电子线路板的各种故障检测方法

采用适当的方法,查找、判断和确定电子线路板故障具体部位及其原因,是故障检测的关键。下面介绍的电子线路板各种故障检测方法,是长期实践中总结归纳出来的行之有效的方法。具体应用中还要针对具体检测对象,交叉、灵活加以运用,并不断总结适合自己工作领域的经验方法,才能达到快速准确有效排除故障的目的。 
       1. 观察法 
     观察法是通过人体感觉发现电子线路故障的方法。这是一种最简单,最安全的方法,也是各种仪器设备通用的检测过程的第一步。 
     观察法又可分为静态观察法和动态观察法两种。 
     一、 静态观察法  
     它又称为不通电观察法。在电子线路通电前主要通过目视检查找出某些故障。实践证明,占电子线路故障相当比例的焊点失效,导线接头断开,电容器漏液或炸裂,接插件松脱,电接点生锈等故障,完全可以通过观察发现,没有必要对整个电路大动干戈,导致故障升级。 
     “静态”强调静心凝神,仔细观察,马马虎虎走马观花往往不能发现故障。 
     静态观察,要先外后内,循序渐进。打开机壳前先检查电器外表,有无碰伤,按键、插口电线电缆有无损坏,保险是否烧断等。打开机壳后,先看机内各种装置和元器件,有无相碰、断线、烧坏等现象,然后用手或工具拨动一些元器件、导线等进行进一步检查。对于试验电路或样机,要对照原理检查接线有无错误,元器件是否符合设计要求,IC管脚有无插错方向或折弯,有无漏焊、桥接等故障。  
     当静态观察未发现异常时,可进一步用动态观察法。 
     二、 动态观察法 
     它也称通电观察法,即给线路通电后,运用人体视、嗅、听、触觉检查线路故障。 通电观察,特别是较大设备通电时应尽可能采用隔离变压器和调压器逐渐加电、防止故障扩大。一般情况下还应使用仪表,如电流表、电压表等监视电路状态。 
     通电后,眼要看电路内有无打火、臂烟等现象;耳要听电路内有无异常声音;鼻要闻电器内有无烧焦、烧糊的异味;手要触摸一些管子,集成电路等是否发烫,(注意:高压、大电流电路须防触电、防烫伤)发现异常立即断电。 
     通电观察,有时可以确定故障原因,但大部分情况下并不能确认故障确切部位及原因。例如一个集成电路发热,可能是周边电路故障,也可能是供电电压有误,既可能是负载过重也可能是电路自激,当然也不排除集成电路本身损坏,必须配合其他检测方法,分析判断,找出故障所在。 
     2. 测量法 
     测量法是故障检测中使用最广泛、最有效的方法。根据检测的电参数特性又可分为电阻法、电压法、电流法、逻辑状态法和波形法。 
     一、电阻法 
     电阻是各种电子元器件和电路的基本特征,利用万用表测量电子元器件或电路各点之间电阻值来判断故障的方法称为电阻法。 
     测量电阻值,有 “在线”和“离线” 两种基本方式。 
     “在线”测量,需要考虑被测元器件受其他并联支路的影响,测量结果应对照原理图分析判断。 
     “离线”测量需要将被测元器件或电路从整个电路或印制板上脱焊下来,操作较麻烦但结果准确可靠。 
     用电阻法测量集成电路,通常先将一个表笔接地,用另一个表笔测各引脚对地电阻值,然后交换表笔再测一次,将测量值与正常值(有些维修资料给出,或自己积累)进行比较,相差较大者往往是故障所在。(不一定是集成电路坏!) 
