|
СХЕМЫ---->
Полезная схемотехника. статьи № 1-50---->
Полезная схемотехника. статьи № 51-100
Тестирование, проверка радиоэлементов.
Д.Садченков
При ремонте любого электронного изделия приходится сталкиваться с проверкой радиоэлементов.
Несмотря на кажущуюся простоту этот процесс имеет свои особенности. Возникают вопросы, касающиеся тестирования радиоэлементов, и тогда, когда радиолюбитель решает заменить старенький тестер на новый, с цифровой индикацией, и когда появляются новые типы полупроводниковых приборов, такие как цифровые транзисторы, и т.д. Надеемся, что в этой статье найдутся ответы на некоторые вопросы.
В статье изложены основные вопросы тестирования радиоэлементов как с применением стрелочных или аналоговых мультиметров (АММ), так и цифровых (ЦММ).
Тестирование конденсаторов
Тестирование конденсаторов с помощью мультиметров, имеющих режим проверки конденсаторов, проблем не вызывает. Если же мультиметр такого режима не имеет, то для проверки можно взять омметр (только при использовании АММ). Он позволяет определить пробой или утечку в конденсаторе. К омметру, включенному на верхнем пределе измерения, подключают конденсатор. О пробое свидетельствует низкое (несколько ом) сопротивление конденсатора. Если конденсатор исправен, то стрелка АММ сначала отклонится (если емкость конденсатора не менее 0,47 мкФ), а затем вернется на нулевую отметку.
Величина и время отклонения стрелки зависят от емкости конденсатора по принципу: чем боль
ше, тем больше. При проверке оксидных конденсаторов следует соблюдать полярность подключения мультиметра. Если же стрелка отклонилась на какую-то величину и АММ показывает какое-то сопротивление, то это свидетельствует об утечке в конденсаторе.
ЦММ такие измерения производить не позволяет. Этот способ проверки не обеспечивает 100%-ой гарантии того, что если отклонений при проверке не выявлено, то конденсатор исправен, и требует обязательного выпаивания его из схемы. Главным критерием работоспособности конденсатора является выполнение им своих функций в работающей схеме. Полученные после такой проверки результаты могут говорить об исправности конденсатора, однако работать в схеме он не будет.
Оптимальным способом быстрой проверки конденсаторов на работоспособность без выпаивания их из схемы является следующий.
Необходимо произвести внешний осмотр схемы. Конденсаторы с раздутым корпусом, с потеками электролита, коррозией у выводов, с греющимся во время работы корпусом необходимо проверить заменой.
Особенно критична такая проверка для конденсаторов, используемых в импульсных источниках питания. Дополнительной информацией о неисправностях конденсаторов фильтров питания является пониженное напряжение питания, специфические помехи на экране телевизора, повышенный уровень фона в аудиотракте. Хороший результат дает также подключение параллельно проверяемому исправного конденсатора (подключать его следует при отключенном питании устройства). При неисправностях конденсаторов в импульсных схемах, например, в задающем генераторе кадровой развертки телевизора,
проверить конденсатор на работоспособность можно путем подключения заведомо исправного и по характеру изменений изображения на экране принимают решение о необходимости его замены.
Наиболее часто выходят из строя оксидные конденсаторы, иногда полиэтилентерефталатные, устанавливаемые в высоковольтных цепях строчной развертки. Редко — керамические и слюдяные конденсаторы.
Наилучшие результаты при тестировании конденсаторов дает использование простого генератора импульсов, построенного на интегральном таймере типа КР1006ВИ1 (зарубежные аналоги — таймеры серии 555). При проверке конденсатор включают во времязадающую цепь и по периоду следования Т импульсов при известном значении сопротивления R вычисляют значение емкости С по формуле:
C = T/R.
Следует быть очень осторожными при проверке конденсаторов в высоковольтных цепях (схемы строчной развертки, импульсные источники питания). После выключения устройства конденсаторы необходимо разрядить. Для этого используют разрядную цепь из резистора сопротивлением 2 кОм...1 МОм, соединенного одним выводом с корпусом или общим проводом схемы. Рекомендуемые значения сопротивления резистора:
для низковольтных цепей с емкостями до 1000 мкФ и рабочими напряжениями до 400 В (источники питания телевизоров и мониторов, электронные лампы-вспышки) — 2 кОм (25 Вт). Время разрядки составляет примерно 1с на 100 мкФ емкости;
для цепей с емкостями до 2 мкФ и со средними рабочими напряжениями до 5000 В (высоковольтные конденсаторы микроволновых печей) — 100 кОм (25 Вт). Время разрядки составляет примерно 0,5 с на 1 мкФ емкости;
для высоковольтных цепей с емкостями до 2 нФ и рабочими напряжениями до 50 кВ (цепи питания анода трубки) — 1 МОм (10 Вт). Время разрядки составляет примерно 0,01 с на 1 нФ емкости.
