Карьера в сфере сервисного обслуживания электрических и электронных устройств может быть финансово привлекательной и приносить подлинное удовлетворение от работы. Эксперт обладает уникальным набором знаний в области электронной теории, техники решения проблем и квалификации в выполнении работ. Большинство электронных изделий и приборов содержат такие сходные элементы, как резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, выводы, разъемы, провода. Понимание причин стандартных поломок этих элементов и способов их тестирования является необходимой предпосылкой для специалиста. В этой главе вы научитесь основам анализа решения проблем, узнаете распространенные неполадки и основные процедуры проверки работоспособности наиболее часто встречающихся электрических и электронных компонентов.
Анализ решения проблем
Прежде чем пытаться обслуживать прибор, вы должны сначала разработать концепцию решения проблем и применить ее к поиску неисправностей и ремонту. Первоначальный план действий таков:
1. Анализ ситуации.
2. Определение причин возникновения проблемы.
3. Принятие решения.
Вы должны поступать именно в таком логическом порядке, в противном случае могут возникнуть ошибки, несчастные случаи, потери времени и лишние расходы. Например, многие специалисты по ремонту, обнаружив сгоревший предохранитель, просто заменяют его, вместо того, чтобы сначала определить причину возникновения проблемы. В результате может сгореть и следующий предохранитель.
Поэтому первым шагом в обслуживании устройства является анализ ситуации. Он предполагает критический обзор и всестороннее исследование возникшей проблемы, что позволяет специалисту понять причины, которые не позволяют прибору правильно работать. Это определяется простым осмотром общего состояния устройства.
Начните этот этап, задав вопросы заказчику и проведя наблюдения по следующим пунктам:
1. Обсудите дефект с владельцем или пользователем.
2. Сравните проблему с другими из вашего прошлого опыта.
3. Может быть, неисправности и нет, а имеет место ошибка пользователя.
4. Определите различия между текущим состоянием устройства и тем, которое должно быть при правильной работе.
5. Оцените ситуацию в целом, отметив симптомы и необходимые изменения.
Определение причин возникновения проблемы вступает в силу, когда наблюдается отклонение от стандартного или желаемого состояния устройства.
Примером является неправильно функционирующее или неработающее устройство. Поиск неисправностей представляет собой процесс определения причин проблемы. Первым шагом является организация работы. Начните с подготовки соответствующих схем, спецификаций производителя и руководств по техническому обслуживанию, инструментов и оборудования. Не старайтесь сократить этот этап, бросаясь сразу работать и тратя много времени на исправление устройства, в то время как простое чтение руководства по техническому обслуживанию может способствовать скорейшему решению проблемы. Другими словами, кто провалил этап планирования, тот гарантировал провал на пути устранения неполадок. Когда вы подготовились, выполните следующие операции:
1. Опишите проблему.
2. Сравните ситуацию с условиями работы устройства до возникновения неисправности.
3. Опишите такие различия, как симптомы, шумы, запахи, которые были замечены при возникновении дефекта.
4. Сравните: что есть и чего нет. Какие компоненты в порядке, а какие нет, и до какой степени они дефектны.
5. Проанализируйте разницу с помощью тестирования, обращая особое внимание на неочевидные и непрямые связи. Например, небольшие изменения допусков элементов или цвета могут указывать на причину неисправности.
Когда вы определили истинную причину возникновения проблемы, то готовы перейти к заключительной фазе, которая называется «принятие решений».
На этом этапе специалист рассматривает различные варианты решения проблемы и выбор наилучшего. Например, если выяснено, что причиной неполадок стал электродвигатель, может быть несколько способов исправления. В зависимости от условий работы всей системы в целом можно починить двигатель или поставить новый той же модели. Третий вариант: выбрать более современную версию двигателя. Принимая решение, вы должны обратить внимание на преимущества и недостатки каждого способа. Планирование действий при аварийной ситуации учитывает будущие изменения всей системы: ожидаемый срок службы, условия работы и внесенные изменения. Например, может быть не совсем разумно ставить новый двигатель, если вся система в скором времени морально устареет и, в любом случае, будет заменена.
Помните о необходимости всегда выполнять все три фазы: ситуационный анализ, определение причин возникновения проблемы (поиск неисправностей) и принятие решения (ремонт). Для того чтобы стать умелым экспертом необходимо понимать важность этой последовательности и не изменять ей.
Неисправности схем
Большинство людей хотели бы, чтобы электрические и электронные изделия были гарантированно предохранены от неисправностей, но, к несчастью, это невозможно. Вероятно, большинство поломок — прямо или косвенно — возникают в результате неправильного использования или неудовлетворительного технического обслуживания.
Электрические или электронные неисправности можно классифицировать по основным причинам их возникновения следующим образом:
♦ тепло:
♦ влага;
♦ грязь и загрязнения;
♦ ненормальное или излишнее перемещение;
♦ неправильная установка;
♦ производственные дефекты;
♦ животные и грызуны.
Когда электронные приборы подвергаются слишком сильному тепловому воздействию, возникают проблемы. Тепло увеличивает сопротивление некоторых элементов схем, что в свою очередь приводит к возрастанию тока. Высокая температура заставляет материалы расширяться, высыхать, трескаться, вздуваться и изнашиваться гораздо быстрее, и, рано или поздно, устройство выйдет из строя.
Влага вызывает больший ток в цепях и может привести к поломке элементов. Вода и другие жидкости вызывает расширение, деформацию, ускоренный износ материалов и аномальный ток (короткие замыкания).
Грязь, дым, испарения, абразивные материалы, сажа, жир, масла приводят к тому, что электронные устройства засоряются и покрываются липким налетом, начинают работать в ненормальном режиме и затем выходят из строя.
Чрезмерные и не соответствующие рекомендованным условиям эксплуатации перемещения устройства и вибрации могут вызвать его поломку.
Неправильная установка часто является результатом работы неквалифицированного или невнимательного специалиста. Недостаточно затянутый винт или неправильное паяное соединение могут вызвать преждевременный выход прибора из строя. Производственные дефекты также очень распространены. Например, уже после доставки и установки оборудования нередко обнаруживается незакрепленная монтажная плата. Отгрузка и транспортировка могут нарушить крепление или вызвать повреждение компонентов устройства.
Животные и грызуны могут явиться причиной электрических и электронных неисправностей. Например, крыса может разгрызть провод или пробраться внутрь двигателя.
Очень важно, чтобы каждый специалист по поиску неисправностей понимал четыре основные причины поломок схем:
♦ короткое замыкание;
♦ обрыв в цепи;
♦ замыкание на землю;
♦ механический дефект.
В основном короткое замыкание возникает тогда, когда ток находит прямой путь. Например, короткое замыкание электродвигателя вызывается дефектом двигателя, при котором два провода схемы замыкаются и создают для тока путь обхода нормальной цепи.
Короткое замыкание, вызванное уменьшением сопротивления цепи, приводит к возрастанию тока. Типичные признаки короткого замыкания следующие:
♦ сгоревшие предохранители;
♦ нагрев;
♦ низкое напряжение;
♦ большой ток;
♦ дым.
Обрыв цепи размыкает электрический контур схемы. Например, разомкнутая цепь, содержащая электродвигатель, может иметь обрыв в обмотке, не позволяющий току совершить замкнутый путь в общей цепи. Цепь теоретически будет иметь бесконечное (неограниченное) сопротивление и нулевой ток, поскольку путь заряженных частиц разорван. Типичными признаками этого являются:
♦ бесконечное сопротивление;
♦ нулевой ток;
♦ неработающее устройство.
Замыкание на землю возникает, когда неправильное размещение или изолирование компонента заставляет ток течь по непредусмотренному пути и приводит к тому, что образуется контакт части обмоток с металлическим корпусом двигателя. Данное явление теоретически аналогично короткому замыканию, но имеет другие характеристики. В общем, короткое замыкание приводит к остановке работы устройства и выключает автоматический прерыватель по причине непосредственного образования обходного пути для тока. При замыкании на землю устройство часто сохраняет работоспособность вследствие непрямого обходного пути для тока, который может явиться недостаточным для срабатывания защитного выключателя. Схема с замыканием на землю может быть наиболее опасной: поскольку устройство часто продолжает работать, оператор может подвергнуться электрическому удару, особенно в случае, если не установлены устройства защитного отключения.
Замыкание на землю происходит при недостаточной изоляции, проблемах в проводах или неправильно размещенных компонентах устройств. Поражение током от двигателя возникает вследствие того, что его корпус и оператор становятся частью электрической цепи. Типичные признаки замыкания на землю следующие:
♦ аномальный ток;
♦ аномальное напряжение;
♦ аномальное сопротивление;
♦ поражение током;
♦ аномальная работа схемы;
♦ срабатывают устройства защитного отключения;
♦ периодически выгорают плавкие предохранители и прерыватели.
