В ремонте техники и сборке схем всегда нужно быть уверенным в исправности всех элементов, а иначе вы зря потратите время. Микроконтроллеры тоже могут сгореть, но как его проверить, если нет внешних признаков: трещин на корпусе, обугленных участков, запаха гари и прочего? Для этого нужно:

Источник питания со стабилизированным напряжением;

Мультиметр;

Осциллограф.

Внимание:

Полная проверка всех узлов микроконтроллера трудна - лучший способ заменить заведомо исправным, или на имеющийся прошить другой программный код и проверить его выполнение. При этом программа должна включать как проверку всех пинов (например, включение и отключение светодиодов через заданный промежуток времени), а также цепи прерываний и прочего.

Теория

Это сложное устройство в нём многофункциональных узлов:

цепи питания;

регистры;

входы-выходы;

интерфейсы и прочее.

Поэтому при диагностике микроконтроллера возникают проблемы:

Работа очевидных узлов не гарантирует работу остальных составных частей.

Прежде чем приступать к диагностике любой интегральной микросхемы нужно ознакомиться с технической документацией, чтобы её найти напишите в поисковике фразу типа: «название элемента datasheet», как вариант - «atmega328 datasheet».

На первых же листах вы увидите базовые сведения об элементе, для примера рассмотрим отдельные моменты из даташита на распространенную 328-ю атмегу, допустим, она у нас в dip28 корпусе, Нужно найти цоколевки микроконтроллеров в разных корпусах, рассмотрим интересующий нас dip28.

Первое на что мы обратим внимание - это то, что выводы 7 и 8 отвечают за плюс питания и общий провод. Теперь нам нужно узнать характеристики цепей питания и потребление микроконтроллера. Напряжение питания от 1.8 до 5.5 В, ток потребляемый в активном режиме - 0.2 мА, в режиме пониженного энергопотребления - 0.75 мкА, при этом включены 32 кГц часы реального времени. Температурный диапазон от -40 до 105 градусов цельсия.

Этих сведений нам достаточно, чтобы провести базовую диагностику.

Основные причины

Микроконтроллеры выходят из строя, как по неконтролируемым обстоятельствам, так и из-за неверного обращения:

1. Перегрев при работе.

2. Перегрев при пайке.

3. Перегрузка выводов.

4. Переполюсовка питания.

5. Статическое электричество.

6. Всплески в цепях питания.

7. Механические повреждения.

8. Воздействие влаги.

Рассмотрим подробно каждую из них:

1. Перегрев может возникнуть, если вы эксплуатируете устройство в горячем месте, или если вы свою конструкцию поместили в слишком маленький корпус. Температуру микроконтроллера может повысить и слишком плотный монтаж, неверная разводка печатной платы, когда рядом с ним находятся греющиеся элементы - резисторы, транзисторы силовых цепей, линейные стабилизаторы питания. Максимально допустимые температуры распространенных микроконтроллеров лежат в пределах 80-150 градусов цельсия.

2. Если паять слишком мощным паяльником или долго держать жало на ножках вы можете перегреть мк. Тепло через выводы дойдёт до кристалла и разрушит его или соединение его с пинами.

3. Перегрузка выводов возникает из-за неверных схемотехнических решений и коротких замыканий на землю.

4. Переполюсовка, т.е. подача на Vcc минуса питания, а на GND - плюса может быть следствием неправильной установки ИМС на печатную плату, или неверного подключения к программатору.

5. Статическое электричество может повредить чип, как при монтаже, если вы не используете антистатическую атрибутику и заземление, так и в процессе работы.

6. Если произошел сбой, пробило стабилизатор или еще по какой-то причине на микроконтроллер было подано напряжение выше допустимого - он вряд ли останется цел. Это зависит от продолжительности воздействия аварийной ситуации.

7. Также не стоит слишком усердствовать при монтаже детали или разборке устройства, чтобы не повредить ножки и корпус элемента.

8. Влага становится причиной окислов, приводит к потере контактов, короткого замыкания. Причем речь идет не только о прямом попадании жидкости на плату, но и о длительной работе в условиях с повышенной влажностью (возле водоёмов и в подвалах).

Проверяем микроконтроллер без инструментов

Начните с внешнего осмотра: корпус должен быть целым, пайка выводов должна быть безупречной, без микротрещин и окислов. Это можно сделать даже с помощью обычного увеличительного стекла.

Если устройство вообще не работает - проверьте температуру микроконтроллера, если он сильно нагружен, он может греться, но не обжигать, т.е. температура корпуса должна быть такой, чтобы палец терпел при долгом удерживании. Больше без инструмента вы ничего не сделаете.

Проверьте, приходит ли напряжение на выводы Vcc и Gnd. Если напряжение в норме нужно замерить ток, для этого удобно разрезать дорожку, ведущую к выводу питания Vcc, тогда вы сможете локализоровать измерения до конкретной микросхемы, без влияния параллельно подключенных элементов.

Не забудьте зачистить покрытие платы до медного слоя в том месте, где будете прикасаться щупом. Если разрезать аккуратно, восстановить дорожку можно каплей припоя, или кусочком меди, например из обмотки трансформатора.

Как вариант можно запитать микроконтроллер от внешнего источника питания 5В (или другого подходящего напряжения), и замерить потребление, но дорожку резать все равно нужно, чтобы исключить влияние других элементов.

Для проведения всех измерений нам достаточно сведений из даташита. Не будет лишним посмотреть, на какое напряжение рассчитан стабилизатор питания для микроконтроллера. Дело в том, что разные микроконтроллерные схемы питаются от разных напряжений, это может быть и 3.3В, и 5В и другие. Напряжение может присутствовать, но не соответствовать номиналу.

Если напряжения нет - проверьте, нет ли КЗ в цепи питания, и на остальных ножках. Чтобы быстро это сделать отключите питание платы, включите мультиметр в режим прозвонки, поставьте один щуп на общий провод платы (массу).

Обычно она проходит по периметру платы, а на местах крепления с корпусом имеются залуженные площадки или на корпусах разъёмов. А вторым проведите по всем выводам микросхемы. Если он где-то запищит - проверьте что это за пин, прозвонка должна сработать на выводе GND (8-й вывод на atmega328).

