某型机载惯性导航系统稳定放大器故障处理

刘祥水

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007）

0 引言

稳定放大器是稳定回路中重要的信号放大器和故障诊断器，是保证惯性导航系统惯性器件安装平台（以下简称“平台”）和产品壳体始终跟踪陀螺自转轴，在惯性空间保持稳定的重要部件。该部件具有足够大的放大系数，能够对陀螺仪的力矩传感器信号进行放大，产生力矩使产品壳体相对陀螺仪的偏角快速的保持在零位附近，保证整个系统的工作。该型放大器生产于90年代采用的模拟电路设计，由于其在保障飞机机动时需要施加足够力矩保证系统稳定并跟随飞机运动，其放大系数和效率在使用中大受考验，在外场的故障率一直居高不下。

1 稳定放大器的功能

稳定放大器主要功能是用来保证俯仰、倾斜和航向轴，外倾斜框架随动系统在平台系统中稳定的工作，同时监控伺服通道故障信号输出，最终控制产品是否继续正常供电。稳定放大器原理如图1 所示。该部件主要分为六大部分，控制电路（控制四路放大电路的辅助电路），俯仰放大器通道，横滚放大器通道，航向放大器通道，倾斜放大器通道，故障诊断模块。其中1，2，3 通道信号放大电路的输出信号连到故障诊断模块的输入端口，若三路输入信号都正常，输出正常。若三路中有一路信号异常，则故障诊断模块会输出故障信号，切断电源保护惯性器件。

图1 稳定放大器原理

控制电路部分由基准电压形成器（19.2 kHz）、航向快速校正基准电压形成器（400 Hz）、垂直快速校正基准电压形成器（400 Hz）、控制滤波器重调的信号形成器、快速校正基准电压形成器（19.2 kHz）均由晶体管电路构成。放大器通道包含两个半波相敏检波器、两个RC 平滑电路，电流信号加法器，脉冲宽度调节器，功率放大器和反馈滤波器等组成。各通道故障传感器均由按照门限装置原理设计的电路组成，其工作依据四个通道输出端交流分量。在稳定通道功能正常时，故障传感器输出端的电压≥+10 V，当任意一个稳定通道发生故障时，放大器输出端没有交流信号即表示该通道有故障。

某架飞机在使用过程中外场报稳定回路故障，导航系统平台停止工作。产品返回检查发现故障复现，通过故障隔离，将故障定位在稳定放大器上。

2 稳定放大器的故障分析

2.1 原理分析

图2 正常情况

经检查在工作状态下该放大器3 通道正常情况下如图2所示，输出饱和时如图3 所示，饱和状态即对3 通道电机的施距达到单边最大，伺服回路朝一个方向偏离，系统失去平衡报故障。

在该放大器中，由2Т630Б 硅NPN 高频中功率型晶体管组成的功率放大电路来完成施矩回路的工作的，3 通道即航向航姿信号调整放大电路由D2、D5、D6、D8、V5～V8、V13～V15 等组成；其中VT13、VT14、VT17、VT18 均为2Т630Б 硅NPN 高频中功率晶体管。

从端口X1/B4 输入19.2 K 的正弦信号，X2/B6 端口在上电状态下为+15 V，D5 不导通，信号直接进入加法器D2 后，通过功率放大器从端口X1/B13 输出。也可通过端口X1/A6 和X1/B5端口控制开关D5，给加法器输入信号进行放大后输出。由V15构成的滤波器重调控制信号形成器，可通过端口X1/B11 输入信号进行叠加后，输出至功率放大器。通过转接电缆测量在通电状态下VT17 三极管不导通，导致修正回路不能正常工作。稳定放大器3 通道原理如图4 所示。

图3 饱和情况

图4 稳定放大器3 通道原理

2.2 失效分析

2.2.1 参数检查

室温下，利用数字多用表测试三极管的电性能，测试结果如表1 所示。

表1 三极管各极间导通电压测试结果 V

从表1 可以看出，三极管的基极与发射极间不能导通，不符合要求。

2.2.2 X-Ray 检测

对三极管进行X-Ray 检查，未发现明显异常，典型形貌见图5 所示。无明显异常。

2.2.3 显微检查

对三极管进行开帽，通过体视显微镜对器件内部形貌进行检查，检查结果如图6 所示。

从图6 可以看出，三极管发射极的引线与其半导体基底的连接处烧蚀短路，导致三极管的基极与发射极间不能导通。

3 稳定放大器的故障排除与改进

在修理过程中该三极管故障率较高，原因是该板中三极管作为功率放大三极管对惯性导航系统的平台进行施距需要大电流，而原设计的三极管的参数余量不足，虽然电路中VT13、VT14，VT17、VT18 进行了并联，增大功放能力，但是功率仍然满足不了飞机在空中机动需要施加的大力矩，在后级执行施矩的力矩电机出现卡滞、阻值增大均会导致器件损坏。经过对比选型用余量更大的2Т830（1）Г 型三极管代替原有三极管，更换后经过实验室模拟空中姿态和环境试验考察，其性能更稳定，未出现故障。两种三极管参数对比见表2。

图5 三极管形貌正视图及侧视图

图6 三极管显微形貌

表2 三极管参数对比

可以看出，在后续修理中优化三极管的性能参数能够将放大器的功率放大，增加稳定回路的施距余量，提高产品的可靠性。

4 结束语

稳定放大器是平台式惯性导航系统的薄弱环节，需要较大的放大系数和施矩余量，其性能的稳定性是惯性导航系统的重要保障。通过一起外场的故障的排除，分析了稳定放大器的工作原理，利用失效分析的收到找到故障的根本原因，制定出了后续的改进措施，降低了该放大器的外场故障率。