Механические проблемы возникают в результате избыточного трения, износа, неправильного использования, вибрации и т. д., при которых физическая часть электротехнического или электронного устройства вызывает неисправность. Разорванные ремни, изношенные подшипники и контакты, ослабленные болты, поврежденные шасси, сломанные средства управления являются типичными примерами механических проблем. Наиболее очевидные признаки возникновения механических дефектов следующие:
♦ шум при работе;
♦ аномальная работа;
♦ визуальные признаки;
♦ неисправности электрической схемы.
Наиболее важный инструмент, который может использовать специалист, — это его собственные органы чувств. Большинство проблем можно выявить с помощью зрения, слуха, обоняния, осязания.
Прежде чем применять сложные технические средства для анализа проблемы, сначала рассмотрите очевидные варианты. Сломанная печатная плата, разорванный провод, сгоревший или обугленный элемент, любой тип повреждения может привести специалиста к источнику проблемы.
Для специалиста нет более знакомого ощущения, чем запах сгоревшего транзистора. Мастер должен с легкостью узнавать его. Поврежденная огнем изоляция, кабель, провода и элементы — ключ к обнаружению неполадок схемы, который поможет локализовать их основную причину.
Многие специалисты полагаются на осязание при определении вышедшего из строя компонента. Горячая интегральная микросхема в ряду себе подобных показывает, что в ней, вероятно, произошло короткое замыкание. Аналогично, дымящийся двигатель является обычным признаком разрыва электрической цепи.
С другой стороны, линейный резистор 10 Вт должен быть теплым или горячим. Если это не так, значит в этом элементе произошел обрыв цепи. Из собственного опыта специалисты по поиску неисправностей узнают, что разные компоненты имеют разную температуру при работе, соответствующую области их применения. Когда вы научитесь узнавать эти различия, нахождение вышедших из строя компонентов устройств станет для вас значительно проще.
Методы поиска неисправностей
Существуют основные приемы, которыми пользуются все сервисные инженеры при обслуживании электрических или электронных устройств. Какую именно технику взять на вооружение, зависит от типа дефекта или возникающих симптомов.
В книге представлены следующие методы, которые будут далее разобраны и объяснены:
♦ измерения напряжения;
♦ измерения тока;
♦ измерения сопротивления;
♦ замена;
♦ шунтирование;
♦ нагрев;
♦ охлаждение;
♦ подача сигналов и контроль их прохождения;
♦ тестеры компонентов, тестовые индикаторы;
♦ повторная пайка, настройка и т. д.;
♦ обходные цепи.
Измерения напряжения в схеме обычно производятся с помощью вольтметра или осциллографа. Нулевое напряжение может показывать обрыв цепи, а низкое напряжение может указать на короткозамкнутый компонент. Помните, что всегда следует подключать вольтметр параллельно цепи, в которой вы измеряете напряжение (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Всегда подключайте вольтметр параллельно цепи
Измерение тока в схеме обычно осуществляется с помощью амперметра или токоизмерительных клещей. Амперметр указывает и локализует обычные дефекты схем, например короткие замыкания, обрывы в цепях, замыкания на землю. Помните, что амперметр должен подключаться последовательно с цепью, в которой вы измеряете ток (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Всегда подключайте амперметр последовательно
Омметр используется для измерения целостности цепи, сопротивления цепи или сопротивления компонента. Эти измерения применяют при локализации коротких замыканий, замыканий на землю и обрыва цепей. Помните, что вы должны выключить питание, прежде чем проводить эту процедуру (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Всегда выключайте питание схемы перед измерением сопротивления
Метод замены предлагает вам просто избавиться от элемента, который, по вашим предположениям, вышел из строя, и заменить его заведомо исправным. Этот метод может сэкономить драгоценное время специалиста и избавить его от разочарования. Однако есть определенный риск. Если плата заменяется новой, а проблема остается неразрешенной, новая деталь также может быть повреждена. Кроме того, многие поставщики запасных частей не принимают новые детали к возврату; если те уже использовались, поскольку их качество сомнительно. Тем не менее, если не злоупотреблять этим методом, то он остается важным и ценным.
Когда специалист по поиску неисправностей подозревает, что элемент (обычно конденсатор) вышел из строя, он помещает хороший элемент в схему параллельно подозрительному. Если схема начинает работать, значит, проблема локализована. Это называется шунтирование. Специалист может сэкономить драгоценное время таким способом (рис. 1.4). Помните, однако, что использование этой техники обычно ограничено элементами, где произошел обрыв, а не короткое замыкание. Шунтирование замкнутого элемента может не иметь результата или привести к повреждению нового элемента.
Рис. 1.4. Шунтирование исправным элементом предположительно вышедшего из строя
Нагрев элемента подозреваемого в нестабильной работе, также является одним из способов поиска неисправностей. При воздействии тепла он выходит из строя. Специалист, обычно с помощью фена или жала паяльника, может определить качество элемента. Не перегрейте его и старайтесь не повредить также расположенные рядом компоненты, особенно в пластмассовом корпусе.
Метод охлаждения используется для временного восстановления нормальной работы элемента и предполагает наличие холодного воздух от вентилятора или химического охладителя. Если понизить температуру подозрительного термонестабильного элемента, то часто можно временно восстановить его работоспособность. Применение и тепла, и холода очень полезно для определения микротрещин плат и микроразрывов соединений. Тепло и холод вызывают расширение и сжатие, что может временно дать возможность схеме работать, позволяя специалисту локализовать неисправность.
Подача сигнала и контроль его прохождения наиболее часто используется при работе с радиоприемниками. Технический специалист подает сигнал в приемник, чтобы локализовать неработающий узел (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Использование метода подачи сигнала в неправильно работающей схеме
Сигнал подастся в различные точки, предшествующие каждому каскаду. Если каскад работает, то в динамике слышен звук. Дефектный каскад не пропустит или исказит сигнал и в динамике не будет слышен звук, или звук будет содержать искажения.
Тестеры элементов представляют собой инструменты, которые используются для проверки качества компонентов схемы. К их числу относятся: мегомметры, приборы для проверки конденсаторов, тестовые лампы, тестеры диодов и транзисторов, приборы для проверки электронно-лучевых трубок, тестеры интегральных микросхем и др.
Повторная пайка, настройка, выравнивание — все это методы, которые специалист применяет к подозрительным компонентам. Во многих случаях он использует их, следуя интуиции, или предыдущий опыт подсказывает ему, что проблема кроется именно здесь. Если в прошлом подобные устройства часто выходили из строя из-за плохих паяных соединений, которые называются холодной пайкой, быстрое касание паяльником может решить проблему.
Обходные цепи — это способ, требующий отключения одной или нескольких цепей, который может использоваться для локализации предполагаемой неполадки. Например, при запирании транзистора можно отследить его воздействие на работу схемы в целом. В других случаях вся плата может быть отключена для того чтобы проверить напряжение или провести другие измерения, а также наблюдать изменения системы в целом. Например, плата с замыканием может отрицательно воздействовать и на другие цепи. За счет обхода замкнутой платы можно попытаться восстановить нормальную работу устройства, тем самым локализовав проблему.
При диагностике электрических и электронных неисправностей очень важно, чтобы специалист следовал логической систематической процедуре для предотвращения ненужных затрат времени, тестов, замены частей. Время — деньги, и хороший специалист нуждается в хорошей «поваренной книге, где изложен подход к поиску неисправностей. Например, большинство процедур можно значительно облегчить при использовании диаграмм, схем, чертежей.
Принципиальные схемы содержат план размещения и соединения электрических или электронных цепей. На этих диаграммах приводятся номиналы элементов и конкретная информация о них. Диаграммы также указывают рабочее напряжение и ток, формы сигналов и др.
Основные схемы и чертежи показывают размещение проводки или кабелей и органов управления. Чертежи обычно используются при организации бытовых и промышленных электрических сетей и органов управления, чтобы помочь при установке, локализации и прослеживании цепей.
Эскизные схемы могут быть полезны при рассмотрении плана размещения специфических деталей. Во многих случаях схема сопровождается эскизами. В таком случае она показывает только «картинку» схемы.
Успех при поиске неисправностей устройства часто зависит от наличия сервисных чертежей. С некоторыми малораспространенными изделиями иностранного производства и оборудованием трудно работать, поскольку отсутствует справочная литература. Часто специалист считает обслуживание этих изделий пустой тратой времени и бесполезным занятием и предпочитает не связываться с ними.
Независимо от проблемы или ситуации, хороший мастер, прежде всего, составит письменный или воображаемый отчет о проблеме, которую он устранил, и использует эту информацию в будущем.
Тестирование основных элементов
Некоторые элементы используются в большинстве электротехнических и электронных устройств. Для мастера по ремонту очень важно знать, как тестировать наиболее часто встречающиеся элементы.