Если не сработала - возможно, оборвана цепь между микроконтроллером и общим проводом. Если сработала на других ножках - смотрите по схеме, нет ли низкоомных сопротивлений между пином и минусом. Если нет - нужно выпаять микроконтроллер и прозвонить повторно. То же самое проверяем, но теперь между плюсом питания (с 7-м выводом) и выводами микроконтроллера. При желании прозваниваются все ножки между собой и проверяется схема подключения.

Глаза электронщика. С его помощью вы можете проверить наличие генерации на резонаторе. Он подключается между выводами XTAL1,2 (ножки 9 и 10).

Но щуп осциллографа имеет ёмкость, обычно 100 пФ, если установить делитель на 10 ёмкость щупа снизится до 20 пФ. Это вносит изменения в сигнал. Но для проверки работоспособности это не столь существенно, нам нужно увидеть есть ли колебания вообще. Сигнал должен иметь форму наподобие этой, и частоту соответствующую конкретному экземпляру.

Если в схеме используется внешняя память, то проверить можно очень легко. На линии обмена данными должны быть пачки прямоугольных импульсов.

Это значит, что микроконтроллер исправно выполняет код и обменивается информацией с памятью.

Если выпаятьмикроконтроллер и подключить его к программатору можно проверить его реакцию. Для этого в программе на ПК нажмите кнопку Read, после чего вы увидите ID программатора, на AVR можно попробовать читать фьюзы. Если нет защиты от чтения, вы можете считать дамп прошивки, загрузить другую программу, проверить работу на известном вам коде.Это эффективный и простой способ диагностики неисправностей микроконтроллера.

Программатор может быть как специализированным, типа USBASP для семейства АВР:

Так и универсальный, типа Miniprog.

Заключение

Как таковая проверка микроконтроллера не отличается от проверки любой другой микросхемы, разве что у вас появляется возможность использовать программатор и считать информацию микроконтроллера. Так вы убедитесь в его возможности взаимосвязи с ПК. Тем не менее, случаются неисправности, которые нельзя детектировать таким образом.

Вообще управляющее устройство редко выходит из строя, чаще проблема заключается в обвязке, поэтому не стоит сразу же лезть к микроконтроллеру со всем инструментарием, проверьте всю схему, чтобы не получить проблем с последующей прошивкой.

В радиолюбительской и профессиональной практике часто возникает необхо­димость проверить исправность простых цифровых микросхем. Использовать для этого сложные логические тестеры и анализаторы вряд ли целесообразно. Вполне можно обойтись тестером для проверки логических элементов различных микросхем.

Логический тестер простых цифровых микросхем комбинационной логики по­зволяет проверять исправность каждого в отдельности логического элемента (ЛЭ) микросхемы с логическими функциями двух входных переменных 2И, 2ИЛИ, 2ИСКЛ.ИЛИ и их инверсиями для популярных серий ТТЛ и КМОП. К ним относятся микросхемы функционапьных типов ЛАЗ, ЛА8, ЛА9, ЛА11-ЛА13, ЛА18, ЛА21, ЛА23; ЛЕ1, ЛЕ5, ЛЕ6, ЛЕ10, ЛЕ11; ЛИ1, Л И 2, ЛИ8; Л Л 1 , Л Л 2, ЛЛ4; Л П 5, Л П 8 , ЛП12; ТЛЗ серий ТТЛ (ТТЛ Ш) К155, К158, К131, К531, К555, КР1531, КР1533 и других, а также серий КМОП КР1554, 74 НС (1564) и типов КТЗ, ЛА7, ЛЕ5, ЛИ2, Л П 2, ЛП14, ТЛ1 серий КМОП К176, К561, 564, КР1561 . Прибор позволяет определять ло­гическую функцию (в пределах шести указанных) и цоколевку микросхем с двух­входовыми ЛЭ. Кроме того, тестером можно проверять исправность работы бипо­лярных транзисторов, диодов и различных р-n переходов.

Простота конструкции и удобство пользования им, наряду с достаточно широ­кими функциональными возможностями и компактным с исполнением автономным питанием от батареи «Корунд», позволяют использовать этот прибор не только в любительской радиолаборатории или, например, при покупке приборов на радио­рынках, но и для входного контроля при мелкосерийном производстве РЭА.

Схема тестера приведена на рисунке. Генератор импульсов на DD1.1, DD1.2 с частотой около 20 Гц формирует с помощью двух двоичных делителей частоты на триггерах DD2.1, DD2.2 периодическую тестовую последовательность логиче­ских сигналов для формирования таблицы истинности логической функции двух входных переменных - 00, 01, 10, 11. Из этой тестовой последовательности обра­зуются опорные сигналы логических функций 2И (элемент DD3.1), 2ИСКЛ.ИЛИ (элемент DD1.3) и 2ИЛИ (элементы DD3.2, DD3.3). Выбор функции осуществляется с помощью переключателя SB3, элемент DD3.4 инвертирует сигнал функции, а ин­версия функции выбирается переключателем SB4 (например, 2И-НЕ, как показано на рисунке).

При равенстве проверяемого и опорного логических сигналов выходной сигнал ЛЭ сравнения равен нулю и светодиод не светится. Если же проверяемый и опор­ный сигналы различны, то соответствующий ошибочному проверяемому сигналу ЛЭ сравнения высоким выходным уровнем включает светодиод, индицируя неисп­равность данного ЛЭ (точнее, отличие логической функции элемента от опорной).

Для облегчения идентификации неисправного ЛЭ светодиоды удобно располо­жить вблизи соответствующих выводов проверяемой микросхемы (условно пока­занных на правом поле рисунка) контактной панели с DD5. При полностью исправ­ной микросхеме DD5 все светодиоды погашены, а при ошибке хотя бы в одном ЛЭ будет мигать или постоянно светиться один или несколько светодиодов, сигнали­зируя о неисправности. Таким образом, данный логический тестер позволит вы­явить один неисправный ЛЭ при остальных годных, что может оказаться полезным в радиолюбительской практике.

Переключателями SB1 и SB2 осуществляется выбор цоколевки проверяемой микросхемы в соответствии с приводимой таблицей (на рисунке показано положе­ние переключателей SB1, SB2 для проверки микросхем ЛА7, ЛЕ5, ЛП2 и других се­рий КМОП - К176, К561, 564, КР1561). Если цоколевка или логическая функция проверяемой микросхемы неизвестны, то их можно определить (в пределах функ­циональных возможностей данного тестера), перебирая положения переключате­лей SB 1, SB2, SA3. SB4.

