电子电路故障原因及检测方案

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：直流电路常见故障有电压、电流过大或过低。交流电路故障及产生原因电子电路中交流电路的故障最容易发生,也是最复杂的,查找这类故障难度更大。这要根据现象和电路原理等具体情况深入进行分析,才能找到故障原因。1)直流故障检查检查直流电路故障有两种情况。一种是新装配的电路,首先要检查是否存在直流电路故障;另一种情况是已经工作的电路出现了故障,要从直流电路方面检查其原因。

（1）直流电路常见故障及产生原因

直流电源是电子电路工作的动力,直流供电不正常,电子电路肯定不能正常工作;对于大功率电路,因为消耗能量多,所以发热量大,供电异常极容易损坏大功率器件。因此查找故障首先从直流供电电路入手。

直流电路常见故障有电压、电流过大或过低。除电源本身的原因外,主要是电路直流通道不正常引起的,其中包括供电回路中的去耦电阻和滤波电容设置不当,晶体管电路中的偏置电阻、负载电阻、耦合电容、旁路电容有问题等。一般情况是电阻发生断路、电容漏电或短路、晶体管损坏、接线错误造成电路中有短路或断路现象。

（2）交流电路故障及产生原因

电子电路中交流电路的故障最容易发生,也是最复杂的,查找这类故障难度更大。下面介绍几种常见故障的查找思路。

1)有输入信号,无信号输出

在排除直流故障后,这种现象常常是电路中的耦合元件不正常引起的,如电感、电容开路或旁路电容短路等。晶体管损坏也是一个原因,但这类故障在直流检查过程中很容易被发现。

2)无输入信号,有信号输出(振荡电路除外)

这种故障极有可能是电路产生了自激振荡,这是多级放大器和深度负反馈放大器最容易出现的故障之一。判别的方法是用示波器观察其输出信号的波形。一般电路自激产生的信号输出幅度较大,并伴有波形失真,其频率常在电路的通频带之外;极低频率的自激振荡(又称汽船声)主要是供电电源内阻太大或极间去耦不良引起的;高频自激多是分布参数引起的,如晶体管的极间电容、元件布置不合理、电路屏蔽不好、接地不良等。集成运算放大器开环应用时最容易产生自激,应予以足够的重视。

3)输出信号幅度太小或太大

在电路输入端加上测试信号后,观察电路中各点的信号幅度和波形是检查交流故障的有效方法。根据设计要求,电路各级的放大量就决定了各级输出幅度的大小。如果出现输出幅度异常,肯定要检查影响各级放大量的因素,如晶体臂的电流放大系数、级间耦合电路的衰减量、负载匹配的程度、调谐回路的谐振频率、负反馈系数等。这要根据现象和电路原理等具体情况深入进行分析,才能找到故障原因。

4)输出信号波形严重失真

晶体管本质上是一个非线性元件,用它来作线性放大器是利用其特性曲线的近似线性部分,这是依靠其静态工作点来控制的。如果输出信号波形严重失真,首先就要检查晶体管静态工作点是否正确,在对称性的电路中要检查晶体管的参数是否对称,元件参数是否对称等。此外,如果电路的放大倍数或反馈系数变化很大,也会引起波形失真,不过这种故障与输出信号幅度变化是同时出现的。

5)噪声问题

噪声的来源很多,一般分为两大类。一类来自电路内部,主要是晶体管、电阻器等产生的热噪声,电源滤波不良产生的低频噪声,高频元件屏蔽不良引起的互相干扰,电路接地不良等。另一类是外部干扰引起的噪声,尤其是高输入阻抗、高灵敏度电路最易受外界的干扰,对这种电路应考虑采取严密的屏蔽措施。