Резисторы выпускаются разной формы, размера и номинала. Основная задача резистора заключается в ограничении тока и/или уменьшении напряжения. Большинство структурных элементов электрической цепи подобного типа изготавливаются из углерода или проволоки с заданной величиной сопротивления. Например, резистор 1000 Ом с допуском 10 % помечается коричневым, черным, красным или серебряным цветом. Поэтому омметр должен показывать величину сопротивления 900-1100 Ом. Резистор, в котором произошел обрыв, имеет бесконечное сопротивление, а неисправный элемент может иметь любое значение, меньше 900 Ом и больше 1100 Ом.
Данный структурный элемент рассчитан на определенную мощность, которая определяет способность резистора поглощать образующееся тепло. Мощность резистора задаст его реальный физический размер.
Наиболее часто встречающиеся дефекты резисторов имеют физическое происхождение — они трескаются или обугливаются. Когда чрезмерный ток или рассеиваемая мощность приводят к чрезмерному повышению температуры, в резисторе происходит обрыв. Обугленный или потерявший цвет резистор следует заменить. Он может показывать нормальное сопротивление при измерениях омметром, но при подаче напряжения во время работы схемы возникает обрыв.
Омметр является одним из наиболее важных элементов, используемых при диагностике компонентов устройств. Этот прибор используется для измерения целостности и сопротивления резисторов и других составляющих схемы. Компонент, целостность цепи в котором не нарушена, имеет сопротивление близкое к 0. С другой стороны, компонент, в котором возник обрыв, имеет бесконечное сопротивление.
При тестировании основных элементов специалист, в основном, занимается измерением сопротивления и проверкой отсутствия обрыва. Например, когда происходит проверка плавкого предохранителя, годный предохранитель будет иметь сопротивление 0 Ом, а разорванный (сгоревший) будет иметь бесконечное сопротивление (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Проверка плавкого предохранителя на отсутствие обрывов
Как и в случае с предохранителем, при проверке кабелей, проводов или жгута электропроводки, исправный провод будет обладать целостностью, а разорванный нет. Когда вы проверяете провод на наличие возможного дефекта, подключите омметр и аккуратно согните провод в нескольких местах, особенно там, где наиболее часто возникают неисправности, например около точек подключения. Поскольку провода часто имеют скрытые дефекты, неисправность может проявиться, когда вы их сгибаете.
При проверке переключателей используется такая же процедура. Однополюсный переключатель должен обеспечивать прохождение тока только в одном положении (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Проверка переключателя на целостность с использованием омметра
Когда вы проверяете переключатель с помощью омметра, аккуратно пошевелите переключатель для выявления потенциально скрытых дефектов. Эта процедура позволит вам также оценить механическое качество переключателя. Переключатели, как правило, срабатывают четко и надежно, их компоненты нс должны болтаться и иметь плохие контакты. Некоторые дефектные переключатели можно легко исправить, затянув винт или прочистив. Однако в большинстве случаев их надо заменять.
Характеристики переменных резисторов (или потенциометров), можно измерять и проверять двумя простыми способами. Один из них заключается в использовании омметра для измерения сопротивления потенциометра между крайними выводами. Величина противодействия цепи электрическому току должна быть равна той, которая указана на самом потенциометре. Подключите один щуп омметра к центральному выводу потенциометра, соединенному с подвижным скользящим контактом (движком). При вращении вала потенциометра сопротивление должно изменяться соответствующим образом (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Проверка потенциометра с использованием омметра
Другой способ проверки потенциометра заключается в том, чтобы поворачивать вал потенциометра, находящийся в схеме. Если в динамике слышится резкий скрежещущий звук — потенциометр нуждается в чистке или замене. Для этого выключите питание и нанесите средство для очистки элементов на скользящий контакт, одновременно вращая вал.
Очень важно иметь неразряженную аккумуляторную батарею, а проверить это можно с помощью измерения напряжения и тока. Хороший источник питания должен давать величину, немного превышающую указанное на нем значение. Например, новая сухая батарея 1,5 В постоянного тока, должна при измерениях давать 1,5–1,6 В. В то же время «севшая» батарея будет давать меньше 1.5 В. Полностью заряженная автомобильная аккумуляторная батарея (свинцово-кислотный аккумулятор) с номинальным значением напряжения 12 В обычно имеет напряжение 13,5-14 В.
Следить за состоянием источников питания необходимо для обеспечения достаточного для измерений тока. При необходимости батарею следует зарядить или заменить.
Динамики являются обычными деталями, которые используются во многих устройствах, например компьютерах, телевизорах, стереоприемниках. Во время проверки этого компонента сначала проведите внешний осмотр. Треск и сильная вибрация часто являются признаками дефекта. Проинспектируйте динамик на наличие трещин, грязи, обрыва гибких проводников, соединяющих его выводы со звуковой катушкой, и др. Если у вас есть сомнения относительно качества выходного устройства, лучше его заменить. Многие динамики работают периодически при нажатии на диффузор. Это верный признак того, что дефект заключается в звуковой катушке, соединениях и т. п.
Когда вы заменяете динамик, важно найти его аналог с таким же импедансом и номиналом мощности, а также с тем же частотным диапазоном — низко-, средне- или высокочастотным. Эти параметры определяются, прежде всего, звуковой катушкой. Номинальная мощность, которая измеряется в ваттах, указывает максимальную мощность, при которой должен работать динамик. Импеданс (в омах) используется для обеспечения электрического согласования входа динамика и выхода приемника. Импеданс динамика можно приближенно определить, измерив сопротивление катушки омметром, и умножив эту величину на 1,25. Часто встречающиеся величины для динамика: 3,2 Ом. 4 Ом, 8 Ом, 10 Ом, 16 Ом и 20 Ом.
Другой метод проверки динамика заключается в подключении омметра к выводам звуковой катушки. В момент подсоединения тестера вы должны услышать щелчок и увидеть небольшое перемещение диффузора. У неисправного динамика эти проявления отсутствуют. Этот метод также может быть полезен для совместного фазирования двух и более динамиков. Подключите омметр к выводам звуковой катушки и проверьте, движется ли диффузор внутрь или наружу. Измените полярность омметра, чтобы изменить направление движения диффузора. Отметьте полярность выводов каждого динамика, соответствующую движению диффузора наружу (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Синхронизация динамиков с помощью омметра
Затем подключите динамики к звуковому усилителю с соблюдением правильной полярности. Воспроизведение звука должно улучшиться, поскольку диффузоры динамиков будут двигаться внутрь и наружу синфазно. Если они разбалансированы или работают в противоположных фазах, то звуковые волны определенных частот будут ослабляться.
Конденсаторы используются в сотнях различных случаях: для фильтрации, регулировки напряжения, шунтирования, коррекции фазы, контроля частоты. Прибор различных размеров, форм, типов, номиналов, по сути, конденсатор является элементом, который обладает способностью накапливать электрический заряд. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолирующим диэлектрическим материалом. Есть несколько типов конденсаторов: слюдяные, бумажные, керамические, пленочные, алюминиевые, танталовые. Единицей измерения емкости является фарада (Ф), но большинство конденсаторов имеют гораздо меньшие габариты, измеряемые микрофарадами (мкФ). Итак, величина емкости показывает количество заряда, который может хранить этот компонент.
Существует несколько приемов для тестирования конденсаторов:
♦ измерение сопротивления (омметр):
♦ измерение емкости (устройство проверки конденсаторов):
♦ проба на искру;
♦ шунтирование;
♦ замена.
Омметром затруднительно проверять конденсаторы емкостью порядка десятых долей микрофарады и менее, поскольку заряд прибора происходит так быстро, что стрелка не успевает отклониться. Показания, близкие нулевым, свидетельствуют о коротком замыкании в конденсаторе. Элементы емкостью более 0,25 мкФ должны регистрироваться омметром.
Когда вы проверяете конденсатор, установите переключатель пределов измерения омметра на один из верхних диапазонов, например до 10000 Ом, и подключите его к выводам элемента. Предварительно обязательно разрядите конденсатор, замкнув его выводы куском провода или отверткой. Когда вы подключите выводы омметра к контактам конденсатора, стрелка должна сначала отклониться вправо, а затем медленно вернуться к 0. Если этого не произошло, значит существует обрыв в конденсаторе. Стрелка не возвращается — это говорит о замыкании в данном элементе (рис. 1.10).
Рис. 1.10. Проверка конденсатора с помощью омметра
Другой метод, который используется для проверки конденсаторов с большей емкостью, — проба на искру. Подключите на несколько мгновений конденсатор к выводам постоянного источника напряжения. Не забудьте о соблюдении полярности, если проверяете электролитический полярный конденсатор. Убедитесь, что напряжение, которое вы собираетесь приложить, не превосходит номинального напряжения данного элемента цепи (рис. 1.11).
Рис. 1.11. Проверка конденсатора с помощью пробы на искру
Обычно для заряда достаточно 1 с. Не прикладывайте напряжение на долгое время — это повредит элемент или может травмировать вас. После того, как конденсатор зарядится, замкните его контакты с помощью отвертки или аналогичного инструмента с изолированной ручкой, чтобы не получить удар током. Если конденсатор исправен, возникает искра. Отсутствие ее говорит о поломке элемента.