На рис. 1 приведена схема разрядника со светодиодной индикацией.
В качестве встречно-параллельно включенных диодов применяются кремниевые диоды общего назначения. Падение напряжения на диоде в прямом направлении составляет около 0,75 В, поэтому на сборке из четырех диодов оно составит около 2,8...3 В. В пробнике применяются два светодиода для того, чтобы обеспечить индикацию независимо от полярности его включения.
Что касается проверки оксидных конденсаторов, то следует упомянуть об их так называемом эквивалентном последовательном сопротивлении (ЭПС). На его величину влияет, а с течением времени не в лучшую сторону, состояние обкладок конденсатора, внутренних контактов, состояние электролита. При соответствии емкости номиналу иногда оказывается, что ЭПС возросло, а это приводит к тому, что схема либо не работает, либо работает неправильно. За рубежом выпускаются специальные приборы для проверки ЭПС, но на практике оценить ЭПС оксидного конденсатора можно довольно просто с помощью осциллографа. Для этого следует подать на осциллограф с генератора импульсов или звукового генератора сигнал частотой около 100 кГц (некритично) и включить в разрыв сигнального провода испытуемый конденсатор, если он используется в схеме как разделительный, или замкнуть сигнальный провод через испытуемый конденсатор на общий провод, если он используется как конденсатор фильтра. В первом случае уровень сигнала не должен ни измениться, ни исказиться. Во втором случае вместо меандра или синусоиды должна наблюдаться прямая линия. Если этого не происходит — конденсатор необходимо заменить.
Тестирование полупроводниковых диодов
При тестировании диодов с помощью АММ следует использовать нижние пределы измерений. При проверке исправного диода сопротивление в прямом направлении составит несколько сотен ом, в обратном направлении — бесконечно большое сопротивление. Если диод неисправен, АММ покажет в обоих направлениях сопротивление, близкое к нулю, или разрыв при пробое диода. Сопротивление переходов в прямом и обратном направлениях для германиевых и кремниевых диодов различно.
Проверка диодов с помощью ЦММ производится в режиме их тестирования. При этом, если диод исправен, на дисплее отображается напряжение на p-n переходе в прямом направлении или разрыв — в обратном направлении. Величина напряжения на переходе в прямом направлении для кремниевых диодов составляет 0,5...0,8 В, для германиевых — 0,2...0,4 В. При проверке исправного диода с помощью ЦММ в режиме измерения сопротивления обычно наблюдается разрыв как в прямом, так и в обратном направлении из-за того, что напряжение на клеммах мультиметра недостаточно для того, чтобы переход открылся.
Тестирование транзисторов
В общем тестирование транзисторов аналогично тестированию диодов, так как саму структуру транзистора p-n-p или n-p-n можно при проверке представить как два диода (рис. 2) с соединенными вместе либо выводами катода, либо анода, представляющими собой вывод базы транзистора.
При тестировании с помощью ЦММ напряжение на переходе исправного транзистора в прямом направлении составит 0,45...0,9 В. Дополнительно следует проверять сопротивление (падение напряжения) между коллектором и эмиттером, которое для исправного транзистора должно быть определено как очень большое, за исключением описанных ниже особенностей.
Одной из особенностей является наличие у некоторых типов мощных транзисторов встроенного демпферного диода, который включен между коллектором и эмиттером, а также резистора сопротивлением около 50 Ом между базой и эмиттером. Это характерно в первую очередь для транзисторов выходных каскадов строчной развертки. Из-за этих дополнительных элементов нарушается обычная картина тестирования транзисторов. При проверке таких транзисторов следует сравнивать проверяемые параметры с такими же параметрами заведомо исправного однотипного транзистора. При проверке с помощью ЦММ транзисторов с резистором в цепи база-эмиттер напряжение на переходе база-эмиттер будет близким или равным 0 В.