Этим логическим тестером можно также проверять исправность биполярных транзисторов, диодов и различных р-n переходов. Для этого в схему введены эле­менты SB5, R17, R18, HL6 t HL7 и зажимы для подключения транзисторов «Э», «Б», «К» и диодов «VD».

Переключателем SB5 тестер переводится из режима проверки микросхем (показан на схеме) в режим проверки транзисторов. При верхнем по схеме поло­жении переключателя SB5 опорный логический уровень подается только на эле­мент DD4.4, а зажимы эмиттера «Э» и базы «Б» через резисторы R17, R18 «опраши­ваются» сигналами тестовой последовательности с неинвертирующих выходов триггеров. На другой вход элемента сравнения DD4.4, соединенный с зажимом «К» (коллектор), через резистор R16 поступает уровень, противофазный «эмиттерно- му» (с инверсного выхода триггера DD2.1).

Название положения

Положение SB1

Положение SB2

Серии микросхем

КМОП: К561, К170, 564, КР1561

ТТЛ/ТТЛШ: К155, К555, 133, 533, К531, КР1533, КР1531 и др. КМОП: КР1554, 74НС(1564)

Цоколевка панели: вход, вход-выход

1,2 = 3 5, 6 = 4 8, 9= 10 12, 13* 11

2, 3 = 1 5, 6 = 4 8, 9= 10 11, 12= 13

1,2 = 3 4, 5 = 6 9, 10 = 8 12, 13= 11

Тмл (лог. функция микросхемы)

ЛЕ5 (ИЛИ-НЕ) ЛП2(ИСКЛ. ИЛИ) ЛП14(ИСКЛ. ИЛИ) ТЛ2 (И-НЕ)

ЛАв (И-НЕ) ЛЕ1 (ИЛИ-НЕ) ЛЕ5 (ИЛИ-НЕ) ЛЕб (ИЛИ-НЕ) ЛЕЮ (ИЛИ-НЕ) ЛЕ11 (ЙЛИ-НЕ)

ЛАЗ, ЛА9 (И-НЕ) ЛА11, ЛА13 (И-НЕ) ЛА21, ЛА23 (И-НЕ) ЛА18, ТЛЗ (И-НЕ) ЛИ1, ЛИ2, ЛИ8 (И) ЛЛ1, ЛЛ2 (ИЛИ) ЛП5, ЛП12 (ИСКЛ. ИЛИ) ЛП8 (проверка по функ­ции ИЛИ)

При подключении к этим зажимам одноименных выводов исправного транзис­тора на его коллекторе формируется периодический сигнал, соответствующий ло­гической функции 2ИЛИ-НЕдля транзисторов структуры п-р-п и 2И-НЕдля тран­зисторов структуры р-п-р, т. е. выбор типа проводимости проверяемого транзис­тора осуществляется переключателями SB3, SB4. В одной из четырех фаз сигна­лов опроса транзистор включается по схеме с общим эмиттером (если пренебречь защитным резистором R17), при этом резистор R18 задает ток базы транзистора, а резистор R16 является его коллекторной нагрузкой.

Одновременно тестовая последовательность с неинвертирующих выходов триггеров DD2.1, DD2.2 подается на входы всех ЛЭ проверяемой микросхемы DD5, размещенной в контактной панели XS1. Транзисторы VT1, VT2 усиливают ток низ­кого логического уровня до величины, достаточной для подключения четырех вхо­дов ЛЭ серий ТТЛ К155, К531 и других. Резисторы R4-R11 защищают прибор и проверяемую микросхему при неправильном ее включении, исключают влияние неисправных (короткозамкнутых на выводы питания) входов микросхемы на другие входные цепи и дополнительно ограничивают величину ее входных токов. Если те­стер используется для проверки микросхем только КМОП серий, то сопротивление резисторов R4-R11 лучше увеличить до 1 МОм для контроля входных токов поряд­ка 1 мкА, а элементы VT1, VT2, R2, R3 можно исключить.

Выходные сигналы с проверяемых ЛЭ микросхемы DD5 подаются на входы ЛЭ сравнения микросхемы DD4. Резисторы R13-R16 проверяют нагрузочную способ­ность выходов DD5 (для микросхем КМОП) и необходимы для проверки ЛЭ с вы­ходами типа «открытый коллектор» (ТТЛ). На другие входы ЛЭ сравнения поступает опорный сигнал выбранной логической функции с переключателя SB4, а к выходам ЛЭ сравнения подключены светодиоды HL1-HL4, причем токоограничивающие ре­зисторы для светодиодов не нужны, поскольку выходной ток микросхемы DD4 ог­раничен на уровне нескольких миллиампер.

Если коэффициент усиления тока базы проверяемого транзистора меньше ве­личины 0.6R18/R16 (для указанных номиналов - меньше 10), то тестер будет счи­тать его неисправным. Меняя сопротивление резистора R18, можно устанавливать критерий отбора транзисторов по коэффициенту усиления тока. Таким образом, при годном транзисторе все светодиоды будут погашены, а в остальных случаях светодиод HL4 будет мигать.

Испытатель диодов с автоматическим определением полярности подключения аналогичен описанному в . При подключении диода (или любого выпрямляюще­го перехода) к зажимам «VD» в произвольной полярности будет мигать тот из све­тодиодов HL6, HL7, который включен в том же направлении, что и диод, индицируя полярность его включения. При коротком замыкании в диоде мигают оба свето­диода, а при обрыве - не мигает ни один.

Блок питания тестера должен быть рассчитан на максимальный выходной ток не менее 150 мА при выходном напряжении не менее 7,5 В. Для проверки микро­схем КМОП возможно питание от батареи «Корунд», поскольку в этом случае ток потребления тестером от батареи не превышает 5 мА. Напряжение питания микро­схем тестера +5 В стабилизируется микросхемой DA1. На элементах VT3, R12 со­бран узел ограничения тока потребления проверяемой микросхемой по выводу пи­тания (выв. 14 DD5) на уровне 100 мА для защиты тестера при неправильном вклю­чении проверяемой микросхемы или если она «пробита» по цепи питания. Ограни­чение тока происходит за счет перехода транзистора VT3 из режима насыщения (при исправной микросхеме DD5) в нормальный режим усиления гока при фикси­рованном с помощью резистора R12 токе базы. Ток ограничения определяется ко­эффициентом усиления по току транзистора VT3 и резистором R12 и может быть изменен. Элементы DD1.4, HL5 предназначены для индикации режима токоограни- чения. Выключатель питания тестера (на схеме не показан) можно совместить с переключателями SB1, SB2, SA3 или связать с рычагом панели для автоматическо­го выключения тестера при смене микросхем.