Устройство тестирования является полезным прибором для проверки характеристик конденсатора. Причем некоторые из них можно подвергнуть данной процедуре, не отключая от сети. Помимо измерения емкости, это устройство позволяет проверить и такие характеристики, как ток утечки и обрыв. Шунтирование также является действенным благодаря своей оперативности способом проверки конденсатора. В этом случае подозрительный элемент шунтируется другим заведомо исправным конденсатором с номиналом на 10 % больше. Во время этой процедуры должна наблюдаться заметная разница в работе изделия или прибора (радио, телевизора и т. п.). Например, неисправный фильтрующий конденсатор часто вызывает заметный гул в радиоприемнике. За счет шунтирования восстанавливается нормальная работа схемы, и посторонние звуки исчезают.
Метод замены, подобно шунтированию, определяет качество конденсатора за счет использования другого конденсатора. При замене вы просто ставите новый элемент с такими же характеристиками и номинальными значениями. Работа изделия или прибора покажет эффект использования компонента. Помните, что не следует превышать номинальное напряжение конденсатора. Элемент с номинальным напряжением 100 В можно заменить только конденсатором 100 В и выше. Иначе он выйдет из строя. Удобным средством при поиске неисправностей являются магазины конденсаторов, особенно, содержащие переключатели для формирования емкости близкого номинала к испытываемому. Эти наборы содержат элементы с наиболее часто встречающимися номиналами, что исключает необходимость искать конкретные конденсаторы в каждом случае. Их можно легко изготовить или купить, они дают быстрый, удобный и доступный способ получения конденсатора для замены.
Полупроводниковые элементы
Понимание основ теории полупроводников может быть серьезным подспорьем для специалиста при тестировании этих элементов. Одним из первых известных полупроводниковых устройств являлся кристаллический детектор. Он состоял из кусочка кристаллического галенита с проволочным контактом и прижимающей пружиной. Это сочетание выпрямляло ток, позволяя ему течь только в одном направлении.
Хотя кристалл галенита был ненадежен, он был первым шагом в применении полупроводников. Развитие современных диодов и транзисторов началось с базовой теории и разработки материалов р- и n-типа.
Для создания материалов р- и n-типа используется кристаллический германий или кремний. Атомный номер кремния 14, с 4 валентными электронами на внешней орбите. Атомный номер германия 32, и он также имеет 4 валентных электрона на внешней орбите (рис. 1.12).
Рис. 1.12. Строение атомов кремния и германия
Для образования материала р-типа, добавляются примеси, галлий или индий, которые называются трехвалентными, поскольку имеют 3 электрона на внешней оболочке. Когда галлий или индий добавляются к кремнию или германию (которые имеют валентность 4), место одного валентного электрона остается незанятым и называется дыркой. Оно имеет положительный заряд и в результате образуется материал p-типа. Примесь, которая приводит к образованию дырок, называется акцепторной (рис. 1.13).
Рис. 1.13. Добавление акцепторной примеси в кристалл вызывает образование дырки, в результате образуется материал р -типа
Для формирования материала n-типа добавляется примесь из мышьяка или сурьмы. Она является пятивалентной, то есть имеющей 5 валентных электронов на внешней орбите. При добавлении в германий или кремний соединяется с 4 валентными электронами и образует 1 свободный электрон, который дает атому отрицательный заряд, поэтому эта примесь называется донорной (рис. 1.14).
Рис. 1.14. Добавление донорной примеси в кристалл вызывает образование «лишнего» электрона, в результате образуется материал n -типа
Когда материалы р- и n-типа вступают в контакт, образуется р-n-переход. Такая структура называется диодом, поскольку она позволяет току проходить только в одном направлении. Когда к диоду подключена батарея таким образом, что положительный полюс батареи соединен с положительным полюсом диода, а отрицательный полюс батареи соединен с отрицательным полюсом диода, через диод течет ток. Это называется прямым смещением перехода (диода) и показано на рис. 1.15.
Рис. 1.15. Прямое смещение диода
Если положительный полюс напряжения приложен к зоне р с основными носителями заряда — дырками, а отрицательный полюс — к зоне n, где основные носители — электроны — под действием внешнего поля дырки будут отталкиваться положительным потенциалом, а электроны — отрицательным. Под действием этих сил дырки и электроны двигаются навстречу друг другу, к р-n переходу, где происходит их рекомбинация, и в цепи протекает ток.
Изменив полярность включения внешнего источника, можно добиться того, что дырки будут притягиваться к отрицательному полюсу, а электроны — к положительному. Под действием этих сил электроны и дырки будут двигаться в направлении от перехода, вследствие чего переход будет обеднен носителями заряда, число рекомбинаций значительно сократится и ток через переход будет близок к нулю. В этом случае говорят, что к переходу приложено обратное запирающее напряжение.
Обратно смещенный диод показан на рис. 1.6.
Рис. 1.16. Обратно смещенный диод
Положительная р-сторона диода называется анодом, а отрицательная n-сторона — катодом. Для специалиста важно хорошо разбираться в этом. Стрелка показывает р-сторону. Линия показывает сторону n. Линия или точка, поставленная изготовителем на диоде, показывает катод. Имейте в виду, что изготовители обычно отмечают катод полоской. Когда конец диода с полосой подключен к положительному полюсу источника питания, диод будет смещен в обратную сторону.
Для проверки диода специалист может использовать или цифровой вольтомметр, или устройство проверки диодов или транзисторов. При проверке диода с помощью омметра вы можете использовать метод измерения низкого/высокого сопротивления. Вы помещаете переключатель диапазонов на Rx100 и подключаете прибор к выводам диода. При прямом смещении омметр должен показывать меньше: от нескольких десятков до нескольких сотен Ом (то есть низкое сопротивление). При обратном смещении омметр должен показывать десятки и сотни кОм (то есть высокое сопротивление). Такие показания означают, что диод, возможно, исправен. Если ваши измерения свидетельствуют в обоих случаях о высоких или низких значениях сопротивления, это означает, что диод, вероятно, неисправен. Рис. 1.17 показывает правильную проверку диода с помощью омметра.
Рис. 1.17. Проверка диода с помощью омметра
Большинство диодов можно проверить с помощью омметра. Помните, что когда вы проводите измерения низкое/высокое, настоящая величина сопротивления диода не очень важна при изменении полярности подключения омметра. Если после проверки с помощью омметра остаются какие-либо сомнения, следует заменить диод. Кроме того, помните, что когда диод проверяется внутри цепи, его сопротивление может быть низким в обоих направлениях благодаря возможному шунтированию элементами прибора. Чтобы быть уверенным в исправности прибора, отпаяйте один вывод и снова проверьте диод с помощью омметра. Когда вы заменяете диод, имейте в виду, что он выдерживает только определенное напряжение при включении в обратном направлении. Это называется пиковым обратным напряжением диода. Никогда не превышайте этот параметр, иначе диод выйдет из строя.
Хотя существуют различные типы диодов (стабилитроны, светодиоды, фотопроводящие, варисторы, туннельные), каждый из них имеет свои уникальные характеристики. Когда вы сомневаетесь в качестве прибора, наилучшим методом является замена. Например, стабилитроны могут работать при обратном смещении. Однако этот тип диодов заперт до определенного порога напряжения, или напряжения пробоя, а затем он проводит ток. сохраняя относительно постоянное напряжение. Такая работа дает стабилитрону возможность действовать как стабилизатор напряжения, и его можно использовать для источников питания со стабилизированным напряжением.
Транзистор фактически представляет собой два включенных во встречном направлении диода, комбинацию р-n-р или n-р-n. Первая область транзистора называется эмиттером, вторая — базой, третья — коллектором (рис. 1.18).
Рис. 1.18. Три части транзистора
Специалист должен понимать принцип действия транзистора. Рис. 1.19 показывает n-р-n транзистор, где переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, поэтому он имеет низкое сопротивление току.
Рис. 1.19. Движение электронов в транзисторе n-р-n
Переход коллектор-база имеет высокое сопротивление, так как он смещен в обратном направлении. Отрицательный потенциал батареи заставляет электроны эмиттера направляться в базу и очень небольшое число этих электронов соединяться с положительными дырками, большинство же продолжает движение к области коллектора. Это происходит вследствие сильного действия положительного полюса батареи. Электроны замыкают цепь, возвращаясь к источнику питания. Помните, что новые дырки поступают в область базы от батареи, когда электроны заполняют старые.
Поскольку область коллектора имеет более высокое сопротивление, чем эмиттера, любое изменение тока в области эмиттера вызовет пропорциональную реакцию в области коллектора. Проходящий через транзистор сигнал будет, таким образом, усилен.
Величиной усиления сигнала можно управлять, регулируя поток электронов в область базы. Количество электронов, поступающих в область базы, определяет количество электронов, которые имеются в области коллектора. Регулирование числа электронов в базе называется смещением. В транзисторе прямое смещение (смещение перехода эмиттер-база) определяет усиление транзистора. Прямым смещением транзистора можно управлять, увеличивая или уменьшая напряжение или сопротивление области эмиттер-база (рис. 1.19).