Другими "особенными" транзисторами являются транзисторы, включенные по схеме Дарлингтона. Внешне они выглядят как обычные, но в одном корпусе имеется два транзистора, соединенные по схеме рис. 3.
От обычных их отличает очень высокий коэффициент усиления — более 1000.
Тестирование таких транзисторов особенностями не отличается, за исключением того, что прямое напряжение перехода база-эмиттер составляет 1,2...1,4 В. Следует отметить, что некоторые типы ЦММ в режиме тестирования имеют на клеммах напряжение меньше 1,2 В, что недостаточно для открывания p-n перехода, и в этом случае наблюдается разрыв.
Другими необычными транзисторами являются цифровые транзисторы (транзисторы с внутренними цепями смещения). На рис. 4 изображена схема такого цифрового транзистора.
Номиналы резисторов R1 и R2 одинаковы и могут составлять либо 10 кОм, либо 22 кОм, либо 47 кОм.
Тестирование цифровых транзисторов затруднено. И если с помощью АММ можно наблюдать отличия в прямом и обратном сопротивлениях переходов, то проверка с помощью ЦММ результатов не дает. В этом случае лучший вариант при сомнениях в работоспособности — замена на заведомо исправный транзистор.
Тестирование однопереходных и программируемых
однопереходных транзисторов
Однопереходный транзистор (ОПТ) отличается тем, что на его вольт-амперной характеристике имеется участок с отрицательным сопротивлением. Наличие такого участка говорит о том, что такой полупроводниковый прибор может использоваться для генерирования колебаний (ОПТ, туннельные диоды и др.). ОПТ используется в генераторных и переключательных схемах. В отечественной литературе автор не встречал понятия "программируемый ОПТ", только — ОПТ. Однако в виду большой насыщенности рынка зарубежной электронной техникой и элементной базой следует научиться их отличать. Это несложно:
общим для них является трехслойная структура (как у любого транзистора) с двумя p-n переходами;
ОПТ имеет выводы, называемые база 1 (Б1), база 2 (Б2), эмиттер. Он переходит в состояние проводимости, когда напряжение на эмиттере превышает значение критического напряжения переключения, и находится в этом состоянии до тех пор, пока ток эмиттера не снизится до некоторого значения, называемого током закрывания. Все это очень напоминает работу тиристора;
программируемый ОПТ имеет выводы, называемые анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). По принципу работы он еще ближе к тиристору. Переключение его происходит тогда, когда напряжение на управляющем электроде превышает напряжение на аноде (на величину примерно 0,6 В — прямое напряжение p-n перехода). Таким образом, изменяя с помощью делителя напряжение на аноде, можно изменять напряжение переключения такого прибора ("программировать" его).
Чтобы проверить исправность ОПТ и программируемого ОПТ, следует измерить омметром сопротивление между выводами Б1 и Б2 или А и К для проверки на пробой. Но наиболее точные результаты можно получить, собрав схему для проверки ОПТ (рис. 5) или для программируемого ОПТ (рис. 6).
Из второй части статьи можно будет узнать, как проверить динистор и тиристор, как идентифицировать незнакомый транзистор, как проверить полевые транзисторы, светодиоды, оптопары, термисторы, стабилитроны и ознакомиться с другими интересными материалами практического содержания.
Тестирование динисторов, тиристоров, симисторов
Динисторы, тиристоры, симисторы представляют собой полупроводниковые приборы четырехслойной структуры p-n-p-n. Часто при пояснении принципа работы их изображают в виде соединенных между собой, как показано на рис. 7, транзисторов разной проводимости.
Как видно из рисунка, тиристор имеет три вывода: анод (А), катод (К) и управляющий электрод (УЭ). Напряжение, приложенное к p-n переходу одного из транзисторов, обеспечивает открывание тиристора.
С помощью мультиметра динистор, тиристор и симистор можно проверить на пробой между выводами А и К (при исправном приборе участок А-К не прозванивается, при неисправном мультиметр покажет короткое замыкание), а тиристор и симистор, кроме того, и на исправность p-n перехода между УЭ и К. Наилучшие результаты проверки тиристоров и симисторов обеспечивает испытательная схема, изображенная на рис. 8.