Микросхемы DD1-DD4 заменимы аналогами из серий КР1661 или 564; DA1 - КР1157ЕН5 с любым буквенным индексом или КР142ЕН5А; транзисторы VT1, VT2- типов КТ315, КТ3102 и VT3 - типов КТ209, КТ345, КТ501, КТ626, КТ814 с любым буквенным индексом. И^ользуются другие транзисторы с малым напря­жением насыщения коллектор -эмиттер, необходимо только подобрать сопротив­ление резистора R12. Допустимые отклонения номиналов для резисторов - 20%, для конденсаторов - до 100%. Переключатели SB1, SB2, SB4, SВ5 - любые, например, П2К, a SA3 - ПД21 -3.

Панель желательно использовать с нулевым усилием (рычажный зажим). Для проверки микросхем в планарных корпусах серии 564, 1564, 133, 533 и другие) необходимо использовать специальную панель для таких корпусов. Авторский ва­риант прибора собран на макетной плате с монтажом проводом М ГТФ, при жела­нии радиолюбителю не составит труда разработать печатную плату, с учетом име­ющихся у него радиодеталей и корпуса.

Собранный без ошибок тестер прост в наладке. Следует только подобрать ре­зистор R12 узла защиты по питанию. Для этого между выводами 14 и 7 панели включить амперметр и подбором величины сопротивления R12 добиться показа­ний амперметра 100 мА с погрешностью не более 10 мА.

Порядок работы с тестером ясен из описания его схемы и приводимой табли­цы. Микросхему типа ЛП8 серий ТТЛ/ТТЛШ (четыре стробируемых повторителя) следует проверять по логике ИЛИ. Для проверки микросхем К155ЛА18, К155ЛЛ2 в корпусах с восемью выводами (DIP-8) надо замкнуть перемычкой выводы 11 и 14 панели, переключатели SB1, SB2 установить в положение «ЛАЗ», а проверя­емые микросхемы вставить в нижнюю по схеме часть панели (ключ DD5 показан на рисунке пунктиром). При этом индикация исправности осуществляется свето­диодами HL3, HL4, а светодиоды HL1, HL2 мигают.

Нетрудно приспособить данный логический тестер для проверки микросхемы К561КТЗ (и ее аналогов). Для этого нижние по схеме выводы резисторов R13-R16 надо соединить с общим проводом, секции SB1.1, SB2.1 переключателей SB 1 , SB2 установить в положение «ЛЕ1», а секции SB1.2, SB2.2 - в положение «ЛАЗ» и вы­брать опорную логическую функцию 2И.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник. - М.: Радио и связь, 1987.

2. Шило В. Л. Популярные микросхемы КМОП. Справочник.- М.: Ягуар, 1993.

3. Пухальский Г. И., Новосельцева Т. Я. Проектирование дискретных устройств на интеграль­ных микросхемах. Справочник.- М.: Радио и связь, 1990.

4. Петровский И. И. и др. Логические ИС КР1533, КР1554. Справочник. В 2-х частях.- М.: Бином, 1993.

5. КарабутовА. Испытатель полупроводниковых приборов.- Радио, 1995, № 6, с. 28.

Журнал «Радио», 1996,№ 8, с.33

В этой статье будет рассказано о том, как проверить на работоспособность микросхему с использованием обычного мультиметра. Иногда определить причину неисправности довольно просто, а иногда на это уходит много времени, и в результате поломка так и остается невыясненной. В этом случае надо сделать замену детали.

Три варианта действий

Проверка микросхем – достаточно сложный процесс, который, зачастую, оказывается невозможен. Причина кроется в том, что микросхема содержит большое число различных радиоэлементов. Однако даже в такой ситуации есть несколько способов проверки:

1. внешний осмотр. Внимательно изучив каждый элемент микросхемы, можно обнаружить дефект (трещины на корпусе, прогар контактов и т.п.);
2. . Иногда проблема кроется в коротком замыкании со стороны питающего элемента, его замена может помочь исправить ситуацию;
3. проверка работоспособности. Большинство микросхем имеют не один, а несколько выходов, потому нарушение в работе хотя бы одного из элементов приводит к отказу всей микросхемы.

Самыми простыми для проверки являются микросхемы серии КР142. На них имеется всего три вывода, поэтому при подаче на вход любого уровня напряжения, на выходе мультиметром проверяется его уровень и делается вывод о состоянии микросхемы.

Следующими по сложности проверки являются микросхемы серии К155, К176 и т.п. Для проверки нужно использовать колодку и источник питания с конкретным уровнем напряжения, подбираемым под микросхему. Так же как и в случае с микросхемами серии КР142, мы подаем сигнал на вход и контролируем его уровень на выходе с помощью мультиметра.

Применение специального тестера

Для более сложных проверок нужно пользоваться специальным тестером микросхем, который можно приобрести или сделать своими руками. При прозвонке отдельных узлов микросхемы на экран дисплея будут выводиться данные, анализируя которые можно прийти к выводу об исправности или неисправности элемента. Стоит не забывать, что для полноценной проверки микросхемы нужно полностью смоделировать ее нормальный режим работы, то есть обеспечить подачу напряжения нужного уровня. Для этого проверку стоит проводить на специальной проверочной плате.

Зачастую, осуществить проверку микросхемы, не выпаивая элементы, оказывается невозможным, и каждый из них должен прозваниваться отдельно. О том, как прозвонить отдельные элементы микросхемы после выпаивания будет рассказано далее.

Транзисторы (полевые и биполярные)

Переводим мультиметр в режим «прозвонки», подключаем красный щуп к базе транзистора, а черным касаемся вывода коллектора. На дисплее должно отобразиться значение пробивного напряжения. Схожий уровень будет показан и при проверке цепи между базой и эмиттером. Для этого красный щуп соединяем с базой, а черный прикладываем к эмиттеру.

