摘  要： 以集成電路穩(wěn)壓管為例，研究國(guó)產(chǎn)化器件的替代選用，通過(guò)長(zhǎng)期的論證考察和試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)穩(wěn)壓管電路原理進(jìn)行了分析，反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析論證，選擇國(guó)內(nèi)生產(chǎn)工藝成熟、資質(zhì)能力深厚的廠家提供的貨架產(chǎn)品。通過(guò)一系列工藝試驗(yàn)攻關(guān)，國(guó)產(chǎn)穩(wěn)壓管能夠滿足產(chǎn)品使用要求，穩(wěn)壓管的國(guó)產(chǎn)化替代工作取得了實(shí)質(zhì)性的突破。

　　關(guān)鍵詞： 穩(wěn)壓管；原理；試驗(yàn)；分析；改進(jìn)

　　隨著我國(guó)在武器裝備[1]，載人航天和空間探測(cè)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，同美國(guó)、俄羅斯之間的差距正在不斷縮小，但同時(shí)美國(guó)和歐洲在軍用電子方面也迅速擴(kuò)大禁運(yùn)品種和禁運(yùn)范圍，這對(duì)我國(guó)宇航產(chǎn)品和武器型號(hào)的生產(chǎn)都造成了重大影響，進(jìn)口元器件國(guó)產(chǎn)化替代已經(jīng)成為當(dāng)前的一種必然趨勢(shì)。

　　由于進(jìn)口穩(wěn)壓管CA3085A斷檔缺件，無(wú)法采購(gòu)，為了滿足生產(chǎn)的需求，需要啟動(dòng)斷檔器材的替代工作。而且穩(wěn)壓管的缺件，影響紅外產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的交付，形勢(shì)緊迫，國(guó)產(chǎn)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(chǎn)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(diào)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(diào)整管3Q2變壓后輸出11.5 V電源，即形成產(chǎn)品需要的23 V、11.5 V。

　　集成穩(wěn)壓管CA3085A內(nèi)電路由啟動(dòng)電路、參考電壓源、誤差電路、保護(hù)電路、調(diào)整電路構(gòu)成[3-5]。CA3085A正常工作時(shí)其功能相當(dāng)于一個(gè)參考電壓源，第5、6腳輸出參考電壓1.6 V，同時(shí)由調(diào)整三極管發(fā)射極提供電流，通過(guò)R7、R8或R9、R10的串聯(lián)分壓作用，使調(diào)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(kuò)流，也作調(diào)整管用。

　　IC2第3腳為不穩(wěn)壓輸入端，第2腳為電流擴(kuò)展端，分別接于調(diào)整管Q1（2N3741）的發(fā)射極和基極。正常時(shí)兩腳電壓不超過(guò)0.6 V，使Q1工作在線性放大區(qū)。輸入電壓的變化將通過(guò)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(luò)，正常時(shí)，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(guò)R6與R7的并聯(lián)電路而沒(méi)有分流，輸出電壓為

　　R6為23 V調(diào)節(jié)電阻（通常在250  k?贅左右）以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)23 V電壓。

　　Z12、D14為短路保護(hù)，正常工作時(shí)，IC2第7腳小于23 V，Z12、D14不導(dǎo)通，當(dāng)23 V輸出有短路時(shí)，Z12、D14導(dǎo)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?fàn)顟B(tài)，使輸出為0，26 V壓降在Q1管上，保護(hù)了電源電路。

　　IC2第8腳為限流保護(hù)端，R4并R4與Z11、R5組成限流保護(hù)電路。正常時(shí)Z11上電壓小于穩(wěn)壓值18 V。當(dāng)輸出電流逐漸增加時(shí)，第8腳電壓逐漸增大，Z11上電壓亦漸增。當(dāng)?shù)?腳增大到超過(guò)18 V時(shí)，Z11提供分流并穩(wěn)壓至18 V。若此時(shí)輸出電流再增加至超過(guò)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(hù)。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(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

　　2 技術(shù)分析

　　2.1 可行性分析

　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步[6]，國(guó)內(nèi)元器件制造廠家的技術(shù)能力和制造設(shè)備也隨之有了優(yōu)越的進(jìn)步，制造水平近幾年發(fā)展十分迅速，用國(guó)產(chǎn)的元器件替代斷檔的進(jìn)口器件已經(jīng)成為可能。

　　本次替代選用的元器件[7]生產(chǎn)廠家均為我院合格供方，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中是技術(shù)力量雄厚、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的廠家，并每年給我院提供大量其他規(guī)格的高質(zhì)量產(chǎn)品，可以得出：元器件替代是非?？尚械?。

　　2.2 替代的風(fēng)險(xiǎn)分析

　　本次電子元器件替代沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，主要有以下幾個(gè)原因。

　?。?）對(duì)電子元器件在電路的工作原理進(jìn)行了分析；

　?。?）對(duì)國(guó)產(chǎn)元器件生產(chǎn)廠家都進(jìn)行了資質(zhì)和生產(chǎn)能力的考察，均為合格供應(yīng)單位；

　?。?）選用替代的國(guó)產(chǎn)元器件均為貨架產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝成熟，質(zhì)量等級(jí)滿足要求；

