Поиск неисправностей в электронике

Природа неисправностей

Сервисное обслуживание цифровых схем обычно считается наиболее простым. Это особенно справедливо для систем, которые надежно работали, а затем в них возникала неисправность, в отличие от новых конструкций, которые требуют отладки при доводке.

Чтобы приведенное правило было справедливо, необходимо соблюдать следующие условия:

♦ понимание работы схемы;

♦ понимание природы возможных неисправностей;

♦ понимание возможных причин неисправностей;

♦ способность читать схемы;

♦ систематический подход к локализации проблем.

В транзисторах обычно возникают неисправности двух типов: короткое замыкание и обрыв. Цифровые схемы состоят, в основном, из транзисторов и поэтому именно они нередко становятся источниками неполадок. Важно понимать влияние короткого замыкания и обрыва на работу конкретной детали и компонентов, с которыми она соединена. Тестирование транзисторов рассматривалось в главе 1. Здесь мы рассмотрим неисправности транзистора применительно к цифровым интегральным микросхемам.

Обрыв

Обрыв означает, что предполагаемый контур протекания тока был каким-либо образом нарушен. Если лампа не работает до тех пор, пока вы не пошевелите провода возле вилки, это свидетельствует о разрыве проводов или обрыве в схеме. Такой же тип неполадки может случиться в цифровой ИМС. Слишком сильный ток мог разрушить кремний, из которого сделан транзистор.

Транзистор вышел из строя, значит он больше не будет включаться. Симптомы этой неполадки напоминают обрыв в схеме. Плохое крепление кристаллодержателя, который ведет к кристаллической пластине, также может привести к обрыву. В любом случае, такая поломка означает, что ток не может больше протекать правильно.

Обрыв в схеме может произойти на входе и на выходе. В результате вход и выход предыдущего устройства электрически разъединены. В зависимости от типа микросхемы она в этом случае будет вести себя по-разному. Посмотрев на схему ТТЛ, вы увидите, что схема с обрывом на входе будет работать, как при приходе логической 1. Следовательно, выход ТТЛ открыт, входы всех схем ТТЛ, подключенных к этому выходу, будут воспринимать всегда логический уровень ВЫСОКИЙ.

Входной сигнал схемы КМОП поступает на затвор полевого КМОП-транзистора. Вход этих микросхем с высоким импедансом может изначально не воспринимать напряжения при обрыве, и считать его логическим уровнем НИЗКИЙ. Через некоторое время, однако, входные токи шумов могут сложиться с входным сигналом и образовать заряд, подобно тому; как это происходит в транзисторе. После накопления достаточного заряда логическая схема может воспринять его как логический уровень ВЫСОКИЙ на входе.

Другая возможность заключается в том, что напряжение на выходе с обрывом будет очень близко к абсолютной границе между высоким и низким логическими уровнями, что вызовет постоянные высокочастотные колебания на выходе прибора. Высокочастотные колебания в цифровой схеме приведут в возрастанию потребления тока, заставляя се нагреваться. В то же время схемы с обрывом на входе не реагируют на поступающие на них сигналы.

Обрывы на входах и выходах микросхем происходят внутри, но могут быть вызваны и плохими соединениями выводов ИМС с контактами панельки, холодной пайкой, трещинами печатной платы, согнутыми выводами ИМС. Для того чтобы отличить эти проблемы от неисправностей внутри микросхемы, сравните логические сигналы выводов микросхемы с подозрением на неисправность с сигналами выводов правильно соединенной микросхемы.

Короткое замыкание

Короткое замыкание — это тот козел отпущения, которого чаще всего обвиняют во всех электрических проблемах.

 Короткое замыкание — непредусмотренное соединение с относительно малым сопротивлением между двумя точками электрической цепи, которое вызывает чрезмерный (часто разрушительный) ток между этими точками.

Создается впечатление, что в 99 % случаев, когда люди дают отчет о проблеме, возникшей в электронном оборудовании, они вынуждены давать авторитетный диагноз: «Это было короткое замыкание». В действительности это явление возникает относительно редко и в большинстве устройств его легко обнаружить. Настоящее короткое замыкание в силовой цепи сопровождается такими признаками, как сгоревшие предохранители, клубы дыма, тлеющие угольки, отчетливый запах горелого кремния.