电子电路维修基础知识（PPT46页)

电子电路维修基础知识（元器件级）江苏白雪电器股份有限公司总师办杨龙编辑目录一电子电路维修的基本概念及意义二故障诊断检修技术基础三常用故障诊断检修方法四电路与设备故障检修步骤五电子元器件的失效机理与故障分析六故障诊断检修中应注意的事项七电子电路故障诊断技术的现状及发展趋势一电子电路维修的基本概念及意义1.1电子电路维修及设备故障诊断的重要意义1.2电子电路故障的基本规律1.3电路故障诊断的基本概念一电子电路维修的基本概念及意1.1电子电路维修及设备故障诊断的重要意义现在电子技术已广泛应用社会方方面面，大到航空航天，小到每个人的手机电脑，家用电器，公司企业的办公设备，自动化生产线，数控加工中心等等。无不由各种基本电子元器件，计算机芯片，集成电路组成，不过随着科技的发展，社会的需求，电子系统的规模越来越大，性能与构造更加完善复杂，同时电子元器件的小型化，集成化程度也日益提高，更新换代越来越快。举个大家司空见惯的例子，就是平常人手一部的智能手机，其性能已远远超过当年电脑刚普及时几万元一台的286,386机了。但是大家知道，任何电子器件都是由各种金属，非金属，塑料等原材料制成，经过数不清的各种加工步骤，各种检测筛选，最后成为可以应用的数不清的电子仪器设备及人手一部的手机。其中不管采矿，冶炼，加工，制造，·····；不管是自动化，机械化制造，还是手工操作装配，·····；还有运输，甚至设计规划等等，无不需要消耗地球上最宝贵的能源，在世界人口膨胀，资源越来越匮乏，再加上大量石化能源造成的环境污染下，节约能源，绿色环保成了地球可持续发展的必经之路，是人类千秋万代延续关键所在。由于系统中有成千上万个器件，任何一个都有可能产生故障，导致整个系统失灵，这是客观规律。最后造成堆积如山的电子垃圾，不但污染了环境，还要花费能源去粉碎，处理，回收，重新再制造新的电子器件。这中间不光有淘汰老旧的产品，还有在用仅仅个别器件损坏而扔掉的电子产品。化腐朽为神奇，让电子垃圾重新焕发青春，不是可以大大节约能源吗？再者我们使用的设备仪器，特别是自动化流水线，个别电子系统的损坏停止工作，不光影响开发工作，还大大影响生产率，仅这两点不就可以看到电子电路维修及设备故障诊断的重要意义了吗？！一电子电路维修的基本概念及意1.2电子电路故障的基本规律一电子电路维修的基本概念及意1.2电子电路故障的基本规律电子电路故障规律：虽然故障的发生呈现在每台电子设备上是随机性，偶发性，但通过大量统计得出一定的规律性，电路故障的曲线特征两头高中间低，呈浴盆状。即所谓的浴盆曲线。从下图可以看出，电子设备故障率随时间变化分3阶段。1.早期下降的多发故障期：此时故障率高，可靠性低，但随工作时间的增加迅速降低，主要原因是设计，制造缺陷及选材不当引起。2.中间平坦曲线的偶发故障期：此时是电子设备的正常工作期，故障率小且稳定，几乎与时间无关。除非发生意外，故障发生因此是随机的，偶发的。3.耗损多发故障期：这是器件经长期使用产生的损耗，磨损疲劳，老化引起，也就是寿命终了。这时故障率随时间增加而迅速上升。一电子电路维修的基本概念及意1.3电路故障诊断的基本概念电路故障诊断主要研究故障诊断方法，被测试器件，电路的可测试性及正确性和故障诊断实现手段与修复更换方法。诊断方式有多种，分别为：1.被测对象与诊断装置的关系分主动诊断与被动诊断；2.在实际诊断时被测对象是否工作分在线诊断与离线诊断；3.诊断中被测对象是否稳定分动态诊断与静态诊断；4.根据被诊断电路性质分数字电路与模拟电路故障诊断。电子电路故障诊断主要流程：1.正确无损拆卸设备及清洁处理电路板与故障部位。2.判断故障位置，故障检测定位。3.故障及受损元器件识别。4.更换损坏器件或调整有关参数，是否故障解除？否则重复第二步。5.故障消除，带载工作，连续监测判断故障是否完全解除。6.正确还原安装设备，认真做好维修记录。