Оценка надежности электромагнитных компонентов электронной аппаратуры

Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»
Оценка надежности
электромагнитных компонентов
электронной аппаратуры
Учебное пособие

УДК 621.318.4
ББК 32.844
 
О-72
Издание доступно в электронном виде по адресу
https://bmstu.press/catalog/item/7008/
Факультет «Информатика и системы управления»
Кафедра «Проектирование и технология производства электронной 
аппаратуры»
Рецензент
д-р техн. наук профессор А.В. Назаров (Московский авиационный 
институт (национальный исследовательский университет))
Авторы:
В.Г. Костиков, Р
.В. Костиков, Я.С. Г
аврилин, В.А. Шахнов
Оценка надежности электромагнитных компонентов электронной 
О-72
аппаратуры : учебное пособие / [В. Г
. Костиков и др.]. – Москва : 
Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. – 35, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5537-9
Представлена методика оценки показателей надежности электромагнитных электрорадиоэлементов с учетом их конструктивного исполнения, технологии изготовления и изменения характеристик материалов 
в условиях эксплуатации. Показано, что в процессе длительной эксплуатации сопротивление электрической изоляции существенно изменяется, 
и это приводит к снижению надежности аппаратуры. Рассмотрены причины отказов электромагнитных компонентов (магнитопроводов, обмоток, ферритовых материалов), приведены результаты исследования их 
надежности. 
Для преподавателей, студентов и специалистов, занимающихся разработкой и эксплуатацией радиоэлектронной аппаратуры различного назначения.
УДК 621.318.4
ББК 32.844
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-5537-9 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Предисловие
Резкое усложнение электронной аппаратуры и большое количество элементов, входящих в состав изделия, уменьшает в разы 
ее надежность. Чтобы достичь высокой надежности электронной 
аппаратуры, требуются специальные методики и оценка влияния 
различных факторов. В настоящем учебном пособии рассмотрены 
причины, которые приводят к отказам электромагнитных компонентов вследствие определенных физико-химических процессов 
в материалах и элементах конструкции в период эксплуатации и 
хранения. Приведены соотношения влияющих факторов и характеристик элементов, позволяющие оценить надежность электромагнитных компонентов. Адекватность теоретических выводов 
подтверждена практикой эксплуатации и результатами испытаний. 
Пособие прошло апробацию в рамках ежегодного Всероссийского 
симпозиума «Надежность и качество» (г. Пенза), где получило высокую оценку научного сообщества.
В состав пособия вошли материалы многолетних исследований 
авторов в области электромагнитной совместимости и надежности 
электронной аппаратуры. В связи с 85-летием В.Г
. Костикова авторы отдельно хотели отметить его вклад в развитие сложных радиотехнических и вычислительных систем, а также разработанную им 
методику проектной подготовки инженеров-разработчиков.
Данное учебное пособие будет полезно как преподавателям, 
инженерно-техническим работникам, аспирантам, так и студентам, обучающимся по направлениям «Конструирование и технология электронных средств», «Наноинженерия», «Радиотехника».
Н.К. Юрков,
доктор технических наук, профессор
заслуженный деятель науки России, 
заведующий кафедрой «Конструирование 
и производство радиоаппаратуры»
Пензенского государственного университета

Владимир Григорьевич Костиков 
родился 27 ноября 1935 г. в г. Орше 
Белорусской ССР
.
В 1959 г. он окончил Харьковский 
политехнический институт (ХПИ) по 
специальности «Электрические аппараты» (специализация — «Приборы управления артиллерийским зенитным огнем»). 
После окончания института В.Г
. КосКостиков 
Владимир Григорьевич
тиков работал в отделе главного конструктора, был ассистентом кафедры, 
ведущим инженером НИО ХПИ. Затем 
он стал ведущим конструктором Всесоюзного научно-исследовательского института электромеханики (ВНИИЭМ)в 
Москве. ВНИИЭМ — это первый в 
СССР завод-институт, в котором были объединены научные, проектноконструкторские подразделения и производство. С начала космической эры, когда страна осуществляла первые шаги в освоении 
космоса и создавала свой ракетно-ядерный щит, ВНИИЭМ как головная организация активно участвовал в разработке электротехнического оборудования ракет-носителей, в частности знаменитой Р-7, 
с помощью которой был выведен на орбиту первый искусственный 
спутник Земли, а затем и первый пилотируемый космический корабль «Восток». В 1961 г. за эти работы ВНИИЭМ был награжден 
орденом Трудового Красного Знамени*. Благодаря успеху данного 
проекта на ВНИИЭМ было возложено создание первых метеорологических спутников. Первый экспериментальный метеорологический спутник — «Космос-122» — был выведен на орбиту 25 июня 1966 г., а весна 1967 г. была встречена уже запуском сразу двух 
спутников: «Космос-144» и «Космос-156». Таким образом, была 
создана первая оперативная космическая метеорологическая система, которая в дальнейшем пополнялась аналогичными спутника* Подробнее см.: Стома С.А. О ВНИИЭМ, о себе и о других / С.А. Стома. 
М.: ФГУП «НПП ВНИИЭМ», 2011.
4

