Текст
                    ДЭН том
НЕИС
В ЭЛЕ
Полезные правила:
• «научного тыка»;
• «если нельзя, но очень хочется, то можно»;
• «не подмажешь - не поедешь» и т.п.;
А также:
• методы поиска неисправностей в бытовой электронике;
• описание всех типов диагностического оборудования;
• обзор новых компонентов и технологий поверхностного монтажа
и многое другое.

Dan Tomal Neal Widmer Electronic Troubleshooting Third Edition McGraw-Hill New York Chicago San Francisco Lisbon London Madrid Mexico City Milan New Delhi Sanjuan Seoul Singapore Sydney Toronto
В помощь радиолюбителю Ден Томел Нил Уидмер Поиск неисправностей в электронике
Деи Томел Нил Уидмер Поиск неисправностей в электронике В помощь радиолюбителю NT Press Москва,
УДК 621.37 ББК 32.84 Т52 Подписано в печать 15.02.2007. Формат 70x100 V16 • Гарнитура «Баскервиль». Печать оф- сетная. Усл. печ. л. 33,8. Тираж 3000 экз. Зак. №5336 Томел Д., Уидмер Н. Т52 Поиск неисправностей в электронике / Д. Томел, Н. Уидмер ; пер. с англ. С. О. Махарадзе. - М.: НТ Пресс, 2007. - 416 с.: ил. (В помощь радиолюби- телю) ISBN 978-5-477-00163-7 В данной книге автор касается теоретических и практических основ диагности- ки и ремонта электротехнической и электронной аппаратуры. Приведены описания технических средств, предназначенных для этих целей. Исследованы методы поис- ка неисправностей в промышленном, бытовом, медицинском оборудовании. Рас- смотрены типичные неполадки радио-, теле-, микропроцессорных и других систем. Для инженеров, техников, обслуживающего персонала и радиолюбителей лю- бого уровня. УДК 621.37 ББК 32.84 Original Edition copyright © by the McGraw-Hill Companies, Inc. All Rights Reserved. Russian edition copyright © 2007 by NT Press. All rights reserved. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разре- шения владельца авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку веро- ятность технических ошибок все равно остается, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издатель- ство не несет ответственности за возможный ущерб любого вида, связанный с примене- нием содержащихся здесь сведений. Все торговые знаки, упомянутые в настоящем издании, зарегистрированы. Случай- ное неправильное использование или пропуск торгового знака или названия его закон- ного владельца не должно рассматриваться как нарушение прав собственности. ISBN 0-07-142307-9 (англ.) ISBN 978-5-477-00163-7 (рус.) Copyright © McGraw Hill Companies © Издание, перевод на русский язык, оформление «НТ Пресс». 2007
Предисловие.................................................12 Введение...................................................14 Глава 1. Принципы сервисного обслуживания............................17 Анализ решения проблем............................................. 17 Неисправности схем................................................ 19 Методы поиска неисправностей.......................................22 Тестирование основных элементов....................................26 Полупроводниковые элементы.........................................32 Интегральные микросхемы............................................44 Электронные лампы..................................................48 Конденсаторы сверхбольшой емкости..................................50 Катушки индуктивности..............................................51 Вопросы для самоконтроля...........................................52 Вопросы и проблемы ..............................................56 Глава 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств............................................58 Общий обзор........................................................58 Мультиметр, ампервольтомметр, мультиметр на полевых транзисторах, цифровые универсальные измерительные приборы.......................59 Осциллограф........................................................60 Специальное контрольно-измерительное оборудование..................63 Использование тестовых пробников...................................73 Вопросы для самоконтроля...........................................74 Вопросы и проблемы ..............................................75 Глава 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов.............77 Основные сведения..................................................77 Типы двигателей....................................................79 Двигатели с расщепленными фазами.................................80 Конденсаторные двигатели.........................................81
Нашим отцам: Раймонду Томелу (Raymond Tomei) и Эдварду Уидмеру (Edward Widmer), двум талантливым специалистам по поиску неисправностей, которые научили нас практической стороне ремонта электроники. Они могли починить все что угодно и вдохнули в нас желание быть похожими на них. Нашим женам: Аннете (Annette) и Кристине (Kristine). Нашим детям: Джонатану (Jonathan), Стефани (Stephanie) и Джастину (Justin) Джону (John), Бредли (Bradley), Блейку (Blake), Мэтью (Matthew) и Кати (Katie)
Оглавление 7 Двигатели с расщепленными полюсами...................................83 Двигатели репульсионного типа........................................85 Двигатели постоянного тока ..........................................85 Универсальные электродвигатели.......................................87 Многополюсные двигатели..............................................87 Синхронные двигатели.................................................88 Редукторные двигатели................................................88 Шаговый двигатель....................................................89 Специальные двигатели и их применение................................91 Типы генераторов.......................................................91 Ремонт двигателей......................................................92 Ремонт генераторов....................................................104 Профилактическое техническое обслуживание.............................107 Вопросы для самоконтроля..............................................109 Вопросы и проблемы..................................................112 Глава 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления....................................................113 Основные сведения.....................................................114 Типы устройств управления.............................................116 Устройства защиты от перегрузки.................................... 117 Ручные пускатели....................................................119 Магнитные пускатели.................................................120 Реверсивные магнитные пускатели.....................................122 Контакторы осветительных приборов...................................123 Кнопочные выключатели и пульты .....................................124 Концевые выключатели ...............................................1 24 Барабанные переключатели............................................125 Таймеры.............................................................126 Электронные приводы.................................................127 Программируемые контроллеры.........................................127 Датчики.............................................................128 Ремонт и тестирование.................................................129 Профилактическое техническое обслуживание.............................135 Вопросы для самоконтроля..............................................136 Вопросы и проблемы .................................................140 Глава 5. Сервисное обслуживание электропроводки бытового и промышленного назначения.....................................142 Основные сведения.....................................................142 Ремонт цепей электропроводки..........................................149 Ремонт систем освещения...............................................155 Ремонт распределенных систем телевидения..............................156 Профилактическое техническое обслуживание.............................160 Вопросы для самоконтроля..............................................161 Вопросы и проблемы .................................................164
8 Оглавление Глава 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры..............................................165 Основные сведения об амплитудной модуляции............................165 Основные сведения о частотной модуляции...............................167 Основные сведения о частотном разделении каналов......................169 Основные сведения о телевизионных передатчиках и приемниках...........176 Сервисное обслуживание радиоаппаратуры................................180 Магнитофоны.........................................................1 84 Проигрыватели лазерных дисков.......................................1 84 Сервисное обслуживание черно-белого телевизора........................188 Бледное изображение и слабый звук...................................189 Хорошее изображение, слабый звук.......................,............191 Бледное изображение при нормальном звуке............................191 Отсутствие изображения при нормальном звуке.........................191 Звук нормальный, но нет растрового изображения......................1 92 Звук нормальный, но нет синхронизации изображения...................1 94 Звук нормальный, но имеет место сбой строк и уменьшенная ширина изображения.................................................1 95 Звук нормальный, но изображение смещается по вертикали и складывается, высота изображения уменьшена .......................................195 Нормальное изображение, слабый звук.................................1 97 Телевизор не подает признаков жизни.................................1 97 Сервисное обслуживание цветного телевизора............................197 Отсутствие цвета....................................................200 Слабый или тусклый цвет.............................................201 Доминирующий цвет на экране.........................................201 Сигнал выключения канала цветности..................................201 Цветные полосы......................................................201 Другие проблемы цвета...............................................201 Сведение лучей......................................................202 Настройка чистоты цвета.............................................202 Статическое сведение................................................202 Динамическое сведение...............................................202 Техническое обслуживание телевизионных приемников последних моделей.203 Руководства по обслуживанию.........................................207 Компоненты для поверхностного монтажа...............................210 Профилактическое техническое обслуживание.............................210 Вопросы для самоконтроля..............................................211 Вопросы и проблемы .................................................216 Глава 7. Сервисное обслуживание цифровых схем...........................218 Основные сведения.....................................................218 Двоичная система счисления............................................219 Логические функции....................................................219
Оглавление 9 Логика И........................................................ 219 Логика ИЛИ........................................................221 Логика НЕ.........................................................222 Схемы И-НЕиИЛИ-НЕ.................................................222 Исключающее ИЛИ...................................................224 Серии цифровых логических приборов...................................225 ТТЛ...............................................................226 КМОП..............................................................231 ЭСЛ...............................................................234 ПЛИС..............................................................234 Корпуса и идентификация ИМС..........................................236 Природа неисправностей...............................................237 Обрыв.............................................................237 Короткое замыкание................................................238 Неисправные периферийные компоненты...............................240 Потенциальные причины неисправностей.................................240 Чтение цифровых схем.................................................242 Поиск и локализация неисправностей...................................243 Методы тестирования и специализированное оборудование................246 Логические пробники...............................................246 Логический импульсный генератор...................................247 Ручное тестовое оборудование......................................248 Осциллографы......................................................249 Логические анализаторы............................................251 Методы поиска неисправностей логических устройств.................252 Ремонт...............................................................256 Извлечение ИМС.................................................. 256 Монтаж ИМС........................................................261 Вопросы для самоконтроля.............................................262 Вопросы и проблемы................................................266 Глава 8. Сервисное обслуживание последовательных цифровых схем.........................................................268 Системы счисления....................................................268 Комбинационные логические приборы....................................270 Дешифраторы.......................................................270 Шифраторы.........................................................274 Логические устройства с памятью......................................275 Асинхронные RS-триггеры...........................................276 Синхронные триггеры...............................................277 Счетчики..........................................................279 Регистры сдвига...................................................281 Сервисное обслуживание триггерных схем...............................284 Формы цифровых сигналов..............................................285
10 Оглавление Пример сервисного обслуживания последовательной цифровой схемы........286 Ремонт сложных электронных цифровых схем..............................294 Профилактическое техническое обслуживание.............................296 Вопросы для самоконтроля..............................................297 Вопросы и проблемы..................................................299 Глава 9. Сервисное обслуживание микропроцессорных систем................301 Принципы работы микрокомпьютеров......................................302 Центральный процессор...............................................302 Память..............................................................302 Устройства ввода/вывода.............................................306 Шины и логические устройства с тремя состояниями....................306 Инструкции и машинный код...........................................308 Машинные циклы и синхронизация......................................309 Персональные компьютеры...............................................311 Аппаратное обеспечение персонального компьютера.....................312 Сервисное обслуживание персональных компьютеров.......................314 Сервисное обслуживание систем с микропроцессорами.....................317 Сервисное обслуживание при разработке.................................322 Профилактическое техническое обслуживание.............................324 Вопросы для самоконтроля..............................................325 Вопросы и проблемы .................................................328 Глава 10. Сервисное обслуживание биомедицинского оборудования.......................................... 329 Принципы биомедицины..................................................329 Требования безопасности...............................................330 Сервисное обслуживание диагностического оборудования..................335 Электрокардиографы..................................................337 Электроэнцефалографы................................................343 Электромиографы.....................................................345 Самописцы...........................................................345 Рентгеновские установки.............................................346 Компьютерный томограф...............................................352 Магнитно-резонансные системы........................................353 Ультразвуковое диагностическое оборудование.........................356 Лабораторные инструменты............................................361 Газовый анализатор артериальной крови...............................361 Сервисное обслуживание терапевтического оборудования..................365 Диализ почек........................................................366 Инфузионные насосы..................................................370 Дефибрилляторы......................................................373 Приборы электрохирургии.............................................376 Ультразвуковые терапевтические приборы..............................378 Аппарат для диатермии...............................................382
Оглавление 11 Профилактическое техническое обслуживание........................382 Вопросы для самоконтроля.........................................383 Вопросы и проблемы.............................................387 Приложения Приложение 1. Руководство по сервисному обслуживанию в двигателях.388 Приложение 2. Руководство по сервисному обслуживанию блоков управления электродвигателями.............................390 Приложение 3. Руководство по сервисному обслуживанию радио- и стереоаппаратуре........................................393 Приложение 4. Руководство по сервисному обслуживанию магнитофонов.394 Приложение 5. Руководство по сервисному обслуживанию в блоках управления электродвигателями...........................395 Приложение 6. Руководство по сервисному обслуживанию телевизоров..396 Приложение 7. Общее руководство по сервисному обслуживанию.......398 Приложение 8. Руководство по сервисному обслуживанию в приемной аппаратуреТВ/ЧМ.......................................399 Приложение 9. Руководство по сервисному обслуживанию микрокомпьютеров.................................................400 Приложение 10. Руководство по сервисному обслуживанию генераторов.402 Приложение 1 1. Руководство по сервисному обслуживанию биомедицинского оборудования.....................................403 Приложение 12. Руководство по тестированию ионисторов............404 Предметный указатель...............................................407
Благодарности Авторы хотели бы поблагодарить многие организации и людей, которые вне- сли вклад в создание этой книги. Аннет Томел (Annette Tomal) и Кристин Уид- мер (Kristine Widmer) за литературную обработку материала, Али Эмади (Ali Emadi), Кевина Зака (Kevin Zak), Джорджа Хамстра (George Hamstra), Марка Коэна (Mark Cohen), Ричарда Смита (Richard Smith), Кейт Макки (Keith McKee), Майка Бермана (Mike Berman), Эда Слопсема (Ed Slopsema), Джона Киддера (John Kidder), Карен Ванингер (Karen Waninger), Харри Бледсо (Harry Bledsoe) и персонал больницы Св. Елизаветы за их сотрудничество при фотографирова- нии новейшего биомедицинского оборудования и предоставлении самой совре- менной информации. Мы также благодарим Джонатана Томелa (Jonathan Tomal) за его чертежи и Эда Уидмера (Ed Widmer) за технический обзор к главе 6. Мы хотели бы выразить свою благодарность компаниям, которые предо- ставили сведения и иллюстрации: Zenith Video Tech Corporation, Winegard Com- pany, KB Electronics Inc., Reliance Electric Company, Lexsco Inc., B&B Motor and Control Corporation, Tektronix Inc., AVO International, Simpson Electric Company, John Fluke Mfg. Co. Inc., Hewlett-Packard Company, Bodine Electric Company, Su- perior Electric, Allen-Bradley Company, Square D Company, Chapman Electric Works, Etcon Corp., Globe Products Inc., Leader Instruments Corporation, Franklin Electric Company, Marathon Electric Company, Texas Instruments Inc., General Elec- tric Company, IBM Inc., St. Elizabeth Hospital, G.E. Medical Systems, Telex Commu- nications Inc., Howard W. Sams & Co., Electric Power and Power Electronics Center (Illinois Institute of Technology), NetGain Technologies, LLC, Maxwell Technologies, Rich-Mar Corporation.
Предисловие Область технического обслуживания и поиска неисправностей электронных устройств настолько широка, что ее рассмотрение является очень серьезным вызовом для любого автора. Это работа профессоров Дена Томела (Dan Tomal) и НилаУидмера (Neal Widmer) является ясным, кратким, обстоятельным вариан- том ответа на него. Авторы книги прежде всего подчеркивают важность базо- вых технологий. По мере углубления в материал они рассказывают о деталях процесса, формируя и совершенствуя знания и умения читателя. Данный учебник будет полезен преподавателям и инструкторам по электро- нике в самых различных образовательных учреждениях. Примеры демонстри- руют практическое использование материала и описаны очень подробно, что делает книгу легкой для чтения и использования в качестве руководства. Краткий обзор содержания и образцы в тексте убедят даже самого осторож- ного пользователя, что это именно та книга, которай ему нужна. Помимо того, что издание является прекрасным средством для работы в классе, каждый прак- тикующий специалист оценит его достоинства в качестве надежного справоч- ного пособия. Ларри Д. Хоффман (Larry D. Hoffman), руководитель департамента электрических технологий университета Пурдю
Введение 15 Рассматриваются такие широко используемые приборы, как ампервольтомметр, мультиметр с большим входным сопротивлением, цифровой мультиметр, ос- циллограф, а также специализированные тестирующие приборы: мегомметр, цифровой логический пробник, оптический рефлектометр, анализаторы элек- трических схем, спектра и формы сигнала. В главе 3 излагается базовая теория работы, а также ремонта электродвига- телей и генераторов - сердца современного промышленного оборудования. В числе прочих рассмотрены электродвигатели: с расщепленными полюсами, конденсаторный, трехфазный, репульсионный, универсальный, синхронный и все более популярный шаговый, который используется в системах с цифровым управлением. В главе 4 объясняются, основные принципы применения и обслуживания промышленных устройств управления. Представлено несколько контроллеров: пускатель с ручным управлением, электромагнитный пускатель с защитным отключением при превышении тока нагрузки, пневматическое реле времени, биметаллическое термореле защиты от превышения тока нагрузки, барабанный переключатель, привод с электронным управлением и программируемый кон- троллер. Глава 5 касается поиска неисправностей электропроводки бытового и про- мышленного назначения. Объясняются основы теории и принципы устройства электропроводки, затем рассматривается поиск неисправностей распредели- тельных щитов, переключателей на три и четыре направления, соединений звездой и треугольником, многофазной проводки промышленного назначения, распределенных систем антенн и телевидения. Глава 6 охватывает сферу радио и телевидения. Она начинается с теории, описания компонентов схем с амплитудной модуляцией AM, с частотной модуля- цией ЧМ, частотной модуляцией с уплотнением и телевидения. Далее описаны основные проблемы, а также методы тестирования и ремонта этих устройств. Глава 7 вводит читателя в современный мир цифровых схем, охватывая ос- новы цифровой логики, типы корпусов и устройств, методы тестирования циф- ровых схем. Рассмотрены различные действия с ИС (уход, обращения, снятие, замена), а также характеристики схем с малой степенью интеграции. В главе 8 рассматриваются последовательные цифровые схемы. Обсуждают- ся цифровые системы, дешифраторы, шифраторы, триггеры, триггеры-защел- ки, счетчики, регистры, формы сигналов, сравнительные характеристики па- раллельной и последовательной передачи данных, различные способы поиска повреждений для схем со средней степенью интеграции и схем на основе триг- геров. Глава 9 предоставляет основополагающие сведения о микрокомпьютерах. Рассматривается центральный процессор (ЦП), память, устройства ввода/вы- вода, шины, машинные языки, синхронизация. Здесь говорится о повреждени- ях персональных компьютеров, работающих в DOS. Авторы уделили внимание поиску неисправностей микропроцессорных систем. В главе 10 рассматривается очень интересная область. Принципы, примене- ние и диагностические процедуры для ремонта и калибровки медицинского
Введение Третье издание было переработано с учетом последних методов поиска неис- правностей. Пособие будет полезно многим: от выпускников техникума до сту- дентов старших курсов технических, торговых и промышленных учебных заве- дений. От техников, работающих в области обслуживания, до любителей и учащихся курсов повышения квалификации. Книгу могут использовать также инженеры или техники в качестве повсе- дневного руководства при поиске неисправностей широкого спектра электрон- ных и электрических приборов. Читателям желательно иметь базовые знания в этой области. Уникальным достоинством данного издания является то, что оно объединяет базовую теоретическую и практическую информацию, касающуюся поиска неисп- равностей самых разных устройств, избавляя от необходимости иметь несколько книг. Авторы весьма детально изложили материал с практических позиций, вклю- чив множество таблиц, схем, иллюстраций, графиков и диаграмм для эффектив- ного поиска неполадок. В тексте содержатся многочисленные практические пра- вила и профессиональные хитрости, накопленные авторами за несколько лет работы в качестве специалистов и консультантов, которые помогут вам сэконо- мить время. Методика изложения сочетает традиционные принципы обучения с когни- тивными, эмоциональными и психомоторными механизмами восприятия, что позволяет облегчить усвоение материала. В книге речь пойдет об электротехническом оборудовании (двигателях, уст- ройствах управления, электропроводке) и современных технологиях (компьюте- рах, микропроцессорах). Рассмотрено также новое биомедицинское оборудова- ние. Тематический указатель позволит читателю быстро обратиться к интересу- ющему его вопросу. Изложение материала ведется от простого к сложному, начиная с объясне- ния базовых аспектов анализа при поиске неисправностей и обозрения общеиз- вестных изделий до более сложных и продвинутых технологий. В 1 главе рассмотрены основные принципы и методы поиска неисправнос- тей электронных и электрических устройств и даны теоретические основы и способы тестирования наиболее часто встречающихся элементов: конденсато- ров, резисторов, индуктивностей, диодов, транзисторов, тиристоров и инте- гральных микросхем. Авторы коснулись также практического подхода к реше- нию проблем. Ими указаны различные типы повреждений, которые обычно встречаются в современных электронных устройствах. Во 2 главе читатель найдет полезный для практиков обзор современного диагностического оборудования, которое используется при поиске неисправ- ностей современных электронных и электрических устройств и приборов.