В качестве источника питания используется источник постоянного тока напряжением 12 В с допустимым током нагрузки не менее 200 мА. Резистор R1 ограничивает ток через испытуемый прибор, а резистор R2 — через его управляющий электрод. Схема обеспечивает тестирование тиристоров и симисторов малой и средней мощности. Для проверки тиристора необходимо:
1 — включить его в схему, как показано на рис. 8;
2 — кратковременно соединить его УЭ с резистором R2. Прибор дол
жен открыться, напряжение +Uтест станет равным нулю. Прибор остается открытым и при отключенном от R2 управляющем электроде;
3 — разорвать цепь питания анода (УЭ при этом соединен с К) и замкнуть ее вновь. Прибор должен находиться в закрытом состоянии, напряжение +Uтест при этом равно 12 В.
При тестировании симисторов следует повторить п.п. 2, 3, но при этом резистор R2 должен быть соединен с отрицательным полюсом источника питания.
Результат такого тестирования позволяет убедиться в исправности прибора. Тем не менее окончательным результатом тестирования следует считать исправную работу полупроводникового прибора в том устройстве, где он установлен.
Динисторы (по другому их называют еще диаки и сидаки) не имеют вывода УЭ, поэтому они открываются при превышении напряжения на аноде некоторого значения, указываемого в параметрах на данный тип прибора. Как было сказано выше, проверка динистора с использованием мультиметра достоверного результата не дает. Для того чтобы точно знать, исправен динистор или нет, его следует проверить, включив в испытательную схему (рис. 9), которая питается от регулируемого источника напряжения переменного тока.
Диод VD1 представляет собой однополупериодный выпрямитель, конденсатор С1 — сглаживающий, резистор R1 ограничивает ток через динистор. При проверке следует плавно увеличивать напряжение на динисторе: когда оно достигнет некоторого порогового значения, динистор откроется. При уменьшении напряжения, когда протекающий ток достигнет значения заданного тока удержания, динистор закроется. При проверке в качестве источника напряжения переменного тока во избежание опасности поражения током следует использовать трансформатор.
Идентификация транзисторов, тип которых неизвестен
При определении структуры транзистора, тип которого неизвестен, следует путем перебора (шесть вариантов) определить вывод базы, а затем измерить прямое напряжение на переходах транзистора.
Прямое напряжение на переходе база-эмиттер (Б-Э) всегда на несколько милливольт выше прямого напряжения на переходе база-коллектор (Б-К) (при пользовании АММ сопротивление перехода Б-Э в прямом направлении несколько выше сопротивления перехода Б-К). Это правило применимо к обыкновенным биполярным транзисторам, за исключением некоторых типов мощных транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод. Полярность щупа мультиметра, подключенного при измерениях на переходах в прямом направлении к базе транзистора, укажет на тип транзистора: если это "+" — транзистор структуры n-p-n, если "—" — структуры p-n-p.
Тестирование полевых МОП-транзисторов
Существует несколько способов тестирования полевых МОП-транзисторов. Один из них следующий:
проверяют сопротивления между затвором-истоком (З-И) и затвором-стоком (З-С). Они должны быть бесконечно большими;
соединяют затвор с истоком. В этом случае переход исток-сток (И-С) должен прозваниваться как диод (за исключением МОП-транзисторов, имеющих встроенную защиту от пробоя, — стабилитронов с определенным напряжением пробоя).
Характерной неисправностью полевых МОП-транзисторов является короткое замыкание переходов З-И и З-С.
Другой способ тестирования предусматривает использование двух омметров: первый включается между истоком и стоком, второй — между истоком и затвором. Второй омметр должен иметь высокое входное сопротивление (около 20 МОм) и напряжение на выводах не менее 5 В. При подключении второго омметра в прямой полярности транзистор откроется (первый омметр покажет сопротивление, близкое к нулю), при изменении полярности на противоположную транзистор закроется. Недостаток этого способа — требования к напряжению на выводах второго омметра. Естественно, ЦММ для этих целей не подходит, что ограничивает применение такого способа тестирования.
Еще один способ тестирования похож на предыдущий. Сначала кратковременно соединяют между собой выводы затвора и истока для того, чтобы снять имеющийся на затворе заряд. Далее к выводам истока и стока подключают омметр. Берут батарейку напряжением 9В и кратковременно подключают ее плюсом к затвору, а минусом — к истоку. Транзистор откроется и будет открыт некоторое время после отключения батарейки за счет сохранения заряда. Большинство полевых МОП-транзисторов открывается при напряжении между затвором и истоком около 2 В.
