摘 要： 以集成電路穩(wěn)壓管為例,，研究國產(chǎn)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(fù)進行試驗，經(jīng)過試驗數(shù)據(jù)分析論證,，選擇國內(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。通過一系列工藝試驗攻關(guān),，國產(chǎn)穩(wěn)壓管能夠滿足產(chǎn)品使用要求,，穩(wěn)壓管的國產(chǎn)化替代工作取得了實質(zhì)性的突破。
關(guān)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(lǐng)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(chǎn)品和武器型號的生產(chǎn)都造成了重大影響,，進口元器件國產(chǎn)化替代已經(jīng)成為當(dāng)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(chǎn)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(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)的交付,，形勢緊迫，國產(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)電路由啟動電路,、參考電壓源,、誤差電路,、保護電路、調(diào)整電路構(gòu)成[3-5],。CA3085A正常工作時其功能相當(dāng)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(diào)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(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腳為電流擴展端,，分別接于調(diào)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(luò),，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(diào)節(jié)電阻（通常在250 k?贅左右）以準確調(diào)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(dǎo)通,，當(dāng)23 V輸出有短路時,，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(dāng)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(dāng)?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(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)的進步[6],，國內(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)越的進步，制造水平近幾年發(fā)展十分迅速,，用國產(chǎn)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(chǎn)廠家均為我院合格供方，在國內(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)險分析
本次電子元器件替代沒有風(fēng)險，主要有以下幾個原因,。
?。?）對電子元器件在電路的工作原理進行了分析；
?。?）對國產(chǎn)元器件生產(chǎn)廠家都進行了資質(zhì)和生產(chǎn)能力的考察,，均為合格供應(yīng)單位；
?。?）選用替代的國產(chǎn)元器件均為貨架產(chǎn)品,，生產(chǎn)工藝成熟，質(zhì)量等級滿足要求,；
（4）對國產(chǎn)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(chǎn)多年,，近3年尋到的市場庫存資源為99年前產(chǎn)品。另外,，因紅外型號產(chǎn)品要求的溫漂檢測[10]項目,，產(chǎn)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(chǎn)品的任務(wù)交付，國產(chǎn)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(yīng)商名錄中,，是長期合作單位，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及航天等單位使用,，質(zhì)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(chǎn)替代廠家認證情況、質(zhì)量管理情況,、生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量控制有效,，符合合格供應(yīng)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(nèi)部電路結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)品進行了上述相關(guān)試驗并進行了對比分析,，結(jié)果無法滿足產(chǎn)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(chǎn)品使用要求，紅外產(chǎn)品任務(wù)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(chǎn)品的順利生產(chǎn),。
5.3 解決措施
由于749廠機構(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,，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,。
（1）選擇在同行業(yè)中技術(shù)力量雄厚,、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的國內(nèi)元器件生產(chǎn)廠家,；
（2）選擇與我院有長期合作且供貨穩(wěn)定的元器件生產(chǎn)廠家,；
?。?）盡量選用貨架產(chǎn)品，因為貨架產(chǎn)品工藝比較成熟,，生產(chǎn)比較穩(wěn)定,；
（4）盡量選用質(zhì)量等級高于國外或者與國外同級的產(chǎn)品,。
根據(jù)以上原則,，經(jīng)軍院雙方協(xié)商、考察后,，選擇了長期為我院供應(yīng)優(yōu)質(zhì)器件的970廠作為國產(chǎn)替代器件的生產(chǎn)廠家,，根據(jù)《斷檔器材替代技術(shù)分析報告》中對國內(nèi)外器件總體對比分析可知，國產(chǎn)器件在性能指標,、質(zhì)量等級、封裝情況等方面都與進口器件相當(dāng),。
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(jié)論,。
（1）國產(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,，能夠與進口器件CA3085A在裝配上實現(xiàn)互換；
?。?）國產(chǎn)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(chǎn)品環(huán)境使用要求,；
?。?）國產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)化穩(wěn)壓管替代技術(shù)問題得以解決,，穩(wěn)壓管替代成功，這為紅外產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了強有力的保障,，也對其他國產(chǎn)化器件的替代起了借鑒作用[9],。
參考文獻
[1] 齊志新，安紅波.國產(chǎn)替代產(chǎn)品的攻關(guān)與推介[Z].中國航天電子技術(shù)研究院,，2011.
[2] 唐永寧.用穩(wěn)壓管組成的橋式比較電路分析[J].工程機械,，1980：60-65.
[3] 羅泳平.整流管與穩(wěn)壓管的參數(shù)和選擇原則[J].家庭電子，2005（03s）：58.
[4] 邵平,，蔣永忠.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)和故障的仿真分析[J].玉林師范學(xué)院學(xué)報,，2004（3）：32-34.
[5] 田智文.一種帶有保護電路的直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.
[6] 李鋼,，肖丹,，李巖，等.穩(wěn)流電源及其應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,，2011（8）：70-73.
[7] 王水成.穩(wěn)壓管的溫度特性與溫度補償[J].家庭電子,，1998（3）：56-57.
[8] 馮源，樊祥,，迮劍舟,，等.高速PCB設(shè)計技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].電子對抗，2010（5）：33-37.
[9] 洪云翔.一種新型高穩(wěn)定度恒流穩(wěn)壓管的研制[J].半導(dǎo)體技術(shù),，1991（1）：80-81.