二故障诊断检修技术基础2.1电压测试技术2.2电流测试技术2.3频率测试技术2.4功率测试技术2.5其他测试技术2.6模拟电路故障诊断技术2.7数字电路故障诊断技术二故障诊断检修技术基础2.1电压测试技术电路故障检测中最常用的测试技术，既方便操作检测范围又广，不管是器件损坏，电源故障，电路短路·····，各种电路的工作状态通常都以电压的形式反应出来，而电子设备的各种信号也主要以电平高低来表现，特别是数字电路。有关电路节点上，电压值（或电平变化）多有所反应了电子设备电路的工作状态。因此电压测试时各种电参数检测的基础，目前常用电压表（万用表）与示波器检测电压值。1.电压表测试法：为了保证检测准确，必须根据被测信号的特点选择电压表，普通的直流电压只要表的精度足够，电压范围（表的刻度）适合即可。但对被测信号的频率，电路的阻抗容抗等有要求的必须选用覆盖这些范围的电压表，例指针电压表的输入电阻必须20倍大于被测电路的电阻。测动态（模拟放大电路）电压时，指针表较好，能直观反映工作状况。用数字表测静态电压效果较好，它的内阻大。但如果不是能测真有效值，测逆变，变频等电源时误差很大，因为测得是斩波直流电压值，应采用指针表，误差小一点。所以普通电压表测得交流有效值时常用下式换算：全波平均值=0.9倍有效值；峰值=1.414有效值；峰-峰值=2.828有效值。2.示波器测试法：能够直观准确地反映信号波形各部位电压大小，而且目前新型的数字存储示波器除了信号的图形显示外，更能直接显示各种电压的参数如上述的峰值，峰-峰值，有效值，频率，周期等，双踪以上的示波器可以将好的信号与待测的故障信号对比观察，在动态监测时非常有效。注意的是示波器的带宽一定要3-5倍被测信号频率，更高倍数测量更准确。故障诊断检修技术基础2.2电流测试技术电流检测有直接法与间接法。直接法就是将电流表串入电路中，只要考虑电流表的接入方向，量程范围及内阻要小，否则影响测量值与测量精度。间接法即用电压表测串入电阻上的电压值换算电流值。实际上数字表，测大电流量程的指针表也是间接法。同样对交流电流的测量也要注意频率的影响，其次普通仪表一般不用于高频测量，只对平均值响应。示波器也是采用间接测量方法测电流。如采用配备的电流探头，效果更好。钳形表是测量电流的最佳仪表，用电流产生磁场感应霍尔电压的方式，排除了普通检流电阻串入电路中产生的误差。同时适用测量频率从直流到50MHZ的。使用方便只要卡入一根待测导线即可。但要注意一般钳形表只能测交流电流。质量较好的钳形表既能测真有效值，也能测直流电流。电流检测判断电路工作是否正常，在模拟电路中决定放大器是否在工作点上而不失真不过载，特别是动态监测整个电子设备长期工作，满负载工作时最有效的手段。故障诊断检修技术基础2.3频率测试技术频率是表征电磁振荡特性的基本参数，在设计调试开关电源时最常用的测试参数。常用的方法是示波器测试法和电子计数器（频率计）测试法1.示波器测试法：应用目前的数字示波器测量比较方便，测量的参数及图形都一目了然，既看到信号的波形，幅值，又直观显示了频率或周期，以及占空比等波的特性。2.频率计测试法：该方法只能看到频率值，不知道信号的幅值等，但精度很高，取决于频率计显示的位数。通过周期是频率的倒数来计算周期数。通过频率测试来检测开关电源PWM芯片工作是否正常，特别是驱动波形是否与工作要求相符是判断检修开关电源（包括变频器，逆变器等）最基本手段之一。故障诊断检修技术基础2.4功率测试技术功率测量是用来确定元件或电子设备（电源，逆变器等）单位时间内提供，吸收，传送能量的多少。一般常用功率计来测试，对直流功率测试比较简单，只要电压乘以电流，用电压表与电流表就可完成，对交流功率比较复杂要再乘上cosθ才能得到平均功率。而对于含有各种谐波的开关电源，逆变器，变频器其输出总功率是主要有效作功的功率与多个谐波功率分量之和。功率测量主要是判断设计的的电子设备是否满足要求，特别是一些带谐波输出的设备，谐波功率越小，则设备效率越高，负载电器也减少发热。