При тестировании полевых МОП-транзисторов следует соблюдать особую осторожность, чтобы
не вывести его из строя статическим электричеством.
Тестирование светодиодов
Электрическая проверка исправности светодиодов видимого и инфракрасного (ИК) излучения аналогична проверке обычных диодов. Отличие заключается в их более высоком прямом напряжении при тестировании с использованием ЦММ. Типовые значения прямого напряжения на переходе следующие:
для ИК диодов 1,2 В;
для светодиодов красного свечения 1,85 В;
для светодиодов желтого свечения 2 В;
для светодиодов зеленого свечения 2,15 В;
для светодиодов синего свечения около 3 В.
Это средние значения, которые могут отличаться на 0,5...0,6 В. Поэтому такой способ определения цвета свечения светодиода по прямому напряжению на его переходе нельзя считать надежным.
Тестирование оптопар
Любая оптопара состоит из двух частей — источника излучения (обычно ИК светодиод) и фотоприемника, который открывается при работе источника излучения, — фотодиода, фототранзистора, фототиристора. Для проверки исправности оптопары можно использовать схему, изображенную на рис. 10.
При подаче напряжения на вывод светодиода фотодиод открывается и выходное напряжение становится равным 0 В. В закрытом состоянии фотодиода оно равно напряжению источника питания.
Тестирование термисторов
Термисторы (терморезисторы) являются одним из видов полупроводниковых приборов. Одна из главных характеристик термистора — температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Существуют термисторы с положительным ТКС (сопротивление термистора растет с увеличением температуры) и с отрицательным ТКС (сопротивление термистора с ростом температуры уменьшается). Для проверки следует подключить к выводам термистора омметр и следить за изменением его сопротивления при нагреве. Для этого можно подержать термистор над паяльником или использовать другой способ нагрева. Если термистор неисправен, его сопротивление либо не будет изменяться, либо будет равно нулю, либо — бесконечности. Тем не менее, при проверке термисторов следует учитывать их функциональное назначение в тех схемах, где они работают.
Тестирование стабилитронов
Стабилитроны при их проверке с использованием АММ ведут себя как обычные диоды. Проверить их при помощи ЦММ можно только в тех случаях, когда напряжение стабилизации стабилитрона составляет доли вольта. В противном случае ЦММ показывает разрыв цепи. Наиболее надежный способ — проверка напряжения стабилизации стабилитрона в схеме, изображенной на рис. 11.
Значение сопротивления резистора R2 справедливо для стабилитронов с напряжением стабилизации до 20 В. В любом случае рассчитать его несложно, имея под рукой справочник: R = Uист/Iст, где Iст — справочное значение тока стабилизации.
Наиболее часто встречающейся неисправностью является пробой стабилитрона.
Расположение выводов транзисторов
При тестировании транзисторов необходимо знать расположение их выводов. Наиболее точную информацию дает справочник. Однако, если ограничиться рассмотрением транзисторов, наиболее часто выходящих из строя, то таковыми являются транзисторы выходных каскадов строчной развертки, выходных каскадов усилителей мощности радиопередающих устройств и транзисторы источников питания.
Транзисторы для выходных каскадов строчной развертки выпускаются в основном в корпусах двух типов: металлическом (ТО-3) и пластмассовом (ТО-3Р).
На рис. 12 изображено расположение выводов для корпусов ТО-3 (вид снизу) и корпуса ТО-3Р
(вид со стороны маркировки). Следует помнить, что у таких транзисторов, имеющих встроенный демпферный диод, сопротивление между базой и эмиттером в обратном направлении будет около 50 Ом, и транзистор считается исправным, если измеренное значение сопротивления составляет не менее 10 Ом.
В оконечных каскадах усилителей мощности чаще всего применяются транзисторы в металлокерамических корпусах с крестообразным расположением выводов (рис. 13).
В некоторых радиоэлектронных приборах в оконечных каскадах усилителей мощности передающих устройств и устройствах электропитания используются транзисторы в корпусах для поверхностного монтажа (SOT23, SOT323 и т.д.). Чаще всего они имеют расположение выводов, изображенное на рис. 14.
Оно может быть либо нормальным (а), либо обратным (б).
|