     电阻法对确定开关、接插件、导线、印制板导电图形的通断及电阻器的变质,电容器短路,电感线圈断路等故障非常有效而且快捷,但对晶体管、集成电路以及电路单元来说,一般不能直接判定故障,需要对比分析或兼用其他方法,但由于电阻法不用给电路通电,可将检测风险降到最小,故一般检测首先采用。 
     注意  
     (1)使用电阻法时应在线路断电、大电容放电的情况下进行,否则结果不准确,还可能损坏万用表。 
     (2)在检测低电压供电的集成电路(5V)时避免用指针式万用表的lOK档。 
     (3)在线测量时应将万用表表笔交替测试,对比分析。  
     二、电压法 
     电子线路正常工作时,线路各点都有一个确定的工作电压,通过测量电压来判断故障的方法称为电压法。 
     电压法是通电检测手段中最基本、最常用的方法。根据电源性质又可分为交流和直流两种电压测量。 
     1.交流电压测量 
     一般电子线路中交流回路较为简单,对50/60Hz市电升压或降压后的电压只须使用普通万用表选择合适AC量程即可,测高压时要注意安全并养成用单手操作的习惯。 
     对非50/60Hz的电源,例如变频器输出电压的测量就要考虑所用电压表的频率特性,一般指针式万用表为45~2000Hz,数字式万用表为45~500Hz,超过范围或非正弦波测量结果都不正确。 
     2.直流电压测量 
     检测直流电压一般分为三步:  
       (1)测量稳压电路输出端是否正常。 
       (2)各单元电路及电路的关键“点”,例如放大电路输出点,外接部件电源端等处电压是否正常。 
       (3)电路主要元器件如晶体管、集成电路各管脚电压是否正常,对集成电路首先要测电源端。  
     比较完善的产品说明书中应该给出电路各点正常工作电压,有些维修资料中还提供集成电路各引脚的工作电压。另外也可对比正常工作的同种电路测得各点电压。偏离正常电压较多的部位或元器件,往往就是故障所在部位。 
     这种检测方法,要求工作者具有电路分析能力并尽可能收集相关电路的资料数据,才能达到事半功倍的效果。 
     三、电流法 
     电子线路正常工作时,各部分工作电流是稳定的,偏离正常值较大的部位往往是故障所在。这就是用电流法检侧线路故阵的原理。 
     电流法有直接测量和间接测量 两种方法。 
     直接测量就是将电流表直接串接在欲检测的回路测得电流值的方法。这种方法直观、准确,但往往需要对线路作“手术”,例如断开导线,脱焊元器件引脚等,才能进行测量,因而不大方便。对于整机总电流的测量,一般可通过将电流表两个表笔接到开关上的方式测得,对使用220V交流电的线路必须注意测量安全。 
     间接侧量法实际上是用测电压的方法换算成电流值。这种方法快捷方便,但如果所选侧量点的元器件有故障则不容易准确判断.  
     欲通过测Re的电压降确定三极管工作电流是否正常,如Re本身阻值偏差较大或Ce漏电,都可引起误判。 
     四、波形法 
     对交变信号产生和处理电路来说,采用示波器观察信号通路各点的波形是最直观、最有效的故障检测方法。 
     波形法应用于以下三种情况: 
     1.波形的有无和形状 
     在电子线路中一般对电路各点的波形有无和形状是确定的,例如标准的电视机原理图中就给出各点波形的形状及幅值,如果测得该点波形没有或形状相差较大,则故障发生于该电路可能性较大。 
     当观察到不应出现的自激振荡或调制波形时,虽不能确定故障部位,但可从频率、幅值大小分析故障原因。 
     2.波形失真 
     在放大或缓冲等电路中,若电路参数失配或元器件选择不当或损坏都会引起波形失真,通过观测波形和分析电路可以找出故障原因。 
     3.波形参数 
     利用示波器测量波形的各种参数,如幅值、周期、前后沿相位等,与正常工作时的波形参数对照,找出故障原因。 
     应用波形法要注意  
