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干貨|手把手教你電路調試技巧

來源:沈陽市政府采購中心 發布時間:2020-01-30 15:39
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調試在初級電子工程師初級階段是必須的!所以綜合了幾家的調試文章,再加上自己的心得推薦給大家,不足之處請多指教。

實踐表明,一個電子裝置,即使按照設計的電路參數進行安裝,往往也難于達到預期的效果。這是因為人們在設計時,不可能周全地考慮各種復雜的客觀因素(如元件值的誤差、器件參數的分散性、分布參數的影響等),必須通過安裝后的測試和調整,來發現和糾正設計方案的不足,然后采取措施加以改進,使裝置達到預定的技術指標。因此,調試電子電路的技能對從事電子技術及其相關領域工作的人員來說,是不應缺少的。

調試的常用儀器有:穩壓電源、萬用表、示波器、頻譜分析儀和信號發生器等。

電子電路調試包括測試和調整兩個方面。調試的意義有二:一是通過調試使電子電路達到規定的指標;二是通過調試發現設計中存在的缺陷并予以糾正。

電子電路調試的一般步驟

傳統中醫看病講究“望、聞、問、切”,其實調試電路也是如此。

首先“望”,即觀察電路板的焊接如何,成熟的電子產品一般都是焊接出的問題;第二“聞”,呵呵,這個不是說先把電路板聞下,而是說通電后聽電路板是否有異常響動,不該叫的叫了,該叫的不叫;第三“問”,如果是自己第一次調試,不是自己設計的要問電源是多少?別人是否調過?有什么問題?第四“切”,元器件有沒焊全、芯片焊接是否正確、不易觀察的焊點是否焊好?一般調試前做好這幾步就可發現不少問題。

根據電子電路的復雜程度,調試可分步進行:對于較簡單系統,調試步驟是:電源調試→單板調試→聯調。對于較復雜的系統,調試步驟是:電源調試→單板調試→分機調試→主機調試→聯調。由此可明確三點:

(1) 不論簡單系統還是復雜系統,調試都是從電源開始入手的;

(2) 調試方法一般是先局部(單元電路)后整體,先靜態后動態;

(3) 一般要經過測量→調整→再測量→再調整的反復過程;對于復雜的電子系統,調試也是一個“系統集成”的過程。

在單元電路調試完成的基礎上,可進行系統聯調。例如數據采集系統和控制系統,一般由模擬電路、數字電路和微處理器電路構成,調試時常把這3部分電路分開調試,分別達到設計指標后,再加進接口電路進行聯調。聯調是對總電路的性能指標進行測試和調整,若不符合設計要求,應仔細分析原因,找出相應的單元進行調整。不排除要調整多個單元的參數或調整多次,甚至有修正方案的可能。

電子電路調試的具體步驟

(1) 通電觀察:通電后不要急于測量電氣指標,而要觀察電路有無異?,F象,例如有無冒煙現象,有無異常氣味,手摸集成電路外封裝,是否發燙等。如果出現異?,F象,應立即關斷電源,待排除故障后再通電。

(2) 靜態調試:靜態調試一般是指在不加輸入信號,或只加固定的電平信號的條件下所進行的直流測試,可用萬用表測出電路中各點的電位,通過和理論估算值比較,結合電路原理的分析,判斷電路直流工作狀態是否正常,及時發現電路中已損壞或處于臨界工作狀態的元器件。通過更換器件或調整電路參數,使電路直流工作狀態符合設計要求。

(3) 動態調試:動態調試是在靜態調試的基礎上進行的,在電路的輸入端加入合適的信號,按信號的流向,順序檢測各測試點的輸出信號,若發現不正?,F象,應分析其原因,并排除故障,再進行調試,直到滿足要求。

測試過程中不能僅憑感覺或印象,要始終借助儀器觀察。使用示波器時,最好把示波器的信號輸入方式置于“DC”擋,通過直流耦合方式,可同時觀察被測信號的交、直流成分。

通過調試,最后檢查功能塊和整機的各種指標(如信號的幅值、波形形狀、相位關系、增益、輸入阻抗和輸出阻抗、靈敏度等)是否滿足設計要求,如必要,再進一步對電路參數提出合理的修正。