16 Введение диагностического и терапевтического оборудования и приборов: рентгено- вских аппаратов, сканеров, средств наблюдения в области сердечно-сосудистой и неврологической медицины. Эта глава также затрагивает вопросы карьеры техника медицинского оборудования в больнице. Авторы верят, что эта книга будет для вас полезной и познавательной, а так- же углубит знания и умения ваших студентов в интересной и очень важной об- ласти.
Принципы сервисного обслуживания Карьера в сфере сервисного обслуживания электрических и электронных уст- ройств может быть финансово привлекательной и приносить подлинное удовлет- ворение от работы. Эксперт обладает уникальным набором знаний в области электронной теории, техники решения проблем и квалификации в выполнении работ. Большинство электронных изделий и приборов содержат такие сходные элементы, как резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, выводы, разъе- мы, провода. Понимание причин стандартных поломок этих элементов и спосо- бов их тестирования является необходимой предпосылкой Для специалиста. В этой главе вы научитесь основам анализа решения проблем, узнаете распрост- раненные неполадки и основные процедуры проверки работоспособности наи- более часто встречающихся электрических и электронных компонентов. Анализ решения проблем Прежде чем пытаться обслуживать прибор, вы должны сначала разработать концепцию решения проблем и применить ее к поиску неисправностей и ре- монту. Первоначальный план действий таков: 1. Анализ ситуации. 2. Определение причин возникновения проблемы. 3. Принятие решения. Вы должны поступать именно в таком логическом порядке, в противном случае могут возникнуть ошибки, несчастные случаи, потери времени и лишние расходы. Например, многие специалисты по ремонту, обнаружив сгоревший
18 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания предохранитель, просто заменяют его, вместо того, чтобы сначала определить причину возникновения проблемы. В результате может сгореть и следующий предохранитель. Поэтому первым шагом в обслуживании устройства является анализ ситуации. Он предполагает критический обзор и всестороннее исследование возникшей проблемы, что позволяет специалисту понять причины, которые не позволяют прибору правильно работать. Это определяется простым осмотром общего состо- яния устройства. Начните этот этап, задав вопросы заказчику и проведя наблюдения по следу- ющим пунктам: 1. Обсудите дефект с владельцем или пользователем. 2. Сравните проблему с другими из вашего прошлого опыта. 3. Может быть, неисправности и нет, а имеет место ошибка пользователя. 4. Определите различия между текущим состоянием устройства и тем, ко- торое должно быть при правильной работе. 5. Оцените ситуацию в целом, отметив симптомы и необходимые изме- нения. Определение причин возникновения проблемы вступает в силу, когда на- блюдается отклонение от стандартного или желаемого состояния устройства. Примером является неправильно функционирующее или неработающее уст- ройство. Поиск неисправностей представляет собой процесс определения при- чин проблемы. Первым шагом является организация работы. Начните с подго- товки соответствующих схем, спецификаций производителя и руководств по техническому обслуживанию, инструментов и оборудования. Не старайтесь со- кратить этот этап, бросаясь сразу работать и тратя много времени на исправ- ление устройства, в то время как простое чтение руководства по техническо- му обслуживанию может способствовать скорейшему решению проблемы. Другими словами, кто провалил этап планирования, тот гарантировал провал на пути устранения неполадок. Когда вы подготовились, выполните следующие операции: 1. Опишите проблему. 2. Сравните ситуацию с условиями работы устройства до возникновения неисправности. 3. Опишите такие различия, как симптомы, шумы, запахи, которые были замечены при возникновении дефекта. 4. Сравните: что есть и чего нет. Какие компоненты в порядке, а какие нет, и до какой степени они дефектны. 5. Проанализируйте разницу с помощью тестирования, обращая особое вни- мание на неочевидные и непрямые связи. Например, небольшие измене- ния допусков элементов или цвета могут указывать на причину неисправ- ности. Когда вы определили истинную причину возникновения проблемы, то гото- вы перейти к заключительной фазе, которая называется «принятие решений».
Неисправности схем 19 На этом этапе специалист рассматривает различные варианты решения про- блемы и выбор наилучшего. Например, если выяснено, что причиной непола- док стал электродвигатель, может быть несколько способов исправления. В за- висимости от условий работы всей системы в целом можно починить двигатель или поставить новый той же модели. Третий вариант: выбрать более современ- ную версию двигателя. Принимая решение, вы должны обратить внимание на преимущества и недостатки каждого способа. Планирование действий при ава- рийной ситуации учитывает будущие изменения всей системы: ожидаемый срок службы, условия работы и внесенные изменения. Например, может быть не совсем разумно ставить новый двигатель, если вся система в скором времени морально устареет и, в любом случае, будет заменена. Помните о необходимости всегда выполнять все три фазы: ситуационный анализ, определение причин возникновения проблемы (поиск неисправнос- тей) и принятие решения (ремонт). Для того чтобы стать умелым экспертом необходимо понимать важность этой последовательности и не изменять ей. Неисправности схем Большинство людей хотели бы, чтобы электрические и электронные изделия были гарантированно предохранены от неисправностей, но, к несчастью, это невозможно. Вероятно, большинство поломок - прямо или косвенно - возника- ют в результате неправильного использования или неудовлетворительного тех- нического обслуживание. Электрические или электронные неисправности можно классифицировать по основным причинам их возникновения следующим образом: ♦ тепло; ♦ влага; ♦ грязь и загрязнения; ♦ ненормальное или излишнее перемещение; ♦ неправильная установка; ♦ производственные дефекты; ♦ животные и грызуны. Когда электронные приборы подвергаются слишком сильному тепловому воздействию, возникают проблемы. Тепло увеличивает сопротивление некото- рых элементов схем, что в свою очередь приводит к возрастанию тока. Высокая температура заставляет материалы расширяться, высыхать, трескаться, взду- ваться и изнашиваться гораздо быстрее, и, рано или поздно, устройство выйдет из строя. Влага вызывает больший тОк в цепях и может привести к поломке элемен- тов. Вода и другие жидкости вызывает расширение, деформацию, ускоренный износ материалов и аномальный ток (короткие замыкания). Грязь, дым, испарения, абразивные материалы, сажа, жир, масла приводят к тому, что электронные устройства засоряются и покрываются липким налетом, начинают работать в ненормальном режиме и затем выходят из строя.
20 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Чрезмерные и не соответствующие рекомендованным условиям эксплуата- ции перемещения устройства и вибрации могут вызвать его поломку. Неправильная установка часто является результатом работы неквалифици- рованного или невнимательного специалиста. Недостаточно затянутый винт или неправильное паяное соединение могут вызвать преждевременный выход прибора из строя. Производственные дефекты также очень распространены. Например, уже после доставки и установки оборудования нередко обнаружива- ется незакрепленная монтажная плата. Отгрузка и транспортировка могут на- рушить крепление или вызвать повреждение компонентов устройства. Животные и грызуны могут явиться причиной электрических и электрон- ных неисправностей. Например, крыса может разгрызть провод или пробрать- ся внутрь двигателя. Очень важно, чтобы каждый специалист по поиску неисправностей понимал четыре основные причины поломок схем: ♦ короткое замыкание; ♦ обрыв в цепи; ♦ замыкание на землю; ♦ механический дефект. В основном короткое замыкание возникает тогда, когда ток находит прямой путь. Например, короткое замыкание электродвигателя вызывается дефектом двигателя, при котором два провода схемы замыкаются и создают для тока путь обхода нормальной цепи. Короткое замыкание, вызванное уменьшением сопротивления цепи, приво- дит к возрастанию тока. Типичные признаки короткого замыкания следующие: ♦ сгоревшие предохранители; ♦ нагрев; ♦ низкое напряжение; ♦ большой ток; ♦ дым. Обрыв цепи размыкает электрический контур схемы. Например, разомкнутая цепь, содержащая электродвигатель, может иметь обрыв в обмотке, не позво- ляющий току совершить замкнутый путь в общей цепи. Цепь теоретически бу- дет иметь бесконечное (неограниченное) сопротивление и нулевой ток, по- скольку путь заряженных частиц разорван. Типичными признаками этого являются: ♦ бесконечное сопротивление; ♦ нулевой ток; ♦ неработающее устройство. Замыкание на землю возникает, когда неправильное размещение или изолиро- вание компонента заставляет ток течь по непредусмотренному пути и приво- дит к тому, что образуется контакт части обмоток с металлическим корпусом двигателя. Данное явление теоретически аналогично короткому замыканию, но
Неисправности схем 21 имеет другие характеристики. В общем, короткое замыкание приводит к оста- новке работы устройства и выключает автоматический прерыватель по причи- не непосредственного образования обходного пути для тока. При замыкании на землю устройство часто сохраняет работоспособность вследствие непрямого об- ходного пути для тока, который может явиться недостаточным для срабатыва- ния защитного выключателя. Схема с замыканием на землю может быть наибо- лее опасной: поскольку устройство часто продолжает работать, оператор может подвергнуться элекч рическому удару, особенно в случае, если не установлены ус- тройства защитного отключения. Замыкание на землю происходит при недостаточной изоляции, проблемах в проводах или неправильно размещенных компонентах устройств. Поражение током от двигателя возникает вследствие того, что его корпус и оператор ста- новятся частью электрической цепи. Типичные признаки замыкания на землю следующие: ♦ аномальный ток; ♦ аномальное напряжение; ♦ аномальное сопротивление; ♦ поражение током; ♦ аномальная работа схемы; ♦ срабатывают устройства защитного отключения; ♦ периодически выгорают плавкие предохранители и прерыватели. Механические проблемы возникают в результате избыточного трения, из- носа, неправильного использования, вибрации и т.д., при которых физическая часть электротехнического или электронного устройства вызывает неисправ- ность. Разорванные ремни, изношенные подшипники и контакты, ослабленные болты, поврежденные шасси, сломанные средства управления являются типич- ными примерами механических проблем. Наиболее очевидные признаки воз- никновения механических дефектов следующие: ♦ шум при работе; ♦ аномальная работа; ♦ визуальные признаки; ♦ неисправности электрической схемы. Наиболее важный инструмент, который может использовать специалист, - это его собственные органы чувств. Большинство проблем можно выявить с по- мощью зрения, слуха, обоняния, осязания. Прежде чем применять сложные технические средства для анализа пробле- мы, сначала рассмотрите очевидные варианты. Сломанная печатная плата, ра- зорванный провод, сгоревший или обугленный элемент, любой тип поврежде- ния может привести специалиста к источнику проблемы. Для специалиста нет более знакомого ощущения, чем запах сгоревшего тран- зистора. Мастер должен с легкостью узнавать его. Поврежденная огнем изоля- ция, кабель, провода и элементы - ключ к обнаружению неполадок схемы, кото- рый поможет локализовать их основную причину.
22 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Многие специалисты полагаются на осязание при определении вышедшего из строя компонента. Горячая интегральная микросхема в ряду себе подобных пока- зывает, что в ней, вероятно, произошло короткое замыкание. Аналогично, дымя- щийся двигатель является обычным признаком разрыва электрической цепи. С другой стороны, линейный резистор 10 Вт должен быть теплым или горя- чим. Если это не так, значит в этом элементе произошел обрыв цепи. Из соб- ственного опыта специалисты по поиску неисправностей узнают, что разные компоненты имеют разную температуру при работе, соответствующую области их применения. Когда вы научитесь узнавать эти различия, нахождение вышед- ших из строя компонентов устройств станет для вас значительно проще. Методы поиска неисправностей Существуют основные приемы, которыми пользуются все сервисные инжене- ры при обслуживании электрических или электронных устройств. Какую имен- но технику взять на вооружение, зависит от типа дефекта или возникающих симптомов. В книге представлены следующие методы, которые будут далее разобраны и объяснены: ♦ измерения напряжения; ♦ измерения тока; ♦ измерения сопротивления; ♦ замена; ♦ шунтирование; ♦ нагрев; ♦ охлаждение; ♦ подача сигналов и контроль их прохождения; ♦ тестеры компонентов, тестовые индикаторы; ♦ повторная пайка, настройка и т.д.; ♦ обходные цепи. Измерения напряжения в схеме обычно производятся с помощью вольтмет- ра или осциллографа. Нулевое напряжение может показывать обрыв цепи, а низ- кое напряжение может указать на короткозамкнутый компонент. Помните, что SW1 П Нагрузка (у) Рис. 1.1. Всегда подключайте вольтметр параллельно цепи
Методы поиска неисправностей 23 всегда следует подключать вольтметр параллельно цепи, в которой вы измеря- ете напряжение (рис. 1.1). Измерение тока в схеме обычно осуществляется с помощью амперметра или токоизмерительных клещей. Амперметр указывает и локализует обычные де- фекты схем, например короткие замыкания, обрывы в цепях, замыкания на землю. Помните, что амперметр должен подключаться последовательно с це- пью, в которой вы измеряете ток (рис. 1.2). SW1 + -------ег“*------------------------ -|- Батарея Нагрузка П Рис. 1.2. Всегда подключайте амперметр последовательно Омметр используется для измерения целостности цепи, сопротивления це- пи или сопротивления компонента. Эти измерения применяют при локализа- ции коротких замыканий, замыканий на землю и обрыва цепей. Помните, что вы должны выключить питание, прежде чем проводить эту процедуру (рис. 1.3). SW OFF Нагрузка Омметр Рис. 1.3. Всегда выключайте питание схемы перед измерением сопротивления Метод замены предлагает вам просто избавиться от элемента, который, по ва- шим предположениям, вышел из строя, и заменить его заведомо исправным. Этот метод может сэкономить драгоценное время специалиста и избавить его от разочарования. Однако есть определенный риск. Если плата заменяется новой, а проблема остается неразрешенной, новая деталь также может быть повреждена. Кроме того, многие поставщики запасных частей не принимают новые детали к возврату, если те уже использовались, поскольку их качество сомнительно. Тем не менее, если не злоупотреблять этим методом, то он остается важным и ценным. Когда специалист по поиску неисправностей подозревает, что элемент (обычно конденсатор) вышел из строя, он помещает хороший элемент в схему
24 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания параллельно подозрительному. Если схема начинает работать, значит, проблема локализована. Это называется шунтирование. Специалист может сэкономить дра- гоценное время таким способом (рис. 1.4). Помните, однако, что использование этой техники обычно ограничено элементами, где произошел обрыв, а не ко- роткое замыкание. Шунтирование замкнутого элемента может не иметь резуль- тата или привести к повреждению нового элемента. Рис. 1.4. Шунтирование исправным элементом предположительно вышедшего из строя Нагрев элемента подозреваемого в нестабильной работе, также является одним из способов поиска неисправностей. При воздействии тепла он выходит из строя. Специалист, обычно с помощью фена или жала паяльника, может опре- делить качество элемента. Не перегрейте его и старайтесь не повредить также расположенные рядом компоненты, особенно в пластмассовом корпусе. Метод охлаждения используется для временного восстановления нормаль- ной работы элемента и предполагает наличие холодного воздух от вентилятора или химического охладителя. Если понизить температуру подозрительного тер- монестабильного элемента, то часто можно временно восстановить его работо- способность. Применение и тепла, и холода очень полезно для определения микротрещин плат и микроразрывов соединений. Тепло и холод вызывают рас- ширение и сжатие, что может временно дать возможность схеме работать, по- зволяя специалисту локализовать неисправность. Подача сигнала и контроль его прохождения наиболее часто используется при работе с радиоприемниками. Технический специалист подает сигнал в при- емник, чтобы локализовать неработающий узел (рис. 1.5). Сигнал подается в раз- личные точки, предшествующие каждому каскаду. Если каскад работает, то в ди- намике слышен звук. Дефектный каскад не пропустит или исказит сигнал и в динамике не будет слышен звук, или звук будет содержать искажения. Тестеры элементов представляют собой инструменты, которые используют- ся для проверки качества компонентов схемы. К их числу относятся: мегоммет- ры, приборы для проверки конденсаторов, тестовые лампы, тестеры диодов
Методы поиска неисправностей 25 Антенна Рис. 1.5. Использование метода подачи сигнала в неправильно работающей схеме и транзисторов, приборы для проверки электронно-лучевых трубок, тестеры интегральных микросхем и др. Повторная пайка, настройка, выравнивание - все это методы, которые специ- алист применяет к подозрительным компонентам. Во многих случаях он исполь- зует их, следуя интуиции, или предыдущий опыт подсказывает ему, что пробле- ма кроется именно здесь. Если в прошлом подобные устройства часто выходили из строя из-за плохих паяных соединений, которые называются холодной пай- кой, быстрое касание паяльником может решить проблему. Обходные цепи - это способ, требующий отключения одной или нескольких цепей, который может использоваться для локализации предполагаемой непо- ладки. Например, при запирании транзистора можно отследить его воздей- ствие на работу схемы в целом. В других случаях вся плата может быть отклю- чена для того чтобы проверить напряжение или провести другие измерения, а также наблюдать изменения системы в целом. Например, плата с замыканием может отрицательно воздействовать и на другие цепи. За счет обхода замкну- той платы можно попытаться восстановить нормальную работу устройства, тем самым локализовав проблему. При диагностике электрических и электронных неисправностей очень важ- но, чтобы специалист следовал логической систематической процедуре для пре- дотвращения ненужных затрат времени, тестов, замены частей. Время - деньги, и хороший специалист нуждается в хорошей «поваренной книге», где изложен подход к поиску неисправностей. Например, большинство процедур можно зна- чительно облегчить при использовании диаграмм, схем, чертежей. Принципиальные схемы содержат план размещения и соединения электри- ческих или электронных цепей. На этих диаграммах приводятся номиналы эле- ментов и конкретная информация о них. Диаграммы также указывают рабочее напряжение и ток, формы сигналов и др. Основные схемы и чертежи показывают размещение проводки или кабелей и органов управления. Чертежи обычно используются при организации бытовых
26 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания и промышленных электрических сетей и органов управления, чтобы помочь при установке, локализации и прослеживании цепей. Эскизные схемы могут быть полезны при рассмотрении плана размещения специфических деталей. Во многих случаях схема сопровождается эскизами. В таком случае она показывает только «картинку» схемы. Успех при поиске неисправностей устройства часто зависит от наличия сер- висных чертежей. С некоторыми малораспространенными изделиями иност- ранного производства и оборудованием трудно работать, поскольку отсутству- ет справочная литература. Часто специалист считает обслуживание этих изделий пустой тратой времени и бесполезным занятием и предпочитает не связываться с ними. Независимо от проблемы или ситуации, хороший мастер, прежде всего, со- ставит письменный или воображаемый отчет о проблеме, которую он устранил, и использует эту информацию в будущем. Тестирование основных элементов Некоторые элементы используются в большинстве электротехнических и элект- ронных устройств. Для мастера по ремонту очень важно знать, как тестировать наиболее часто встречающиеся элементы. Резисторы выпускаются разной формы, размера и номинала. Основная зада- ча резистора заключается в ограничении тока и/или уменьшении напряжения. Большинство структурных элементов электрической цепи подобного типа из- готавливаются из углерода или проволоки с заданной величиной сопротивле- ния. Например, резистор 1000 Ом с допуском 10% помечается коричневым, черным, красным или серебряным цветом. Поэтому омметр должен показывать величину сопротивления 900-1100 Ом. Резистор, в котором произошел обрыв, имеет бесконечное сопротивление, а неисправный элемент может иметь лю- бое значение, меньше 900 Ом и больше 1100 Ом. Данный структурный элемент рассчитан на определенную мощность, кото- рая определяет способность резистора поглощать образующееся тепло. Мощ- ность резистора задает его реальный физический размер. Наиболее часто встречающиеся дефекты резисторов имеют физическое про- исхождение - они трескаются или обугливаются. Когда чрезмерный ток или рас- сеиваемая мощность приводят к чрезмерному повышению температуры, в рези- сторе происходит обрыв. Обугленный или потерявший цвет резистор следует заменить. Он может показывать нормальное сопротивление при измерениях омметром, но при подаче напряжения во время работы схемы возникает обрыв. Омметр является одним из наиболее важных элементов, используемых при диагностике компонентов устройств. Этот прибор используется для измерения целостности и сопротивления резисторов и других составляющих схемы. Ком- понент, целостность цепи в котором не нарушена, имеет сопротивление близ- кое к 0. С другой стороны, компонент, в котором возник обрыв, имеет беско- нечное сопротивление.