　　（4）對(duì)國(guó)產(chǎn)元器件都要進(jìn)行充分的驗(yàn)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(chǎn)多年，近3年尋到的市場(chǎng)庫(kù)存資源為99年前產(chǎn)品。另外，因紅外型號(hào)產(chǎn)品要求的溫漂檢測(cè)[10]項(xiàng)目，產(chǎn)品很難達(dá)到要求；99年的進(jìn)口穩(wěn)壓管年限太長(zhǎng)，已超過(guò)了器件使用壽命，穩(wěn)壓管決定著紅外產(chǎn)品的任務(wù)交付，國(guó)產(chǎn)化替代工作，勢(shì)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(gè)廠家均在我院合格供應(yīng)商名錄中，是長(zhǎng)期合作單位，提供的相關(guān)替代產(chǎn)品、同系列產(chǎn)品已提供給我院其他型號(hào)及航天等單位使用，質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)在2010年1月、3月，用戶使用代表、型號(hào)總師、工程部、物資部等單位分別對(duì)國(guó)產(chǎn)替代廠家認(rèn)證情況、質(zhì)量管理情況、生產(chǎn)能力、銷售管理等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察?？疾旖M認(rèn)為被考察廠家產(chǎn)品質(zhì)量控制有效，符合合格供應(yīng)商管理的各項(xiàng)要求。

　　4 試驗(yàn)驗(yàn)證

　　對(duì)749廠首批提供的JW3085A穩(wěn)壓管進(jìn)行了電源板常溫試驗(yàn)和組件高低溫循環(huán)替代試驗(yàn)，23 V試驗(yàn)編號(hào)為：1#、3#，11.5 V試驗(yàn)編號(hào)為2#、4#，23 V試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，11.5 V試驗(yàn)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(shí)間及溫漂影響較大。而且可以看出，穩(wěn)壓管參數(shù)指標(biāo)在常溫、高低溫不是很穩(wěn)定。

　　5 問(wèn)題處理措施

　　5.1 廠家方案改進(jìn)

　　根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況赴廠家進(jìn)行探討和溝通，分析問(wèn)題并確定改進(jìn)方案，改進(jìn)方案如下。

　　（1）電壓拉偏：從穩(wěn)壓管內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，晶體管特性決定著電壓抑制能力。

　　（2）靜態(tài)電流過(guò)大：減少內(nèi)部電路電阻擴(kuò)散容度，從而使靜態(tài)電流減小，使功耗降低。

　?。?）基準(zhǔn)電壓和溫漂過(guò)大：降低內(nèi)部電路齊納二極管負(fù)端電壓，從而降低基準(zhǔn)和溫漂。

　　對(duì)改進(jìn)后產(chǎn)品進(jìn)行了上述相關(guān)試驗(yàn)并進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果無(wú)法滿足產(chǎn)品使用指標(biāo)要求。

　　5.2 替代過(guò)程中的瓶頸

　　由于749廠提供的穩(wěn)壓管已滿足不了產(chǎn)品使用要求，紅外產(chǎn)品任務(wù)形勢(shì)嚴(yán)峻，穩(wěn)壓管的替代不成功和進(jìn)口穩(wěn)壓管的斷檔都嚴(yán)重制約了紅外產(chǎn)品的順利生產(chǎn)。

　　5.3 解決措施

　　由于749廠機(jī)構(gòu)調(diào)整，生產(chǎn)線改造，為我院提供的3批JW3085A穩(wěn)壓管性能指標(biāo)均不能滿足使用要求。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低替代風(fēng)險(xiǎn)，在替代器件[8]和生產(chǎn)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(shù)力量雄厚、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的國(guó)內(nèi)元器件生產(chǎn)廠家；

　?。?）選擇與我院有長(zhǎng)期合作且供貨穩(wěn)定的元器件生產(chǎn)廠家；

　　（3）盡量選用貨架產(chǎn)品，因?yàn)樨浖墚a(chǎn)品工藝比較成熟，生產(chǎn)比較穩(wěn)定；

　?。?）盡量選用質(zhì)量等級(jí)高于國(guó)外或者與國(guó)外同級(jí)的產(chǎn)品。

　　根據(jù)以上原則，經(jīng)軍院雙方協(xié)商、考察后，選擇了長(zhǎng)期為我院供應(yīng)優(yōu)質(zhì)器件的970廠作為國(guó)產(chǎn)替代器件的生產(chǎn)廠家，根據(jù)《斷檔器材替代技術(shù)分析報(bào)告》中對(duì)國(guó)內(nèi)外器件總體對(duì)比分析可知，國(guó)產(chǎn)器件在性能指標(biāo)、質(zhì)量等級(jí)、封裝情況等方面都與進(jìn)口器件相當(dāng)。

　　6 改進(jìn)型穩(wěn)壓管試驗(yàn)驗(yàn)證

　　對(duì)970廠提供的穩(wěn)壓管BJY3085A進(jìn)行常溫及高低溫度試驗(yàn)，23 V和11.5 V試驗(yàn)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(guò)穩(wěn)壓管BJY3085A試驗(yàn)得出以下結(jié)論。

　　（1）國(guó)產(chǎn)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(jìn)口器件CA3085A在裝配上實(shí)現(xiàn)互換；

　?。?）國(guó)產(chǎn)器件BJY3085A在常溫及高低溫溫度循環(huán)試驗(yàn)中，性能測(cè)試正常，滿足產(chǎn)品環(huán)境使用要求；

　　（3）國(guó)產(chǎn)器件BJY3085A和進(jìn)口器件CA3085A在電源板、電子組件性能測(cè)試中指標(biāo)完全一致。

　　通過(guò)以上分析，970廠提供的國(guó)產(chǎn)器件BJY3085A能夠滿足性能指標(biāo)要求，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)論證和考察，國(guó)產(chǎn)化穩(wěn)壓管替代技術(shù)問(wèn)題得以解決，穩(wěn)壓管替代成功，這為紅外產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障，也對(duì)其他國(guó)產(chǎn)化器件的替代起了借鑒作用[9]。

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