電子電路調試中的若干問題

(1) 根據待調試系統的工作原理(原理圖和PCB)擬定調試步驟和測量方法,確定測試點,并在圖紙上和板子上標出位置,畫出調試數據記錄表格等。

(2) 搭設調試工作臺,工作臺配備所需的調試儀器,儀器的擺設應操作方便,便于觀察。學生往往不注意這個問題,在制作或調機時工作臺很亂,工具、書本、衣物等與儀器混放在一起,這樣會影響調試。特別提示:在制作和調試時,一定要把工作臺布置的干凈、整潔。這便是“磨刀不誤砍柴工”。

(3) 對于硬件電路,應為被調試系統選擇測量儀表,測量儀表的精度應優于被測系統;對于軟件調試,則應配備微機和開發工具。

(4) 電子電路的調試順序一般按信號流向進行,將前面調試過的電路輸出信號作為后一級的輸入信號,為最后統調創造條件。

(5) 選用可編程邏輯器件實現的數字電路,應完成可編程邏輯器件源文件的輸入、調試與下載,并將可編程邏輯器件和模擬電路連接成系統,進行總體調試和結果測試。

(6) 在調試過程中,要認真觀察和分析實驗現象,做好記錄,保證實驗數據的完整可靠。

調試前的工作

電路安裝完畢,通常不宜急于通電,應該先認真檢查一下。

檢查內容包括:

(1) 連線是否正確:檢查電路連線是否正確,包括錯線(連線一端正確,另一端錯誤)、少線(安裝時完全漏掉的線)和多線(連線的兩端在電路圖上都是不存在的)。

查線的方法通常有兩種:1) 按照電路圖檢查安裝的線路:這種方法的特點是,根據電路圖連線,按一定順序逐一檢查安裝好的線路,由此可比較容易地查出錯線和少線。2) 按照實際線路來對照原理電路進行查線:這是一種以元件為中心進行查線的方法。把每個元件(包括器件)引腳的連線一次查清,檢查每個去處在電路圖上是否存在,這種方法不但可以查出錯線和少線,還容易查出多線。

為了防止出錯,對于已查過的線通常應在電路圖上做出標記,最好用指針式萬用表“Ω×1”擋,或數字式萬用表“Ω擋”的蜂鳴器來測量,而且應直接測量元器件引腳,這樣可以同時發現接觸不良的地方。

(2) 元器件安裝情況

檢查元器件引腳之間有無短路;連接處有無接觸不良;二極管、三極管、集成器件和電解電容極性等是否連接有誤。

(3) 電源供電(包括極性)、信號源連線是否正確。

(4) 電源端對地是否存在短路。

若電路經過上述檢查,并確認無誤后,就可轉入調試。

調試方法

調試包括測試和調整兩個方面。

所謂電子電路的調試,是以達到電路設計指標為目的而進行的一系列的測量→判斷→調整→再測量的反復進行過程。為了使調試順利進行,設計的電路圖上最好標明各點的電位值,相應的波形圖以及其它主要數據。調試方法通常采用先分調后聯調(總調)。

我們知道,任何復雜電路都是由一些基本單元電路組成的,因此,調試時可以循著信號的流向,逐級調整各單元電路,使其參數基本符合設計指標。這種調試方法的核心是:把組成電路的各功能塊(或基本單元電路)先調試好,并在此基礎上逐步擴大調試范圍,最后完成整機調試。采用先分調,后聯調的優點是:能及時發現問題和解決問題。新設計的電路一般采用此方法。

對于包括模擬電路、數字電路和微機系統的電子裝置更應采用這種方法進行調試。因為只有把三部分分開調試后,分別達到設計指標,并經過信號及電平轉換電路后才能實現整機聯調。否則,由于各電路要求的輸入、輸出電壓和波形不匹配,盲目進行聯調,就可能造成大量的器件損壞。

除了上述方法外,對于已定型的產品和需要相互配合才能運行的產品也可采用一次性調試。

調試中的注意事項

調試結果是否正確,很大程度上受測量正確與否和測量精度的影響。為了保證調試的效果,必須減小測量誤差,提高測量精度。為此,需注意以下幾點:

(1) 正確使用測量儀器的接地端

凡是使用地端接機殼的電子儀器進行測量時,儀器的接地端應和放大器的接地端連接在一起,否則儀器機殼引入的干擾不僅會使放大器的工作狀態發生變化,而且將使測量結果出現誤差。根據這一原則,調試發射極偏置電路時,若需測量VCE,不應把儀器的兩端直接接在集電極和發射極上,而應分別對地測出VC、VE,然后將二者相減得VCE。若使用干電池供電的萬用表進行測量,由于電表的兩個輸入端是浮動的,所以允許直接跨接到測量點之間。

(2) 測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠大于被測處的等效阻抗若測量儀器輸入阻抗小,則在測量時會引起分流,給測量結果帶來很大誤差。

(3) 測量儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬

例如:MF-20型萬用表的工作頻率為20~20000 Hz。如果放大器的fh =100 kHz,我們就不能用 MF-20來測試放大器的幅頻特性,否則,測試結果就不能反映放大器的真實情況。

(4) 要正確選擇測量點

用同一臺測量儀器進行測量時,測量點不同,儀器內阻引進的誤差大小將不同。例如,對于圖1所示電路,測C1點電壓VC1時,若選擇e2為測量點,測得VE2,根據VCl=VE2+VBE2求得的結果,可能比直接測Cl點得到的VC1的誤差要小得多。所以出現這種情況,是因為Re2較小,儀器內阻引進的測量誤差小。

 

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(5) 測量方法要方便可行

需要測量某電路的電流時,一般盡可能測電壓而不測電流,因為測電壓不必改動被測電路,測量方便。若需知道某一支路的電流值,可以通過測取該支路上電阻兩端的電壓,經過換算而得到。

(6) 調試過程中,不但要認真觀察和測量,還要善于記錄

記錄的內容包括實驗條件、觀察的現象、測量的數據、波形和相位關系等。只有有了大量可靠的實驗記錄并與理論結果加以比較,才能發現電路設計上的問題,完善設計方案。

調試時出現故障的解決方法

要認真查找故障原因,切不可一遇故障解決不了就拆掉線路重新安裝。因為重新安裝的線路仍可能存在各種問題,如果是原理上的問題,即使重新安裝也解決不了問題。我們應當把查找故障,分析故障原因,看成一次好的學習機會,通過它來不斷提高自己分析問題和解決問題的能力。

 

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(1) 檢查故障的一般方法

故障是不期望但又不可避免的電路異常工作狀況。分析、尋找和排除故障是電氣工程人員必備的實際技能。對于一個復雜的系統來說,要在大量的元器件和線路中迅速、準確地找出故障是不容易的。一般故障診斷過程,就是從故障現象出發,通過反復測試,做出分析判斷,逐步找出故障原因的過程。

(2) 故障現象和產生故障的原因

1) 常見的故障現象:放大電路沒有輸入信號,而有輸出波形。放大電路有輸入信號,但沒有輸出波形,或者波形異常。串聯穩壓電源無電壓輸出,或輸出電壓過高且不能調整,或輸出穩壓性能變壞、輸出電壓不穩定等。振蕩電路不產生振蕩。計數器輸出波形不穩,或不能正確計數。收音機中出現“嗡嗡”交流聲和“啪啪”的汽船聲等。以上是最常見的一些故障現象,還有很多奇怪的現象,在這里就不一一列舉了。

2) 產生故障的原因:故障產生的原因很多,情況也很復雜,有的是一種原因引起的簡單故障,有的是多種原因相互作用引起的復雜故障。因此,引起故障的原因很難簡單分類。這里只能進行一些粗略的分析。

對于定型產品使用一段時間后出現故障,故障原因可能是元器件損壞,連線發生短路或斷路(如焊點虛焊、接插件接觸不良、可變電阻器、電位器、半可變電阻等接觸不良、接觸面表面鍍層氧化等),或使用條件發生變化(如電網電壓波動,過冷或過熱的工作環境等)影響電子設備的正常運行。

對于新設計安裝的電路來說,故障原因可能是:實際電路與設計的原理圖不符;元器件焊接錯誤、元器件使用不當或損壞;設計的電路本身就存在某些嚴重缺點,不滿足技術要求;連線發生短路或斷路等。

儀器使用不正確引起的故障,如示波器使用不正確而造成的波形異?;驘o波形,接地問題處理不當而引入干擾等。

各種干擾引起的故障:

(3) 檢查故障的一般方法

查找故障的順序可以從輸入到輸出,也可以從輸出到輸入。查找故障的一般方法有:

1) 直接觀察法:直接觀察法是指不用任何儀器,利用人的視、聽、嗅、觸等作為手段來發現問題,尋找和分析故障。直接觀察包括不通電檢查和通電觀察。

檢查儀器的選用和使用是否正確;電源電壓的等級和極性是否符合要求;電解電容的極性、二極管和三極管的管腳、集成電路的引腳有無錯接、漏接、互碰等情況;布線是否合理;印刷板有無斷線;電阻電容有無燒焦和炸裂等。

通電觀察元器件有無發燙、冒煙,變壓器有無焦味,電子管、示波管燈絲是否亮,有無高壓打火等。

此法簡單,也很有效,可作初步檢查時用,但對比較隱蔽的故障無能為力。

2) 用萬用表檢查靜態工作點

電子電路的供電系統,半導體三極管、集成塊的直流工作狀態(包括元、器件引腳、電源電壓)、線路中的電阻值等都可用萬用表測定。當測得值與正常值相差較大時,經過分析可找到故障。

順便指出,靜態工作點也可以用示波器“DC”輸入方式測定。用示波器的優點是:內阻高,能同時看到直流工作狀態和被測點上的信號波形以及可能存在的干擾信號及噪聲電壓等,更有利于分析故障。

3) 信號尋跡法

對于各種較復雜的電路,可在輸入端接入一個一定幅值、適當頻率的信號(例如,對于多級放大器,可在其輸入端接入 f=1000 Hz的正弦信號),用示波器由前級到后級(或者相反),逐級觀察波形及幅值的變化情況,如哪一級異常,則故障就在該級。這是深入檢查電路的方法。

4) 對比法

懷疑某一電路存在問題時,可將此電路的參數與工作狀態相同的正常電路的參數(或理論分析的電流、電壓、波形等)進行一一對比,從中找出電路中的不正常情況,進而分析故障原因,判斷故障點。

5) 部件替換法

有時故障比較隱蔽,不能一眼看出,如這時你手頭有與故障儀器同型號的儀器時,可以將儀器中的部件、元器件、插件板等替換有故障儀器中的相應部件,以便于縮小故障范圍,進一步查找故障。

6) 旁路法

當有寄生振蕩現象時,可以利用適當容量的電容器,選擇適當的檢查點,將電容臨時跨接在檢查點與參考接地點之間,如果振蕩消失,就表明振蕩是產生在此附近或前級電路中。否則就在后面,再移動檢查點尋找之。應該指出的是,旁路電容要適當,不宜過大,只要能較好地消除有害信號即可。

7) 短路法

就是采取臨時性短接一部分電路來尋找故障的方法。短路法對檢查斷路性故障最有效。但要注意對電源(電路)是不能采用短路法的。

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8) 斷路法

斷路法用于檢查短路故障最有效。斷路法也是一種使故障懷疑點逐步縮小范圍的方法。例如,某穩壓電源因接入一帶有故障的電路,使輸出電流過大,我們采取依次斷開電路的某一支路的辦法來檢查故障。如果斷開該支路后,電流恢復正常,則故障就發生在此支路。

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實際調試時,尋找故障原因的方法多種多樣,以上僅列舉了幾種常用的方法。這些方法的使用可根據設備條件,故障情況靈活掌握,對于簡單的故障用一種方法即可查找出故障點,但對于較復雜的故障則需采取多種方法互相補充、互相配合,才能找出故障點。

在一般情況下,尋找故障的常規做法是:先用直接觀察法,排除明顯的故障。再用萬用表(或示波器)檢查靜態工作點。信號尋跡法是對各種電路普遍適用而且簡單直觀的方法,在動態調試中廣為應用。

應當指出,對于反饋環內的故障診斷是比較困難的,在這個閉環回路中,只要有一個元器件(或功能塊)出故障,則往往整個回路中處處都存在故障現象。尋找故障的方法是先把反饋回路斷開,使系統成為一個開環系統,然后再接入一適當的輸入信號,利用信號尋跡法逐一尋找發生故障的元、器件(或功能塊)。


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