Тестирование основных элементов 27 При тестировании основных элементов специалист, в основном, занимает- ся измерением сопротивления и проверкой отсутствия обрыва. Например, ко- гда происходит проверка плавкого предохранителя, годный предохранитель будет иметь сопротивление 0 Ом, а разорванный (сгоревший) будет иметь бес- конечное сопротивление (рис. 1.6). Обрыв цепи Рис. 1.6. Проверка плавкого предохранителя на отсутствие обрывов Как и в случае с предохранителем, при проверке кабелей, проводов или жгута электропроводки, исправный провод будет обладать целостностью, а ра- зорванный нет. Когда вы проверяете провод на наличие возможного дефекта, подключите омметр и аккуратно согните провод в нескольких местах, особен- но там, где наиболее часто возникают неисправности, например около точек подключения. Поскольку провода часто имеют скрытые дефекты, неисправ- ность может проявиться, когда вы их сгибаете. При проверке переключателей используется такая же процедура. Однополюс- ный переключатель должен обеспечивать прохождение тока только в одном по- ложении (рис. 1.7). Когда вы проверяете переключатель с помощью омметра, аккуратно пошевелите переключатель для выявления потенциально скрытых дефектов. Эта процедура позволит вам также оценить механическое качество переключателя. Переключатели, как правило, срабатывают четко и надежно, их Переключатель разомкнут Неисправность - элемент пропускает ток Переключатель замкнут Исправность элемента подтверждена - 0 Ом Рис. 1.7. Проверка переключателя на целостность с использованием омметра
28 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания компоненты не должны болтаться и иметь плохие контакты. Некоторые дефект- ные переключатели можно легко исправить, затянув винт или прочистив. Одна- ко в большинстве случаев их надо заменять. Характеристики переменных резисторов (или потенциометров), можно из- мерять и проверять двумя простыми способами. Один из них заключается в ис- пользовании омметра для измерения сопротивления потенциометра между край- ними выводами. Величина противодействия цепи электрическому току должна быть равна той, которая указана на самом потенциометре. Подключите один щуп омметра к центральному выводу потенциометра, соединенному с подвижным скользящим контактом (движком). При вращении вала потенциометра сопротив- ление должно изменяться соответствующим образом (рис. 1.8). Другой способ проверки потенциометра заключается в том, чтобы поворачивать вал потенцио- метра, находящийся в схеме. Если в динамике слышится резкий скрежещущий звук - потенциометр нуждается в чистке или замене. Для этого выключите пита- ние и нанесите средство для очистки элементов на скользящий контакт, одновре- менно вращая вал. Рис. 1.8. Проверка потенциометра с использованием омметра Очень важно иметь неразряженную аккумуляторную батарею, а проверить это можно с помощью измерения напряжения и тока. Хороший источник пита- ния должен давать величину, немного превышающую указанное на нем значе- ние. Например, новая сухая батарея 1,5 В постоянного тока, должна при изме- рениях давать 1,5—1,б В. В то же время «севшая» батарея будет давать меньше 1,5 В. Полностью заряженная автомобильная аккумуляторная батарея (свинцо- во-кислотный аккумулятор) с номинальным значением напряжения 12 В обыч- но имеет напряжение 13,5-14 В.
Тестирование основных элементов 29 Следить за состоянием источников питания необходимо для обеспечения достаточного для измерений тока. При необходимости батарею следует заря- дить или заменить. Динамики являются обычными деталями, которые используются во многих устройствах, например компьютерах, телевизорах, стереоприемниках. Во вре- мя проверки этого компонента сначала проведите внешний осмотр. Треск и сильная вибрация часто являются признаками дефекта. Проинспектируйте ди- намик на наличие трещин, грязи, обрыва гибких проводников, соединяющих его выводы со звуковой катушкой, и др. Если у вас есть сомнения относительно качества выходного устройства, лучше его заменить. Многие динамики работа- ют периодически при нажатии на диффузор. Это верный признак того, что де- фект заключается в звуковой катушке, соединениях и т.п. Когда вы заменяете динамик, важно найти его аналог с таким же импедансом и номиналом мощности, а также с тем же частотным диапазоном - низко-, средне- или высокочастотным. Эти параметры определяются, прежде всего, звуковой ка- тушкой. Номинальная мощность, которая измеряется в ваттах, указывает макси- мальную мощность, при которой должен работать динамик. Импеданс (в омах) ис- пользуется для обеспечения электрического согласования входа динамика и выхода приемника. Импеданс динамика можно приближенно определить, измерив сопро- тивление катушки омметром, и умножив эту величину на 1,25. Часто встречающи- еся величины для динамика: 3,2 Ом, 4 Ом, 8 Ом, 10 Ом, 16 Ом и 20 Ом. Другой метод проверки динамика заключается в подключении омметра к вы- водам звуковой катушки. В момент подсоединения тестера вы должны услышать щелчок и увидеть небольшое перемещение диффузора. У неисправного динами- ка эти проявления отсутствуют. Этот метод также может быть полезен для со- вместного фазирования двух и более динамиков. Подключите омметр к выводам звуковой катушки и проверьте, движется ли диффузор внутрь или наружу. Измени- те полярность омметра, чтобы изменить направление движения диффузора. От- метьте полярность выводов каждого динамика, соответствующую движению диф- фузора наружу (рис. 1.9). Затем подключите динамики к звуковому усилителю Рис. 1.9. Синхронизация динамиков с помощью омметра
30 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания с соблюдением правильной полярности. Воспроизведение звука должно улуч- шиться, поскольку диффузоры динамиков будут двигаться внутрь и наружу син- фазно. Если они разбалансированы или работают в противоположных фазах, то звуковые волны определенных частот будут ослабляться. Конденсаторы используются в сотнях различных случаях: для фильтрации, регулировки напряжения, шунтирования, коррекции фазы, контроля частоты. Прибор различных размеров, форм, типов, номиналов, по сути, конденсатор является элементом, который обладает способностью накапливать электричес- кий заряд. Он состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолирующим диэлектрическим материалом. Есть несколько типов конденсаторов: слюдяные, бумажные, керамические, пленочные, алюминиевые, танталовые. Единицей измерения емкости является фарада (Ф), но большинство конденсаторов име- ют гораздо меньшие габариты, измеряемые микрофарадами (мкФ). Итак, вели- чина емкости показывает количество заряда, который может хранить этот ком- понент. Существует несколько приемов для тестирования конденсаторов: ♦ измерение сопротивления (омметр); ♦ измерение емкости (устройство проверки конденсаторов); ♦ проба на искру; ♦ шунтирование; ♦ замена. Омметром затруднительно проверять конденсаторы емкостью порядка де- сятых долей микрофарады и менее, поскольку заряд прибора происходит так быстро, что стрелка не успевает отклониться. Показания, близкие нулевым, свидетельствуют о коротком замыкании в конденсаторе. Элементы емкостью более 0,25 мкФ должны регистрироваться омметром. Когда вы проверяете конденсатор, установите переключатель пределов из- мерения омметра на один из верхних диапазонов, например до 10000 Ом, и подключите его к выводам элемента. Предварительно обязательно разрядите конденсатор, замкнув его выводы куском провода или отверткой. Когда вы под- ключите выводы омметра к контактам конденсатора, стрелка должна сначала отклониться вправо, а затем медленно вернуться к 0. Если этого не произошло, Исправный конденсатор Rx10000 Rx1QQQ0 WK Конденсатор Закороченный с «обрывом» конденсатор Рис. 1.10. Проверка конденсатора с помощью омметра
Тестирование основных элементов 31 значит существует обрыв в конденсаторе. Стрелка не возвращается - это гово- рит о замыкании в данном элементе (рис. 1.10). Другой метод, который используется для проверки конденсаторов с большей емкостью, - проба на искру. Подключите на несколько мгновений конденсатор к выводам постоянного источника напряжения. Не забудьте о соблюдении по- лярности, если проверяете электролитический полярный конденсатор. Убеди- тесь, что напряжение, которое вы собираетесь приложить, не превосходит но- минального напряжения данного элемента цепи (рис. 1.11). Обычно для заряда достаточно 1 с. Не прикладывайте напряжение на долгое время - это повредит элемент или может травмировать вас. После того, как конденсатор зарядится, замкните его контакты с помощью отвертки или аналогичного инструмента с изолированной ручкой, чтобы не получить удар током. Если конденсатор ис- правен, возникает искра. Отсутствие ее говорит о поломке элемента. Рис. 1.11. Проверка конденсатора с помощью пробы на искру Устройство тестирования является полезным прибором для проверки харак- теристик конденсатора. Причем некоторые из них можно подвергнуть данной процедуре, не отключая от сети. Помимо измерения емкости, это устройство позволяет проверить и такие характеристики, как ток утечки и обрыв. Шунти- рование также является действенным благодаря своей оперативности способом проверки конденсатора. В этом случае подозрительный элемент шунтируется другим заведомо исправным конденсатором с номиналом на 10% больше. Во время этой процедуры должна наблюдаться заметная разница в работе изделия или прибора (радио, телевизора и т.п.). Например, неисправный фильтрующий конденсатор часто вызывает заметный гул в радиоприемнике. За счет шунти- рования восстанавливается нормальная работа схемы, и посторонние звуки ис- чезают. Метод замены, подобно шунтированию, определяет качество конденсатора за счет использования другого конденсатора. При замене вы просто ставите новый элемент с такими же характеристиками и номинальными значениями. Работа изделия или прибора покажет эффект использования компонента. По- мните, что не следует превышать номинальное напряжение конденсатора. Эле- мент с номинальным напряжением 100 В можно заменить только конденсато- ром 100 В и выше. Иначе он выйдет из строя. Удобным средством при поиске неисправностей являются магазины конденсаторов, особенно, содержащие пе- реключатели для формирования емкости близкого номинала к испытываемому.
32 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Эти наборы содержат элементы с наиболее часто встречающимися номинала- ми, что исключает необходимость искать конкретные конденсаторы в каждом случае. Их можно легко изготовить или купить, они дают быстрый, удобный и доступный способ получения конденсатора для замены. Полупроводниковые элементы Понимание основ теории полупроводников может быть серьезным подспорь- ем для специалиста при тестирований этих элементов. Одним из первых изве- стных полупроводниковых устройств являлся кристаллический детектор. Он состоял из кусочка кристаллического галенита с проволочным контактом и при- жимающей пружиной. Это сочетание выпрямляло ток, позволяя ему течь толь- ко в одном направлении. Хотя кристалл галенита был ненадежен, он был первым шагом в примене- нии полупроводников. Развитие современных диодов и транзисторов началось с базовой теории и разработки материалов р- и п-типа. Для создания материалов р- и n-типа используется кристаллический герма- ний или кремний. Атомный номер кремния 14, с 4 валентными электронами на внешней орбите. Атомный номер германия 32, и он также имеет 4 валентных электрона на внешней орбите (рис. 1.12). Кремний Атомное число 14 Рис. 1.12. Строение атомов кремния и германия Для образования материала p-типа, добавляются примеси, галлий или индий, которые называются трехвалентными, поскольку имеют 3 электрона на внеш- ней оболочке. Когда галлий или индий добавляются к кремнию или германию (которые имеют валентность 4), место одного валентного электрона остается незанятым и называется дыркой. Оно имеет положительный заряд и в резуль- тате образуется материал p-типа. Примесь, которая приводит к образованию дырок, называется акцепторной (рис. 1.13). Для формирования материала n-типа добавляется примесь из мышьяка или сурьмы. Она является пятивалентной, то есть имеющей 5 валентных электронов на внешней орбите. При добавлении в германий или кремний соединяется с 4 ва- лентными электронами и образует 1 свободный электрон, который дает атому отрицательный заряд, поэтому эта примесь называется донорной (рис. 1.14). Когда материалы р- и n-типа вступают в контакт, образуется р-п-переход. Такая структура называется диодом, поскольку она позволяет току проходить
Полупроводниковые элементы 33 Рис. 1.13. Добавление акцепторной примеси в кристалл вызывает образование дырки, в результате образуется материал р-типа Рис. 1.14. Добавление донорной примеси в кристалл вызывает образование «лишнего» электрона, в результате образуется материал п-типа только в одном направлении. Когда к диоду подключена батарея таким образом, что положительный полюс батареи соединен с положительным полюсом диода, а отрицательный полюс батареи соединен с отрицательным полюсом диода, через диод течет ток. Это называется прямым смещением перехода (диода) и Прямое смещение перехода Рис. 1.15. Прямое смещение диода Если положительный полюс напряжения приложен к зоне р с основными но- сителями заряда - дырками, а отрицательный полюс - к зоне п, где основные но- сители - электроны - под действием внешнего поля дырки будут отталкиваться
34 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания положительным потенциалом, а электроны - отрицательным. Под действием этих сил дырки и электроны двигаются навстречу друг другу, к р-n переходу, где происходит их рекомбинация, и в цепи протекает ток. Изменив полярность включения внешнего источника, можно добиться того, что дырки будут притягиваться к отрицательному полюсу, а электроны - к поло- жительному. Под действием этих сил электроны и дырки будут двигаться в на- правлении от перехода, вследствие чего переход будет обеднен носителями заряда, число рекомбинаций значительно сократится и ток через переход бу- дет близок к нулю. В этом случае говорят, что к переходу приложено обратное запирающее напряжение. Обратно смещенный диод показан на рис. 1.6. Обратное смещение перехода Рис. 1.16. Обратно смещенный диод Положительная р-сторона диода называется анодом, а отрицательная п-сторо- на - катодом. Для специалиста важно хорошо разбираться в этом. Стрелка показы- вает р-сторону. Линия показывает сторону п. Линия или точка, поставленная изго- товителем на диоде, показывает катод. Имейте в виду, что изготовители обычно отмечают катод полоской. Когда конец диода с полосой подключен к положитель- ному полюсу источника питания, диод будет смещен в обратную сторону. Для проверки диода специалист может использовать или цифровой вольтом- метр, или устройство проверки диодов или транзисторов. При проверке диода с помощью омметра вы можете использовать метод измерения низкого/высокого сопротивления. Вы помещаете переключатель диапазонов на RxlOO и подключа- ете прибор к выводам диода. При прямом смещении омметр должен показывать меньше: от нескольких десятков до нескольких сотен Ом (то есть низкое сопро- тивление). При обратном смещении омметр должен показывать десятки и сотни кОм (то есть высокое сопротивление). Такие показания означают, что диод, воз- можно, исправен. Если ваши измерения свидетельствуют в обоих случаях о высо- ких или низких значениях сопротивления, это означает, что диод, вероятно, не- исправен. Рис. 1.17 показывает правильную проверку диода с помощью омметра.