Поведение потока электронов в транзисторе р-n-р напоминает действия в транзисторе n-р-n, но ток образуется за счет движения дырок. Положительное воздействие батареи заставляет положительные дырки проходить из эмиттера через область база-коллектор и возвращаться к отрицательному полюсу батареи. Здесь снова, как в случае с электронами в транзисторе n-р-n, небольшое число вакансий заполняется электронами в области базы, но большинство дырок продолжает двигаться в область коллектора. Проводимость обеспечивается за счет тока дырок от эмиттера к коллектору. Поток электронов противоположен потоку дырок. Поэтому считается, что поток электронов в этой цепи идет в обратном направлении, от коллектора к эмиттеру. Пусть вас не смущает такое объяснение, в целом, основная функция обоих типов транзисторов в схемах одинакова. Оба транзистора усиливают ток (рис. 1.20).
Рис. 1.20. Движение электронов в транзисторе р-n-р
Существуют три основные схемы включения транзисторов — с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Каждая схема обладает собственными уникальными характеристиками. Рис. 1.21. и табл. 1.1. показывают их основные различия.
Рис. 1.21. Три основных схемы включения транзистора
Работа схем и рекомендации по поиску неисправностей в них более подробно обсуждаются в следующих главах. Транзисторы обычно тестируют с помощью специального устройства, или с помощью омметра (рис. 1.22).
Рис. 1.22. Проверка транзистора на короткое замыкание и обрыв с использованием омметра
Имейте в виду; что транзистор фактически представляет собой два включенных в разные стороны диода и, следовательно, может быть проверен аналогично диоду. Для тестирования транзистора на короткое замыкание или обрыв подключите положительный контакт омметра (Rx100) к базе, а отрицательный — к эмиттеру n-р-n-транзистора. Теперь переход база-эмиттер смещен в прямом направлении и его сопротивление должно быть низким. Поменяв контакты местами мы сместим переход база-эмиттер в обратном направлении, и омметр будет показывать большое сопротивление. Переход коллектор-база проверяется аналогично.
Помните, что всегда должны наблюдаться малые/большие показания омметра. Если при любом положении контактов прибора наблюдается большое сопротивление, это означает, что в транзисторе произошел обрыв, а в случае малого сопротивления в обоих измерениях — короткое замыкание (при проверке не включенного в схему транзистора).
Во многих случаях можно проверить подобным образом транзисторы и в схеме. Если при тестировании в схеме данные показывают на вероятную неисправность транзистора, рекомендуется извлечь его из схемы и снова проверить.
Использование омметра является способом, который помогает определить, какому назначению соответствует конкретный вывод и/или качество транзистора. Сначала найдите эмиттер и коллектор, используя руководство изготовителя со схемой или с помощью измерений малое/большое омметром. Поместите один контакт омметра на эмиттер, а другой — на коллектор. Омметр покажет некую величину. Теперь закоротите базу на эмиттер. Сопротивление на приборе должно возрасти. При замыкании базы на коллектор сопротивление должно уменьшаться (рис. 1.23).
Рис. 1.23. Проверка качества транзистора с помощью омметра
Полевой транзистор (ПТ) представляет собой класс приборов, который часто используется в электронных схемах. Хотя по внешнему виду он похож на биполярный транзистор (n-р-n и р-n-р), полевой транзистор имеет другую конструкцию: три вывода — исток, затвор и сток, которые соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора (рис. 1.24).
Рис. 1.24. Изображение на схеме полевых транзисторов с каналами n и р типа
Движение заряженных частиц происходит между истоком и стоком по «резистивной», то есть образованной полупроводниковой подложкой, части ПТ. Затвор представляет собой диодный переход, который смещен в обратном направлении, в отличие от прямо смещенного перехода биполярного транзистора. Поэтому затвор имеет очень высокое сопротивление, обеспечивая высокий входной импеданс, необходимый во многих цепях.
Устройство, имеющее плоскостной затвор, называется полевым транзистором с управляющим р-n-переходом между затвором и каналом. Такой ПТ можно проверить с помощью омметра аналогично биполярному транзистору. Омметр (Rx100) покажет результаты, аналогичные измерениям диода (большое/малое сопротивление) между стоком и затвором. Подобным же образом проверяется переход исток-затвор. Большие величины сопротивления, измеренные омметром, в обоих случаях указывает на обрыв в транзисторе, малые — на замыкание. В исправном транзисторе омметр при включении между истоком и стоком показывает малое сопротивление при любой полярности. Большое сопротивление при обоих измерениях указывает на обрыв в цепи (рис. 1.25).
Рис. 1.25. Проверка полевого транзистора с управляющим р-n -переходом на обрыв и короткое замыкание с использованием омметра
Аббревиатура МОП обозначает металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор. Прибор называют также полевым транзистором с изолированным затвором, поскольку затвор здесь электрически изолирован от канала исток-сток (то есть от полупроводниковой подложки) тонким слоем диоксида кремния (рис. 1.26).
Рис. 1.26. Схематическое изображение МОП -транзисторов с n - и р -каналом
МОП-транзистор может иметь канал p-типа или n-типа. Ток, протекающий в p-канале, уменьшается за счет положительного напряжения и увеличивается при приложении отрицательного напряжения. Существует три основных типа МОП-транзисторов, различающиеся по зависимости состояния канала от напряжения на затворе.
1. При прямом смещении проводит ток от истока к стоку и остается в режиме «отсечки» (то есть тока нет) при нулевом смещении.
2. Проводит при нулевом смещении и уменьшает ток при обратном смещении, а при достаточном обратном смещении переходит в режим отсечки.
3. При нулевом смещении обладает определенной проводимостью. При обратном смещении ток уменьшается, а при прямом возрастает.
Транзисторы МОП имеют высокий входной импеданс, кроме того, они чувствительны к статическому электричеству и с ними надо обращаться аккуратно.
По этой причине при перемещении у МОП-транзисторов затвор и исток закорачиваются. Для этого их выводы скручиваются вместе, или на них надевается специальная пружина. Защищенный МОП-транзистор с двойным затвором позволяет решить эту проблему, правда, за счет уменьшения входного сопротивления (рис. 1.27).
Рис. 1.27. Схематическое изображение двухзатворного МОП -транзистора и каналом n -типа
При соединении выводов затворов вместе он работает как обычный МОП-транзистор, и его можно проверить с помощью омметра. Межу затвором и стоком или истоком должно быть нулевое сопротивление. Какие-либо показания омметра означают короткое замыкание. Для проверки состояния перехода сток-исток подключите между затвором и стоком резистор 15 кОм. Если сопротивление изменяется, это означает, что MOSFET исправен. Но имейте в виду, что наилучшим способом проверки является замена или использование тестового оборудования (рис. 1.28).
Рис. 1.28. Проверка МОП-транзистора на обрыв и короткое замыкание с использованием омметра
Существуют различные методы тестирования. Многие из них можно прямо или косвенно использовать для определения работоспособности транзистора. Помимо проверки сопротивления и использования устройств тестирования компонентов можно также применять:
♦ измерения напряжения;
♦ нагревание и/или охлаждение;
♦ контроль прохождения сигналов;
♦ замену;
♦ запирание транзистора.
Измерения напряжения могут быть полезны для определения работоспособности схемы с транзистором. Например, на схеме изготовителем указаны номинальные рабочие значения напряжения. Если в транзисторе обрыв или он не проводит ток, то напряжение на коллекторе будет полным — 10 В, а не 6 В как в обычном состоянии. Когда прибор закорочен, через него будет течь чрезмерный ток. Это увеличит нагрузку цепи. Поэтому если напряжение на коллекторе низкое, эго может указывать на короткое замыкание транзистора или наличие неисправного резистора смещения (рис. 1.29).
Рис. 1.29. Типичные рабочие напряжения транзистора
Часто можно проверить транзисторы при помощи температурного теста. Сначала нагрейте предположительно неисправный прибор с помощью фена или горячего жала паяльника. Если это вызывает пробой, используйте химический охладитель или холодный воздух от вентилятора. Если при охлаждении транзистор возобновляет нормальную работу, его можно считать неисправным. Термозависимый режим работы обычно свидетельствует о неисправности и чреват выходом из строя при продолжительной работе.
Повышение температуры увеличивает количество заряженных частиц, что в свою очередь вызывает выделение тепла, которое заставляет проводить еще больший ток. В конце концов, транзистор разрушает себя. Такой процесс называется тепловой пробой. Помните: не следует без особой надобности подвергать прибор слишком сильной тепловой атаке, так как это может привести к фатальным повреждениям.
Контроль прохождения сигналов также может быть использован для локализации неисправного транзистора. Например, подавая сигнал в каждый каскад приемника, начиная с динамика и продвигаясь к входному каскаду, вы найдете место, где неисправный транзистор (в котором произошел, например, обрыв) не позволяет сигналу пройти.