Следующим шагом будет проверка этих же выводов транзистора в обратном включении. Черный щуп подключаем к базе, а красным щупом по очереди касаемся эмиттера и коллектора. Если на дисплее отображается единица (бесконечное сопротивление), то транзистор исправен. Так проверяются полевые транзисторы. Биполярные транзисторы проверяются аналогичным методом, только меняются местами красный и черный щуп. Соответственно, значения на мультиметре также будут показывать обратные.

Конденсаторы, резисторы и диоды

Исправность конденсатора проверяется путем подключения щупов мультиметра к его выводам. В течение секунды сопротивление вырастет от единиц Ом до бесконечности. Если поменять местами щупы, то эффект повторится.

Чтобы убедиться в исправности резистора, достаточно замерить его сопротивление. Если оно отлично от нуля и меньше бесконечности, значит, резистор исправен.

Проверка диодов из микросхемы достаточно проста. Измерив сопротивление между анодом и катодом в прямой и обратной последовательности (меняя местами щупы мультиметра), убеждаемся, что в одном случае одно находится на уровне нескольких десятков-сотен Ом, а в другом – стремится к бесконечности (единица в режиме «прозвонки» на дисплее).

Индуктивность и тиристоры

Проверка катушки на обрыв осуществляется замером ее сопротивления мультиметром. Элемент считается исправным, если сопротивление меньше бесконечности. Надо заметить, что не все мультиметры способны проверять индуктивность.

Проверка тиристора происходит следующим образом. Прикладываем красный щуп к аноду, а черный – к катоду. В окошке мультиметра должно отобразиться бесконечное сопротивление. После этого управляющий электрод соединяем с анодом, наблюдая за падением сопротивления на дисплее мультиметра до сотен Ом. Управляющий электрод открепляем от анода – сопротивление тиристора не должно измениться. Так ведет себя полностью исправный тиристор.

Стабилитроны, шлейфы/разъемы

Для тестирования стабилитрона понадобится блок питания, резистор и мультиметр. Соединяем резистор с анодом стабилитрона, через блок питания подаем напряжение на резистор и катод стабилитрона, плавно поднимая его. На дисплее мультиметра, подключенного к выводам стабилитрона, мы можем наблюдать плавный рост уровня напряжение. В определенный момент напряжение перестает расти, независимо от того, увеличиваем ли мы его блоком питания. Такой стабилитрон считается исправным.

Для проверки шлейфов необходимо . Каждый контакт с одной стороны должен звониться с контактом с другой стороны в режиме «прозвонки». В случае если один и тот же контакт звонится сразу с несколькими – в шлейфе/разъеме короткое замыкание. Если не звонится ни с одним – обрыв.

Иногда неисправность элементов можно определить визуально. Для этого придется внимательно осмотреть микросхему под лупой. Наличие трещин, потемнений, нарушений контактов может говорить о поломке.

Существуют два метода тестирования для диагностики неисправности электронной системы, устройства или печатной платы: функциональный контроль и внутрисхемный контроль. Функциональный контроль обеспе­чивает проверку работы тестируемого модуля, а внутрисхемный контроль состоит в проверке отдельных элементов этого модуля с целью выяснения их номиналов, полярности включения и т. п. Обычно оба этих метода при­меняются последовательно. С разработкой аппаратуры автоматического контроля появилась возможность очень быстрого внутрисхемного кон­троля с индивидуальной проверкой каждого элемента печатной платы, включая транзисторы, логические элементы и счетчики. Функциональ­ный контроль также перешел на новый качественный уровень благодаря применению методов компьютерной обработки данных и компьютерного контроля. Что же касается самих принципов поиска неисправностей, то они совершенно одинаковы, независимо от того, осуществляется ли про­верка вручную или автоматически.

Поиск неисправности должен проводиться в определенной логической последовательности, цель которой - выяснить причину неисправности и затем устранить ее. Число проводимых операций следует сводить к минимуму, избегая необязательных или бессмысленных проверок. Пре­жде чем проверять неисправную схему, нужно тщательно осмотреть ее для возможного обнаружения явных дефектов: перегоревших элементов, разрывов проводников на печатной плате и т. п. Этому следует уделять не более двух-трех минут, с приобретением опыта такой визуальный кон­троль будет выполняться интуитивно. Если осмотр ничего не дал, можно перейти к процедуре поиска неисправности.

В первую очередь выполняется функциональный тест: проверяется работа платы и делается попытка определить неисправный блок и по­дозреваемый неисправный элемент. Прежде чем заменять неисправный элемент, нужно провести внутрисхемное измерение параметров этого эле­мента, для того чтобы убедиться в его неисправности.

Функциональные тесты

Функциональные тесты можно разбить на два класса, или серии. Тесты серии 1 , называемые динамическими тестами, применяются к законченному электронному устройству для выделения неисправного каскада или блока. Когда найден конкретный блок, с которым связана неисправность, применяются тесты серии 2, или статические тесты, для определения одного или двух, возможно, неисправных элементов (резисторов, конден­саторов и т. п.).

Динамические тесты

Это первый набор тестов, выполняемых при поиске неисправности в элек­тронном устройстве. Поиск неисправности должен вестись в направлении от выхода устройства к его входу по методу деления пополам. Суть этого метода заключается в следующем. Сначала вся схема устройства де­лится на две секции: входную и выходную. На вход выходной секции подается сигнал, аналогичный сигналу, который в нормальных условиях действует в точке разбиения. Если при этом на выходе получается нор­мальный сигнал, значит, неисправность должна находиться во входной секции. Эта входная секция делится на две подсекции, и повторяется предыдущая процедура. И так до тех пор, пока неисправность не будет локализована в наименьшем функционально отличимом каскаде, напри­мер в выходном каскаде, видеоусилителе или усилителе ПЧ, делителе частоты, дешифраторе или отдельном логическом элементе.

Пример 1. Радиоприемник (рис. 38.1)

Самым подходящим первым делением схемы радиоприемника является деление на ЗЧ-секпию и ПЧ/РЧ-секцию. Сначала проверяется ЗЧ-секция: на ее вход (регулятор громкости) подается сигнал с частотой 1 кГц через разделительный конденсатор (10-50 мкФ). Слабый или искаженный сигнал, а также его полное отсутствие указывают на неисправность ЗЧ-секции. Делим теперь эту секцию на две подсекции: выходной каскад и предусилитель. Каждая подсекция прове­ряется, начиная с выхода. Если же ЗЧ-секция исправна, то из громкоговорителя должен быть слышен чистый тональный сигнал (1 кГц). В этом случае неис­правность нужно искать внутри ПЧ/РЧ-секции.

