摘 要： 以集成電路穩(wěn)壓管為例，研究國產化器件的替代選用，通過長期的論證考察和試驗驗證，對穩(wěn)壓管電路原理進行了分析，反復進行試驗，經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)分析論證，選擇國內生產工藝成熟、資質能力深厚的廠家提供的貨架產品。通過一系列工藝試驗攻關，國產穩(wěn)壓管能夠滿足產品使用要求，穩(wěn)壓管的國產化替代工作取得了實質性的突破。
關鍵詞： 穩(wěn)壓管；原理；試驗；分析；改進
隨著我國在武器裝備[1]，載人航天和空間探測等領域的飛速發(fā)展，同美國、俄羅斯之間的差距正在不斷縮小，但同時美國和歐洲在軍用電子方面也迅速擴大禁運品種和禁運范圍，這對我國宇航產品和武器型號的生產都造成了重大影響，進口元器件國產化替代已經(jīng)成為當前的一種必然趨勢。
由于進口穩(wěn)壓管CA3085A斷檔缺件，無法采購，為了滿足生產的需求，需要啟動斷檔器材的替代工作。而且穩(wěn)壓管的缺件，影響紅外產品生產任務的交付，形勢緊迫，國產化替代迫在眉睫。
1 穩(wěn)壓管電路原理分析
穩(wěn)壓管主要用在紅外產品的電源板上，電路原理[2]為：26 V電源經(jīng)集成穩(wěn)壓管CA3085A和調整三極管3Q1變壓后輸出23 V電源，23 V電源再經(jīng)另一只集成穩(wěn)壓管CA3085A和調整管3Q2變壓后輸出11.5 V電源，即形成產品需要的23 V、11.5 V。
集成穩(wěn)壓管CA3085A內電路由啟動電路、參考電壓源、誤差電路、保護電路、調整電路構成[3-5]。CA3085A正常工作時其功能相當于一個參考電壓源，第5、6腳輸出參考電壓1.6 V，同時由調整三極管發(fā)射極提供電流，通過R7、R8或R9、R10的串聯(lián)分壓作用，使調整管集電極輸出23 V或11.5 V電壓。圖1中C3、C4、C5、C6為輸入、輸出濾波電容。其中IC2、Q1、Z12、D14、Z11、R4~R8、C3~C6組成23 V穩(wěn)壓源，輸入為26 V。集成穩(wěn)壓塊IC2（CA3085A）的最大穩(wěn)壓輸出電流為120 mA。而23 V電源需輸出500 mA電流，故加Q1（2N3741）管擴流，也作調整管用。
IC2第3腳為不穩(wěn)壓輸入端，第2腳為電流擴展端，分別接于調整管Q1（2N3741）的發(fā)射極和基極。正常時兩腳電壓不超過0.6 V，使Q1工作在線性放大區(qū)。輸入電壓的變化將通過IC2第2腳輸出，控制Q1基極電位，使輸出電壓穩(wěn)定。
輸入電壓26 V至IC2第3腳，IC2第6腳輸出穩(wěn)定電壓值為1.6 V，則R8上的電流為ImA，R6～R8為反饋網(wǎng)絡，正常時，IC2第6腳為反向輸入端，因輸入阻抗很大，近似不吸收電流，該電流經(jīng)R6、R7和R8，通過R6與R7的并聯(lián)電路而沒有分流，輸出電壓為
R6為23 V調節(jié)電阻（通常在250 k?贅左右）以準確調節(jié)23 V電壓。
Z12、D14為短路保護，正常工作時，IC2第7腳小于23 V，Z12、D14不導通，當23 V輸出有短路時，Z12、D14導通，IC2第7腳為3.4 V，使IC2第2腳近似輸入電壓，這樣Q1管e、b電壓相等，處于截止狀態(tài)，使輸出為0，26 V壓降在Q1管上，保護了電源電路。
IC2第8腳為限流保護端，R4并R4與Z11、R5組成限流保護電路。正常時Z11上電壓小于穩(wěn)壓值18 V。當輸出電流逐漸增加時，第8腳電壓逐漸增大，Z11上電壓亦漸增。當?shù)?腳增大到超過18 V時，Z11提供分流并穩(wěn)壓至18 V。若此時輸出電流再增加至超過500 mA，因IC2第8腳穩(wěn)壓至18 V，將使第1腳電位增高，從而使IC2第2腳電位增高。則使Q1管b、e電位接近，Q1截止，電路保護。23 V、11.5 V電壓工作原理框圖如圖2所示，穩(wěn)壓管電路結構圖如圖2所示。
2 技術分析
2.1 可行性分析
隨著科學技術的進步[6]，國內元器件制造廠家的技術能力和制造設備也隨之有了優(yōu)越的進步，制造水平近幾年發(fā)展十分迅速，用國產的元器件替代斷檔的進口器件已經(jīng)成為可能。
本次替代選用的元器件[7]生產廠家均為我院合格供方，在國內同行業(yè)中是技術力量雄厚、產品質量可靠的廠家，并每年給我院提供大量其他規(guī)格的高質量產品，可以得出：元器件替代是非?？尚械?。
2.2 替代的風險分析
本次電子元器件替代沒有風險，主要有以下幾個原因。
（1）對電子元器件在電路的工作原理進行了分析；