Полупроводниковые элементы 35 Рис. 1.17. Проверка диода с помощью омметра Большинство диодов можно проверить с помощью омметра. Помните, что когда вы проводите измерения низкое/высокое, настоящая величина сопро- тивления диода не очень важна при изменении полярности подключения ом- метра. Если после проверки с помощью омметра остаются какие-либо сомнения, следует заменить диод. Кроме того, помните, что когда диод проверяется внут- ри цепи, его сопротивление может быть низким в обоих направлениях благода- ря возможному шунтированию элементами прибора. Чтобы быть уверенным в исправности прибора, отпаяйте один вывод и снова проверьте диод с помощью омметра. Когда вы заменяете диод, имейте в виду, что он выдерживает только определенное напряжение при включении в обратном направлении. Это назы- вается пиковым обратным напряжением диода. Никогда не превышайте этот параметр, иначе диод выйдет из строя. Хотя существуют различные типы диодов (стабилитроны, светодиоды, фо- топроводящие, варисторы, туннельные), каждый из них имеет свои уникаль- ные характеристики. Когда вы сомневаетесь в качестве прибора, наилучшим методом является замена. Например, стабилитроны могут работать при обрат- ном смещении. Однако этот тип диодов заперт до определенного порога напря- жения, или напряжения пробоя, а затем он проводит ток, сохраняя относитель- но постоянное напряжение. Такая работа дает стабилитрону возможность действовать как стабилизатор напряжения, и его можно использовать для ис- точников питания со стабилизированным напряжением. Транзистор фактически представляет собой два включенных во встречном направлении диода, комбинацию р-п-р или п-р-п. Первая область транзистора называется эмиттером, вторая - базой, третья - коллектором (рис. 1.18). Специалист должен понимать принцип действия транзистора. Рис. 1.19 по- казывает п-р-п транзистор, где переход эмиттер-база смещен в прямом направ- лении, поэтому он имеет низкое сопротивление току. Переход коллектор-база имеет высокое сопротивление, так как он смещен в обратном направлении. Отрицательный потенциал батареи заставляет электроны
36 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Рис. 1.19. Движение электронов в транзисторе п-р-п Рис. 1.18. Три части транзистора эмиттера направляться в базу и очень небольшое число этих электронов соеди- няться с положительными дырками, большинство же продолжает движение к области коллектора. Это происходит вследствие сильного действия положитель- ного полюса батареи. Электроны замыкают цепь, возвращаясь к источнику пи- тания. Помните, что новые дырки поступают в область базы от батареи, когда электроны заполняют старые. Поскольку область коллектора имеет более высокое сопротивление, чем эмит- тера, любое изменение тока в области эмиттера вызовет пропорциональную ре- акцию в области коллектора. Проходящий через транзистор сигнал будет, таким образом, усилен. Величиной усиления сигнала можно управлять, регулируя поток электронов в область базы. Количество электронов, поступающих в область базы, определя- ет количество электронов, которые имеются в области коллектора. Регулирова- ние числа электронов в базе называется смещением. В транзисторе прямое смещение (смещение перехода эмиттер-база) определяет усиление транзисто- ра. Прямым смещением транзистора можно управлять, увеличивая или умень- шая напряжение или сопротивление области эмиттер-база (рис. 1.19). Поведение потока электронов в транзисторе р-п-р напоминает действия в транзисторе п-р-п, но ток образуется за счет движения дырок. Положительное воздействие батареи заставляет положительные дырки проходить из эмиттера через область база-коллектор и возвращаться к отрицательному полюсу бата- реи. Здесь снова, как в случае с электронами в транзисторе п-р-п, небольшое число вакансий заполняется электронами в области базы, но большинство ды- рок продолжает двигаться в область коллектора. Проводимость обеспечивается за счет тока дырок от эмиттера к коллектору. Поток электронов противополо- жен потоку дырок. Поэтому считается, что поток электронов в этой цепи идет в обратном направлении, от коллектора к эмиттеру. Пусть вас не смущает такое объяснение, в целом, основная функция обоих типов транзисторов в схемах одинакова. Оба транзистора усиливают ток (рис. 1.20).
Полупроводниковые элементы 37 Рис. 1.20. Движение электронов в транзисторе р-п-р Существуют три основные схемы включения транзисторов - с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Каждая схема обладает собственными уникальными характеристиками. Рис. 1.21. и табл. 1.1. показывают их основные различия. Схема с общей базой Схема с общим эмиттером Схема с общим коллектором Рис. 1.21. Три основных схемы включения транзистора Таблица 1.1. Характеристики трех основных схем включения транзистора Функция транзистора Схема с общей базой Схема с общим эмиттером Схема с общим коллектором Коэффициент усиления по напряжению Высокий Высокий Низкий Коэффициент усиления по току Низкий Высокий Высокий Входной импеданс Низкий Умеренный Высокий Выходной импеданс Высокий Высокий Низкий Коэффициент усиления по мощности Средний Высокий Умеренный Работа схем и рекомендации по поиску неисправностей в них более подроб- но обсуждаются в следующих главах. Транзисторы обычно тестируют с помощью специального устройства, или с помощью омметра (рис. 1.22). Имейте в виду, что транзистор фактически представляет собой два включен- ных в разные стороны диода и, следовательно, может быть проверен аналогично
38 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Рис. 1.22. Проверка транзистора на короткое замыкание и обрыв с использованием омметра диоду. Для тестирования транзистора на короткое замыкание или обрыв под- ключите положительный контакт омметра (RxlOO) к базе, а отрицательный - к эмиттеру п-р-п-транзистора. Теперь переход база-эмиттер смещен в прямом направлении и его сопротивление должно быть низким. Поменяв контакты местами мы сместим переход база-эмиттер в обратном направлении, и омметр будет показывать большое сопротивление. Переход коллектор-база проверяет- ся аналогично. Помните, что всегда должны наблюдаться малые/болыпие показания оммет- ра. Если при любом положении контактов прибора наблюдается большое сопро- тивление, это означает, что в транзисторе произошел обрыв, а в случае малого сопротивления в обоих измерениях - короткое замыкание (при проверке не включенного в схему транзистора). Во многих случаях можно проверить подобным образом транзисторы и в схеме. Если при тестировании в схеме данные показывают на вероятную неис- правность транзистора, рекомендуется извлечь его из схемы и снова проверить. Использование омметра является способом, который помогает определить, какому назначению соответствует конкретный вывод и/или качество транзис- тора. Сначала найдите эмиттер и коллектор, используя руководство изготови- теля со схемой или с помощью измерений малое/болыпое омметром. Помести- те один контакт омметра на эмиттер, а другой - на коллектор. Омметр покажет некую величину. Теперь закоротите базу на эмиттер. Сопротивление на прибо- ре должно возрасти. При замыкании базы на коллектор сопротивление должно уменьшаться (рис. 1.23). Полевой транзистор (ПТ) представляет собой класс приборов, который часто используется в электронных схемах. Хотя по внешнему виду он похож на бипо- лярный транзистор (n-p-п и р-п-р), полевой транзистор имеет другую конструк- цию: три вывода - исток, затвор и сток, которые соответствуют эмиттеру, базе и коллектору биполярного транзистора (рис. 1.24).
Полупроводниковые элементы 39 Рис. 1.23. Проверка качества транзистора с помощью омметра Сток о Сток о Затвор о— Затвор о- 6 Исток Исток Рис. 1.24. Изображение на схеме полевых транзисторов с каналами пир типа Движение заряженных частиц происходит между истоком и стоком по «ре- зистивной», то есть образованной полупроводниковой подложкой, части ПТ. Затвор представляет собой диодный переход, который смещен в обратном на- правлении, в отличие от прямо смещенного перехода биполярного транзисто- ра. Поэтому затвор имеет очень высокое сопротивление, обеспечивая высокий входной импеданс, необходимый во многих цепях. Устройство, имеющее плоскостной затвор, называется полевым транзисто- ром с управляющим р-п-переходом между затвором и каналом. Такой ПТ можно проверить с помощью омметра аналогично биполярному транзистору. Омметр (RxlOO) покажет результаты, аналогичные измерениям диода (болыпое/малое сопротивление) между стоком и затвором. Подобным же образом проверяется переход исток-затвор. Большие величины сопротивления, измеренные оммет- ром, в обоих случаях указывает на обрыв в транзисторе, малые - на замыкание. В исправном транзисторе омметр при включении между истоком и стоком по- казывает малое сопротивление при любой полярности. Большое сопротивле- ние при обоих измерениях указывает на обрыв в цепи (рис. 1.25).
40 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Рис. 1.25. Проверка полевого транзистора с управляющим р-п-переходом на обрыв и короткое замыкание с использованием омметра Аббревиатура МОП обозначает металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор. Прибор называют также полевым транзистором с изолированным затвором, поскольку затвор здесь электрически изолирован от канала исток- сток (то есть от полупроводниковой подложки) тонким слоем диоксида крем- ния (рис. 1.26). МОП-транзистор может иметь канал p-типа или п-типа. Ток, протекающий в p-канале, уменьшается за счет положительного напряжения и увеличивается при приложении отрицательного напряжения. Существует три основных типа МОП-транзисторов, различающиеся по зависимости состояния канала от напряжения на затворе. 1. При прямом смещении проводит ток от истока к стоку и остается в режи- ме «отсечки» (то есть тока нет) при нулевом смещении. 2. Проводит при нулевом смещении и уменьшает ток при обратном смеще- нии, а при достаточном обратном смещении переходит в режим отсечки. 3. При нулевом смещении обладает определенной проводимостью. При об- ратном смещении ток уменьшается, а при прямом возрастает. о— Затвор Сток о Подложка 6 Исток Рис. 1.26. Схематическое изображение МОП-транзисторов с п- и р-каналом
Полупроводниковые элементы J 41 Транзисторы МОП имеют высокий входной импеданс, кроме того, они чув- ствительны к статическому электричеству и с ними надо обращаться аккуратно. По этой причине при перемещении у МОП-транзисторов затвор и исток закорачиваются. Для этого их выводы скручиваются вместе, или на них надева- ется специальная пружина. Защищенный МОП-транзистор с двойным затвором позволяет решить эту проблему, правда, за счет уменьшения входного сопротив- ления (рис. 1.27). Затвор 2 Затвор 1 —о Сток Подложка/корпус 6 Исток Рис. 1.27. Схематическое изображение двухзатворного МОП-транзистора и каналом п-типа При соединении выводов затворов вместе он работает как обычный МОП- транзистор, и его можно проверить с помощью омметра. Межу затвором и сто- ком или истоком должно быть нулевое сопротивление. Какие-либо показания омметра означают короткое замыкание. Для проверки состояния перехода сток-исток подключите между затвором и стоком резистор 15 кОм. Если сопро- тивление изменяется, это означает, что MOSFET исправен. Но имейте в виду, что наилучшим способом проверки является замена или использование тесто- вого оборудования (рис. 1.28). Резистор 15 кОм Сток Рис. 1.28. Проверка МОП-транзистора на обрыв и короткое замыкание с использованием омметра Существуют различные методы тестирования. Многие из них можно прямо или косвенно использовать для определения работоспособности транзистора. Помимо проверки сопротивления и использования устройств тестирования компонентов можно также применять: ♦ измерения напряжения; ♦ нагревание и/или охлаждение; ♦ контроль прохождения сигналов; ♦ замену; ♦ запирание транзистора.
42 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Измерения напряжения могут быть полезны для определения работоспособ- ности схемы с транзистором. Например, на схеме изготовителем указаны но- минальные рабочие значения напряжения. Если в транзисторе обрыв или он не проводит ток, то напряжение на коллекторе будет полным - 10 В, а не 6 В как в обычном состоянии. Когда прибор закорочен, через него будет течь чрез- мерный ток. Это увеличит нагрузку цепи. Поэтому если напряжение на коллек- торе низкое, это может указывать на короткое замыкание транзистора или на- личие неисправного резистора смещения (рис. 1.29). Рис. 1.29. Типичные рабочие напряжения транзистора Часто можно проверить транзисторы при помощи температурного теста. Сначала нагрейте предположительно неисправный прибор с помощью фена или горячего жала паяльника. Если это вызывает пробой, используйте химичес- кий охладитель или холодный воздух от вентилятора. Если при охлаждении транзистор возобновляет нормальную работу, его можно считать неисправным. Термозависимый режим работы обычно свидетельствует о неисправности и чреват выходом из строя при продолжительной работе. Повышение температуры увеличивает количество заряженных частиц, что в свою очередь вызывает выделение тепла, которое заставляет проводить еще больший ток. В конце концов, транзистор разрушает себя. Такой процесс назы- вается тепловой пробой. Помните: не следует без особой надобности подвергать прибор слишком сильной тепловой атаке, так как это может привести к фаталь- ным повреждениям. Контроль прохождения сигналов также может быть использован для локали- зации неисправного транзистора. Например, подавая сигнал в каждый каскад приемника, начиная с динамика и продвигаясь к входному каскаду, вы найдете место, где неисправный транзистор (в котором произошел, например, обрыв) не позволяет сигналу пройти. Замена транзистора может быть эффективна для определения неисправно- го прибора. Помните, что при этом вы, должны использовать аналогичную мо- дель. Многие специалисты предпочитают сначала присоединить новый транзи- стор к обратной стороне печатной платы, где расположены дорожки, чтобы удостовериться, что подозреваемый прибор действительно неисправен. Это может сэкономить ценное рабочее время.
Полупроводниковые элементы 43 Другой прием заключается в замыкании базы и эмиттера, при котором про- исходит запирание транзистора (рис. 1.30). Рис. 1.30. Отключение транзистора с помощью закорачивания базы и эмиттера В этом случае должна наблюдаться заметная разница в работе всего устрой- ства по сравнению с нормальным режимом. Если явных перемен не обнаруже- но, прибор, скорее всего, неисправен. При проведении этого теста соблюдайте осторожность, чтобы не замкнуть коллектор и базу, поскольку это может заста- вить транзистор пропускать большой ток и вывести его из строя. Кроме того, этот метод пригоден только для некоторых схем, в частности для усилителей и генераторов колебаний. Способ отключения транзистора можно сравнить с поиском неисправной свечи в автомобиле. Для успешного теста необходимо при работе двигателя в режиме холостого хода на короткое время отключить каждую свечу. Таким об- разом далее ведется наблюдение за двигателем. Если проведенная операция повлияла на его работу, значит, свеча исправна. Отсутствие явных перемен го- ворит об обратном. Отметим, однако, что при замене транзистора необходимо соблюдать неко- торые предосторожности: ♦ никогда не перегревайте транзистор; ♦ используйте теплоотвод; ♦ используйте паяльник 35 Вт или менее; ♦ используйте для замены только такой же или рекомендованный тран- зистор; ♦ идентифицируйте положение эмиттера, коллектора и базы. Еще один тип полупроводниковых приборов, тиристор, представляет собой последовательное соединение трех диодов в разном направлении (рис. 1.31). Тиристор работает как управляемый выпрямитель и может проводить ток, если к затвору приложено достаточное напряжение (или напряжение на аноде будет нарастать с недопустимой для данной марки прибора скоростью). Это происходит до тех пор, пока его величина не уменьшится почти до нуля. Данный полупроводниковый прибор является весьма распространенным эле- ментом в системах электропитания, в автоматике. В частности, используется в устройствах подачи сигнала тревоги при несанкционированном проникновении.
44 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Анод Катод Рис, 1.31. Конструкция тиристора Его работоспособность лучше всего проверять методом замены или с помощью омметра. Для теста омметром, установите переключатель шкалы в положение RxlO ООО. При подключении отрицательного вывода к катоду, а положительного к аноду, исправный тиристор должен показать более 1 МОм. Малое или нулевое сопро- тивление означает замыкание. Для проверки работы управляющего электрода закоротите его вывод на анод, при этом омметр должен показать сопротивле- ние, близкое к 0. Интегральные микросхемы Хотя реальная конструкция интегральных микросхем (ИМС) достаточно слож- на, процесс их проверки легок для понимания. Существует три основных конструктивных типа интегральных схем: в кор- пусе с двухрядным расположением выводов (DIP), круглые и плоские (рис. 1.32). Одна небольшая ИМС состоит из нескольких резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов, которые соединены в микросхему (рис. 1.33). Они герметически закрыты в керамическом или пластмассовом корпусе. Два основных метода изготовления микросхем называются монолитным и гибрид- ным. При изготовлении монолитных (или стандартных) ИМС компоненты выполняются на одной подложке. Гибридные имеют специальное назначение, что требует отдельных компонентов с последующей сборкой на подложке. Под- ход к проверке ИМС остается прежним. Несмотря на то что интегральные схемы имеют различные формы, типы и размеры, для поиска неисправностей обычно применяются следующие стандарт- ные методы:
Интегральные микросхемы 45 Рис. 1.32. Три основных конструкции интегральных микросхем Рис. 1.33. Типичный образец выполненного в виде интегральной микросхемы предварительного звукового усилителя каскада с выходной мощностью 1 Вт на примере ECG 1043 ♦ использование органов чувств; ♦ нагрев и/или охлаждение; ♦ проверка напряжения; ♦ шунтирующий конденсатор; ♦ замена; ♦ использование логического импульсного пробника. Первым делом осмотрите возможные повреждения: заржавевшие, дефект- ные выводы, разъемы, паяные соединения. Убедитесь, что ИМС полностью вставлена в панельку. Сверьте маркировку изготовителя с заданным идентифи- кационным номером ИМС. Таким образом можно убедиться, что используется нужная интегральная микросхема, и она правильно размещена.