       (1)对电路高电压和大幅度脉冲部位一定注意不能超过示波器的允许电压范围。必要时采用高压探头或对电路观测点采取分压或取样等措施。 
       (2)示波器接人电路时本身输人阻抗对电路有一定影响,特别测量脉冲电路时,要采用有补偿作用的10:1探头,否则观测的波形与实际不符。  
     五、逻辑状态法 
     对数字电路而言,只须判断电路各部位的逻辑状态即可确定电路工作是否正常。数字逻辑主要由高低两种电平状态,另外还有脉冲串及高阻状态。因而可以使用逻辑笔进行电路检测。 
     逻辑笔具有体积小,携带使用方便的优点。功能简单的逻辑笔可测单种电路(TTL或CMOS)的逻辑状态,功能较全的逻辑笔除可测多种电路的逻辑状态,还可定量测脉冲个数,有些还具有脉冲信号发生器作用,可发出单个脉冲或连续脉冲供检测电路用。 
     3. 跟踪法 
     信号传输电路,包括信号获取(信号产生),信号处理(信号放大,转换,滤波,隔离等)以及信号执行电路,在现代电子电路中占有很大比例。这种电路的检测关键是跟踪信号的传输环节。具体应用中根据电路的种类可有信号寻迹法和信号注人法两种。 
     一、信号寻迹法 
     信号寻迹法是针对信号产生和处理电路的信号流向寻找信号踪迹的检测方法,具体检测时又可分为正向寻迹(由输人到输出顺序查找),反向寻迹(由输出到输人顺序查找)和等分寻迹三种。 
     正向寻迹是常用的检测方法,可以借助测试仪器(示波器、频率计、万用表等)逐级定性、定量检测信号,从而确定故障部位。图三是交流毫伏表的电路框图及检测示意图。我们用一个固定的正弦波信号加到毫伏表输人端,从衰减电路开始逐级检测各级电路,根据该级电路功能及性能可以判断该处信号是否正常,逐级观测,直到查出故障。 
     显然,反向寻迹检测仅仅是检测的顺序不同。 
     等分寻迹对于单元较多的电路是一种高效的方法。我们以某仪器时基信号产生电路为例说明这种方法。该电路由置于恒温槽中的晶体振荡器产生5MHz信号,经9级分频电路,产生测试要求的1Hz和0. OlHz信号,如图四所示。 
     电路共有10个单元,如果第9单元有问题,采用正向法需测试8次才能找到.等分寻迹法是将电路分为两部分,先判定故障在哪一部分,然后将有故障的部分再分为两部分检测。仍以第9单元故障为例,用等分寻迹法测1kHz信号,发现正常,判定故障在后半部分;再测1Hz信号,仍正常,可制定故障在9,10单元,第三次测0. 1Hz信号,即可确定第9单元的故障。显然等分寻迹法效率大为提高。 
     等分寻迹法适用多级串联结构的电路,且各级电路故障率大致相同,每次测试时间差不多的电路。对于有分支、有反馈或单元较少的电路则不适用。 
     二、信号注入法 
     对于本身不带信号产生电路或信号产生电路有故障的信号处理电路采用信号注人法是有效的检测方法。所谓信号注人,就是在信号处理电路的各级输人端输人已知的外加测试信号,通过终端指示器(例如指示仪表、扬声器、显示器等)或检测仪器来判断电路工作状态,从而找出电路故障。 
     各种广播电视接收设备是采用信号注人法检测的典型。图五是一个典型调频立体声收音机框图。检测时需要两种信号:鉴频器之前要求调频立体声信号,解码器之后是音频信号。通常检测收音机电路是采用反向信号注人,即先将一定频率和幅度的音频信号从AR , AL开始逐渐向前推移,通过扬声器或耳机监听声音的有无和音质及大小,从而判断电路故障。如果音频电路部分正常,就要用调频立体声信号源从G , H......依次注人,直到找出故障点。 
     采用信号注人法检测时要注意以下几点  
       (1)信号注人顺序根据具体电路可采用正向、反向或中间注人的顺序。 
       (2)注人信号的性质和幅度要根据电路和注人点变化,如上例收音机音频部分注人信号,越靠近扬声器需要的信号越强,同样信号注人B点可能正常,注入D点可能过强使放大器饱和失真。通常可以估测注人点工作信号作为注人信号的参考。 
       (3)注人信号时要选择合适接地点,防止信号源和被测电路相互影响。一般情况下可选择靠近注人点的接地点。 
