Методы поиска неисправностей в сложных электронных устройствах. Урок 1

Время чтения: 20 минут

Чтобы что-либо починить, нужно базовое оборудование и организованное рабочее место. Измерительные приборы и ручные инструменты помогают в разборке устройства, определении характера неисправности, её локализации, устранении и окончательной сборке. Без измерителей поиск неисправности сродни гаданию: отремонтировать удастся лишь случайно.

Но, как правило, попытки сделать это без инструмента, опыта и по наитию приводят к появлению новых неисправностей вплоть до нецелесообразности последующего ремонта, даже профессионалами. Опыт придёт со временем, но базовый набор измерительных приборов, ручного инструмента и материалов нужен сразу.

Далее кратко рассмотрим часто требующиеся в практике инструменты и материалы, без которых найти и устранить неисправность в электронных устройствах невозможно, а также практику применения оборудования для поиска неисправностей.

Как и хирургия, работа с техникой требовательна; в ней недопустимы ошибки. Одно неосторожное движение щупом или отвёрткой вызывает кратковременное короткое замыкание, наносящие больший ущерб, чем та неисправность, которую вы пытались исправить. Поэтому для ремонтников важно обустроить рабочее место, организованное так, чтобы упростить работу и сделать её комфортной, сводя к минимуму вероятность катастрофической ошибки.

Где всё разместить? Если есть дети, важно, чтобы рабочий стол был установлен в комнате, доступ в которую ограничен. Открытые токоведущие части и острые инструменты способны нанести травму ребёнку. То же касается и домашних животных! Кошки часто любят исследовать новые предметы или ложиться на них, а наличие предупреждающей таблички «Высокое напряжение» их не останавливает. Держите детей и домашних животных подальше от рабочего места.

Отличное место для мастерской — отдельная комната в доме или квартире. В таких помещениях имеются окна, дающие достаточно дневного света, вентиляция, кондиционирование и отопление. Гаражи, подвалы, чердаки и прочие нежилые помещения подходят, но только при наличии приточно-вытяжной вентиляции и климатического оборудования, создающего соответствующие условия.

Ни о какой «эффективной» работе не стоит говорить, если в мастерской 15 градусов зимой или 40 градусов летом. Пониженная, повышенная температура или влажность воздуха негативно влияют на точность работы измерительного оборудования и его надёжность. Отказ мультиметра или осциллографа — это явно не то, о чём вы «спите и видите».

Сам верстак нужен настолько большим, насколько вы можете позволить, и иметь достаточно места для всего парка оборудования и инструмента, но его центральная часть — свободна для размещения ремонтируемого оборудования. Замечательные сборные испытательные стенды легко заказать по почте, но они дороги и обычно встречаются в спецмагазинах. Если у вас есть средства, дерзайте. Возьмите готовый верстак или сделайте его сами из толстого мебельного щита. Самое главное, не используйте для работы красивый обеденный стол, слёзно выпрошенный у жены «на время». Вы со стопроцентной вероятностью прожжёте, просверлите или поцарапаете его в первые же дни использования. Готовый верстак или прочный недорогой стол из IKEA будет неплохим выбором.

Чем больше регулировок у стула, тем лучше. Лучше офисный стул или кресло на колёсиках, регулирующееся по высоте, наклону спинки и т. д. Помните, что стол и стул станут такими же важными инструментами, как мультиметр и осциллограф, или даже важнее: от них зависит эргономика и удобство, определяется максимальное время работы, проводимое без усталости.

Ни сидение стула, ни пол не нужно устилать каким-либо ковровым или подобным ворсистым материалом. Упавшие мелкие компоненты в такое покрытие найти зачастую невозможно. Кроме того, ворс — превосходный генератор статического электричества! Но, к сожалению, такой «прибор» не нужен, ведь способен в любой момент вывести из строя дорогие или редкие электронные компоненты (смотри статью «Электростатическая защита чувствительной электроники: оборудование и методы»).

Электропитание рабочего места строго с заземлением. Это критически важно для безопасности, так как отсутствие заземления является фактором повышенного риска электротравмы или даже смертельного исхода! По максимально допустимой нагрузке особых требований в этом плане нет: измерительное и вспомогательное оборудование потребляет небольшую мощность и одной 16- или 25-амперной розетки и хорошего удлинителя-разветвителя хватит. Кроме того, подключение всего оборудования к единому распределителю питания помогает предотвратить образование паразитных контуров заземления (с протеканием нежелательного тока между точками заземления).

Освещение — ещё один фактор, который нельзя игнорировать. Хотя очевидно, что вся комната нужна ярко освещённой, на самом деле этого света всё равно будет недостаточной. Работа с мелкими компонентами требует наличия яркого точечного источника света, к примеру, настольного поворотного люминесцентного или светодиодного светильника. Наилучшие условия работы обеспечат среднее освещение в комнате и светильник, совмещённый с увеличительным стеклом, который серьёзно снижает нагрузку на зрение.