Рис. 38.1.

Очень быстро убедиться в исправности или неисправности ЗЧ-секции мож­но с помощью так называемого «отверточного» теста. Прикоснитесь концом отвертки к входным зажимам ЗЧ-секции (предварительно установив регулятор громкости на максимальную громкость). Если эта секция исправна, будет отче­тливо слышно гудение громкоговорителя.

Если установлено, что неисправность находится внутри ПЧ/РЧ-секции, сле­дует разделить ее на две подсекции: ПЧ-секцию и РЧ-секцию. Сначала прове­ряется ПЧ-секция: на ее вход, т. е. на базу транзистора первого УПЧ подается амплитудно-модулированный (AM) сигнал с частотой 470 кГц 1 через раздели­тельный конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ. Для ЧМ-приемников требуется частотно-модулированный (ЧМ) тестовый сигнал с частотой 10,7 МГц. Если ПЧ-секция исправна, в громкоговорителе будет прослушиваться чистый тональный сигнал (400-600 Гц). В противном случае следует продолжить процедуру разбиения ПЧ-секции, пока не будет найден неисправный каскад, например УПЧ или детектор.

Если неисправность находится внутри РЧ-секции, то эта секция по возмож­ности разбивается на две подсекции и проверяется следующим образом. АМ-сигнал с частотой 1000 кГц подается на вход каскада через разделительный конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ. Приемник настраивается на прием радио­сигнала с частотой 1000 кГц, или длиной волны 300 м в средневолновом диапа­зоне. В случае ЧМ-приемника, естественно, требуется тестовый сигнал другой частоты.

Можно воспользоваться и альтернативным методом проверки - методом покаскадной проверки прохождения сигнала. Радиоприемник включается и на­страивается на какую-либо станцию. Затем, начиная от выхода устройства, с по­мощью осциллографа проверяется наличие или отсутствие сигнала в контроль­ных точках, а также соответствие его формы и амплитуды требуемым критериям для исправной системы. При поиске неисправности в каком-либо другом элек­тронном устройстве на вход этого устройства подается номинальный сигнал.

Рассмотренные принципы динамических тестов можно применить к любому электронному устройству при условии правильного разбиения системы и подбора параметров тестовых сигналов.

Пример 2. Цифровой делитель частоты и дисплей (рис. 38.2)

Как видно из рисунка, первый тест выполняется в точке, где схема делится при­близительно на две равные части. Для изменения логического состояния сигна­ла на входе блока 4 применяется генератор импульсов. Светоизлучающий диод (СИД) на выходе должен изменять свое состояние, если фиксатор, усилитель и СИД исправны. Далее поиск неисправности следует продолжить в делителях, предшествующих блоку 4. Повторяется та же самая процедура с использовани­ем генератора импульсов, пока не будет определен неисправный делитель. Если СИД не изменяет свое состояние в первом тесте, то неисправность находится в блоках 4, 5 или 6. Тогда сигнал генератора импульсов следует подавать на вход усилителя и т. д.

Рис. 38.2.

Принципы статических тестов

Эта серия тестов применяется для определения дефектного элемента в каскаде, неисправность которого установлена на предыдущем этапе про­верок.

1. Начать с проверки статических режимов. Использовать вольтметр с чувствительностью не ниже 20 кОм/В.

2. Измерять только напряжение. Если требуется определить величину тока, вычислить его, измерив, падение напряжения на резисторе из­вестного номинала.

3. Если измерения на постоянном токе не выявили причину неисправно­сти, то тогда и только тогда перейти к динамическому тестированию неисправного каскада.

Проведение тестирования однокаскадного усилителя (рис. 38.3)

Обычно номинальные значения постоянных напряжений в контрольных точках каскада известны. Если нет, их всегда можно оценить с прие­млемой точностью. Сравнив реальные измеренные напряжения с их но­минальными значениями, можно найти дефектный элемент. В первую очередь определяется статический режим транзистора. Здесь возможны три варианта.

1. Транзистор находится в состоянии отсечки, не вырабатывая никакого выходного сигнала, или в состоянии, близком к отсечке («уходит» в область отсечки в динамическом режиме).

2. Транзистор находится в состоянии насыщения, вырабатывая слабый искаженный выходной сигнал, или в состоянии, близком к насыщению («уходит» в область насыщения в динамическом режиме).

$11.Транзистор в нормальном статическом режиме.

Рис. 38.3. Номинальные напряжения:

V e = 1,1 В, V b = 1,72 В, V c = 6,37В.

Рис. 38.4. Обрыв резистора R 3 , транзистор

находится в состоянии отсечки: V e = 0,3 В,

V b = 0,94 В, V c = 0,3В.

После того как установлен реальный режим работы транзистора, вы­ясняется причина отсечки или насыщения. Если транзистор работает в нормальном статическом режиме, неисправность связана с прохождением переменного сигнала (такая неисправность будет обсуждаться позже).

Отсечка

Режим отсечки транзистора, т. е. прекращение протекания тока, имеет место, когда а) переход база-эмиттер транзистора имеет нулевое напря­жение смещения или б) разрывается путь протекания тока, а именно: при обрыве (перегорании) резистора R 3 или резистора R 4 или когда не­исправен сам транзистор. Обычно, когда транзистор находится в состо­янии отсечки, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания V CC . Однако при обрыве резистора R 3 коллектор «плавает» и теоретически должен иметь потенциал базы. Если подключить вольт­метр для измерения напряжения на коллекторе, переход база-коллектор попадает в условия прямого смещения, как видно из рис. 38.4. По це­пи «резистор R 1 - переход база-коллектор - вольтметр» потечет ток, и вольметр покажет небольшую величину напряжения. Это показание полностью связано с внутренним сопротивлением вольтметра.

Аналогично, когда отсечка вызвана обрывом резистора R 4 , «плавает» эмиттер транзистора, который теоретически должен иметь потенциал ба­зы. Если подключить вольтметр для измерения напряжения на эмиттере, образуется цепь протекания тока с прямым смещением перехода база-эмиттер. В результате вольтметр покажет напряжение, немного большее номинального напряжения на эмиттере (рис. 38.5).

В табл. 38.1 подытоживаются рассмотренные выше неисправности.