       (4)信号与被测电路要选择合适的藕合方式,例如交流信号应串接合适电容,直流信号串接适当电阻,使信号与被测电路阻抗匹配。 
       (5)信号注人有时可采用简单易行的方式,如收音机检测时就可用人体感应信号作为注人信号(即手持导电体碰触相应电路部分)进行判别。同理,有时也必须注意感应信号对外加信号检测的影响。  
     4. 替换法 
     替换法是用规格性能相同的正常元器件,电路或部件,代替电路中被怀疑的相应部分,从而判断故障所在的一种检测方法,也是电路调试、检修中最常用,最有效的方法之一。 
     实际应用中,按替换的对象不同,可有三种方法。 
     1.元器件替换 
     元器件替换除某些电路结构较为方便外(例如带插接件的IC,开关,继电器等),一般都需拆焊,操作比较麻烦且容易损坏周边电路或印制板,因此元器件替换一般只作为其他检测方法均难判别时才采用的方法,并且尽量避免对电路板做“大手术”。例如,怀疑某两个引线元器件开路,可直接焊上一个新元件试验之;怀疑某个电容容量减小可再并上一只电容试之。 
     2.单元电路替换 
     当怀疑某一单元电路有故障时,另用一台同样型号或类型的正常电路,替换待查机器的相应单元电路,可判定此单元电路是否正常。有些电路有相同的电路若干路,例如立体声电路左右声道完全相同,可用于交叉替换试验。 
     当电子设备采用单元电路多板结构时替换试验是比较方便的。因此对现场维修要求较高的设备,尽可熊采用方便替换的结构,使设备维修性良好。 
     3.部件替换 
     随着集成电路和安装技术的发展,电子产品迅速向集成度更高,功能更多,体积更小的方向发展,不仅元器件级的替换试验困难,单元电路替换也越来越不方便,过去十几块甚至几十块电路的功能,现在用一块集成电路即可完成,在单位面积的印制板上可以容纳更多的电路单元。电路的检测、维修逐渐向板卡级甚至整体方向发展。特别是较为复杂的由若千独立功能件组成的系统,检测时主要采用的是部件替换方法。 
     部件替换试验要遵循以下三点  
       (1)用于替换的部件与原部件必须型号、规格一致,或者是主要性能、功能兼容的,并且能正常工作的部件。 
       (2)要替换的部件接口工作正常,至少电源及输人、输出口正常,不会使替换部件损坏。这一点要求在替换前分析故障现象并对接口电源作必要检测。 
       (3)替换要单独试验,不要一次换多个部件。  
     最后需要强调的是替换法虽是一种常用检测方法,但不是最佳方法,更不是首选方法。它只是在用其他方法检测的基础上对某一部分有怀疑时才选用的方法。 
     对于采用微处理器的系统还应注意先排除软件故障,然后才进行硬件检测和替换。
     5. 比较法 
     有时用多种检测手段及试验方法都不能判定故障所在,并不复杂的比较法却能出奇制胜。常用的比较法有整机比较、调整比较、旁路比较及排除比较等四种方法。 
     1.整机比较法 
     整机比较法是将故障机与同一类型正常工作的机器进行比较,查找故障的方法。这种方法对缺乏资料而本身较复杂的设备,例如以微处理器为基础的产品尤为适用。 
     整机比较法是以检测法为基础的。对可能存在故障的电路部分进行工作点测定和波形观察,或者信号监测,比较好坏设备的差别,往往会发现问题。当然由于每台设备不可能完全一致,检测结果还要分析判断,这些常识性问题需要基本理论基础和日常工作的积累。 
     2.调整比较法 
     调整比较法是通过整机设备可调元件或改变某些现状,比较调整前后电路的变化来确定故障的一种检测方法。这种方法特别适用于放置时间较长,或经过搬运、跌落等外部条件变化引起故障的设备。 
     正常情况下,检测设备时不应随便变动可调部件。但因为设备受外界力作用有可能改变出厂的整定而引起故障,因而在检测时在事先做好复位标记的前提下可改变某些可调电容、电阻、电感等元件,并注意比较调整前后设备的工作状况。有时还需要触动元器件引脚、导线、接插件或者将插件拔出重新插接,或者将怀疑印制板部位重新焊接等等,注意观察和记录状态变化前后设备的工作状况,发现故障和排除故障。 