Не используйте устаревшие светильники с лампами накаливания, которые при любом удобном случае будут пытаться вас обжечь, а жёлтый спектр их света ухудшает видимость. Используйте источники света с нейтральным белым излучением и только качественные. Дешёвые лампочки-экономки часто работают на предельных режимах, а их импульсный преобразователь (смотри статью «Принцип работы импульсных источников питания») становится источником серьёзного электромагнитного излучения (смотри статью «Электромагнитные помехи. Выявляем и устраняем»).

Мультиметр— это базовое устройство для измерения основных электрических величин: напряжения, силы тока, сопротивления и других.

Раньше мультиметры были аналоговыми и оборудовались стрелочными индикаторами для вывода информации. Они носили название авометры (ампер-вольт-омметры). Сегодня почти все мультиметры цифровые и выводят информацию на электронный индикатор или дисплей. Начиная свой путь как дорогие лабораторные приборы, мультиметры стали чрезвычайно дешевы, где простейшие модели стоят по 500–600 рублей. Однако имеются модели стоимостью 20 тысяч и выше. Более дорогие приборы точнее и радуют владельца дополнительным функционалом.

Не гонитесь за точностью, покупая дорогой мультиметр, ведь для базовых измерений достаточно будет точности недорого, но качественного измерительного прибора: при ремонте бытовой аппаратуры вам не будет принципиально, что покажет ваш мультиметр: 5.0 вольта или 5.025 вольта. Тем более, перед тем как начать безопасно и грамотно эксплуатировать дорогой измерительный прибор, нужно «сжечь» пару-тройку дешёвых, пока не войдёт в привычку проверять соответствие выбранного режима характеру измерений. Поначалу хватит мультиметра за 1500–2000 рублей. Подробно о выборе измерительного прибора узнавайте в статье «Как выбрать мультиметр: советы по выбору портативного измерительного прибора»

Конденсаторы (смотри статью «Как выбрать конденсатор?»), особенно электролитические, используемые в блоках питания в качестве фильтрующих элементов для сглаживания пульсаций, — компоненты, ломающиеся чаще остальных. Кроме полного выхода из строя, к примеру, из-за обрыва или короткого замыкания, конденсаторы ломаются частично, потеряв некоторую величину ёмкости. Хуже только повышение их внутреннего сопротивления, называемого эквивалентным последовательным сопротивлением (ЭПС или ESR). При таком дефекте конденсатор даже имеет номинальную ёмкость, но работать он не будет или из ряда вон плохо. Увеличение ЭПС снижает эффективность конденсатора, а также вызывает повышенный нагрев.

Особенно часто «вылетают» электролитические конденсаторы, работающие в импульсных источниках питания. Ведь они работают с повышенными токами пульсаций и в тяжёлых температурных условиях. В результате быстро изнашиваются. Измерение ЭПС обычным мультиметром невозможно.

Для этого требуется прибор, называемый ESR-метр. Этот прибор выполняет несколько циклов «заряд/разряд» в течение короткого промежутка, определяя отклонение в работе конденсатора. Кроме измерения эквивалентного последовательно сопротивления, ESR-метры, как правило, умеют измерять величину утечки конденсатора, характеризующую общую степень износа материалов электронного компонента. ESR-метр не является дешёвым измерительным прибором, но автор рекомендует иметь этот прибор, потому что пользоваться им будет требоваться очень часто.

Многие новички «боятся» осциллографа, считая этот прибор слишком сложным или нужным лишь ультрапрофессионалам. Как же они ошибаются! Как только вы освоитесь с ним, жизнь разделится на «до» и «после». Осциллограф — по сути единственный прибор, который помогает увидеть, что происходит в электронной схеме. Функция этого прибора — визуально отображать изменение напряжения во времени. Помимо числового выражения напряжения в вольтах, которое показывает мультиметр, на экране осциллографа вы видите реальную форму сигнала: постоянная или переменная, а если переменная, то синусоидальная или прямоугольная, помехи (смотри статью «Электромагнитные помехи. Выявляем и устраняем»), переходные процессы и многое и многое другое.

Перемещение луча по вертикали отображает величину изменения напряжения, а по горизонтали — изменения времени. Максимальная «конструктивная» скорость отображения изменения напряжения во времени определяет полосу пропускания осциллографа. Много современных осциллографов, даже недорогих, имеют полосу пропускания 100 МГц и более, а также как минимум два входных канала, позволяющих одновременно наблюдать две величины, чего более чем достаточно для большинства нужд мастера по ремонту даже сложной электронной техники. Подробно об измерительном приборе в статьях:

Паяльники разнообразны, и, как правило, их всегда больше одного. А, возможно, ещё и паяльная станция, преднагреватель и многое другое.

Самые маленькие, портативные, с нагревательными элементами мощностью 10÷15 Вт, которые получают питание даже от аккумулятора, идеальны для работы с крошечными компонентами поверхностного монтажа (SMD), по крайней мере, на платах, где для пайки использовался низкотемпературный припой. Однако эти «малыши» не выработают достаточно тепла для пайки мощного транзистора.