?。?）對國產元器件生產廠家都進行了資質和生產能力的考察，均為合格供應單位；
?。?）選用替代的國產元器件均為貨架產品，生產工藝成熟，質量等級滿足要求；
?。?）對國產元器件都要進行充分的驗證。
3 替代的原則
3.1 替代的迫切性
集成電路（穩(wěn)壓管）CA3085A停產多年，近3年尋到的市場庫存資源為99年前產品。另外，因紅外型號產品要求的溫漂檢測[10]項目，產品很難達到要求；99年的進口穩(wěn)壓管年限太長，已超過了器件使用壽命，穩(wěn)壓管決定著紅外產品的任務交付，國產化替代工作，勢在必行。
3.2 替代廠家的選擇
替代選用廠家[3]：715廠、970廠、749廠。此3個廠家均在我院合格供應商名錄中，是長期合作單位，提供的相關替代產品、同系列產品已提供給我院其他型號及航天等單位使用，質量穩(wěn)定。同時在2010年1月、3月，用戶使用代表、型號總師、工程部、物資部等單位分別對國產替代廠家認證情況、質量管理情況、生產能力、銷售管理等進行了現(xiàn)場考察?？疾旖M認為被考察廠家產品質量控制有效，符合合格供應商管理的各項要求。
4 試驗驗證
對749廠首批提供的JW3085A穩(wěn)壓管進行了電源板常溫試驗和組件高低溫循環(huán)替代試驗，23 V試驗編號為：1#、3#，11.5 V試驗編號為2#、4#，23 V試驗數(shù)據(jù)如表1所示，11.5 V試驗數(shù)據(jù)如表2所示，從表格中數(shù)據(jù)可以看出，穩(wěn)壓管性能參數(shù)受通電時間及溫漂影響較大。而且可以看出，穩(wěn)壓管參數(shù)指標在常溫、高低溫不是很穩(wěn)定。
5 問題處理措施
5.1 廠家方案改進
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)情況赴廠家進行探討和溝通，分析問題并確定改進方案，改進方案如下。
?。?）電壓拉偏：從穩(wěn)壓管內部電路結構進行分析，晶體管特性決定著電壓抑制能力。
?。?）靜態(tài)電流過大：減少內部電路電阻擴散容度，從而使靜態(tài)電流減小，使功耗降低。
?。?）基準電壓和溫漂過大：降低內部電路齊納二極管負端電壓，從而降低基準和溫漂。
對改進后產品進行了上述相關試驗并進行了對比分析，結果無法滿足產品使用指標要求。
5.2 替代過程中的瓶頸
由于749廠提供的穩(wěn)壓管已滿足不了產品使用要求，紅外產品任務形勢嚴峻，穩(wěn)壓管的替代不成功和進口穩(wěn)壓管的斷檔都嚴重制約了紅外產品的順利生產。
5.3 解決措施
由于749廠機構調整，生產線改造，為我院提供的3批JW3085A穩(wěn)壓管性能指標均不能滿足使用要求。為了保證產品質量，降低替代風險，在替代器件[8]和生產廠家的選擇工作中遵循了以下原則。
?。?）選擇在同行業(yè)中技術力量雄厚、產品質量可靠的國內元器件生產廠家；
?。?）選擇與我院有長期合作且供貨穩(wěn)定的元器件生產廠家；
（3）盡量選用貨架產品，因為貨架產品工藝比較成熟，生產比較穩(wěn)定；
?。?）盡量選用質量等級高于國外或者與國外同級的產品。
根據(jù)以上原則，經(jīng)軍院雙方協(xié)商、考察后，選擇了長期為我院供應優(yōu)質器件的970廠作為國產替代器件的生產廠家，根據(jù)《斷檔器材替代技術分析報告》中對國內外器件總體對比分析可知，國產器件在性能指標、質量等級、封裝情況等方面都與進口器件相當。
6 改進型穩(wěn)壓管試驗驗證
對970廠提供的穩(wěn)壓管BJY3085A進行常溫及高低溫度試驗，23 V和11.5 V試驗數(shù)據(jù)分別如表3、表4所示，穩(wěn)壓管BJY3085A外觀圖如圖3所示。
通過穩(wěn)壓管BJY3085A試驗得出以下結論。
?。?）國產器件BJY3085A在電源板上未與其余元件發(fā)生干涉或短路，滿足印制板裝配要求，能夠與進口器件CA3085A在裝配上實現(xiàn)互換；
?。?）國產器件BJY3085A在常溫及高低溫溫度循環(huán)試驗中，性能測試正常，滿足產品環(huán)境使用要求；
（3）國產器件BJY3085A和進口器件CA3085A在電源板、電子組件性能測試中指標完全一致。
通過以上分析，970廠提供的國產器件BJY3085A能夠滿足性能指標要求，經(jīng)過長期的試驗論證和考察，國產化穩(wěn)壓管替代技術問題得以解決，穩(wěn)壓管替代成功，這為紅外產品的生產提供了強有力的保障，也對其他國產化器件的替代起了借鑒作用[9]。
參考文獻
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