     运用调整比较法时最忌讳乱调乱动,而又不作标记。调整和改变现状应一步一步改变,随时比较变化前后的状态,发现调整无效或向坏的方向变化应及时恢复。 
     3.旁路比较法 
     旁路比较法是用适当容量和耐压的电容对被检测设备电路的某些部位进行旁路的比较检查方法,适用于电源干扰、寄生振荡等故障。 
     因为旁路比较实际是一种交流短路试验,所以一般情况下先选用一种容量较小的电容,临时跨接在有疑问的电路部位和“地”之间,观察比较故障现象的变化。如果电路向好的方向变化,可适当加大电容容量再试,直到消除故障,根据旁路的部位可以判定故障的部位。 
     4.排除比较法 
     有些组合整机或组合系统中往往有若干相同功能和结构的组件,调试中发现系统功能不正常时,不能确定引起故障的组件,这种情况下采用排除比较法容易确认故障所在。方法是逐一插人组件,同时监视整机或系统,如果系统正常工作,就可排除该组件的嫌疑,再插人另一块组件试验,直到找出故障。 
     例如,某控制系统用8个插卡分别控制8个对象,调试中发现系统存在干扰,采用比较排除法,当插人第五块卡时干扰现象出现,确认问题出在第五块卡上,用其他卡代之,干扰排除。 
     注意  
       (1)上述方法是递加排除,显然也可采用逆向方向,即递减排除。 
       (2)这种多单元系统故障有时不是一个单元组件引起的,这种情况下应多次比较才可排除。 
       (3)采用排除比较法时注意每次插人或拔出单元组件都要关断电源,防止带电插拔造成系统损坏。  
     6. 计算机智能自动检测 
     利用计算机强大的数据处理能力并结合现代传感器技术可以使电路检测逐步自动化和智能化。这在当前各种计算机以及以计算机为主体的设备中应用越来越广泛,水平越来越高。以下几种是目前常见的计算机检测方法: 
     一、开机自检 
     这是一种初级检测方法。利用计算机ROM中固化的通电自检程序(POST,power-onself test)对计算机内部各种硬件,外设及接口等设备进行检测,另外还能自动测试机内硬件和软件的配置情况,当检出错误(故障)时,进行声响和屏幕提示。 
     这种开机用软件检测硬件各部分的特征参数,测试结果与预先存储的标准值对比的方式进行诊断,可以判定硬件的好坏,但一般情况下不能确定故障具体的部位,也不能按操作者意愿进行深人测试。 
     二、检测诊断程序 
     这种方法是计算机运行一种专门的检测诊断程序,它可以由操作者设置和选择测试的目标、内容和故障报告方式,对大多数故障可以定位至芯片。 
     这一类专用程序很多,例如QAPLUS, NORTON, PCTOOLS等,随着版本升级,功能越来越强。另外系统软件中一般本身也带有检测程序,例如DOS6. X以及WIN3. X,WIN. 9X都具有相应检测功能。 
     显然这种检测方法的前提是计算机本身基本正常工作。如果计算机有严重故障,这种方式就无能为力了。 
     三、智能监测 
     这是目前最新技术发展趋向,是最先进的保证机器正常工作的模式。这种方法利用装在计算机内的专门硬件和软件对系统进行监测,例如对CPU的温度,工作电压,机内温度等不断进行自动测试,一旦超出范围立即显示出报警信息,便于用户采取措施,保证机器正常运转。这种智能监测方式在一定范围内还可自动采取措施消除故障隐患,例如机内温度过高,自动增加风扇转速强迫降温,甚至强制机器“休眠”,而在机内温度较低时降低风扇转速或停转,以节能和降低噪声。 
     显然,这种防患于未然并能自动调整运行的模式是检测最理想的方法,现在主流计算机和以计算机为主体的设备大都具有这种先进功能。随着技术的发展,这种智能监测方式将会在更多的产品上使用,使电子产品向更高的水平发展。

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