46 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания Когда схема работает, коснитесь верхней части изолирующего корпуса паль- цем для проверки температуры. Горячая ИМС - индикатор неисправного или закороченного элемента. Большинство микросхем должны быть холодными или теплыми. Нагрев и/или охлаждение также часто используются для проверки ИМС на дефекты. Как было указано выше, подозрительный элемент, работоспособность которого зависит от температуры, можно проверить с помощью наблюдения функционирования схемы во время нагрева феном и последующего охлаждения или замораживания. Неисправная, термозависимая ИМС при нагреве прекра- тит работать, но снова активируется при охлаждении. Проверку напряжения можно легко осуществить с помощью вольтметра или осциллографа. Измерьте напряжение на каждом выводе ИМС и наблюдайте фор- му сигнала на экране измерительного прибора. Затем сравните результаты с ука- занными изготовителем параметрами. Несоответствие напряжения и сигналов говорит о возможной неисправности ИМС или связанных с ней элементов. Иногда подозрительную ИМС можно игнорировать с использованием кон- денсатора, который проводит сигнал в обход (рис. 1.34). Если сигнал возрастает при шунтировании ИМС, это означает, что схема, возможно, неисправна. Рис. 1.34. Шунтирование ИМС с помощью конденсатора Любую подозрительную ИМС можно заменить аналогичной исправной. Этот метод экономит ценное время специалиста по обслуживанию. Но если взглянуть на вещи реально, мастера не могут полагаться только на эту технику, поскольку она потребует очень большого количества ИС, а это достаточно дорого. Имейте также в виду, что если причина проблемы неправильно определена, то замена может привести к выходу из строя и новой микросхемы. Обычно на печатных платах установлено довольно много ИМС, и часто гораздо более практичным является замена всей платы. Для проверки ИМС существуют специальные тестеры и наборы, однако в ряде случаев они могут работать только с ИМС вне схемы. Можно использовать компараторы с многоконтактными зажимами. Они очень удобны, но, к сожале- нию, дороги.
Интегральные микросхемы 47 Цифровой логический пробник является, наверное, одним из самых важных те- стовых инструментов для специалистов. Этот небольшой ручной прибор обыч- но используется для тестирования логических импульсов и уровней. Пробник содержит сложную схему, которая с помощью светодиодов (СД), срабатывающих по высокому или низкому уровням, индицирует сигналы логических уровней схемы. Подобно вольтметру логический пробник присоединяется к каждому выводу ИС или к каждой точке, где проводится контроль. Результат сравнива- ется с данными производителя (рис. 1.35). Рис. 1.35. Использование логического пробника для тестирования ИМС Концепция «черного ящика» является стандартным подходом к тестирова- нию ИМС, которая рассматривается как некое устройство с неизвестным принципом действия, но с очевидными входными и выходными характерис- тиками. Если вы знаете, что должно быть на входе и выходе ИМС, вы измеря- ете эти величины и по результатам определяете, исправна ли эта микросхема. Такое представление о интегральной микросхеме часто устраняет необходи- мость понимания ее сложной внутренней структуры. Например, вы можете использовать осциллограф для замера входных и выходных напряжений и сигналов, а затем сравнить результаты с приведенными изготовителем диа- граммами. Схемы с цифровой логикой обычно имеют два логических уровня О и 1. Подача соответствующих тестовых сигналов позволяет определить, про- исходит ли переключение. Метод контроля прохождения сигналов с использованием осциллографа обычно предпочтителен для измерений напряжения и сопротивления, по- скольку правильная работа ИМС зависит от динамических характеристик схе- мы. Метод контроля сигналов будет подробно объяснен в последующих главах с помощью диаграмм.
48 ГЛАВА 1, Принципы сервисного обслуживания Когда обнаружена неисправная ИМС, замените ее, имея в виду следующее: 1. Закажите точно такой же компонент для замены. 2. Вставьте или разместите микросхему в точном соответствии с оригиналь- ной ИМС. Очень легко вставить ИМС в противоположном направлении! Всегда идентифицируйте контакт 1 микросхемы - производители часто помечают его небольшой точкой. 4. Когда вы вставляете ИМС с 16 контактами в планарном корпусе в гнездо, можно ненароком согнуть ее выводы. Прежде чем нажимать на ИМС, чтобы полностью вставить ее в панельку, убедитесь, что все выводы на- правлены верно. Никогда не перегревайте ИМС. Если необходимо про- извести пайку, используйте небольшой паяльник мощностью 35 Вт. 5. Не злоупотребляйте припоем, избегайте слишком большого стекания его на плату. Это может вызвать образование перемычек между соседними контактами и компонентами. 6. Пользуйтесь тампонами или отсосами для удаления лишнего припоя. Электронные лампы В настоящее время электронные лампы используются редко, поэтому мы лишь коснемся теории их работы. Электронные лампы применяются в некоторых военных и промышленных направлениях, в радиовещании, в усилителях для гитар. Некоторые музыканты- гитаристы предпочитают более «мягкий» тип ограничения амплитуды звука уси- лителей на электронных лампах по сравнению с транзисторными усилителями. Помимо электронно-лучевых трубок, специалист может изредка встретить дио- ды, триоды, тетроды, пентоды, газовые и многоэлементные трубки. Диодная лампа состоит из отрицательного катода и положительного анода. При нагревании отрицательный катод излучает электроны. Приложение на- пряжения к аноду и катоду ведет к возникновению тока в цепи. Процесс излу- чения электронов из катода называется термоэлектронной эмиссией. Когда полярность анодного напряжения изменяется, термоэлектронной эмиссии не происходит и тока не возникает. Это, подобное клапану, действие обеспечивает протекание заряженных частиц только в одном направлении, что позволяет использовать этот прибор в качестве выпрямителя. Количество электронов, которые после эмиссии с катода достигают анода, в триодной лампе регулируется с помощью размещенной в виде ячеек проволо- ки, называемой сеткой. Эта управляющая сетка имеет отрицательный заряд по отношению к катоду. Чем более отрицательна сетка, тем меньше ток, чем ме- нее отрицательна сетка, тем больше ток. Отсечкой называется точка, в которой сетка становится слишком отрицатель- ной, и ток прекращается. Насыщением называется точка, в которой сетка наименее отрицательна, и ток между сеткой и катодом максимален. Для минимизации межэлектродной емкости, уменьшающей усиление трио- да на высоких частотах, в тетродной лампе добавлена еще одна сетка, которая называется экранирующей.
Электронные лампы 49 В определенных случаях требуется повышенное усиление. Тогда добавляется третья сетка, которая называется защитной и лампа (пентод). Защитная сетка пентода устраняет вторичную эмиссию (неконтролируемые ускоренные электро- ны около анода) и обеспечивает управление этими электронами. Мощные лампы обычно используются в соответствующих установках. Газовые, заполненные азотом или парами ртути, - в сильноточных приборах. Тиратрон - типичный пример газонаполненной трубки. Многоэлементные состоят из двух и более ламп, помещенных в единый стеклянных корпус. Пятисеточный преоб- разователь - образец стандартной многоэлементной лампы. Он одновременно содержит каскады гетеродина и смесителя приемника. Для тестирования электронных ламп могут использоваться, например, сле- дующие приемы: ♦ постукивание; ♦ осмотр; ♦ устройство проверки ламп; ♦ замена. Хотя электронные лампы используются сегодня редко, вы можете встретить их, особенно при обслуживании старых гибридных телевизоров, электронно- лучевых трубок компьютерных мониторов, промышленного и коммуникацион- ного оборудования. Для проверки качества лампы при работе схемы используй- те пластмассовый конец отвертки. Аккуратно постучите по каждой из них, слушая и наблюдая работу схемы, например радиоприемника или телевизора. Если при постукивании что-либо слышно или видно, наблюдаются помехи в изображении, то лампа, возможно, вышла из строя. Имейте в виду, что такие же проблемы могут быть вызваны ослабленным, окислившимся контактом или некачественной пайкой. Можно также быстро проверить исправность некоторых ламп, наблюдая за свечением нити накала. Если нить накала оборвана, то лампа не светится и не работает. Проверить ее можно также с помощью омметра. Исправная нить на- кала должна иметь сопротивление около 0, а при обрыве сопротивление будет бесконечно большим. Тестер ламп может быть очень полезным инструментом, но проблемы не исключаются. Пару-тройку лет назад не было ничего более комичного, чем на- блюдать любителя наборов «сделай сам», который вынимает каждую лампу из своего телевизионного приемника и несет их в ближайший магазин для про- верки тестером. К сожалению, тестер не может выявить неисправности всех существующих типов ламп, но понимание назначения каждой лампы и возмож- ностей тестера поможет сэкономить время и деньги. Например, тестеры ламп могут не соответствовать рабочим параметрам схемы. Они не могут адекватно измерять межэлектродную емкость. Кроме того, гетеродины, ограничители и лампы высокого напряжения (для которых важны характеристические кривые) трудно проверить с помощью тестера ламп. Лучший совет здесь: если сомнева- етесь, найдите аналог по приемлемой цене и установите новую лампу. Это мо- жет сэкономить много времени. Но помните, что если поломка произошла из-за
50 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания проблем в схеме, такой способ только повредит новому элементу. Например, если при обслуживании электронного прибора выяснилось, что лампа выпрямителя закорочена, ищите также и короткозамкнутый конденсатор. Может быть, имен- но фильтрующий конденсатор является источником короткого замыкания. Кро- ме того, перед заменой любой лампы рекомендуется тщательно проверить окру- жающие компоненты на наличие обугленных резисторов или других проблем. В отличие от транзисторов, которые теоретически могут работать до беско- нечности, жизнь электронных ламп ограничена вследствие изнашиваемости катода, который со временем испускает все меньше и меньше электронов. Кро- ме того, механические вибрации, излишнее нагревание и ток способствуют нарушению герметичности баллона лампы, что ведет к поломке. Обязательно, убедитесь, что вы используете аналог элемента в качестве за- мены и чистое неокисленное гнездо для лампы. Кроме того, будьте вниматель- ны и не согните контакты. Конденсаторы сверхбольшой емкости Конденсаторы сверхбольшой емкости, которые также называют двухслойными или ионисторами очень вместительны. Они могут хранить в сотни раз больше энергии, чем обычные и работают за счет движения заряженных ионов. Состоят Рис. 1.36. Ионистор 10 Ф из нереактивных пористых плат, помещенных в электролитический раствор, с очень большой площадью поверхности. Электрическая энергия накапливается электростатически. Ток утечки также очень небольшой. Это обеспечивает способ- ность конденсатора поддерживать колоссальную емкость. Ионисторы дают мно- го преимуществ по сравнению с обычными конденса- торами и аккумуляторными батареями: быстрый заряд, высокая энергия, малый вес, высокая надеж- ность, длительный срок службы, простота в техничес- ком обслуживании и применяются в различных обла- стях: в медицинских приборах, компьютерах, детских игрушках, электроинструментах, радиопередатчиках, гибридных электрических средствах передвижения, источниках резервного электропитания. На рис. 1.36 показан пример ионистора фирмы Max- well Technologies, который весит всего 6,4 г, но обеспе- чивает емкость около 10 Ф, что является идеальным для питания малогабаритных бытовых электронных изделий. При использовании вместе с батареями ионисто- ры могут также увеличить эффективность и позволить уменьшить вес и размер батарей за счет подачи дополнительного питания при пиковых нагрузках. Одним из наиболее популярных применений двухслойных конденсато- ров является автомобильная промышленность. Они используются в рекупе- ративных тормозных системах, дизель-электрических автобусах и, совместно
Катушки индуктивности 51 с электролитическими батареями, в гибридных средствах передвижения. Ионисторы могут работать дольше, эффективнее при любом напряжении в пределах своего номинального, в более широком температурном диапазоне, чем батареи, в отличие от которых ионисторы можно установить незаряжен- ными, чтобы затем быстро зарядить. Использование ионисторов совместно с батареями может обеспечить отлич- ный источник питания и энергии для гибридных средств передвижения. Они могут увеличить срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов за счет пода- чи дополнительного питания при пиковых нагрузках и помочь обеспечить быс- трый разгон и рекуперативное торможение. Ионистор РС2500 фирмы Maxwell Technologies имеет емкость 2700 Ф, что обеспечивает 8400 Дж энергии при на- пряжении 2,5 В. Это делает его идеальным для применений в гибридных сред- ствах передвижения (рис. 1.37). К тому же он мало весит, у него небольшой ток утечки и прекрасная циклическая надежность, что делает его пригодным и для применений, не связанных со средствами передвижения, например для резерв- ных источников питания во время прекращения подачи питания на промышлен- ных предприятиях и в медицинских учреждениях. Рис. 1.37. Ионистор 2700 Ф Как и в других электрических компонентах, в ионисторах могут возникать такие неисправности, как внутренние замыкания, обрывы, утечки в ячейках, механические разрушения, которые часто связаны с внутренним напряжением вследствие излишней вибрации, термического расширения, механического по- вреждения или неправильного использования. Обычные тесты ионисторов включают заряд-разряд и измерение эквивалентного последовательного сопро- тивления. Параметры ионистора: начальное рабочее напряжение, ток разряда, минимальное напряжение под нагрузкой, напряжение после снятия нагрузки и время разряда от начального заряда до минимального напряжения - можно из- мерить для проверки его качества. Приложение 12 детально описывает тесто- вые процедуры фирмы Maxwell Technologies для проверки ионистора. Катушки индуктивности Катушка индуктивности представляет собой электромагнит, который ис- пользуется во многих приложениях: трансформаторах, фильтрах, генераторах,
52 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания фазовращателях, интеграторах и дифференциаторах. По сути катушка препят- ствует всякому изменению тока, и это свойство часто называют индуктивнос- тью. Она создает магнитное поле, которое вызывает противодействующую электродвижущую силу. Индуктивность L измеряется в Генри (Гн). Существуют различные типы катушек: без сердечника, со стальным сердечником, с ферри- товым сердечником, постоянной индуктивности и переменной индуктивности. Обычным применением для них является использование в цепях фильтров. В целом они пропускают низкие частоты и ослабляют высокие. Конденсаторы, с другой стороны, пропускают высокие частоты и ослабляют низкие. Поэтому, когда конденсаторы и катушки используются совместно, они могут работать как фильтр. Например, в звукоусилительной системе индуктивность может исполь- зоваться для ослабления высокочастотной составляющей звукового сигнала, по- даваемого к низкочастотному динамику, а конденсатор может использоваться для ослабления низкочастотной составляющей сигнала в динамике высоких ча- стот. Комбинация катушки и конденсатора может использоваться для формиро- вания среднечастотного диапазона для динамика средних частот. Многие изолированные проводники можно протестировать с использованием омметра. Хотя часто возникают и короткие замыкания обмоток, большинство не- исправностей связаны с обрывом. При измерениях омметром катушка, в зависи- мости от размера и числа витков обмоток, должна иметь сопротивление от 0 до нескольких сот Ом. Как правило, чем крупнее катушка, тем больше сопротивление. Закороченная катушка должна иметь нулевое сопротивление, а с обрывом показывать бесконечное противодействие электрической цепи. С помощью омметра может быть трудно определить, закорочена ли катушка, поскольку за- мыкание одного или нескольких витков может не повлиять на сопротивление катушки, которая изначально имеет небольшое сопротивление. Поэтому может быть необходимо использовать специальный измеритель индуктивности. Вопросы для самоконтроля Выберите наилучший ответ: 1. Какой из следующих факторов не является причиной неисправности: а) тепло; б) влага; в) неправильная установка; г) животные и грызуны; д) никакой из перечисленных. 2. Какое из перечисленных чувств обычно не используется специалистами по поиску неисправностей: а) зрение; б) слух; в) осязание; г) вкус; д) запах.
Вопросы для самоконтроля 53 3. Горячее дымящееся устройство или прибор часто является признаком того, что возникла неисправность: а) короткое замыкание; б) замыкание на землю; в) обрыв цепи; г) все перечисленное; д) ничего из перечисленного. 4. Если цепь имеет бесконечное сопротивление, эта неисправность называ- ется: а) короткое замыкание; б) замыкание на землю; в) обрыв; г) все перечисленное; д) ничего из перечисленного. 5. Измерения напряжения часто выполняются с помощью вольтметра или: а) амперметра; б) осциллографа; в) омметра; г) ваттметра; д) никаким из перечисленных приборов. 6. Подача сигнала или контроль за его прохождением - это метод, который часто используется специалистами при поиске неисправностей: а) электродвигателей; б) проводки бытового назначения; в) промышленной проводки; г) радио; д) любого из перечисленных. 7. Метод, при котором компонент с подозрением на неисправность заменя- ется другим, называется: а) обход; б) замена; в) шунтирование; г) оба: «б» и «в». 8. Соединение с холодной пайкой лучше всего исправить с помощью: а) замены; б) шунтирования; в) повторной пайки; г) охлаждения; д) замораживания. 9. Когда вы используете пошаговый анализ при поиске неисправностей, первым шагом должен быть: а) обсуждение дефекта с заказчиком; б) сбор сервисной информации; в) выбор метода поиска неисправностей; г) ремонт; д) все, указанное выше.
54 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания 10. Диаграмма, которая иллюстрирует компоненты изделия или прибора, называется: а) однолинейная схема; б) принципиальная схема; в) калька; г) эскизная схема; д) схематический чертеж. 11. Компонент, в котором произошел обрыв, имеет: а) нулевое сопротивление; б) бесконечное сопротивление; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного; д) небольшое сопротивление. 12. Годный плавкий предохранитель должен иметь: а) нулевое сопротивление; б) бесконечное сопротивление; в) небольшое сопротивление; г) оба: «а» и «б»; д) ничего из перечисленного. 13. Физическая величина резистора, которая определяет способность резис- тора рассеивать тепло, измеряется в: а) омах; б) вольтах; в) ваттах; г) фарадах; д) ничего из перечисленного. 14. Новый, полностью заряженный кислотный аккумулятор при измерении напряжения должен показывать: а) более 12 В; б) 2 В; в) И В; г) 12 В; д) иное. 15. Конденсаторы можно проверить: а) омметром; б) пробой на искру; в) шунтированием; г) только «б» и «в»; д) «а», «б» и «в». 16. Для изготовления кристалла р-типа: а) добавляется пятивалентный галлий; б) добавляется трехвалентный индий; в) добавляется пятивалентная сурьма; г) добавляется трехвалентный мышьяк; д) ничего из перечисленного.
Вопросы для самоконтроля 55 17. Термин «акцептор» употребляется для обозначения: а) добавление пятивалентного элемента в кристалл; б) добавление трехвалентного элемента в кристалл; в) оба «а» и «б»; г) ничего из перечисленного выше. 18. Фактически транзистор представляет собой: а) один диод; б) два диода, включенные встречно; в) три диода, включенные встречно; г) четыре диода, включенные встречно; д) ничего из перечисленного. 19. Высокий коэффициент усиления по напряжению и низкий коэффициент усиления по току являются характеристиками: а) схемы с общей базой; б) схемы с общим эмиттером; в) схемы с общим коллектором; г) оба «а» и »в»; д) ничего из перечисленного. 20. Если рабочее напряжение коллектора транзистора намного меньше нор- мального, это может означать: а) неисправный фильтр; б) обрыв в резисторе; в) обрыв в транзисторе; г) замыкание в транзисторе; д) ничего из перечисленного. 21. Для отключения транзистора для поиска неисправностей: а) закоротить эмиттер и базу; б) закоротить базу и коллектор; в) закоротить затвор и анод; г) «а» или «б»; д) ничего из перечисленного. 22. Тиристор можно рассматривать как встречное включение дио- дов, и он состоит из анода, катода и. а) двух, анода; б) трех, управляющего электрода; в) четырех, базы; г) двух, эмиттера; д) трех, анода. 23. Когда вы проверяете ИМС, работоспособность которых изменяется в зависимости от температуры, наилучшим методом является: а) проверка напряжения; б) проверка сопротивления; в) нагревание и /или замораживание; г) проверка тока; д) шунтирование.