Замена транзистора может быть эффективна для определения неисправного прибора. Помните, что при этом вы, должны использовать аналогичную модель. Многие специалисты предпочитают сначала присоединить новый транзистор к обратной стороне печатной платы, где расположены дорожки, чтобы удостовериться, что подозреваемый прибор действительно неисправен. Это может сэкономить ценное рабочее время.
Другой прием заключается в замыкании базы и эмиттера, при котором происходит запирание транзистора (рис. 1.30).
Рис. 1.30. Отключение транзистора с помощью закорачивания базы и эмиттера
В этом случае должна наблюдаться заметная разница в работе всего устройства по сравнению с нормальным режимом. Если явных перемен не обнаружено, прибор, скорее всего, неисправен. При проведении этого теста соблюдайте осторожность, чтобы не замкнуть коллектор и базу, поскольку это может заставить транзистор пропускать большой ток и вывести его из строя. Кроме того, этот метод пригоден только для некоторых схем, в частности для усилителей и генераторов колебаний.
Способ отключения транзистора можно сравнить с поиском неисправной свечи в автомобиле. Для успешного теста необходимо при работе двигателя в режиме холостого хода на короткое время отключить каждую свечу. Таким образом далее ведется наблюдение за двигателем. Если проведенная операция повлияла на его работу, значит, свеча исправна. Отсутствие явных перемен говорит об обратном.
Отметим, однако, что при замене транзистора необходимо соблюдать некоторые предосторожности:
♦ никогда не перегревайте транзистор;
♦ используйте теплоотвод;
♦ используйте паяльник 35 Вт или менее;
♦ используйте для замены только такой же или рекомендованный транзистор;
♦ идентифицируйте положение эмиттера, коллектора и базы.
Еще один тип полупроводниковых приборов, тиристор, представляет собой последовательное соединение грех диодов в разном направлении (рис. 1.31).
Рис. 1.31. Конструкция тиристора
Тиристор работает как управляемый выпрямитель и может проводить ток, если к затвору приложено достаточное напряжение (или напряжение на аноде будет нарастать с недопустимой для данной марки прибора скоростью). Это происходит до тех пор, пока его величина не уменьшится почти до нуля.
Данный полупроводниковый прибор является весьма распространенным элементом в системах электропитания, в автоматике. В частности, используется в устройствах подачи сигнала тревоги при несанкционированном проникновении.
Его работоспособность лучше всего проверять методом замены или с помощью омметра.
Для теста омметром, установите переключатель шкалы в положение Rx10 000. При подключении отрицательного вывода к катоду, а положительного к аноду, исправный тиристор должен показать более 1 МОм. Малое или нулевое сопротивление означает замыкание. Для проверки работы управляющего электрода закоротите его вывод на анод, при этом омметр должен показать сопротивление, близкое к 0.
Интегральные микросхемы
Хотя реальная конструкция интегральных микросхем (ИМС) достаточно сложна, процесс их проверки легок для понимания.
Существует три основных конструктивных типа интегральных схем: в корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP), круглые и плоские (рис. 1.32).
Рис. 1.32. Три основных конструкции интегральных микросхем
Одна небольшая ИМС состоит из нескольких резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов, которые соединены в микросхему (рис. 1.33).
Рис. 1.33. Типичный образец выполненного в виде интегральной микросхемы предварительного звукового усилителя каскада с выходной мощностью 1 Вт на примере ECG 1043
Они герметически закрыты в керамическом или пластмассовом корпусе. Два основных метода изготовления микросхем называются монолитным и гибридным. При изготовлении монолитных (или стандартных) ИМС компоненты выполняются на одной подложке. Гибридные имеют специальное назначение, что требует отдельных компонентов с последующей сборкой на подложке. Подход к проверке ИМС остается прежним.
Несмотря на то что интегральные схемы имеют различные формы, типы и размеры, для поиска неисправностей обычно применяются следующие стандартные методы:
Когда схема работает, коснитесь верхней части изолирующего корпуса пальцем для проверки температуры. Горячая ИМС — индикатор неисправного или закороченного элемента. Большинство микросхем должны быть холодными или теплыми.
Нагрев и/или охлаждение также часто используются для проверки ИМС на дефекты. Как было указано выше, подозрительный элемент, работоспособность которого зависит от температуры, можно проверить с помощью наблюдения функционирования схемы во время нагрева феном и последующего охлаждения или замораживания. Неисправная, термозависимая ИМС при нагреве прекратит работать, но снова активируется при охлаждении.
Проверку напряжения можно легко осуществить с помощью вольтметра или осциллографа. Измерьте напряжение на каждом выводе ИМС и наблюдайте форму сигнала на экране измерительного прибора. Затем сравните результаты с указанными изготовителем параметрами. Несоответствие напряжения и сигналов говорит о возможной неисправности ИМС или связанных с ней элементов.
Иногда подозрительную ИМС можно игнорировать с использованием конденсатора, который проводит сигнал в обход (рис. 1.34).
Рис. 1.34. Шунтирование ИМС с помощью конденсатора
Если сигнал возрастает при шунтировании ИМС, это означает, что схема, возможно, неисправна.
Любую подозрительную ИМС можно заменить аналогичной исправной. Этот метод экономит ценное время специалиста по обслуживанию. Но если взглянуть на вещи реально, мастера не могут полагаться только на эту технику, поскольку она потребует очень большого количества ИС, а это достаточно дорого. Имейте также в виду, что если причина проблемы неправильно определена, то замена может привести к выходу из строя и новой микросхемы. Обычно на печатных платах установлено довольно много ИМС, и часто гораздо более практичным является замена всей платы.
Для проверки ИМС существуют специальные тестеры и наборы, однако в ряде случаев они могут работать только с ИМС вне схемы. Можно использовать компараторы с многоконтактными зажимами. Они очень удобны, но, к сожалению, дороги.
Цифровой логический пробник является, наверное, одним из самых важных тестовых инструментов для специалистов. Этот небольшой ручной прибор обычно используется для тестирования логических импульсов и уровней. Пробник содержит сложную схему, которая с помощью светодиодов (СД), срабатывающих по высокому или низкому уровням, индицирует сигналы логических уровней схемы. Подобно вольтметру логический пробник присоединяется к каждому выводу ИС или к каждой точке, где проводится контроль. Результат сравнивается с данными производителя (рис. 1.35).
Рис. 1.35. Использование логического пробника для тестирования ИМС
Концепция «черного ящика» является стандартным подходом к тестированию ИМС, которая рассматривается как некое устройство с неизвестным принципом действия, но с очевидными входными и выходными характеристиками. Если вы знаете, что должно быть на входе и выходе ИМС, вы измеряете эти величины и по результатам определяете, исправна ли эта микросхема. Такое представление о интегральной микросхеме часто устраняет необходимость понимания ее сложной внутренней структуры. Например, вы можете использовать осциллограф для замера входных и выходных напряжений и сигналов, а затем сравнить результаты с приведенными изготовителем диаграммами. Схемы с цифровой логикой обычно имеют два логических уровня 0 и 1. Подача соответствующих тестовых сигналов позволяет определить, происходит ли переключение.
Метод контроля прохождения сигналов с использованием осциллографа обычно предпочтителен для измерений напряжения и сопротивления, поскольку правильная работа ИМС зависит от динамических характеристик схемы. Метод контроля сигналов будет подробно объяснен в последующих главах с помощью диаграмм.
Когда обнаружена неисправная ИМС, замените ее, имея в виду следующее:
1. Закажите точно такой же компонент для замены.
2. Вставьте или разместите микросхему в точном соответствии с оригинальной ИМС. Очень легко вставить ИМС в противоположном направлении! Всегда идентифицируйте контакт 1 микросхемы — производители часто помечают его небольшой точкой.
4. Когда вы вставляете ИМС с 16 контактами в планарном корпусе в гнездо, можно ненароком согнуть ее выводы. Прежде чем нажимать на ИМС, чтобы полностью вставить ее в панельку, убедитесь, что все выводы направлены верно. Никогда не перегревайте ИМС. Если необходимо произвести пайку, используйте небольшой паяльник мощностью 35 Вт.
5. Не злоупотребляйте припоем, избегайте слишком большого стекания его на плату. Это может вызвать образование перемычек между соседними контактами и компонентами.
6. Пользуйтесь тампонами или отсосами для удаления лишнего припоя.
Электронные лампы
В настоящее время электронные лампы используются редко, поэтому мы лишь коснемся теории их работы.
Электронные лампы применяются и некоторых военных и промышленных направлениях, в радиовещании, в усилителях для гитар. Некоторые музыканты-гитаристы предпочитают более «мягкий» тип ограничения амплитуды звука усилителей на электронных лампах по сравнению с транзисторными усилителями. Помимо электронно-лучевых трубок, специалист может изредка встретить диоды, триоды, тетроды, пентоды, газовые и многоэлементные трубки.
