Как выявить проблемный узел на плате: пять приемов

Время чтения: 14 минут

Под дефектными узлами понимаются функциональные части схемы, в которых возникли неисправности. К основным из них относятся:

После локализации проблемы можно смело переходить к поиску неисправных компонентов в пределах неисправного узла: диодов, транзисторов, конденсаторов, микросхем и т. д.

Автор рекомендует обнаруживать дефектную часть устройства, соблюдая определённую последовательность действий.

Во время осмотра следует обращать внимание на механические повреждения: трещины или надломы печатных проводников, отслаивающиеся дорожки, трещины пайки, сколы на корпусах электронных компонентов, плохая фиксация ответных частей в разъёмах. Инженера должны насторожить следы окисления, остатки флюса, загрязнения печати и потемнение текстолита. Вздутые электролитические конденсаторы — верный признак их неисправности.

Обратите внимание на следы предыдущего ремонта, неправильно установленные или перепаянные радиоэлементы. Рекомендуется внимательно осмотреть следующие элементы:

Часто дефект, обнаруженный при визуальном осмотре, является следствием происходящего, а не причиной. В такой ситуации специалисту предстоит провести дополнительные исследования.

При осмотре мелких компонентов автор рекомендует применять лупу и USB-микроскоп. Желательно использовать цифровой микроскоп, но это не обязательно.

Проверка платы на короткое замыкание и аномальное сопротивление является простым и эффективным способом первичной диагностики. Поиск неисправности мультиметром особых трудностей не вызывает.

Эта процедура осуществляется в следующей последовательности. Устройство должно быть обесточено, а электролитические конденсаторы большой ёмкости, входящие в состав фильтров питания, разряжены.

Далее инженеру предстоит обнаружить шины питания и измерить сопротивления между этими шинами и землёй. Полученные результаты сравнить с ожидаемыми. На основе такого сравнения делаются выводы о причинах неисправности.

Для получения корректных значений не рекомендуется использовать режим проверки диодов, поскольку при такой проверке будут открываться полупроводниковые переходы элементов, входящих в проверяемую цепь. При этом итоги испытаний будут далеки от фактических.

Печатный монтаж радиоэлектронной аппаратуры, предназначенной для работы в условиях повышенной влажности, производители покрывают специальным защитным лаком. Этот факт нужно учитывать при проверке платы. В таких случаях рекомендуется использовать прочные щупы игольчатого типа, подключаемые к мультиметру. Такими щупами можно проколоть слой лака и получить доступ к исследуемым цепям. Другим способом удаления защитного покрытия может служить предварительный прогрев пайки в точках подключения щупов с помощью паяльника. После устранения проблемы места прогрева придётся очищать от пригоревшего лака и покрывать защитным составом.

Если на плате имеется несколько стабилизаторов, для каждой шины питания сопротивление между шиной и GND измеряется отдельно. Такой подход поможет безошибочно локализовать проблемный узел.

Как найти неисправность на плате? Нужно выяснить, есть ли питающее напряжение и поступает ли оно потребителям. В процессе тестирования проверяем соответствие этого напряжения номиналу, наличие и величину падения напряжения под нагрузкой, измеряем амплитуду пульсаций.

Автор рекомендует последовательность исследования: входная цепь, устройство защиты, преобразователь, стабилизатор, потребитель. При этом инженер получит ответ на вопрос: на каком этапе измерений питание исчезло или его параметры перестали соответствовать ожидаемым. Так специалист сможет локализовать дефектный узел.

Для исследования необходимы мультиметр и осциллограф.

Мультиметром измеряют постоянные напряжения, а с помощью осциллоскопа тестируют амплитуду пульсаций.

Рассмотрим следующий пример. На входе тестируемого устройства присутствует постоянное напряжение 12 В. После элемента защиты получаем почти такое же напряжение. На выходе импульсного преобразователя DC-DC должно быть примерно 5 В, а после стабилизатора 3,3В.

Если 12 В имеются, а 5 В нет, то искать повреждение нужно не во всей плате. Достаточно проверить участок между входом и преобразователем, а также сам преобразователь и потребление тока нагрузкой. Если этот ток существенно больше ожидаемого, неисправность в нагрузке.

Нет смысла в бессистемном тестировании множества контрольных точек на плате. Соблюдение рекомендованной выше последовательности измерений позволит специалисту быстро и безошибочно локализовать дефектный узел.

Остановимся на том, как проверить плату на неисправность, основываясь на поиске электронных компонентов, температура которых аномально высока. Для этого лучше всего применять бесконтактные приборы: инфракрасный пирометр или тепловизор.

Если таких измерителей под рукой не окажется, можно использовать мультиметр с термопарой.

Применяя термопару, нужно строго соблюдать меры техники безопасности: не прикасаться пальцами к неизвестным силовым компонентам и оголённым токонесущим частям, находящимся под напряжением.