Рис. 38.5. Обрыв резистора R 4 , транзистор

находится в состоянии отсечки:

V e = 1,25 В, V b = 1,74 В, V c = 10 В.

Рис. 38.6. Короткое замыкание пе­рехода

база-эмиттер, транзистор на­ходится в

состоянии отсечки: V e = 0,48 В, V b = 0,48 В, V c = 10 В.

Отметим, что термин «высокое V BE » означает превышение нормального напряжения прямого смещения эмиттерного перехода на 0,1 – 0,2 В.

Неисправность транзистора также создает условия отсечки. Напря­жения в контрольных точках зависят в этом случае от природы неис­правности и номиналов элементов схемы. Например, короткое замыкание эмиттерного перехода (рис. 38.6) приводит к отсечке тока транзистора и параллельному соединению резисторов R 2 и R 4 . В результате потенци­ал базы и эмиттера уменьшается до величины, определяемой делителем напряжения R 1 – R 2 || R 4 .

Таблица 38.1. Условия отсечки

Неисправность		Причина
1. V e V b V c V BE	Vac	Обрыв резистора R 1
V e V b V c V BE	Высокое Нормальное V CC Низкое	Обрыв резистора R 4
V e V b V c V BE	Низкое Низкое Низкое Нормальное	Обрыв резистора R 3

Потенциал коллектора при этом, очевидно, ра­вен V CC . На рис. 38.7 рассмотрен случай короткого замыкания между коллектором и эмиттером.

Другие случаи неисправности транзистора приведены в табл. 38.2.

Рис. 38.7. Короткое замыкание между коллектором и эмиттером, транзистор находится в состоянии отсечки: V e = 2,29 В, V b = 1,77 В, V c = 2,29 В.

Таблица 38.2

Неисправность		Причина
V e V b V c V BE	0 Нормальное V CC Очень высокое, не может быть выдержано функционирующим pn -переходом	Разрыв перехода база-эмиттер
V e V b V c V BE	Низкое Низкое V CC Нормальное	Разрыв перехода база-коллектор

Насыщение

Как объяснялось в гл. 21, ток транзистора определяется напряжением прямого смещения перехода база-эмиттер. Небольшое увеличение этого напряжения приводит к сильному возрастанию тока транзистора. Ко­гда ток через транзистор достигает максимальной величины, говорят, что транзистор насыщен (находится в состоянии насыщения). Потенциал

Таблица 38.3

Неисправность		Причина
1. V e V b V c	Высокое (V c ) Высокое Низкое	Обрыв резистора R 2 или мало сопротивление резистора R 1
V e V b V c	Низкое Очень низкое	Короткое замыкание конденсатора C 3

коллектора уменьшается при увеличении тока и при достижении насыще­ния практически сравнивается с потенциалом эмиттера (0,1 – 0,5 В). Вооб­ще, при насыщении потенциалы эмиттера, базы и коллектора находятся приблизительно на одинаковом уровне (см. табл. 38.3).

Нормальный статический режим

Совпадение измеренных и номинальных постоянных напряжений и от­сутствие или низкий уровень сигнала на выходе усилителя указывают на неисправность, связанную с прохождением переменного сигнала, на­пример на внутренний обрыв в разделительном конденсаторе. Прежде чем заменять подозреваемый на обрыв конденсатор, убедитесь в его неис­правности, подключая параллельно ему исправный конденсатор близкого номинала. Обрыв развязывающего конденсатора в цепи эмиттера (C 3 в схеме на рис. 38.3) приводит к уменьшению уровня сигнала на выходе усилителя, но сигнал воспроизводится без искажений. Большая утечка или короткое замыкание в этом конденсаторе обычно вносит изменения в режим транзистора по постоянному току. Эти изменения зависят от статических режимов предыдущих и последующих каскадов.

При поиске неисправности нужно помнить следующее.

1. Не делайте скоропалительных выводов на основе сравнения измерен­ного и номинального напряжений только в одной точке. Нужно запи­сать весь набор величин измеренных напряжений (например, на эмит­тере, базе и коллекторе транзистора в случае транзисторного каскада) и сравнить его с набором соответствующих номинальных напряжений.

2. При точных измерениях (для вольтметра с чувствительностью 20 кОм/В достижима точность 0,01 В) два одинаковых показания в разных контрольных точках в подавляющем большинстве случаев указывают на короткое замыкание между этими точками. Однако бывают и исключения, поэтому нужно выполнить все дальнейшие про­верки для окончательного вывода.

Особенности диагностики цифровых схем

В цифровых устройствах самой распространенной неисправностью явля­ется так называемое «залипание», когда на выводе ИС или в узле схемы постоянно действует уровень логического 0 («константный нуль») или ло­гической 1 («константная единица»). Возможны и другие неисправности, включая обрывы выводов ИС или короткое замыкание между проводни­ками печатной платы.

Рис. 38.8.

Диагностика неисправностей в цифровых схемах осуществляется пу­тем подачи сигналов логического импульсного генератора на входы про­веряемого элемента и наблюдения воздействия этих сигналов на состо­яние выходов с помощью логического пробника. Для полной проверки логического элемента «проходится» вся его таблица истинности. Рассмотрим, например, цифровую схему на рис. 38.8. Сначала записываются логические состояния входов и выходов каждого логического элемента и сопоставляются с состояниями в таблице истинности. Подозрительный логический элемент тестируется с помощью генератора импульсов и логи­ческого пробника. Рассмотрим, например, логический элемент G 1 . На его входе 2 постоянно действует уровень логического 0. Для проверки эле­мента щуп генератора устанавливается на выводе 3 (один из двух входов элемента), а щуп пробника - на выводе 1 (выход элемента). Обращаясь к таблице истинности элемента ИЛИ-НЕ, мы видим, что если на одном из входов (вывод 2) этого элемента действует уровень логического 0, то уровень сигнала на его выходе изменяется при изменении логического со­стояния второго входа (вывод 3).

Таблица истинности элемента G 1

Вывод 2	Вывод 3	Вывод 1

Например, если в исходном состоянии на выводе 3 действует логический 0, то на выходе элемента (вывод 1) присутствует логическая 1. Если теперь с помощью генератора изменить логическое состояние вывода 3 к логической 1, то уровень выходного сиг­нала изменится от 1 к 0, что и зарегистрирует пробник. Обратный резуль­тат наблюдается в том случае, когда в исходном состоянии на выводе 3 действует уровень логической 1. Аналогичные тесты можно применить к другим логическим элементам. При этих тестах нужно обязательно пользоваться таблицей истинности проверяемого логического элемента, потому что только в этом случае можно быть уверенным в правильности тестирования.