Диодная лампа состоит из отрицательного катода и положительного анода. При нагревании отрицательный катод излучает электроны. Приложение напряжения к аноду и катоду ведет к возникновению тока в цепи. Процесс излучения электронов из катода называется термоэлектронной эмиссией. Когда полярность анодного напряжения изменяется, термоэлектронной эмиссии не происходит и тока не возникает. Это, подобное клапану, действие обеспечивает протекание заряженных частиц только в одном направлении, что позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя.
Количество электронов, которые после эмиссии с катода достигают анода, в триодной лампе регулируется с помощью размещенной в виде ячеек проволоки, называемой сеткой. Эта управляющая сетка имеет отрицательный заряд по отношению к катоду. Чем более отрицательна сетка, тем меньше ток, чем менее отрицательна сетка, тем больше ток.
Отсечкой называется точка, в которой сетка становится слишком отрицательной, и ток прекращается.
Насыщением называется точка, в которой сетка наименее отрицательна, и ток между сеткой и катодом максимален.
Для минимизации межэлектродной емкости, уменьшающей усиление триода на высоких частотах, в тетродной лампе добавлена еще одна сетка, которая называется экранирующей.
В определенных случаях требуется повышенное усиление. Тогда добавляется третья сетка, которая называется защитной и лампа (пентод). Защитная сетка пентода устраняет вторичную эмиссию (неконтролируемые ускоренные электроны около анода) и обеспечивает управление этими электронами.
Мощные лампы обычно используются в соответствующих установках. Газовые, заполненные азотом или парами ртути, — в сильноточных приборах. Тиратрон — типичный пример газонаполненной трубки. Многоэлементные состоят из двух и более ламп, помещенных в единый стеклянных корпус. Пятисеточный преобразователь — образец стандартной многоэлементной лампы. Он одновременно содержит каскады гетеродина и смесителя приемника.
Для тестирования электронных ламп могут использоваться, например, следующие приемы:
♦ постукивание;
♦ осмотр;
♦ устройство проверки ламп;
♦ замена.
Хотя электронные лампы используются сегодня редко, вы можете встретить их, особенно при обслуживании старых гибридных телевизоров, электронно-лучевых трубок компьютерных мониторов, промышленного и коммуникационного оборудования. Для проверки качества лампы при работе схемы используйте пластмассовый конец отвертки. Аккуратно постучите по каждой из них, слушая и наблюдая работу схемы, например радиоприемника или телевизора. Если при постукивании что-либо слышно или видно, наблюдаются помехи в изображении, то лампа, возможно, вышла из строя. Имейте в виду, что такие же проблемы могут быть вызваны ослабленным, окислившимся контактом или некачественной пайкой.
Можно также быстро проверить исправность некоторых ламп, наблюдая за свечением нити накала. Если нить накала оборвана, то лампа не светится и не работает. Проверить ее можно также с помощью омметра. Исправная нить накала должна иметь сопротивление около 0, а при обрыве сопротивление будет бесконечно большим.
Тестер ламп может быть очень полезным инструментом, но проблемы не исключаются. Пару-тройку лет назад не было ничего более комичного, чем наблюдать любителя наборов «сделай сам», который вынимает каждую лампу из своего телевизионного приемника и несет их в ближайший магазин для проверки тестером. К сожалению, тестер не может выявить неисправности всех существующих типов ламп, но понимание назначения каждой лампы и возможностей тестера поможет сэкономить время и деньги. Например, тестеры ламп могут не соответствовать рабочим параметрам схемы. Они не могут адекватно измерять межэлектродную емкость. Кроме того, гетеродины, ограничители и лампы высокого напряжения (для которых важны характеристические кривые) трудно проверить с помощью тестера ламп. Лучший совет здесь: если сомневаетесь. найдите аналог по приемлемой цене и установите новую лампу. Это может сэкономить много времени. Но помните, что если поломка произошла из-за проблем в схеме, такой способ только повредит новому элементу. Например, если при обслуживании электронного прибора выяснилось, что лампа выпрямителя закорочена, ищите также и короткозамкнутый конденсатор. Может быть, именно фильтрующий конденсатор является источником короткого замыкания. Кроме того, перед заменой любой лампы рекомендуется тщательно проверить окружающие компоненты на наличие обугленных резисторов или других проблем.
В отличие от транзисторов, которые теоретически могут работать до бесконечности, жизнь электронных ламп ограничена вследствие изнашиваемости катода, который со временем испускает все меньше и меньше электронов. Кроме того, механические вибрации, излишнее нагревание и ток способствуют нарушению герметичности баллона лампы, что ведет к поломке. Обязательно, убедитесь, что вы используете аналог элемента в качестве замены и чистое неокисленное гнездо для лампы. Кроме того, будьте внимательны и не согните контакты.
Конденсаторы сверхбольшой емкости
Конденсаторы сверхбольшой емкости, которые также называют двухслойными или ионисторами очень вместительны. Они могут хранить в сотни раз больше энергии, чем обычные и работают за счет движения заряженных ионов. Состоят из нереактивных пористых плат, помещенных в электролитический раствор, с очень большой площадью поверхности. Электрическая энергия накапливается электростатически. Ток утечки также очень небольшой. Это обеспечивает способность конденсатора поддерживать колоссальную емкость. Ионисторы дают много преимуществ по сравнению с обычными конденсаторами и аккумуляторными батареями: быстрый заряд, высокая энергия, малый вес, высокая надежность, длительный срок службы, простота в техническом обслуживании и применяются в различных областях: в медицинских приборах, компьютерах, детских игрушках, электроинструментах, радиопередатчиках, гибридных электрических средствах передвижения, источниках резервного электропитания.
На рис. 1.36 показан пример ионнстора фирмы Maxwell Technologies, который весит всего 6,4 г, но обеспечивает емкость около 10 Ф, что является идеальным для питания малогабаритных бытовых электронных изделий.
Рис. 1.36. Ионистор 10 Ф
При использовании вместе с батареями ионисторы могут также увеличить эффективность и позволить уменьшить вес и размер батарей за счет подачи дополнительного питания при пиковых нагрузках.
Одним из наиболее популярных применений двухслойных конденсаторов является автомобильная промышленность. Они используются в рекуперативных тормозных системах, дизель-электрических автобусах и совместно с электролитическими батареями, в гибридных средствах передвижения. Ионисторы могут работать дольше, эффективнее при любом напряжении в пределах своего номинального, в более широком температурном диапазоне, чем батареи, в отличие от которых ионисторы можно установить незаряженными, чтобы затем быстро зарядить.
Использование ионисторов совместно с батареями может обеспечить отличный источник питания и энергии для гибридных средств передвижения. Они могут увеличить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов за счет подачи дополнительного питания при пиковых нагрузках и помочь обеспечить быстрый разгон и рекуперативное торможение. Ионистор РС2500 фирмы Maxwell Technologies имеет емкость 2700 Ф, что обеспечивает 8400 Дж энергии при напряжении 2,5 В. Это делает его идеальным для применений в гибридных средствах передвижения (рис. 1.37). К тому же он мало весит, у него небольшой ток утечки и прекрасная циклическая надежность, что делает его пригодным и для применений, не связанных со средствами передвижения, например для резервных источников питания во время прекращения подачи питания на промышленных предприятиях и в медицинских учреждениях.
Рис. 1.37. Ионистор 2700 Ф
Как и в других электрических компонентах, в ионисторах могут возникать такие неисправности, как внутренние замыкания, обрывы, утечки в ячейках, механические разрушения, которые часто связаны с внутренним напряжением вследствие излишней вибрации, термического расширения, механического повреждения или неправильного использования. Обычные тесты ионисторов включают заряд-разряд и измерение эквивалентного последовательного сопротивления. Параметры ионистора: начальное рабочее напряжение, ток разряда, минимальное напряжение под нагрузкой, напряжение после снятия нагрузки и время разряда от начального заряда до минимального напряжения — можно измерить для проверки его качества. Приложение 12 детально описывает тестовые процедуры фирмы Maxwell Technologies для проверки ионистора.
Катушки индуктивности
Катушка индуктивности представляет собой электромагнит, который используется во многих приложениях: трансформаторах, фильтрах, генераторах, фазовращателях, интеграторах и дифференциаторах. По сути катушка прспятствует всякому изменению тока, и это свойство часто называют индуктивностью. Она создает магнитное поде, которое вызывает противодействующую электродвижущую силу. Индуктивность L измеряется в Генри (Гн). Существуют различные типы катушек: без сердечника, со стальным сердечником, с ферритовым сердечником, постоянной индуктивности и переменной индуктивности.
Обычным применением для них является использование в цепях фильтров. В целом они пропускают низкие частоты и ослабляют высокие. Конденсаторы, с другой стороны, пропускают высокие частоты и ослабляют низкие. Поэтому, когда конденсаторы и катушки используются совместно, они могут работать как фильтр. Например, в звукоусилительной системе индуктивность может использоваться для ослабления высокочастотной составляющей звукового сигнала, подаваемого к низкочастотному динамику, а конденсатор может использоваться для ослабления низкочастотной составляющей сигнала в динамике высоких частот. Комбинация катушки и конденсатора может использоваться для формирования среднечастотного диапазона для динамика средних частот.