ми, получившими название «Метеор». В 1996 г
. НПП ВНИИЭМ было присвоено имя его основателя — профессора А.Г. Иосифьяна.
С 1969 г. Владимир Григорьевич работает в Научно-исследовательском электромеханическом институте (НИЭМИ) (Москва), 

в настоящее время — начальником отдела. НИЭМИ был создан в 
феврале 1942 г. в Москве на основании Постановления Государственного комитета обороны СССР от 10 февраля 1942 г. № 1255 
в соответствии с Приказом наркома электропромышленности 
СССР от 15 февраля 1942 г. № 40. НИЭМИ — одно из старейших 
предприятий военно-промышленного комплекса, там разработаны 
сложные радиотехнические и вычислительные системы наведения 
и поражения (ЗРК «Тор», «Круг», «Оса», ЗРС С-300В и др.)*.
В 2009 г. НИЭМИ был реорганизован и вошел с состав ПАО 
«Научно-производственное объединение «Алмаз» имени академика А.А. Расплетина» (ПАО «НПО «Алмаз»). НПО «Алмаз» ведет 
свою историю с 8 сентября 1947 г., когда постановлением Совета 
Министров СССР было создано Специальное бюро № 1 Министерства вооружения СССР — СБ-1 МВ. За короткое время было 
сформировано предприятие, которое в дальнейшем стало ведущим 
разработчиком систем ПВО. В сжатые сроки была создана система ПВО С-25 (1955), через четыре года появилась С-125, а через шесть лет — С-200. С начала XXI в. «НПО «Алмаз» стало головным предприятием АО «Концерн ВКО «Алмаз — Антей» по 
реализации программы Единой системы ЗРО ПВО-ПРО, объединив ведущих разработчиков ПВО-ПРО: ОАО МНИИРЭ «Альтаир», 

ОАО «НИЭМИ», ОАО «НИИРП», ОАО «МНИИПА», которые в 
настоящее время являются структурными подразделениями –Центрами. В начале 1960-х гг. были проведены НИР и ОКР по созданию зенитной ракетной системы С500-У, унифицированной для 
трех видов Вооруженных сил СССР — войск ПВО, сухопутных 
войск и военно-морского флота (ВМФ). Для сухопутных войск 
разработан вариант (противосамолетный и противоракетный) под 
шифром С-300В, а для ПВО и ВМФ — противосамолетный мобильный универсальный вариант С-300ПМУ**. 
В 1974 г. Владимир Григорьевич Костиков защитил кандидатскую диссертацию, а в 1992 г. — докторскую (спецтемы). 
Модернизация аппаратуры и создание новых ЗРС связаны с 
решением научно-технических задач, которые требуют принципи* Побробнее см.: Давыдов М.В. Г
оды и люди. М.: Радио и связь, 2009.
** Подробнее см.: Ашурбейли И.Р., Сухарев Е.М. Александр Андреевич Расплетин и его ближайшее окружение. М.: Издательство «Кодекс», 2013, 448 с.
5

ально нового подхода, например использования динамического 
хаоса, нейросетевого управления, теории фракталов, решения некорректных задач и т. д. Для этого необходимо наличие и развитие 
соответствующих научных школ. В мае 1956 г. по приказу министра 
высшего и среднего специального образования и министра радиопромышленности на базе НИЭМИ создается отраслевой радиотехнический факультет МВТУ им. Н.Э. Баумана как филиал вечернего факультета МВТУ по подготовке инженеров для предприятий 
радиопромышленности. В 1962 г. факультет становится самостоятельным вечерним факультетом, в 1977 г. открывается дневное отделение. На факультете действует филиал кафедры П8 (ИУ4-РТ2), 
который готовит инженеров-конструкторов-технологов радиоэлектронной аппаратуры. С 1988 г. Владимир Григорьевич работает на 
кафедре ИУ4 МГТУ им. Н.Э. Баумана. Он стоял у истоков формирования целевой подготовки инженеров-конструкторов-технологов 
радиоэлектронных средств, продолжительное время являлся заместителем заведующего кафедрой по радиотехническому филиалу*.
Владимир Григорьевич — автор ряда фундаментальных монографий и учебников, выдержавших многочисленные переиздания 
(полный перечень монографий приведен в конце издания). В 1998 г
.
опубликован учебник, написанный В.Г. Костиковым совместно с 
Е.М.Парфеновым и В.А. Шахновым, — «Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование». В нем 
рассмотрены схемотехнические и конструкторские решения при 
разработке низковольтных и высоковольтных источников электропитания электронных средств. Отмечены их особенности, определяемые характеристиками систем автономного электроснабжения, 
характером нагрузки, условиями эксплуатации и схемотехническим 
исполнением, приведены методики построения параметрических 
рядов модулей электропитания и способы обеспечения заданных 
температурных режимов. Расчеты и теоретические положения подкреплены примерами схемного и конструктивного исполнения источников электропитания и их узлов. 
В 1999 г. Владимиру Григорьевичу присвоено ученое звание 
профессора. Под его руководством и при его непосредственном 
участии внедрена сквозная методика проектной подготовки инженеров-разработчиков, в соответствии с которой студенты и вы* Подробнее см.: Выдающиеся выпускники МГТУ им. Н.Э. Баумана. 1868–
1930 / Г
.П. Павлихин, Г
.А. Базанчук. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 
445 с.: ил. Основатели научных школ Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Краткие очерки / под ред. Е.Г. Юдина, 
К.Е. Демихова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 632 с.: ил. 
6