但能测谐波功率的仪表较贵，要带功率测量的数字仪表上才能实现，因为要经过复杂的运算。其次在功率电路设计时或维修中，判断选用某些功率负载电阻，需要得到功率值作为依据，要计算或实测来得到。故障诊断检修技术基础2.5其他测试技术随着科技的发展，各种测试技术层出不穷，越来越高精尖。甚至有人为此可获得诺贝尔奖，这不是我们的讨论范围。其他常见的测量技术：如相位测量，只要用双踪以上的示波器就可实现；噪声测量，只要有足够带宽的示波器也可实现或者采用正弦波（噪声）发生器来检测；分贝测试技术，常用于声音功率的测量。一般均采用分贝表来检测。频率特性测试技术，在音频放大电路，高频放大电路中常用到，实际上是要求对输入的待放大微弱信号要在设计的频率范围内均能得到相同的放大倍数，以及输出信号波形的相位完全与输入信号同相不偏移。即所谓的高保真，因此要进行包括幅频特性及相频特性的测试；数据域测试·技术即数字电路测试技术，下一节再讨论。就是用逻辑分析仪，仿真测试技术等来进行。以上如需要用到的测试技术希望去参考相关书籍进行，因为不常用且需要昂贵的仪器。故障诊断检修技术基础2.6模拟电路故障诊断技术虽然同样用到以上的各种测试技术，因为该两种电路有其特殊性，故另分章节来讨论模拟电路的故障特点:发生故障元件的有限性；故障发生的多样性；故障存在的独立性，多个故障不会相互抵消使电路正常；各种故障的模糊性，有时几个故障信息交叉混淆难以辨析定位。模拟电路测试诊断特点：1）频率范围宽，可从负赫兹变化到吉赫兹变化，即使测量同一电量，采用的仪器，方法，原理，大相径庭，否则得不到准确的结果。2）量程范围宽：模拟电路中须测试的电流，电压范围可达几十个数量级，如微伏，微安到几千安或伏特。模拟电路故障诊断的主要困难：1）由于模拟电路故障的多样性，而且变化是连续的，因此故障模拟推测定位困难。2）元件参数都有一定的误差及温度系数，使故障诊断一定程度上失去准确性与稳定性。3）由于非线性，噪声，温升，器件误差等存在，使模拟电路的输入输出关系呈现复杂的现象，难以像数字电路那样用真值表明确表示。4）非线性元件工作点难以确定，其计算影响因素很多，往往要在实际调试才能确定。5）现代各种典型的模拟电路大多集成化，外部少数引脚检测难以反映电路内部情况，一般均直接更换了事。6）综上所述模拟电路的故障诊断往往依赖长期维修，测试，积累，总结的经验较多。故障诊断检修技术基础2.7数字电路故障诊断技术数字电路的信号在时间上和数值上都是离散的。用来处理与变换这种信号，进行算术运算和逻辑运算，仅采用有两个状态的元件来表示信息，即所谓的高低电平，0或1。因此其基本单元电路简单，对元器件电参数要求不严格，允许电路的参数有较大的离散性，信号波形的分析也较简单，方波只要能区别两种状态即可。数字电路分为组合逻辑电路：任何时刻输出端的状态取决于该时各个输入端的状态，与原来电路的输出状态无关。时序逻辑电路又分为存储电路，同步时序逻辑电路及异步时序逻辑电路。基本原理是带触发器组成的存储电路来记忆信号。有时钟节拍控制，逐拍动作，触发器翻转，脉冲结束，就锁定在新的输出状态，为同步时序；异步即没有统一时钟，每个输入端时钟及信号不同时来，触发器翻转也不同时，经一段时间后输出处于新的稳定状态。根据以上分析，数字电路的故障诊断有一定的可预测性，可分析性。可建立仿真模型，使电路具有自测自检功能。针对每一种逻辑电路，只要有它的真值表，就可用简单的电压表，在输入端加上待测所需电平直接观察输出端电平状态与真值表比较，就足以判断该电路好坏。时序逻辑电路有一定复杂性，但只要仔细分解分析，也不难找到问题所在，最困难的是逻辑竞争，在特定条件下才能发生的故障比较难找。常用工具是逻辑笔，逻辑分析仪，多踪示波器等。三常用故障诊断检修方法3.1直觉检查法3.2同类比对法3.3在线测试法3.4更新替换法3.5电路分隔法3.6波形观察法