56 ГЛАВА 1. Принципы сервисного обслуживания 24. Лампа с тремя сетками это: а) триод; б) тетрод; в) пентод; г) многосеточная лампа; д) мощная лампа. 25. Какой из перечисленных способов не используется обычно при поиске неисправностей электронных ламп: а) постукивание; б) устройство проверки ламп; в) «Шунтирование»; г) замена; д) оба: «а» и «б». 26. Затвор в полевом транзисторе обычно: а) обратно смещен; б) прямо смещен; в) не смещен; г) ничего из перечисленного. 27. МОП транзистор часто называют: а) полевой транзистор; б) биполярный транзистор; в) полевой транзистор с изолированы затвором МДП; г) тиристор. 28. МОП транзистор с индуцированным p-каналом проводит при: а) прямом смещении; б) обратном смещении; в) нулевом смещении; г) ничего из перечисленного. 29. Ток в МОП транзисторе с индуцированным n-каналом уменьшается при: ' а) прямом смещении; б) обратном смещении; в) нулевом смещении; г) ничего из перечисленного. 30. Ионистор иначе называется: а) двухслойный конденсатор; б) диэлектрический конденсатор; в) конденсатор накопления энергии; г) электростатический конденсатор. Вопросы и проблемы 1. Перечислите и поясните семь причин выхода из строя электронных и электрических устройств. 2. Перечислите и поясните четыре чувства, которые обычно используются при поиске неисправностей.
Вопросы для самоконтроля 57 3. Каковы четыре причины неисправностей в схемах? Расскажите, чем они отличаются друг от друга. 4. Каковы характеристики короткого замыкания? 5. Каковы характеристики обрыва в схеме? 6. Каковы характеристики замыкания на землю в схеме? 7. Каковы характеристики наличия механических проблем в схеме? 8. Объясните разницу между терминами «шунтирование» и «замена». 9. Опишите метод контроля прохождения сигнала. 10. Перечислите и объясните различные типы технических чертежей. 11. Опишите способы поиска неисправностей конденсаторов. 12. Назовите несколько типов конденсаторов. 13. Опишите структуру диода. 14. Объясните, как тестировать диод. 15. Что такое кристаллический детектор? 16. Опишите структуру транзистора. 17. Опишите, как тестировать транзистор. 18. Опишите, как тестировать тиристор. 19. Опишите различные методы, которые используются для поиска неисп- равностей транзисторов. 20. Опишите различные методы, которые используются для поиска неисп- равностей интегральных микросхем. 21. Опишите различия между некоторыми типами электронных ламп. 22. Опишите основные способы проверки электронных ламп. 23. Почему использовать специальные тестеры для проверки электронных ламп следует с осторожностью? 24. Что такое тиристор? 25. Что такое тиратрон? 26. Расскажите, как проверять полевой транзистор. 27. Что такое МОП? 28. Расскажите о различных типах МОП-транзисторов. 29. Расскажите, как проверить МОП-транзистор. 30. На что следует обратить особое внимание при транспортировке и работе с МОП-транзисторами?
Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств По мере того как электронное оборудование и изделия становятся все более сложными, постоянно возрастает потребность в средствах их тестирования. В настоящее время используются сотни различных приборов, предназначенных для этого. Правильное использование оборудования увеличивает быстроту и точность локализации и корректировки проблемы. В данной главе представле- ны некоторые наиболее популярные типы тестовых инструментов, которые используются специалистами. Общий обзор Мастер, прежде всего, должен определить соотношение затрат и результатов при финансовых вложениях в контрольно-измерительное оборудование и по- мнить о том, что затраты могут не оправдать ожиданий. Ошибка в расчетах, по причине отсутствия качественного оборудования влечет за собой негативные эмоции от безрезультатной работы и коммерческие потери. Выбирая средства тестирования, необходимо принимать во внимание: ♦ надежность; ♦ единство измерений; ♦ международные стандарты; ♦ службы поверки; ♦ срок службы; ♦ специфику снятия измерений и их представления; ♦ точность и функциональные возможности контрольно-измерительных приборов.
Мультиметр, ампервольтомметр, мультиметр на полевых транзисторах 59 Перед использованием устройства обязательно прочитайте руководство по эксплуатации. Невнимание многих специалистов к этой процедуре приводит к удивительно большому числу неточных измерений, неправильному использова- нию прибора. По этой причине, как правило, многие его возможности остают- ся плохо изучены мастером. Не забывайте также о специализированной лите- ратуре, которая дает расширенную информацию о способах применения контрольно-измерительной аппаратуры и правилах ее использования. Мультиметр, ампервольтомметр, мультиметр на полевых транзисторах, цифровые универсальные измерительные приборы В течение многих лет вольтоммиллиамперметр (ампервольтомметр) был очень популярным переносным прибором (рис. 2.1). Рис. 2.1. Ампервольтомметр Этот аналоговый прибор идеален для измерений меняющихся величин, что является сложной задачей для цифровых приборов. Многие специалисты по поиску неисправностей, особенно работающие в области промышленной элект- рики, предпочитают наблюдать движения стрелки такого прибора, а не «бегаю- щие» цифровые показания. В современные ампервольтомметры встроены схе- мы защиты прибора на основе предохранителей и диодов. Одним из недостатков вольтомметров является то, что импеданс прибора при определенных условиях может дополнительно нагрузить схему и повлиять на измерения напряжения. Поэтому результаты иногда бывают неточны. Ми- нимальная погрешность, как правило, не влияет на итоговые показатели обору- дования промышленной электрики, но в значительной степени определяет диагностику электронных схем.
ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств Мультиметр на полевых транзисторах не создает дополнительную нагрузку за счет своего высокого входного импеданса и наличия стабилизированного источ- ника питания. Этот измерительный прибор представляет собой переносное многофункциональное устройство, которое используется для технического об- служивания аппаратуры в самых разных областях. Цифровой мультиметр являемся, наверное, самым популярным среди специа- листов, чья деятельность требует очень высокой точности, например, в лабора- торных условиях и при работе с цифровой техникой (рис. 2.2). Рис. 2.2. Цифровой мультиметр с двойным дисплеем Этот прибор использует схемы, которые формируют показания в цифровом виде с помощью светодиодных знакосинтезирующих индикаторов. Более слож- ные устройства такого типа используют графические экраны, формирующие изображения подобно осциллографу. Высокоэффективный цифровой мультиметр снабжен многофункциональ- ным флуоресцентным двойным дисплеем на 5 разрядов с возможностью выбо- ра диапазонов измерений и точности. Например, пользователь может наблю- дать два параметра сигнала в одной точке, снимая показания последовательно и одновременно. Это позволяет специалисту повысить гибкость оценки ситуации в применениях, которые требуют двух раздельных измерений одного и того же сигнала. Цифровой мультиметр обычно выполняется в виде переносного при- бора со стандартными заменяемыми батареями. Некоторые устройства имеют интерфейс связи с персональным компьютером для автоматической записи результатов работы. Все эти преимущества, а также высокая точность делают этот контрольно-измерительный прибор очень популярным при проверке циф- рового оборудования в стационарных условиях. Осциллограф В самом упрощенном виде осциллограф представляет собой вольтметр с элект- ронно-лучевой трубкой. Однако у новичка этот прибор, со всеми его органами
Осциллограф 61 управления и видеоэкраном, вызывает одновременно восхищение и смущение. Осциллограф может быть одним из наиболее ценных типов оборудования при поиске неисправностей. Основным преимуществом данного устройства является то, что оно предос- тавляет изображение формы измеряемого сигнала. Большинство осциллографов используют вертикальное и горизонтальное электростатическое отклонение луча электронной пушки с помощью двух пар вертикальных и горизонтальных пластин. Хотя осциллограф широко используется для определения амплитуды напря- жения, с его помощью можно измерять частоту, период, наблюдать фронты вол- новых сигналов, фазовый угол и частотные характеристики (рис. 2.3). Рис. 2.3. Осциллограф Основные органы управления осциллографом и их функции. 1. Интенсивность - управление яркостью электронного луча. 2. Фокус - регулировка ширины луча. 3. Управление по вертикали - управление положением электронного луча по вертикали. 4. Управление по горизонтали - управление положением электронного луча по горизонтали. 5. Усиление по вертикали - регулирует высоту представления формы сиг- нала. 6. Усиление по горизонтали - регулирует ширину представления формы сигнала. 7. Управление разверткой - регулирует частоту генератора горизонтальной развертки. 8. Селектор синхронизации - позволяет выбрать внешнюю или внутрен- нюю синхронизацию. 9. Регулировка по оси Z - изменяет модуляцию следа сигнала. 10. Шкала калибровки - предоставляет шкалу для измерений колебаний на- пряжения. Настройка осциллографа обычно выполняется следующим образом:
62 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств 1. Поставьте регуляторы интенсивности, фокуса и синхронизации на минимум. 2. Установите регуляторы по вертикали и горизонтали в среднее положение. 3. Включите осциллограф и установите регулятор интенсивности на мини- мальную яркость. 4. Дайте осциллографу нагреться в течение 1-2 мин и регулятором фокуса установите контрастность. 5. Установите сигнал в центр с помощью соответствующих регуляторов. 6. Подключите источник переменного тока 6,3 В к входу по вертикали для калибровки. 7. Поскольку напряжение 6,3 В является среднеквадратичным значением амплитуды синусоиды 9 В (или двойной амплитуды 18В), установите уси- ление по вертикали на диапазон 1,8 делений (рис. 2.4). Рис. 2.4. Откалиброванный экран осциллографа 8. Настройте синхронизацию, чтобы появилась статическая картинка трех периодов синусоидальной кривой. 9. Теперь осциллограф настроен и откалиброван. Каждое деление отныне соответствует 10 В. Для измерений других напря- жений можно использовать аттенюатор, который позволяет умножить цену деления на 0,1, 1,10 и т.д. С помощью внутреннего калибратора, можно настроить осциллограф на цену деления 1 В. Более сложные измерительные приборы имеют встроенные калибраторы, отдельные и независимые средства работы с запуском, средства поиска луча. Обычно, наряду с осциллографом, используются три основных пробника: 1. С низкой емкостью. 2. С детектором (радиочастотный). 3. С делителем напряжения. Пробник с низкой емкостью обычно используется для измерения в схемах с высокой частотой или высоким импедансом. При использовании этого пробни- ка уменьшается нагрузочный эффект, что повышает точность измерений. Пробник с детектором (радиочастотный) нередко используется для измерения радиочастотных сигналов, когда до его демонстрации на осциллографе сигнал сначала необходимо обнаружить.
Специальное контрольно-измерительное оборудование 63 Пробник с делителем напряжения используется, когда измеряемое напряжение больше максимально допустимого, и его необходимо уменьшить. Обычный ко- эффициент деления 10:1 или 100:1. Выбирая осциллограф, необходимо учитывать: полосу пропускания, которая может изменяться от 10 МГц (мегагерц) до более чем 100 МГц, время нараста- ния сигнала, запуск и другие специфические условия. Могут быть очень серьез- ные различия при измерениях формы сигнала между двумя осциллографами, особенно при измерениях параметров цифровых импульсов. Например, для работы с автомобильной техникой вполне достаточно иметь осциллограф с полосой пропускания 10 МГц, а для настройки видеоаппаратуры и промышленных программируемых устройств потребуется более высокочас- тотный прибор. Важны также различия между аналоговым и цифровым осциллографом. Первый обычно стоит дешевле и лучше приспособлен для измерений аналого- вых и высокочастотных сигналов, в то время как второй используется для спе- циальных измерений в цифровых системах с накоплением информации. Совре- менные технологии предлагают сейчас аналого-цифровые приборы, которые совмещают цифровую запись с традиционными для аналоговых измерителей органами управления. Другие специальные применения требуют возможностей записи формы сиг- нала. Типичным примером является аппаратура электромиографии, которая используется в биомедицинской диагностике. Это устройство использует встро- енный осциллограф для измерения электрических импульсов и скорости нер- вной проводимости при стимуляции мышц и обеспечении чувствительности. Говоря простым языком, электроды регистрируют активность зарядов, переме- щающихся от одной точки тела к другой, и мышечную или нервную активность за определенный период времени. Для пользователя важно, чтобы он мог на- блюдать больше одного сигнала, наблюдать сигнал в статике, сразу получить твердую копию на принтере или сохранить его форму для сравнения результа- тов. Мастер по поиску неисправностей может использовать специальные воз- можности запуска, например ждущую развертку или увеличение времени нара- стания импульса. Специальное контрольно-измерительное оборудование В настоящее время существуют сотни приборов самого разного назначения. Вот некоторые из наиболее востребованных: ♦ тестер транзисторов; ♦ тестер конденсаторов; ♦ частотомер; ♦ генератор сигналов;
64 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств ♦ мегомметр; ♦ тестер напряжения; ♦ токоизмерительные клещи; ♦ неоновый тестер напряжения; ♦ тестовая лампа; ♦ цифровой логический импульсный генератор; ♦ цифровой логический пробник; ♦ прибор для проверки обмоток; ♦ оптический рефлектометр наблюдения за формой; ♦ измеритель напряженности поля; ♦ сетевой анализатор; ♦ набор для поиска неисправностей логических устройств. Рис. 2.5. Тестер транзисторов Тестеры транзисторов представляют собой очень точ- ные приборы контроля исправности диодов и транзис- торов. Они также могут проверить характеристики этих компонентов, как в схеме так и вне ее, позволяют измерять ток утечки и коэффициент усиления по току транзисторов и автоматически идентифицировать эмиттер, коллектор и базу (рис. 2.5). Эти устройства контроля часто являются многоце- левыми приборами со звуковой и визуальной индика- цией. Когда транзистор находится вне схемы, можно измерить ток утечки. Для этих приборов используют- ся гибкие пробники с зажимами и штыревыми контак- тами, обеспечивающими быстрые и удобные измере- ния. Их можно также легко использовать при работе с транзисторами, установленными на печатные платы. Тестеры конденсаторов проверяют качество элементов электрической цепи, как в схеме, так и вне ее, что позволяет ускорить поиск неисправностей. Эти приборы определяют характеристики неизвестных конденсаторов. Кроме того можно установить величину коэффициента мощности, утечку, обрыв; другие дефекты. Имейте в виду, что истинную емкость конденсатора можно правиль- но измерить только тогда, когда он находится вне схемы. Тестеры - очень чувствительные приборы, и могут регистрировать даже очень маленькую утечку. Проверяя электролитические конденсаторы, в отли- чие от других типов, важно измерить их коэффициент мощности. Запомните, что нельзя касаться выводов тестера при включенном напряжении! Это может вызвать сильный удар током. Частотомеры используются для измерения временных параметров сигналов в герцах (Гц) электронных устройств. Они нередко используются при регулировке частоты радиоприемников и передатчиков и порой необходимы при исследова- ниях и экспериментах. Обычно эти устройства обладают автоматическим запус- ком, высокостабильным таймером, входной защитой от превышения напряже- ния, и могут быть выполнены в виде переносных устройств. Большинство
Специальное контрольно-измерительное оборудование 65 частотомеров работают в диапазоне 10 Гц до 100 МГц и до 1,3 ГГц. Некоторые из них имеют наборы дополнительных приспособлений, например термоста- тированный кварцевый генератор для обеспечения температурной стабильно- сти измерений, а также возможность записи и хранения результатов измере- ний (рис. 2.6). Рис. 2.6. Частотомер Существуют различные типы генераторов сигналов. Низкочастотные выраба- тывают сигналы в звуковом диапазоне, а высокочастотные - в радиочастотном. Оба прибора генерируют синусоидальные или прямоугольные сигналы, имеют встроенные аттенюаторы и обеспечивают выход с малыми искажениями. Генератор шума представляет собой небольшой ручной пробник, вырабатыва- ющий широкополосные сигналы, который удобен при налаживании радиопри- емников. Он посылает сигналы в широком диапазоне (от 1 кГц до 30 МГц) звуко- вых и радиочастот. Генератор меток вырабатывает немодулированный сигнал и используется для идентификации частот на амплитудно-частотной характеристике при настрой- ке телевизионных устройств. При настройке телеприемников также используется генератор качающейся частоты. Он вырабатывает частотно-модулированный сигнал в желаемом диа- пазоне. Генератор качающейся частоты и генератор меток обычно конструктивно выполняется в виде единого устройства. Телевизионные генераторы, как правило, имеют большую ширину полосы качания, чем у стереоприемников с частотной модуляцией. В этих приборах нередко предусмотрен и генератор цветового сигнала, который формирует калибровочный цветовой сигнал для сведения лучей телевизора. Они обеспе- чивают образцовые сигналы: чистого растра, точек, сетчатого поля, цветовых полос, горизонтальных и вертикальных линий. Прибор, который используется при настройке и ремонте телевизионного и стереоприемного оборудования и обеспечивает режим модуляции нескольких каналов, называется генератор сигнала ТВ/стерео (рис. 2.7). Используя генераторы сигналов, необходимо предпринять некоторые меры предосторожности.