пускники кафедр участвуют в проектировании преобразовательных 
устройств для аппаратуры ЗРК. Работа начинается на стадии курсовых и дипломных проектов, их темами являются реальные устройства. При создании новых образцов вооружения и военной техники возникают схемотехнические и конструкторско-технологические 
задачи, успешное решение которых в значительной степени зависит от уровня инженерной подготовки специалистов. Поэтому студенты радиотехнического факультета МГТУ им. Н.Э. Баумана, 

находящегося на территории АО «Концерн ВКО «Алмаз — Антей», 
принимают непосредственное участие в проектных работах по созданию новой техники. Примером такой разработки может служить 
система электропитания с повышенной частотой преобразования 
в составе ракетных радиоэлектронных средств.
В 2000 г. В.Г
. Костиков совместно с В.А. Шахновым и О.К. Березиным подготовил монографию «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры». В ней приведены схемотехнические 
решения источников электропитания, являющихся составной частью радиотехнических и электронно-вычислительных средств, показаны конкретные примеры схем и конструкций низковольтных 
и высоковольтных источников электропитания непрерывного и импульсного действия для жестких условий эксплуатации. Отмечены 
особенности источников, обусловленные параметрами входной сети, нагрузки и условиями компоновки, рассмотрены основные электрорадиокомпоненты, используемые в средствах электропитания. 
В 2012 г. вышла в свет монография «Электромагнитная совместимость в электронной аппаратуре», в которой проанализированы особенности электромагнитных помех в устройствах электронной аппаратуры, различающихся функциональным назначением 
и схемотехническим исполнением. В ней также приведены результаты исследований, позволяющие обеспечить электромагнитную 
совместимость в радиоприемных, радиопередающих, вычислительных и других устройствах электронной аппаратуры.
За долгую и плодотворную работу Владимир Г
ригорьевич Костиков награжден орденом Дружбы (Указ Президента РФ от 30.12.2002 
№ 7160), медалями «В память 850-летия Москвы» (1997) и «Ветеран 
труда» (1994). Владимир Г
ригорьевич является действительным членом 
Академии электротехнических наук Российской Федерации, имеет 
нагрудные знаки «Почетный радист» и «Ветеран войск ПВО страны».
В.А. Шахнов,
член-корреспондент РАН, 
доктор технических наук, 
профессор

Введение
При создании электронной аппаратуры (ЭА) расчет показателей надежности является неотъемлемой составной частью выполнения проекта. В существующей практике в качестве основных 
исходных показателей в проводимых расчетах используют значения базовой интенсивности отказов λб и коэффициенты, учитывающие условия и режимы эксплуатации. Информация о показателях надежности электрорадиокомпонентов (ЭРК) в справочной 
литературе обычно приводится для нормальной или максимально 
допустимой температуры окружающей среды и номинальной электрической нагрузки или для типовых (усредненных) режимов 
эксплуатации. При этом количество ЭРК, для которых экспериментально определены значения интенсивности отказов и гаммапроцентной наработки до отказа, в большинстве случаев исчисляется единицами. Значения λб устанавливают для конкретных типов 
ЭРК по результатам их испытаний. При отсутствии информации 
для расчета интенсивности отказов конкретного типа ЭРК оценку 
проводят по значению интенсивности отказов аналога или типового представителя той группы, в которую входит этот тип [1]. 
Математико-статистические методы обработки экспериментальных данных для оценки надежности компонентов и устройств 
имеют приемлемую достоверность при достаточно большом количестве испытуемых образцов, что требует существенных затрат 
средств и времени. В справочниках, предназначенных для практического применения, значения λб во многих случаях определены по малочисленным данным. При использовании общепринятого метода доверительных интервалов подобные результаты 
расчета показателей надежности не имеют физического обоснования. 
В связи с этим становится актуальной задача разработки методики оценки показателей надежности ЭРК с учетом их конструктивного исполнения, технологии изготовления и изменения характеристик материалов в условиях эксплуатации. Последний 
8