Большие паяльники мощностью до 100 Вт отлично подойдут даже для пайки толстых медных проводов, но совершенно непригодны для печатных плат ввиду низкой эргономики и чрезмерно большого тепловыделения.

Неплохим выбором для общей пайки на печатных платах станет паяльник с жалом среднего размера и нагревательным элементом с мощностью 40÷60 Вт. Такой паяльник универсален и с накоплением опыта позволит паять как выводные зоны, так и компоненты для поверхностного монтажа и проводники.

Многие недорогие паяльники подключаются напрямую в сеть. Это не лучший способ питания, так как присутствующий ток утечки на металлическом жале паяльника может повредить диагностируемое устройство. Наконец, такой паяльник несёт повышенную опасность поражения электрическим током! Лучше применять паяльную станцию, у которой нагревательный элемент получает питание от низковольтного источника, имеющего полную гальваническую развязку от электрической сети. Базовый блок паяльной станции поддерживает регулировку температуры жала, а также оснащён подставкой и губкой для очистки.

Ваш паяльник — это обычно первое, что вы включаете, и последнее, что выключаете. Поэтому он имеет самую большую наработку среди всего оборудования и обязан быть качественным. На первое время подойдёт «скромная» паяльная станция за 3–4 тысячи рублей. Ещё нужен комплект сменных жал, так как они изнашиваются.

Существует широкая номенклатура сменных жал «на все случаи жизни». Подробно с паяльным оборудованием в статье «Виды паяльников и их классификация». Для пайки необходим припой и флюс. В качестве базового подходит припой оловянносвинцовый марки ПОС60 или ПОС63, а в качестве флюса — современный гелеобразный канифольный флюс, неактивированный или слабо активированный. Подробно о видах флюса написано в статье «Несколько слов о флюсах для пайки».

Демонтаж неисправных электронных компонентов так же важен, как и монтаж новых исправных. Без необходимого инструмента распайка превратится в сплошное повреждение платы с отрывом печатных проводников. Востребованными инструментами для отпаивания электронных компонентов с печатных плат служат оплётка для выпайки и оловоотсос.

Оплётка для выпайки — это катушка медного многожильного провода особого плетения, пропитанного флюсом. Обычно это либо канифоль, либо безотмывочный флюс, который при нагревании способствует втягиванию припоя из соединения в оплётку.

Оловоотсос состоит из цилиндра и поршня, который перемещается вверх под действием пружины, создавая внутри цилиндра сильное разрежение. Оно заставляет втягиваться внутрь расплавленный припой через неплавящийся фторопластовый наконечник.

Оба инструмента должны быть у любого «уважающего себя» специалиста, к тому же они недорогие.

Также автор рекомендует иметь запас сплава Вуда (содержит вредный кадмий) или сплава Розе (предпочтительней) — специальных низкотемпературных сплавов, которые сильно понижают температуру плавления припоя, облегчая распайку.

Самая главная мера предосторожности при пайке в том, что все операции проводят в хорошо проветриваемом помещении, к примеру, рядом с открытым окном, где есть циркуляция воздуха.

Можете ли вы соблюсти это требование или нет, автор статьи рекомендует использовать дымоуловитель, который фильтрует и осаждает в себе пары флюса и припоя, не давая им попасть в ваши лёгкие.

Нынешняя электроника собирается на широкой номенклатуре типоразмеров винтов и шурупов. Некоторые из них невероятно крошечные, а другими — необычные. Особенно часто такие винты встречаются на фирменной технике, и по замыслу производителя, служат препятствием для самостоятельного ремонта.

Но раз мы с вами встали на путь профессионального ремонта, нам необходим набор отвёрток для работы с большинством типов шлицев винтов и шурупов.

Кусачки используются для обрезки проводов и выводов электронных компонентов. Имейте в своём распоряжении несколько кусачек разного размера и с хорошо изолированными ручками.

Острогубцы и пинцеты нужны для удержания электронных компонентов во время их монтажа или демонтажа, а также для доступа к труднодоступным местам аппаратуры во время её ремонта. Автор рекомендует иметь несколько острогубцев разного размера и с хорошо изолированными ручками. Нередки кусачки и острогубцы выпускаются одним производителем, и по возможности покупайте готовый набор. Пинцеты также нужны разной длины и ширины захвата, чтобы легко выполнять самые тонкие работы. Рекомендую пинцеты для хирургии. Такой инструмент недешёвый, но один хороший набор прослужит в течение всей жизни.

Все профессионалы берегут своё здоровье в целом, а зрение — особенно. Востребованные инструменты, снижающие нагрузку на органы зрения — увеличительные стёкла и микроскопы.

Они снижают утомляемость при работе с миниатюрными электронными компонентами, а также с многовыводными разъёмными соединениями.

Для высококачественной работы (вы же профессионал!) нужны расходные материалы и химикаты, которые помогают выполнять работу максимально близко к заводским условиям. Далее кратко будут рассмотрены основные из них.