66 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств Рис. 2.7. Генератор ТВ/стерео сигналов Прибор должен быть надлежащим образом заземлен, то же касается и дру- гих контрольно-измерительных устройств - осциллографа и мультиметра, ина- че это может обернуться неточными измерениями. Меняйте положение точки заземления каждый раз, когда вы перемещаете пробник в другую точку при отслеживании видео, радиочастотных или импульсных сигналов. Помните, что выходной импеданс генератора должен быть согласован со схемой. В случае ошибки может уменьшиться коэффициент усиления. Существуют специальные согласующие щупы и пробники с переменным импедансом. Также очень удобно пользоваться руководствами изготовителей по регулировке амплитуды выход- ного сигнала, калибровке, коэффициентами линейности, искажений. Наконец, помните, что не следует начинать перенастраивать схему до того, как вы пол- ностью провели поиск неисправностей устройства. Исправление схемы может решить многие проблемы настройки. Мегомметр служит для измерения сопротивления изоляции. Он использует- ся для проверки электрического сопротивления изолятора, показывая сопро- тивление в соответствии с подаваемым напряжением. Напряжение мегомметра создается с помощью встроенного электромехани- ческого генератора с ручным приводом, батареи или источника питания. Есть разные типы мегомметров - карманные и малогабаритные с бесколлек- торными генераторами и рукояткой. Качество изолятора с точки зрения сопро- тивления определяется его способностью выдерживать напряжение без утеч- ки, больше расчетной. Пробой изоляции и ухудшение ее свойств могут быть вызваны различными факторами: колебаниями температуры, коррозией, во- дой, вибрацией, загрязнениями и износом. Мегомметр можно использовать для такого оборудования как двигатели, ге- нераторы, трансформаторы, кабели, провода, переключатели, терминалы. Та- кие приборы также выполняются в цифровом и аналоговом варианте. Встреча- ются и комбинированные. Испытательное напряжение обычно составляет 50-5000 В постоянного тока (рис. 2.8). Настоящие специалисты по ремонту промышленного оборудования не рабо- тают без индикатора напряжения, этого удобного и грубого прибора, который обычно используется для измерений в диапазоне 110-600 В переменного тока (рис. 2.9). Он является быстрым и надежным инструментом проверки напряжения в линиях и распределительных щитах. Для специалиста, работающего в сфере
Специальное контрольно-измерительное оборудование 67 Рис. 2.8. Мегомметр Рис. 2.9. Индикатор напряжения промышленности, точность не важна. Обычно его интересует, работает ли цепь, и какова приблизительная величина напряжения: 120, 240, 480 или 600 В. Специальный тип индикатора напряжения, который называется высоковольт- ный пробник, рассчитан на 40 кВ постоянного тока. Он используется при работе с рентгеновскими аппаратами и электронно-лучевыми трубками телевизоров и мониторов компьютеров. Высоковольтные измерители для линий передачи представляют собой спе- циализированные вольтметры, которые используются для проверки трансфор- маторов и линий высокого напряжения. Эти приборы часто называют «штан- гой для работы под напряжением» за их длинные ручки. Они содержат высоковольтные резисторы, покрытые эпоксидной смолой, который ограничивают ток при полном напряжении. Эти устройства могут из- мерять напряжения более 145 кВ. Аксессуары включают различные изолированные и неизолированные проб- ники проходной изоляции, проверочные тестеры, удлинительные штанги, гра- фопостроители и фазирующее оборудование. Токоизмерителъные клещи подобны индикатору напряжения, но они использу- ются для измерения х переменного и постоянного тока промышленного назна- чения (рис. 2.10). Этот прибор содержит зажимы так называемого «трансфор- матора тока», которые кольцеобразно охватывают проводник, не разрывая цепь. Эти переносные устройства, являющиеся достаточно грубыми, часто ис- пользуются с аналоговыми вольтомметрами и цифровыми мультиметрами. Они обычно работают с переменным током от 100 мА до 500 А. Как и в случае инди- катора напряжения, основным преимуществом данного прибора является воз- можность быстрого и точного измерения в промышленных сетях. Специализированные токоизмерительные клещи с большим крюком и зажи- мом используются в системах передачи высокого напряжения и могут прово- дить измерения на одной или нескольких линиях или шинах. Qhh предназначе- ны для измерения токов свыше 2 кА. К числу дополнительного оборудования
68 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронныхустройств Рис. 2.10. Токоизмерительные клещи относятся удлинительные штанги, цифровые дисплеи, органы управления на основе регулируемых трансформаторов, конденсаторы, устройства фиксации прибора и записи измерений. Неоновый индикатор представляет собой простой прибор для проверки нали- чия напряжения в цепи. Этот инструмент чаще всего используется при поиске неисправностей бытовой проводки. Простой в обращении, легкий и дешевый прибор, снабженный неоновой лампой для индикации наличия, но не измере- ния напряжения (рис. 2.11). Рис. 2.11. Неоновый индикатор напряжения Тестовая лампа - это простой прибор, который используется для проверки целостности цепи. Иногда его предпочитают омметру, поскольку лампа позво- ляет смотреть на измеряемую цепь и на контакты прибора, а не на шкалу ом- метра. Типичным применением является ремонт электродвигателей и генера- торов в небольших устройствах. На рис. 2.12. показан пример конструкции простой тестовой лампы. Логический импульсный генератор вырабатывает одиночный положительный или отрицательный импульс при нажатии кнопки запуска. Если удерживать кнопку, вырабатывается последовательность импульсов. Другие типы подобных
Специальное контрольно-измерительное оборудование 69 Рис. 2.12. Простая тестовая лампа Рис. 2.13. Ручной цифровой логический пробник устройств имеют дополнительные возможности: автома- тический выбор полярности, изменение параметров им- пульсов (рис. 2.13). Логический пробник используется для диагностики со- стояния (высокий или низкий уровень логического сиг- нала) за счет сравнения его с пороговыми уровнями для данного типа устройств, дает возможность быстрого тес- тирования и устраняет необходимость в дорогих, громозд- ких осциллографах или вольтметрах. Существует много различных типов логических пробников, которые имеют такие опции, как память, защита от перегрузки, высоко- скоростное тестирование. На рис. 2.14 показана комбина- ция мультиметра и логического тестового прибора. Рис. 2.14. Индикатор напряжения Этот прибор включает цифровой мультиметр с восемью функциями и боль- шим цифровым светодиодным дисплеем, полную индикацию и автоматический или ручной выбор режимов работы. Логические мониторы аналогичны проб- никам подобного типа, но позволяют при необходимости подключиться к выво- дам микросхем, контрольным точкам или шине контроля.
70 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронныхустройств Два обычных монитора - 16-канальный и 40-канальный. Эти приборы имеют разнообразные задачи при поиске неисправностей микропроцессоров и систе- мах управления технологическими процессами. Прибор для проверки обмоток бывает двух типов - внутренний и внешний - и используется при проверке ротора и статора электродвигателей, генераторов на короткое замыкание. Состоит из катушки со стальным сердечником. При подаче в катушку переменного тока возникает магнитный поток между прибо- ром и исследуемым устройством, заставляющий вибрировать сердечник, кото- рый издает при этом рычащий звук. Для тестирования устройств вместе с прибором для проверки обмоток исполь- зуется узкая полоска стали (зонд), подобная ножовочному полотну. Она размеща- ется параллельно с исследуемым устройством и прибором. Если в устройстве про- изошло короткое замыкание обмоток, непосредственно над закороченной катушкой образуется сильное магнитное поле, заставляя зонд угрожающе вибри- ровать и тянуться вниз. В шумном помещении часто вместе с прибором использу- ется лампочка, которая светится ярче при коротком замыкании. Некоторые приборы для проверки обмоток имеют дополнительные опции: встроенный амперметр или зонд, который служит для тестирования неболь- ших неисправных катушек, обратных катушек или регуляторов коэффициента мощности (рис. 2.15). Рис. 2.15. Образец внутреннего прибора для проверки обмоток Прибор, который используется при поиске неисправностей и установке рас- пределенных систем телевидения - это измеритель уровня сигнала (или изме- ритель напряженности поля). Этот прибор дает точные данные в диапазоне метровых (МВ), дециметровых (ДМВ) волн и имеет встроенный громкогово- ритель. Он представляет собой вольтметр, настроенный на радиочастоты, со шкалой в микровольтах или децибелах. Прибор наиболее часто применяется с целью позиционирования антенн и настройки уровня сигналов. К числу других применений относятся измерения вносимых потерь, коэффициента усиления,
Специальнее контрольно-измерительное оборудование 71 сигнала промежуточных каналов, обратных потерь (коэффициента стоячей вол- ны), уровня шума. Оптический рефлектометр наблюдения за формой сигнала является узкоспеци- ализированным прибором, используемым при проверке оптоволоконных сетей (рис. 2.16). Рис. 2.16. Оптический рефлектометр Его можно использовать при тестировании потери сигнала и нарушениях передачи в многомодовом оптоволокне. Некоторые устройства состоят одно- временно из двух модулей с излучением двойной длины волны, что позволяет проводить оптическое тестирование с двойной длиной волны. Например, прибор TFS 3031 Ranger 2 фирмы Tektronix Inc. имеет зону не- чувствительности 3,5 м, регулируемый порог отражательной способности 15-60 дБ, внутреннюю память на 100 сигналов и возможность локализации кон- ца оптоволокна на расстоянии более 175 км. Рис. 2.17. Анализатор схем, спектра и формы волнового сигнала
72 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств Анализатор схем, спектра и формы волнового сигналапред^ъъляеч? собой сложный модуль, используемый в медицинских исследованиях речи, гидроакустике, сона- рах, анализе машин с вращательным движением, структурном анализе. Этот при- бор оцифровывает сигнал при считывании формы волны с точностью до 3,5 млн. точек и анализирует спектр в динамическом диапазоне до 90 дБ (рис. 2.17). Диагностический комплекс для поиска неисправностей логических уст- ройств позволяет проводить статическое, динамическое и многоконтактное тестирование ИС. Такие приборы могут быть очень удобными и эффективны- ми при локализации дефектов (рис. 2.18). Рис. 2.18. Набор для поиска неисправностей цифровых логических устройств Другой тип логического анализатора показан на рис. 2.19. Это сверхскорост- ной прибор для решения сложных системных проблем. Рис. 2.19. Логический анализатор
Использование тестовых пробников 73 Он позволяет стробировать любые входные сигналы с частотой 2 ГГц, обрабатывает информацию в реаль- ном масштабе времени и запускается без потерь важ- ных данных о переменных характеристиках сигнала. Эти приборы совместимы со стандартными устройства- ми plug-and-play, полностью совместимы при переносе с одного главного компьютера на другой, поддержива- ют многие типы микропроцессоров и обеспечивают одновременный анализ состояния и временных харак- теристик, используя те же пробники. Существует несколько типов калибровочных прибо- ров, используемых при поиске неисправностей и тех- ническом обслуживании. Многофункциональный калибратор измеряет темпера- туру, давление, напряжение, ток и сопротивление. Он снабжен: ♦ двухстрочным алфавитно-цифровым жидкокрис- таллическим дисплеем с подсветкой, который способен демонстрировать входные и выходные значения измеряемых величин; ♦ памятью для хранения программ эмуляции; ♦ цифровым выходом; Рис. 2.20. Многофункциональный калибратор ♦ программно-аппаратным интерфейсом RSA 232 (рис. 2.20). Использование тестовых пробников Все контрольно-измерительные приборы поставляются с тем или иным типом пробника или щупа. Однако очень важно, чтобы специалист сделал правильный выбор в соответствии с устройством, с которым он намеревается работать. Дешевые пробники могут состоять только из одного провода с контактом или простой схемы RC: ♦ пробники с аттенюатором 10:1 наиболее распространены; ♦ активные пробники напряжения имеют более сложное внутреннее уст- ройство, например каскады на полевых транзисторах для измерения в схемах, которые требуют минимальной нагрузки, вызванной подключе- нием прибора; специальных уровней логического напряжения и высоко- скоростного анализа в цифровых цепях; ♦ пассивные пробники напряжения, не содержащие активные элементы, применяются в аналоговых и цифровых устройствах общего назначения; ♦ осциллографы используют множество тестовых пробников. В других случаях могут использоваться пробники со средствами переключения диапазонов, автоматической компенсацией показаний электронно-лучевой трубки, демодуляторами, низкой емкостью, высоким напряжением и импедансом.
74 ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств Каждый специалист должен иметь набор проводов с зажимами, защелок, за- жимов типа «крокодил» для временных соединений и перемычек при работе с неисправными компонентами. К числу других приспособлений относятся мини- атюрные бокорезы, плоскогубцы, торцевые гаечные ключи для шестигранных соединений, ключи для шпонок, увеличительные стекла и пинцеты. Вопросы для самоконтроля Выберите правильный ответ: 1. Какой измерительный прибор имеет интерфейс с персональным компь- ютером и обычно используется для очень точных измерений в лаборатор- ных условиях: a) TVM; б) ампервольтомметр; в) VTVM; г) ампервольтомметр на полевых транзисторах; д) цифровой мультиметр. 2. Осциллограф широко используется для измерения: а) напряжения в системах дистанционного управления; б) среднего напряжения; в) эффективного напряжения; г) размаха напряжения; д) ничего из перечисленного. 3. Регулятор, который настраивает частоту горизонтальной развертки ос- циллографа: а) усиление по горизонтали; б) регулятор по оси Z; в) аттенюатор; г) выбор синхронизации; д) управление разверткой. 4. Необходимый пробник, который обычно используется с осциллографом при измерении в цепях с высокой частотой или высоким импедансом: а) пробник с детектором; б) пробник с малой емкостью; в) делитель напряжения; г) пробник с генератором шума; д) ничего из перечисленного. 5. Регулировка высоты сигнала на экране осциллографа производится с по- мощью: а) управления разверткой; б) регулятора по оси Z; в) выбора синхронизации; г) усиления по горизонтали; д) усиления по вертикали.
Вопросы для самоконтроля 75 6. Для проверки ротора на короткое замыкание часто используется: а) ампервольтомметр; б) VTVM; в) мегомметр; г) устройство проверки обмоток; д) ничего из перечисленного. 7. Измерительный прибор для проверки сопротивления изоляции называ- ется: а) тестер транзисторов; б) индикатор напряжения; в) магнитометр; г) мегомметр; д) ничего из перечисленного. 8. Небольшой ручной пробник с генератором, который используется при отслеживании сигналов приемников, называется: а) генератор звуковой частоты; б) генератор радиочастоты; в) генератор развертки; г) генератор меток; д) генератор шума. 9. Дополнительный пробник осциллографа, который используется для обна- ружения сигнала, называется: а) делитель напряжения; б) пробник с низкой емкостью; в) пробник звуковой частоты; г) направленный пробник; д) пробник с детектором. 10. Регулятор осциллографа, который позволяет использовать внешнюю или внутреннюю синхронизацию, это: а) управление разверткой; б) регулировка по оси Z; в) фокус; г) выбор синхронизации; д) интенсивность. Вопросы и проблемы 1. Объясните разницу между ампервольтметром и прибором на основе по- левых транзисторов. 2. Что такое цифровой мультиметр? 3. Расскажите о процедуре настройки осциллографа перед работой. 4. Объясните, как калибровать осциллограф. 5. Что такое пробник с низкой емкостью? 6. Что такое пробник с делителем напряжения? 7. Что такое пробник с демодуляцией или радиочастотный пробник?
ГЛАВА 2. Контрольно-измерительные приборы для электронных устройств 8. Расскажите, для чего используется мегомметр. 9. Где используется генератор меток? 10. Что такое неоновый индикатор напряжения? 11. Расскажите о назначении оптического рефлектометра для наблюдения за формой сигнала. 12. Какая разница между логическим пробником и цифровым логическим импульсным пробником? 13. Расскажите о назначении анализатора схемы, спектра и формы сигналов. 14. Расскажите о функциях генератора ТВ/стереосигналов. 15. Для тестирования каких типов оборудования обычно используется высо- ковольтный пробник? 16. Расскажите о работе устройства проверки обмоток. 17. Расскажите о характеристиках амперметра для высоковольтных линий передачи. 18. Какие специальные требования предъявляет к осциллографу электроми- ограф? 19. Расскажите о применении и типах высоковольтных вольтметров. 20. Расскажите о типичных применениях тестовых ламп.
Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Электрические двигатели принадлежат к числу наиболее широко используемых в бытовых, коммерческих и промышленных областях. Понимание основ их об- служивания дает возможность заниматься сервисом и другого оборудования. После появления высоких технологий потребность в электрических двига- телях возросла. Были разработаны новые конструкции энергосиловых машин и расширились их возможности. Электрические генераторы также используются в различных направлениях: от оборудования до автомобильной промышленности. Хотя генератор во многом похож на двигатель, каждый из них имеет специфические особенности и задачи. В этой главе дается обзор базовых принципов работы двигателей и генера- торов, а также методы поиска неисправностей и ремонта. Основные сведения Конструкция и теория работы электродвигателей во многом повторяет мето- ды подхода и строение генераторов. Двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электричес- кую энергию в механическую (рис. 3.1). Генератор делает прямо противополож- ное. Простой генератор постоянного тока можно превратить в электродвига- тель, подключив аккумуляторную батарею к зажимам щеток. Ток подается к якорю от батареи и превращает его в электромагнит. Якорь имеет «северный» и «южный» полюса, расположенные рядом с одноименными полюсами магнита статора. В результате якорь начинает вращаться, поскольку крайние точки отталкиваются друг от друга, как показано на рис. 3.2.