电源变压器在电子电路中是一个主要的噪声源,因此对电源变压器应采取严格的隔离和屏蔽措施。

6)振荡电路不起振

振荡电路是采用正反馈的电子电路,起振条件包括相位条件和振幅条件。正反馈的相位条件在设计电路时就决定好了,一般不会有问题,只是在变压器反馈的电路中,反馈线圈的极性有可能接错。对此,在调试时反接一下就可以检验。振幅条件是由放大器的放大倍数来决定的,在设计时应该留有较大的余量或有调节措施,通常是调节晶体管工作点或负反馈系数来满足起振条件。

7)在数字逻辑电路实验中,出现的问题(故障)一般由3方面的原因引起:器件故障、接线错误、设计错误。

①器件故障

器件故障是器件失效或接插问题引起的故障,表现为器件工作不正常,这需要更换一个好的器件;器件接插问题,如管脚折断或器件的某个(或某些)引脚没有插到插座中等,也会使器件工作不正常;对于器件接插错误有时不易发现,需要仔细检查。判断器件失效的方法是用集成电路测试仪测试器件。需要指出的是,一般的集成电路测试仪只能检测器件的某些静态特性,对负载能力等静态特性和上升沿、下降沿、延迟时间等动态特性,一般的集成电路测试仪不能测试,测试器件的这些参数,须使用专门的集成电路测试仪。

②接线错误

在教学实验中,最常见接线错误有漏线错误和布线错误。漏线的现象主要是未连接电源线,地、电路输入端悬空。悬空的输入端可用三状态逻辑笔或电压表检测。一个理想的TTL电路逻辑“0”电平为0.2～0.4 V,逻辑“1”电平为2.4～3.6 V,而悬空点的电平为1.2～1.8 V。CMOS的逻辑电平等于实际使用的电源电压和地线。接线错误会使器件(不包括OC门和OD门)的输出端之间短路。两个具有相反电平的TTL集成电路输出端,如果短路将会产生大约0.6 V的输出电压。

③设计错误

设计错误会造成与预想不一致的结果,原因是所用器件的原理没有掌握。在集成逻辑电路实际应用中,不用的输入端是不允许悬空的。因为由于电磁感应,悬空的输入端易受到干扰产生噪声,而这种噪声有可能被逻辑门当作输入逻辑信号,从而产生错误输出信号。因此,常把不用的输入端与有用的输入端连接到一起,或根据器件类型,把它们接到高电平或低电平。在带有触发器的电路中,未能正确处理边沿转换时间和激励信号变化时间之间的关系,也会造成错误。

（3）故障检查的方法

模拟电路的故障检查一般是从观察现象入手,然后根据电路原理进行综合分析,采用各种测试手段查找故障原因。基本方法是从直流到交流,从整体到局部,从现象到本质逐步深入,直到最后找出故障原因并进行处理。

1)直流故障检查

检查直流电路故障有两种情况。一种是新装配的电路,首先要检查是否存在直流电路故障;另一种情况是已经工作的电路出现了故障,要从直流电路方面检查其原因。这两种情况下的检查方法是不同的。

对于新装配好的电子装置,通电工作前应检查直流电路是否存在故障。一般是用万用表欧姆挡检查支流电源两端是否有短路,晶体管极间是否有短路,电容两端是否有短路,集成电路各电极间是否有短路,输入电路与输出电路间是否有短路,电阻、电感是否有开路,焊接接点是否有开路或接触不良等。

已经工作的电路出现了故障,如果故障与直流电路有关,其检查方法通常是测量供电电源和晶体管的工作点,然后进行分析判断。

2)交流故障检查

在排除直流故障之后,检查交流故障的主要方法有:信号寻迹法、对比法、替代法和开环法。

①信号寻迹法。在电路输入端加上测试信号,用示波器或毫伏表逐级检查各级的输出信号,哪级输出信号不正常,故障就出在哪一级,这样可以很快缩小故障检查范围,然后再根据故障现象的性质深入检查具体故障。