фактор в ряде случаев не принимается во внимание при определении показателей надежности. Так, например, важным показателем 
работоспособности электронной аппаратуры является сопротивление электрической изоляции. В процессе длительной эксплуатации этот параметр существенно изменяется (снижается), что в 
конечном итоге приводит к снижению надежности аппаратуры. 
Среди составных частей ЭА особый интерес представляют электромагнитные компоненты, надежность которых в значительной 
степени определяется конструкцией, технологией изготовления, 
материалами и условиями эксплуатации. Определение интенсивности отказов λ(t) таких компонентов на основании их физической 
сущности позволит принимать адекватные схемные, конструктивные и технологические решения для обеспечения заданной надежности электронной и радиотехнической аппаратуры.
Надежность электромагнитных компонентов (ЭМК) зависит 
от интенсивности отказов магнитопроводов, обмоток и электрической изоляции. Анализ причин отказов низкочастотных ЭМК в 
составе аппаратуры мобильных радиолокационных станций (РЛС) 
показал достаточно высокую надежность магнитопроводов, изготовленных из различных марок стали и сплавов в виде пластин 
или лент. Отказы наблюдаются в основном при изготовлении магнитопроводов из ферритов. Причиной отказов являются механические воздействия, нарушающие целостность магнитопровода, и 
старение материала магнитопровода под влиянием внешних факторов [2]. Существенное влияние на параметры магнитопровода 
из аморфного сплава оказывает технология его изготовления [3]. 
Отдельного рассмотрения требует проблема старения электрической изоляции [4].
Для анализа интенсивности отказов трансформаторов и дросселей в составе аппаратуры РЛС разработчики используют данные 
по интенсивности отказов, рекомендуемые справочником [1]. 

В справочнике указаны следующие обобщенные расчетные значения базовой интенсивности отказов трансформаторов электропитания в составе аппаратуры (группы 1.3–1.10 в соответствии с [5]):
Трансформаторы
низковольтные......................................................... 0,002 ∙ 10–6
высоковольтные, высокопотенциальные.
.............. 0,02 ⋅ 10–6
преобразователей напряжения............................... (0,0037–0,06) ∙ 10–6
импульсные.
............................................................. 0,0019 ∙ 10–6
9

По справочным данным, импульсные трансформаторы имеют 
такую же надежность, как и низковольтные, что не всегда верно. 
Например, трансформаторы в цепях модуляторов высоковольтных 
СВЧ-приборов работают в импульсных режимах и имеют значительно большую интенсивность отказов по сравнению с низковольтными трансформаторами. При этом в обобщенных данных 
не делается различий между трансформаторами низкочастотными 
и высокочастотными, одно- и двухтактными, не учитываются форма напряжения, количество обмоток, условия эксплуатации и т. д. 
Например, в отсеке наземного транспортного средства, где размещен радиопередатчик, содержащий в своем составе электровакуумный СВЧ-прибор, температура изменяется в диапазоне −50...+85 °С,
а в отсеке самолета — в диапазоне −60...+85 °С. При рабочем напряжении на уровне единиц или нескольких десятков киловольт 
в конструкции ЭМК применяют изолирующий компаунд достаточно большой толщины. При циклическом изменении температуры в указанных пределах возникают значительные механические 
напряжения, негативно воздействующие на магнитопровод, обмотки и изоляцию ЭМК и снижающие его надежность.
Для сравнения в табл. 1 даны значения интенсивности отказов 
трансформаторов, а в табл. 2 приведены значения интенсивности 
отказов дросселей, используемых в аппаратуре РЛС, рассчитанные 
по методике [6] c учетом характеристик из справочника [1]. 
Таблица 1 
Характеристики надежности отдельных типов трансформаторов мобильной ЭА 
Номер конструкторской 
Интенсивность отказов 
КоличеОбразец  
документации
одного изделия 
ство 
(рис. 1, а)
изделий,
ƛ
λэ·
 ⋅ 10−8, ч–1
шт.
для групп 
по методи1.3–1.10 по 
ке расчета 
[5, табл. 16]
[1, 6]
Трансформаторы электропитания 
БА4.724.421
2,35 
09,787
1
1
БА4.733.084
2,35
07,268
5
2–6
ЮПИЯ.671135.002
2,35
07,908
2
7, 8
БА4.739.211
2,35
07,140
1
9
БА4.739.211
2,35
06,396
1
10
БА4.724.377
2,35
10,761
2
11, 12
10