Особенности диагностики микропроцессорных систем

Диагностика неисправностей в микропроцессорной системе с шинной структурой имеет форму выборки последовательности адресов и данных, которые появляются на адресной шине и шине данных, и последующего сравнения их с хорошо известной последовательностью для работающей системы. Например, такая неисправность, как константный 0 на линии 3 (D 3) шины данных, будет указываться постоянным логическим нулем на линии D 3 . Соответствующий листинг, называемый листингом состояния, получается с помощью логического анализатора. Типичный листинг со­стояния, отображаемый на экране монитора, показан на рис. 38.9. Как альтернатива может использоваться сигнатурный анализатор для сбора потока битов, называемого сигнатурой, в некотором узле схемы и сравнения его с эталонной сигнатурой. Различие этих сигнатур указывает на неисправность.

Рис. 38.9.

В данном видео рассказывается о компьютерном тестере для диагностики неисправностей персональных компьютеров типа IBM PC:

Понадобилось собрать входные стабилизирующие цепи по питанию для устройства на основе микроконтроллера PIC16F628 стабильно работающего при напряжении от 5 вольт. Это не сложно. Взял интегральную микросхему PJ7805 и на её основе в соответствии со схемой из даташита сделал. Подал напряжение и на выходе получил 4,9 вольта. Всего скорей, что этого вполне достаточно, но упрямство, замешанное на педантичности, взяло верх.

Достал коробушку с интегральными стабилизаторами и вознамерился перемерить все соответствующего достоинства. А чтобы вдруг не ошибиться даже соответствующую схемку выложил перед собой. Однако энтузиазм закончился уже на первом же компоненте. Этот «ёжик без ручек, без ножек» из соединительных проводов с крокодилами желал жить своей жизнью и воли радиолюбителя подчинялся с большим трудом. Да к тому же проверяемый стабилизатор на выходе показал 4,86 вольта, чем поверг мой оптимизм в уныние.

Нет тут нужно что-то более существенное, например какой-то пусть и простой но, тем не менее, пробник что ли. Забил в поисковик яндекса и получил то, что видите на фото «Комплекс контроля интегральных стабилизаторов напряжения». Ну, это не для средних радиолюбительских умов. Стало ясно, что велосипед придётся изобретать.

Составленная схема явно уступает верхней картинке, ну тут уж ничего не поделаешь, что можем. Конденсатор С1 устраняет генерацию при скачкообразном включении входного напряжения, С2 служит для защиты от переходных помеховых импульсов. Их ёмкость решил взять 100 мкФ. Вольтаж в соответствии с напряжением проверяемого стабилизатора. Ставить конденсаторы как можно ближе к корпусу интегрального стабилизатора. Диод VD1 1N4148 не позволит конденсатору на выходе стабилизатора разрядится через него после выключения (это чревато выходом стабилизатора из строя). U Вх. интегрального стабилизатора должно быть выше U Вых. минимум на 2,5 вольта. Нагрузку подбирать так же в соответствии с возможностями тестируемого стабилизатора.

На роль корпуса был выбран самодельный вариант оборудованный контактными штырями для соединения с мультиметром (минус в гнездо «сom», плюс в «V»). В качестве соединительного элемента выводов проверяемого компонента со схемой можно приспособить вот такой тройной штыревой контакт. В мою задачу входит проверка трёхвыводных интегральных стабилизаторов рассчитанных на напряжение не более 12 вольт поэтому в схему поставлю два конденсатора 100 мкф х 16 В. Диод согласно схемы.

В просверленные точно в соответствии с диаметром штыревых контактов отверстия их и вставляем, с внутренней стороны надеваем на каждый штырь по соответствующей (махонькой) металлической шайбочке, смочив активным флюсом и плотно прижав припаиваем каждую шайбу к соответствующему штырю не допуская соединения пар штырь - шайба между собой. Для этого шайбы нужно подточить, центральную с обеих сторон, крайние с одной. Отверстия по месту установки нужно
именно просверлить, если проколоть шилом образуется внутренняя неровность краёв отверстия и ровно + плотно установить шайбу не выйдет. Штыри, для прочности, также обязательно должны находится на общем твёрдом основании из диэлектрика.

Контактные площадки образованные местом пайки штырей и шайб становятся местом установки компонентов схемы. Получается компактно, также выполняется рекомендация минимального расстояния конденсаторов от выводов проверяемого интегрального стабилизатора. С соединительными проводами всё просто, главное взять их соответствующего цвета (для «+» красный, для «-» чёрный) и никакой путаницы не будет.

Подумав, установил кнопку включения нажимного действия, поставлена в разрыв плюсового (красного) провода на входе питания. Всё таки это удобство из разряда необходимых. Тройной штыревой контакт понадобилось «доработать» - немного согнуть, тут так, либо один раз подогнать контакты под выводы компонентов, либо перед каждым соединением ножки стабилизаторов гнуть под контакты.

Пробник - приставка к мультиметру готов. Вставляю в соответствующие гнёзда мультиметра штыри пробника, предел измерения выставляю 20 вольт постоянного напряжения, провода подвода электрического тока подсоединяю к лабораторному блоку питания в соответствии с их расплюсовкой, устанавливаю для проверки стабилизатор (попался на 10 вольт), выставляю соответственно на БП напряжение 15 вольт и нажимаю кнопку включения на пробнике. Устройство сработало, на дисплее 9,91 В. Далее в течении минуты разобрался со всеми трёхвыводными стабилизаторами на напряжение до 12 вольт включительно. Несколько, из числа бережно хранимых, оказались негодными.

Итого

Давно понятно, что вот такие простенькие пробники - приставки в радиолюбительском деле так же необходимы, как и весьма серьёзные измерительные приборы, но вот делать их (возиться с их изготовлением) попросту лень, а напрасно, и понимание этого приходит каждый раз когда это простенькое устройство всё же было собрано и оказало неоценимую помощь в творческих начинаниях. Автор - Babay iz Barnaula .

Обсудить статью КАК ПРОВЕРИТЬ МИКРОСХЕМУ СТАБИЛИЗАТОР