Многие изолированные проводники можно протестировать с использованием омметра. Хотя часто возникают и короткие замыкания обмоток, большинство неисправностей связаны с обрывом. При измерениях омметром катушка, в зависимости от размера и числа витков обмоток, должна иметь сопротивление от 0 до нескольких сот Ом. Как правило, чем крупнее катушка, тем больше сопротивление.
Закороченная катушка должна иметь нулевое сопротивление, а с обрывом показывать бесконечное противодействие электрической цепи. С помощью омметра может быть трудно определить, закорочена ли катушка, поскольку замыкание одного или нескольких витков может не повлиять на сопротивление катушки, которая изначально имеет небольшое сопротивление. Поэтому может быть необходимо использовать специальный измеритель индуктивности.
Вопросы для самоконтроля
Выберите наилучший ответ:
1. Какой из следующих факторов не является причиной неисправности:
а) тепло;
б) влага;
в) неправильная установка;
г) животные и грызуны;
д) никакой из перечисленных.
2. Какое из перечисленных чувств обычно не используется специалистами по поиску неисправностей:
а) зрение;
б) слух;
в) осязание;
г) вкус;
д) запах.
3. Горячее дымящееся устройство или прибор часто является признаком того, что возникла неисправность:
а) короткое замыкание;
б) замыкание на землю;
в) обрыв цепи;
г) все перечисленное;
д) ничего из перечисленного.
4. Если цепь имеет бесконечное сопротивление, эта неисправность называется:
а) короткое замыкание;
б) замыкание на землю;
в) обрыв;
г) все перечисленное;
д) ничего из перечисленного.
5. Измерения напряжения часто выполняются с помощью вольтметра или:
а) амперметра;
б) осциллографа;
в) омметра;
г) ваттметра;
д) никаким из перечисленных приборов.
6. Подача сигнала или контроль за его прохождением — это метод, который часто используется специалистами при поиске неисправностей:
а) электродвигателей;
б) проводки бытового назначения;
в) промышленной проводки;
г) радио;
д) любого из перечисленных.
7. Метод, при котором компонент с подозрением на неисправность заменяется другим, называется:
а) обход;
б) замена;
в) шунтирование;
г) оба: «б» и «в».
8. Соединение с холодной пайкой лучше всего исправить с помощью:
а) замены;
б) шунтирования;
в) повторной пайки;
г) охлаждения;
д) замораживания.
9. Когда вы используете пошаговый анализ при поиске неисправностей, первым шагом должен быть:
а) обсуждение дефекта с заказчиком;
б) сбор сервисной информации;
в) выбор метода поиска неисправностей;
г) ремонт;
д) все, указанное выше.
10 . Диаграмма, которая иллюстрирует компоненты изделия или прибора, называется:
а) однолинейная схема;
б) принципиальная схема;
в) калька;
г) эскизная схема;
д) схематический чертеж.
11 . Компонент, в котором произошел обрыв, имеет:
а) нулевое сопротивление;
б) бесконечное сопротивление;
в) оба: «а» и «б»;
г) ничего из перечисленного;
д) небольшое сопротивление.
12 . Годный плавкий предохранитель должен иметь:
а) нулевое сопротивление;
б) бесконечное сопротивление;
в) небольшое сопротивление;
г) оба: «а» и «б»;
д) ничего из перечисленного.
13 . Физическая величина резистора, которая определяет способность резистора рассеивать тепло, измеряется в:
а) омах;
б) вольтах;
в) ваттах;
г) фарадах;
д) ничего из перечисленного.
14. Новый, полностью заряженный кислотный аккумулятор при измерении напряжения должен показывать:
а) более 12 В;
б) 2 В;
в) 11 В;
г) 12 В;
д) иное.
15 . Конденсаторы можно проверить:
а) омметром;
б) пробой на искру;
в) шунтированием;
г) только «б» и «в»;
д) «а», «б» и «в».
16. Для изготовления кристалла р- типа:
а) добавляется пятивалентный галлий;
б) добавляется трехвалентный индий;
в) добавляется пятивалентная сурьма;
г) добавляется трех валентный мышьяк;
д) ничего из перечисленного.
17. Термин «акцептор» употребляется для обозначения:
а) добавление пятивалентного элемента в кристалл;
б) добавление трехвалентного элемента в кристалл;
в) оба «а- и «б»;
г) ничего из перечисленного выше.
18. Фактически транзистор представляет собой:
а) один диод;
б) два диода, включенные встречно;
в) три диода, включенные встречно;
г) четыре диода, включенные встречно;
д) ничего из перечисленного.
19. Высокий коэффициент усиления по напряжению и низкий коэффициент усиления по току являются характеристиками:
а) схемы с общей базой;
б) схемы с общим эмиттером;
в) схемы с общим коллектором;
г) оба «а» и» в»;
д) ничего из перечисленного.
20. Если рабочее напряжение коллектора транзистора намного меньше нормального, это может означать:
а) неисправный фильтр;
б) обрыв в резисторе;
в) обрыв в транзисторе;
г) замыкание в транзисторе;
д) ничего из перечисленного.
21. Для отключения транзистора для поиска неисправностей:
а) закоротить эмиттер и базу;
б) закоротить базу и коллектор;
в) закоротить затвор и анод;
г) «а» или «б»;
д) ничего из перечисленного.
22. Тиристор можно рассматривать как встречное включение ___ диодов, и он состоит из анода, катода и ___.
а) двух, анода;
б) трех, управляющего электрода;
в) четырех, базы;
г) двух, эмиттера;
д) трех, анода.
23. Когда вы проверяете ИМС, работоспособность которых изменяется в зависимости от температуры, наилучшим методом является:
а) проверка напряжения;
б) проверка сопротивления;
в) нагревание и /или замораживание;
г) проверка тока;
д) шунтирование.
24. Лампа с тремя сетками это:
а) триод;
б) тетрод;
в) пентод;
г) многосеточная лампа;
д) мощная лампа.
25. Какой из перечисленных способов не используется обычно при поиске неисправностей электронных ламп:
а) постукивание;
б) устройство проверки ламп;
в) «Шунтирование»;
г) замена;
д) оба: «а» и «б».
26. Затвор в полевом транзисторе обычно:
а) обратно смещен;
б) прямо смещен;
в) не смещен;
г) ничего из перечисленного.
27. МОП транзистор часто называют:
а) полевой транзистор;
б) биполярный транзистор;
в) полевой транзистор с изолированы затвором МДП;
г) тиристор.
28. МОП транзистор с индуцированным p -каналом проводит при:
а) прямом смещении;
б) обратном смещении;
в) нулевом смещении;
г) ничего из перечисленного.
29. Ток в МОП транзисторе с индуцированным n -каналом уменьшается при:
а) прямом смещении;
б) обратном смещении;
в) нулевом смещении;
г) ничего из перечисленного.
30 . Ионистор иначе называется:
а) двухслойный конденсатор;
б) диэлектрический конденсатор;
в) конденсатор накопления энергии;
г) электростатический конденсатор.
Вопросы и проблемы
1. Перечислите и поясните семь причин выхода из строя электронных и электрических устройств.
2. Перечислите и поясните четыре чувства, которые обычно используются при поиске неисправностей.
3. Каковы четыре причины неисправностей в схемах? Расскажите, чем они отличаются друг от друга.
4. Каковы характеристики короткого замыкания?
5. Каковы характеристики обрыва в схеме?
6. Каковы характеристики замыкания на землю в схеме?
7. Каковы характеристики наличия механических проблем в схеме?
8. Объясните разницу между терминами «шунтирование» и «замена».
9. Опишите метод контроля прохождения сигнала.
10. Перечислите и объясните различные типы технических чертежей.
11. Опишите способы поиска неисправностей конденсаторов.
12. Назовите несколько типов конденсаторов.
13. Опишите структуру диода.
14. Объясните, как тестировать диод.
15. Что такое кристаллический детектор?
16. Опишите структуру транзистора.
17. Опишите, как тестировать транзистор.
18. Опишите, как тестировать тиристор.
19. Опишите различные методы, которые используются для поиска неисправностей транзисторов.
20. Опишите различные методы, которые используются для поиска неисправностей интегральных микросхем.
21. Опишите различия между некоторыми типами электронных ламп.
22. Опишите основные способы проверки электронных ламп.
23. Почему использовать специальные тестеры для проверки электронных ламп следует с осторожностью?
24. Что такое тиристор?
25. Что такое тиратрон?
26. Расскажите, как проверять полевой транзистор.
27. Что такое МОП?
28. Расскажите о различных типах МОП-транзисторов.
29. Расскажите, как проверить МОП-транзистор.
30. На что следует обратить особое внимание при транспортировке и работе с МОП-транзисторами?