Использование тепловизора позволяет почти мгновенно вычислить перегретые элементы.

Применение других средств для диагностики повышенной температуры компонентов радиоэлектронной аппаратуры неэффективно, поскольку оно сопряжено со значительными временными затратами.

Перегреваться может практически любая радиодеталь: пробитые электролитические конденсаторы, дефектные микросхемы, перегруженные или пробитые биполярные силовые транзисторы или MOSFET-ы (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor — металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор), диоды, перегруженные трансформаторы и дроссели и т. д.

Не всегда перегретый компонент является первопричиной неисправности. Например, неисправный ключевой каскад на транзисторе может перегружать питающую его микросхему стабилизатора напряжения. В результате перегреваться будет эта микросхема.

Сравнение сигналов основано на сопоставлении их характеристик на входе и выходе. Итоги сопоставляют с ожидаемыми результатами. Если на выходе модуля сигнал отсутствует или он искажён, то возможная причина заключается в самом модуле, в цепи его питания или в нагрузке.

Ниже перечислены наиболее часто встречающиеся случаи:

Рассмотренный подход представляет собой естественный переход от проверки компонентов радиоэлектронной аппаратуры к функциональной диагностике. Для измерения высокочастотных или быстро изменяющихся сигналов потребуется осциллограф с функцией анализа протоколов и логический анализатор.

Следующая таблица содержит пошаговый алгоритм поиска неисправностей в радиоэлектронной аппаратуре:

Выполнив этот алгоритм, инженер сможет быстро обнаружить дефектный узел. После этого он может переходить к проверке исправности отдельных элементов и устранению дефекта.

Можно ли провести диагностику неисправностей электроники одним мультиметром?

Неисправности линейных стабилизаторов напряжения, места коротких замыканий и обрывов печатных проводников, некоторые дефекты электронных компонентов могут быть успешно обнаружены мультиметром. Для диагностики импульсных DC-DC преобразователей напряжения, высокоскоростных цифровых и высокочастотных аналоговых устройств, проверки шин обмена данными дополнительно потребуется осциллограф.

Как выяснить, что на печатной плате имеется короткое замыкание?

Достаточно измерить потребляемый устройством ток. Если этот параметр существенно больше ожидаемой величины, это указывает на наличие короткого замыкания. В дальнейшем проверка электронной платы происходит на выключенном устройстве путём последовательной «прозвонки» цепи питания мультиметром.

Можно ли искать неисправный узел по перегреву компонентов?

Если вы обнаружили перегретые компоненты, то необходима углублённая проверка. Но горячая радиодеталь может быть не причиной, а следствием неисправности.

Например, при пробое мощного регулирующего транзистора в линейном стабилизаторе на ремонтируемое устройство поступит большее напряжение, чем должно быть. Это приводит к перегреву полупроводников, входящих в узлы-потребители и к их отказу.

С чего нужно начинать проверку электроники, если она не включается?

Для проверки электроники, которая не включается, нужно провести визуальный осмотр, проверить исправность питающих проводников, элементов защиты, выключателей и убедиться в отсутствии короткого замыкания в нагрузке.

Необходим ли осциллограф для диагностики радиоэлектронной аппаратуры?

Недорогой аппарат понадобится почти всегда, если вы ремонтируете технику сложнее чайника. Дорогие измерители с экзотическими функциями, такими как анализ спектра, будут востребованы в очень редких случаях узкими специалистами.

Как проверить неисправное устройство мультиметром?

На обесточенном аппарате проверить сопротивление в цепях питания на предмет отсутствия короткого замыкания или аномально малого сопротивления нагрузки. Затем включить питание и проверить наличие питающих напряжений на узлах и блоках, а также их соответствие номинальным значениям. Если будет выявлено отсутствие питающего напряжения, проверить блок питания с резистивной нагрузкой и целостность дорожек печатного монтажа и контактов в разъёмах.

Можно ли найти перегретый радиоэлемент без использования инфракрасного пирометра или тепловизора?

Можно, если осторожно. Автор за свою многолетнюю практику в области разработки и ремонта радиоэлектронной аппаратуры обходился без этих измерителей. Но это — дело привычки.

Чрезмерно нагретый компонент можно определить наощупь или по исходящему от него нагретому воздуху. Главное — не прикасаться к токонесущим частям оборудования, находящимся под высоким напряжением. В качестве недорогого, но точного способа тестирования температуры можно применять мультиметр с модулем термопары.

Какие средства измерений, кроме осциллографа и мультиметра, могут понадобиться для оснащения рабочего места сервисного инженера в небольшой мастерской?

Упростить и ускорить процесс поиска неисправностей помогут лабораторный источник питания с ограничением тока, тестер электронных компонентов и электронная нагрузка.