6 频率元器件选择

石英谐振器的振荡模式有基频振荡、泛音振荡两种。为使振荡电路能够稳定可靠地振荡在标称频率上，在频率不高的情况下，应尽量选择基频振荡谐振器，质量等级至少为B级。

（1）晶体谐振器频率低于3 MHz不作为优选产品，3～30MHz优先选用基频，30～120 MHz优先选用泛音，泛音次数高于5次不作为优选产品。

（3）晶体振荡器频率温度稳定度大于10 ppm优先选用普通晶体振荡器，频率温度稳定度小于10 ppm优先选用温度补偿晶体振荡器。

1.4.3.7 继电器选择

继电器按工作原理或结构特征通常分为电磁继电器、固体继电器、温度继电器、时间继电器等。

（1）电磁继电器触点、簧片均为悬臂梁结构，固有频率较低，在接近或达到固有频率的外界振动作用下会引起谐振，使触点压力降低直到产生瞬时断开，即出现抖动，应选取体积小、结构抗振性能好的继电器。

（2）应选择密封继电器，提高继电器对恶劣气候环境的适应性和工作可靠性。

（3）优先选择散热性能比较好的继电器。

（4）尽量选择稳定可靠的固体继电器来逐步替代电磁继电器。

1.4.3.8 射频电缆组件的选择

射频电缆组件比低频电缆更复杂一些，选用射频电缆时不仅要考虑低频电缆中的绝缘电阻和介质耐压等安全参数，还要考虑它能否满足微波功率的传输。微波器件一般都存在着一定的不稳定性，端面配合不紧密，传输线有弯折，都会对信号的传输产生一定程度干扰。因此在选用射频电缆组件时应遵循原则。

（1）保证电连接器长期贮存后在振动、冲击、温度交变、氧化、潮湿、盐雾等特殊的环境仍能可靠工作。

（2）要考虑到损耗、使用频率、驻波比和相位等电性能指标，根据不同的电性能指标选择不同接头形式。

（3）空空导弹系统选用SMA系列的较多，选择SMA系列电缆组件时最好选用国军标或具有可靠性指标的产品。

2 进口空空导弹电子元器件的选用控制

对于国内不能生产或质量等级达不到要求的元器件，原则上只能选择进口，进口元器件选择时应优先选择技术性能、质量等级、使用条件等满足空空导弹要求的军用级元器件，并推荐使用表3所列质量等级之上的元器件（表中未列的元器件，应选择与之相当的质量等级。元器件等级按照可靠性预计手册GJB/Z 299C及MIL-HDBK-217F中的可靠性预计等级给出）。严格限制使用进口塑封、工业级元器件，对于无法得到军品而不得不采用进口塑封、工业级元器件时，应采取以下控制措施：

（1）应选择知名厂商所生产的元器件及国外权威机构的QPL/PPL（元器件优选目录）中的元器件。

（2）应进行降额设计、热设计等可靠性设计工作。

（3）塑封元器件在装配时应采取除潮及电路板进行真空雾化处理。

（4）应进行长期贮存性研究，满足空空导弹型号长期贮存期要求。

（5）生产过程中经过严格筛选的高可靠元器件、或有可靠性指标的元器件（如集成电路883B及其以上级别的塑封元器件）。

（6）按照型号要求进行二次筛选，无法进行二次筛选的应履行相关审批手续。

3 空空导弹限用和禁用的电子元器件

空空导弹禁用锗半导体器件、点接触二极管、银外壳非固体钽电容、芯片无玻璃钝化层的器件、未钝化的功率晶体管、半密封非固体钽电容、树脂包封固体钽电容和淘汰的1/2W及以下的空芯RJ电阻器等。限制使用进口塑封半导体器件、非密封元器件等没有发展前途的元器件。尽量避免使用电磁继电器、电位器以及4 MHz以下晶体谐振器等。

表3 电子元器件选用推荐等级

序号 元器件

分类 进口元器件

选用等级 对应国产元器件选用等级

1 微电路 B-1 A4

2 分立器件 JTX A5

3 电阻器 P A2

4 电容器 P A2

5 电连接器 （军用标准） A2

6 微波组件 -- G

4 元器件应用验证平台建设

元器件应用验证是指元器件在空空导弹应用前，开展的一系列管理、试验、评价等验证工作，以确定元器件的技术、应用状态和可靠性满足空空导弹的可用性以及应用的成熟度。目前由于受到验证手段限制，空空导弹产品装机之前元器件并未得到充分验证，导致装机后故障频发，因此积极推进元器件应用验证平台建设，组织开展空空导弹元器件应用验证总体技术和基础技术研究，组织论证、建设、运行和管理空空导弹武器系统元器件应用验证平台，通过对典型元器件的应用验证研究和实施，保障空空导弹元器件使用的可靠性。

5 结 语

电子元器件就像是空空导弹的细胞，细胞健壮了，可靠性才能提高。因此，正确选择和控制电子元器件，是提高空空导弹武器装备质量与可靠性的重要举措；制定优选目录，加强源头控制，提高电子元器件应用验证的能力，对有效保证空空导弹的可靠性具有非常重要的意义。

参考文献

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