②对比法。在确定了故障的大致范围后,深入检查具体故障时可以采用对比法,即将正常电路的参数(如放大倍数、频响特性、波形等)与故障电路的参数进行比较,这样容易判断故障的性质。如放大倍数变小,很可能是工作点发生变化或晶体管参数(β)变小了,也可能是反馈电路元件参数变化所致。如果是频响变化,则很可能是耦合电容和旁路电容变质,高频频响变化则与高频补偿电路或电路分布参数有关。

③替代法。在具体检查元器件的质量好坏时,如果电路不易测试,则可采用替代法,即用一个质量好的元件去代替原电路上的元件。这种方法由于要将旧元件取下来和新元件安装上去,工作量较大,一般是应有一定把握时才这样做,否则会劳而无功,甚至在焊接过程中损坏元器件,特别是集成电路更应慎重行事。

④开环法。具有反馈环路的复杂电路,如果出现故障,按一般检查方法不容易找到故障具体位置,尤其是有直流反馈环路的电路,只要其中一个元件有故障,整个环路的工作状态都会不正常,这时就需要将反馈环断开,然后按一般电路进行检查。找出故障并处理好之后再恢复环路工作。

在实际工作中,故障现象千变万化,而且时常是多种故障同时存在,因此分析检查都会困难得多。除了以上各种方法相互配合灵活使用外,工作经验的积累也非常重要,所以要多参加实践才能学到真正的知识。

3)干扰、噪声抑制和自激振荡的消除

放大器输入端短路,在放大器输出端仍可测量到一定的噪声和干扰电压。其频率如果是50 Hz(或100 Hz),一般称为50 Hz交流声。有时是非周期性的,没有一定规律。50 Hz交流声大都来自电源变压器或交流电源线,100 Hz交流声往往是由整流滤波不良造成的。另外,由电路周围的电磁波干扰信号引起的干扰电压也是常见的。由于放大器的放大倍数很高(特别是多级放大器),只要在它的前级引进一点微弱的干扰,经过几级放大,在输出端就可能产生一个很大的干扰电压。还有,电路中的地线接得不合理,也会引起干扰。

抑制干扰和噪声的措施有以下几种:选用低噪声的元器件、合理布线、屏蔽、滤波、选择合理的接地点等。

自激振荡的消除:高频振荡主要由安装、布线不合理引起。例如输入和输出线靠得太近,产生正反馈作用。对此应从安装工艺方面解决,如元件布置紧凑,接线要短等。也可以用一个小电容(例如:1 000 pF左右)一端接地,另一端逐级接触管子的输入端,或电路中合适部位,找到抑制振荡的最灵敏点(即电容接此点时,自激振荡消失),除此处外接一个合适的电阻电容或单一电容(一般100 pF～0.1μF,由试验决定),进行高频滤波或负反馈,以降低放大器电路对高频信号的放大倍数或移动高频电压的相位,从而抑制高频振荡。

低频振荡由各级放大器共用一个直流电源引起。因为电源有一定的内阻,特别是电池用的时间过长或稳压电源质量不高,使得内阻比较大时,会引起后级UCC处电位的波动,后级UCC处电位的波动作用到前级,使前级输出电压相应变化,经放大后,使波动更厉害,如此循环,就会造成振荡现象。最常用的消除办法是在放大电路各级之间加上“去耦电阻”R和C,从电源方面使前后级减小相互影响。去耦电阻R的值一般为几百欧姆,电容C选几十微法或更大。

数字电路实验中发现结果与预期不一致时,应仔细观测现象,冷静分析问题。首先检查仪器、仪表的使用是否正确。在正确使用仪器、仪表的前提下,按逻辑图和接线图查找问题出处。查找与纠错是综合分析、仔细推究的过程,有多种方法,但以“二分法”查错速度较快。所谓“二分法”是将所设计的逻辑电路从起先信号输入端到电路最终信号输出端之间的电路一分为二,在中间找到切入点,断开后半部分电路,对前半部分电路进行分析、测试,确定前半部分电路是否正确;如前半部分电路不正确,将前半部分电路再一分为二,以此类推,只要认真分析、仔细查找,就能找出问题所在。

电子电路故障原因及检测方案

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