78 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.1. Упрощенная конструкция электрического двигателя Рис. 3.2. Вращательное действие упрощенного электродвигателя Якорь продолжает вращаться, потому что коллектор постоянно меняет ори- ентацию его полюсов. Такой тип двигателя называется репульсионным. Для увеличения его эффективности на полюсах магнита и на якоре устанавливают- ся несколько катушек. Это повышает мощность двигателя и делает его работу более равномерной. Типичный электродвигатель состоит из якоря, обмотки возбуждения, торце- вых пластин, подшипников, корпуса, щетки, выключателя и основания (рис. 3.3). Большинство из них, несмотря на различия по конструкции и характеру работы, содержат статор (внешняя часть из электрических обмоток двигателя), ротор и торцевые крышки (или торцевые пластины). Рис. 3.3. Основные детали электродвигателя
Типы двигателей 79 Статор обычно изготавливается из множества стальных пластин. Этот набор с оксидным покрытием сваривается в оболочке статора, что уменьшает вихре- вые токи и нагрев сердечника во время работы двигателя. Проволочные обмотки состоят из большого количества витков. Важно, что- бы каждая катушка была тщательно собрана, иначе вся обмотка может оказаться закороченной, мотор перегреется и прекратит работу. Фазные роторы постоянного тока и индукционные роторы переменного тока. Фазный ротор постоянного тока имеет коллектор и используется также для универсальных двигателей переменного тока. Как и статор, имеет много- слойную металлическую структуру с катушками из провода и лаковой изоляци- ей. Индукционные роторы не имеют проволочных обмоток или коллектора. Ротор переменного тока состоит из нескольких металлических слоев с алю- миниевыми, медными и/или стальными стержнями. Эта конструкция обеспе- чивает индуктивность с малым выделением тепла. Иногда для уменьшения на- грева на валу ротора устанавливаются лопасти, играющие роль вентиляторов. Роторы собираются так, чтобы пазы располагались под углом для обеспечения более стабильной работы. Вращающаяся часть двигателя также балансируется с помощью грузов, прикрепляемых к лопастям вентилятора или валу. Типы двигателей Электродвигатели работают, в основном, по принципу отталкивания или индук- ции. Энергосиловые машины репульсионного типа, как вы уже знаете, исполь- зуют отталкивание одинаковых магнитных полюсов. Магнитное поле полюса якоря противодействует полю неподвижных обмоток статора и заставляет якорь вращаться. Коллектор постоянно меняет полярность обмоток якоря, по- этому он не останавливается. Все двигатели постоянного тока и некоторые пе- ременного работают по принципу отталкивания. Для этого им необходим якорь, коллектор и набор щеток. Индукционные двигатели, как вы могли догадаться, работают по принципу электромагнитной индукции и почти все на переменном токе. Ротор индукци- онных двигателей, похожий на беличье колесо, обычно состоит из многослой- ного стального цилиндра и медных стержней, вставленных в прорези. Его на- зывают короткозамкнутым ротором. Когда на обмотки статора подается переменный ток, в роторе вследствие явления электромагнитной индукции также возникает ток, который создает магнитное поле, чья полярность проти- воположна полярности поля обмоток статора. Ротор не начнет вращаться сам по себе, поэтому большинство однофазных двигателей требуют стартовой об- мотки и выключателя. Трехфазные двигатели не требуют выключателя для за- пуска поскольку каждая фаза смещена на 120°. Кроме того, индукционные дви- гатели не нуждаются для работы в якоре, коллекторе или наборе щеток. Существует много типов и классов электродвигателей, каждый из которых обладает собственными характеристиками и возможностями. Современное раз- витие технологий увеличило производство двигателей с различными возмож- ностями. Вот некоторые из наиболее распространенных машин:
80 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов ♦ с расщепленными фазами; ♦ конденсаторные; ♦ с расщепленными полюсами; ♦ репульсионные; . ♦ постоянного тока; ♦ синхронные; ♦ универсальные; ♦ многофазные; ♦ редукторные; ♦ шаговые. Двигатели с расщепленными фазами Энергосиловая машина с расщепленными фазами представляет собой однофаз- ный индукционный двигатель переменного тока, который обычно работает от сети 220 В, используя короткозамкнутый ротор (рис. 3.4). Работает по принци- пу индукции. Он устанавливается на многих приборах: моечных машинах, водя- ных насосах, рефрижераторах, вентиляторах. Мощность двигателя обычно на- ходится в ряду от 0,05 до 0,5 лошадиной силы. Рис. 3.4. Двигатель с расщепленными фазами Двигатель с расщепленными фазами имеет две обмотки возбуждения - рабо- чую и пусковую. Он получил такое название, потому что пусковая обмотка сдви- нута на 90° относительно основной рабочей (рис. 3.5). Пусковая или вспомогательная обмотка изготавливается из качественного изолированного медного провода и отвечает за запуск двигателя. Она обычно включена в схему только в течение долей секунды. Двигатель набирает пример- но 75% скорости, после чего центробежный выключатель отсоединяет пуско- вую обмотку от схемы. Дальнейшую работу ведет основная обмотка (рис. 3.6).
Типы двигателей 81 Рис. 3.5. Пусковая и рабочая обмотки двигателя с расщепленными фазами Неподвижная часть центробежного выключателя состоит из двух контактов, которые подключают и отключают пусковую обмотку (рис.3.7). Рис. 3.6. Сборка центробежного механизма центробежного выключателя Рис. 3.7. Неподвижная часть центробежного выключателя Конденсаторные двигатели Конденсаторные двигатели - однофазные машины переменного тока индукци- онного типа. По конструкции они почти идентичны двигателям с расщепленны- ми фазами, но содержат один или более конденсаторов. Обычно их мощность находится в диапазоне от нескольких долёй до 20 лошадиных сил (рис. 3.8). Конденсатор представляет собой устройство, хранящее электрический за- ряд, а также проводящее переменный ток. Его главная характеристика - ем- кость, которая измеряется в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ), нанофара- дах (нФ) и пикофарадах (пФ). Наиболее распространенные типы конденсаторов: бумажные и электролитические. Есть три основных типа конденсаторных
82 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.8. Конденсаторный двигатель двигателей; с конденсаторным запуском, с конденсаторным запуском и дей- ствием, с отдельными конденсаторами для пуска и рабочего режима. Двигатели с конденсаторным запуском используют элемент цепи, который подключается последовательно с пусковой обмоткой (рис.3.9). Когда машина включается, конденсатор заставляет ток из пусковой обмотки поступать в рабо- чую. Этот эффект вызывает ток в роторе, и он начинает вращаться. Рис. 3.9. Внутренняя схема двигателя с конденсаторным запуском В бесшумном, стабильно работающем двигателе с конденсаторным запуском и действием элемент цепи и пусковая обмотка остаются все время в составе схемы. Он часто используется в вентиляторах, рефрижераторах, кондиционе- рах, где необходим минимальный уровень шума.
Типы двигателей 83 Двигатель с отдельными конденсаторами для пуска и рабочего режима так- же очень тихо работает (рис. 3.10). Он использует два элемента электрической цепи различной емкости. Для пуска служит конденсатор большой емкости, а конденсатор с меньшей емкостью заменяет его после начала работы двигателя. Кроме того, конденсаторные двигатели такого типа часто используются в ком- прессорах, где нужен высокий вращающий момент при запуске и более чем одна скорость вращения. Рис. 3.10. Внутренняя схема двигателя с отдельными конденсаторами для запуска и рабочего режима Двигатели с расщепленными полюсами Двигатель с расщепленными полюсами является, наверное, самым дешевым и обычно его мощность находится в диапазоне от 0,004 до 0,25 лошадиных сил (рис. 3.11). Рис. 3.11. Двигатель с расщепленными полюсами
84 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов У двигателя с расщепленными полюсами очень малый стартовый вращающий момент. Он используется в таких приборах, как вентиляторы и фены, где наибо- лее важным является низкая стоимость и минимальные затраты на обслуживание. Это простой однофазный индукционный двигатель с короткозамкнутым ро- тором, почти не требующий технического обслуживания. Его полюса выступают из многослойного цилиндра, поэтому их часто называют явно выраженными. Машины не используют пусковую обмотку, подобную самым простым однофазным индукционным двигателям. Они имеют короткозамкнутый виток из толстого медного провода, который выполняет роль пусковой обмотки (рис. 3.12). Рис. 3.12. Экранирующее кольцо двигателя с расщепленными полюсами Когда ток подается на двигатель, короткозамкнутый виток, называемый так- же экранирующим кольцом, создает магнитное поле, которое сдвинуто по фазе относительно поля обмотки возбуждения. Магнитное поле вызывает ток в ро- торе, и тот начинает вращаться. После того, как достигнута необходимая ско- рость вращения, вступает в действие обмотка возбуждения и продолжает вра- щаться (рис. 3.13). Рис. 3.13. Рабочая и пусковая обмотки двигателя с расщепленными полюсами
Типы двигателей 85 Двигатели репульсионного типа Можно выделить два основных типа двигателей: ♦ репульсионные; ♦ с репульсионным пуском и индукционным действием. Как вы, наверное, помните, репульсионный двигатель имеет якорь, коллек- тор и набор щеток. Работает по принципу отталкивания одноименных полюсов. Он очень похож на коллекторные двигатели постоянного тока и его мощность находится в пределах 0,5-10 лошадиных сил, имеет отличный стартовый вра- щающий момент и регулируемую скорость. Он обычно используется в компрес- сорах, кондиционерах, насосах. Скорость репульсионного двигателя можно ме- нять за счет смещения держателя щеток. Это приводит к тому, что щетки сдвигаются ближе или дальше по отношению друг к другу. Таким образом мож- но управлять скоростью двигателя. Машины запускаются по принципу репуль- сии. Когда ротор начинает вращаться, он продолжает работать как индукцион- ный двигатель. Щетки и коллектор используются только во время запуска. Когда двигатель стартовал, удаление щеток не повлияет на характеристики его рабо- ты. В других типах этих двигателей с помощью центробежного выключателя производится отвод щеток от поверхности коллектора после запуска. Эти ма- шины имеют более сложную конструкцию, однако уменьшают износ щеток. Двигатели постоянного тока Двигатели постоянного тока имеют мощности в диапазоне от долей до несколь- ких тысяч лошадиных сил. Они широко используются в подъемниках, где необ- ходим пусковой вращающий момент и регулирование скорости. Существуют три типа двигателей постоянного тока: с последовательным, параллельным и смешанным возбуждением. Основная разница между ними зак- лючается в соединениях между возбуждающей обмоткой и якорем. В двигателях с последовательным возбуждением якорь и обмотки соедине- ны последовательно, поэтому он может запускаться даже при очень большой нагрузке, изменяя скорость в соответствии с величиной нагрузки. Данный тип устройств обычно используется в стартерах автомобилей, кранов и подъемных устройств, где при малой скорости необходим очень большой вращающий мо- мент (рис. 3.14). I----------------------------------о Рис. 3.14. Упрощенная схема двигателя с последовательным возбуждением В электродвигателе параллельного возбуждения якорь и возбуждающие об- мотки соединены параллельно. Двигатель поддерживает постоянную скорость
86 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов при изменяющейся нагрузке, но его пусковой вращающий момент меньше, чем у энергосиловой машины с последовательным возбуждением (рис. 3.15). Такие двигатели обычно используются в насосах и подъемниках, где необходима по- стоянная скорость при изменяющейся нагрузке. Рис. 3.15. Упрощенная схема двигателя с параллельным возбуждением Якорь и обмотки в двигателях со смешанным возбуждением или последова- тельно-параллельных двигателях соединены в виде комбинированной схемы последовательно и параллельно (рис. 3.16). Рис. 3.16. Упрощенная схема двигателя со смешанным возбуждением Как и следует ожидать, двигатели со смешанным возбуждением имеют свой- ства двигателей с последовательным и параллельным возбуждением. Они обла- дают неплохим вращающим моментом и хорошей регулировкой скорости. Ис- пользуются на предприятиях в приводах крупногабаритного оборудования, где необходим хороший пусковой и опрокидывающий момент. Рис. 3.17. Упрощенная схема универсального двигателя с последовательным возбуждением
Типы двигателей 87 Универсальные электродвигатели Универсальные двигатели могут работать на постоянном или на переменном токе. Обычно они имеют мощность в доли л.с. Универсальный двигатель пред- ставляет собой устройство с последовательным возбуждением. У него очень хо- роший пусковой вращающий момент и переменная скорость. Такие двигатели, в основном, используются в пылесосах, швейных машинах, бытовых миксерах, вентиляторах, фенах и другой бытовой технике (рис. 3.17). Многополюсные двигатели Наиболее популярный сегодня многополюсный двигатель - трехфазный индук- ционный переменного тока с мощностью от долей л.с. до нескольких тысяч л.с. (рис. 3.18). Большинство трехфазных двигателей используются в промышлен- ности. Мощность таких устройств от - 10 до 100 л.с. Рис. 3.18. Трехфазный двигатель Трехфазные двигатели не требуют серьезного технического обслуживания и ремонта и имеют очень простую конструкцию: содержат несколько катушек, которые распределены между несколькими обмотками, называемыми фазами. Каждая фаза имеет одинаковое число катушек. Три группы катушек, или фазы, соединены звездой или треугольником (рис. 3.19). Когда трехфазный ток подается на обмотки статора, внутри металлических стержней короткозамкнутой обмотки создается вращающееся магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться. Трехфазный ток, продолжающий прохо- дить через обмотки статора, смещенные относительно друг друга на 120°, под- держивает вращение ротора за счет индукции. Трехфазные двигатели имеют различный вращающий момент, скорость, величину и корпус. Способы их при- менения очень разнообразны. Обычно они используются в приводах промыш- ленного оборудования.
ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.19. Упрощенная схема соединения фаз двигателя звездой и треугольником Синхронные двигатели Синхронные машины представляют собой индукционные двигатели, работаю- щие с постоянной синхронной скоростью, которая определяется частотой источ- ника питания и количеством полюсов. Они имеют самую разную форму, размер способы применения. Обладают мощностью от долей л.с. для малогабаритных часов и до 3000 л.с. для сталепрокатных станов. Синхронные двигатели могут работать только на переменном токе. Их ско- рость постоянна и не меняется в некоторых пределах при увеличении/умень- шении нагрузки. Основной принцип работы заключается в том, что ротор с выступающими полюсами вращается вместе с магнитным полем. Ротор «сцеп- ляется» с полем и остается в постоянном, непрерывном движении. Некоторые из них запускаются постоянным током. Возбуждение ротора создает определен- ные полюса, которые связаны с вращающимся магнитным полем. Часто такой тип двигателя снабжен небольшим генератором постоянного тока, который присоединен к валу и подает постоянный ток на ротор. Редукторные двигатели Это специализированные устройства, которые используются для получения по- ниженной скорости и большей мощности. Могут быть индукционными или ре- пульсионными (рис. 3.20).
Типы двигателей 89 Рис. 3.20. Редукторный двигатель в разрезе Редуктор исключает применение приводных цепей и ремней, позволяет развить больший момент по сравнению с моментом электродвигателя. Выбор того или иного типа определяется, в основном, скоростью и вращающим момен- том, который при заданной нагрузке не может обеспечить двигатель с анало- гичными массогабаритными показателями, а также требования к монтажу, на- грузке, торможению. Три специальных типа редукторов - прямозубая, винтовая и червячная пере- дача. Первая позволяет получить большую мощность, но при этом работа устрой- ства сопровождается сильным звуковым эффектом. Винтовая передача менее шумная и обеспечивает почти постоянное движение. Червячная имеет мини- мальное звуковое сопровождение и высокий коэффициент передачи, хотя при этом наименее эффективна. Передачи изготавливаются из металлических и не- металлических материалов. Последние тише в работе, но выдерживают меньшие нагрузки. Шаговый двигатель Шаговый двигатель используется в таких устройствах с цифровым управлени- ем перемещения, как принтеры, медицинское рентгеновское оборудование, фотонаборные машины, регуляторы управления производственным процессом (рис. 3.21). Данные энергосиловые машины обеспечивают фиксированное и точное пе- ремещение, а не непрерывное движение, производимое постоянно вращаю- щимся двигателями. Работа шаговых двигателей основана на теории индукции. Вал вращается на один шаг при подаче очередного импульса управления. Пол- ный цикл завершается, когда выполнены все шаги (рис. 3.22). Привод шаговых двигателей обычно состоит из источника управляющих импульсов, которым обычно является компьютер, микропроцессор или элект- ронная схема на дискретных элементах, и силового преобразователя. На него
90 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.21. Шаговый двигатель постоянного тока Красный Последовательность переключения Рис. 3.22. Последовательность переключения при выполнении четырех шагов подается питание от источника постоянного тока. Преобразователь превраща- ет цифровые импульсы в соответствующую последовательность импульсов пе- реключения для шагового двигателя, который, в свою очередь, преобразует электрическую информацию в механическое перемещение для выполнения операций с нагрузкой (рис. 3.23).
Типы генераторов 91 Рис. 3.23. Преобразователь для превращения управляющих импульсов в последовательность переключения обмоток шагового двигателя Специальные двигатели и их применение К числу специальных относятся бесщеточный, линейный, с высоким пиковым усилием, вертикальный и горизонтальный двигатели и усовершенствованные электродвигатели специального назначения. Например, фирма NetGain Technologies, LLC, использует усовершенствован- ный, обладающий высокой мощностью электродвигатель в электрическом го- ночном автомобиле. Это двигатель постоянного тока работает при напряжении 33,6 В и токе до 2000 А, что позволяет развивать скорость 240 км/ч, и вращаю- щий момент более 275 кг/м. Одной из наиболее быстроразвивающихся облас- тей технологии электрических двигателей являются приводы и их электрон- ные конвертеры. Эти системы обеспечивают комплексные и эффективные функции управления двигателями и используются в средствах передвижения, промышленности, бытовых приборах. Например, в рамках программы развития силовой электроники и приводов электродвигателей Иллинойского технологического института ведутся исследо- вания и разработки в области силовой электроники, приводов электродвигате- лей, с возможностью переключения сопротивления, приводов с регулируемой скоростью, бесщеточных двигателей постоянного тока, которые могут исполь- зоваться в: робототехнике, электрических средствах передвижения, компью- терных технологиях, телекоммуникациях, современных системах промышлен- ной автоматизации. Типы генераторов Конструкция генераторов очень похожа на строение электродвигателей. Одна- ко если первый преобразует электрическую энергию в механическую, то вто- рой - механическую в электрическую. Генераторы имеют очень широкую сферу
92 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов применения. Их можно встретить в аэропортах, больницах, на транспорте, компьютерах и средствах телекоммуникаций, на строительных площадках, в промышленности. В основном - это генераторы постоянного и переменного тока (рис. 3.24). Рис. 3.24. Электрический генератор в разрезе Генераторы также выполняют важную роль резервных источников питания для систем освещения, управляющих компьютерных центров, общественных объектов, подъемников, устройств контроля температуры, систем обеспечения здоровья. Когда отказывает основной источник питания, система управления вводит в действие резервный генератор. Большинство подобных приборов состоит из постоянных магнитов с много- слойным четырехполюсным ротором, выполненным в виде единой детали, цифрового регулятора напряжения, устройства защиты от перенапряжения и перегрузки, обмоток статора, сборки выпрямителя, подшипников и корпуса. Они обычно классифицируются по размеру корпуса, выходной мощности (кВт) и другим параметрам, определяемым Национальной ассоциацией производите- лей электрооборудования. Ремонт двигателей Проводя диагностику неисправностей двигателя, очень важно следовать логи- ческой, систематической процедуре, чтобы сэкономить время, не делать ненуж- ных тестов и замены деталей. Большинство обычных неисправностей можно легко выявить с помощью простых контрольно-измерительных приборов. При анализе и ремонте важно, чтобы специалист хорошо понимал назначение дан- ного оборудования. Стандартный анализ вышедшего из строя двигателя начинается с осмотра и прослушивания. Поищите какие-либо очевидные неисправности: сломанные тор- цевые крышки, рамы, тугой или неподвижный вал, сгоревшие провода. Каждый
Ремонт двигателей 93 из таких симптомов может позволить быстро локализовать проблему. Шумящий двигатель или неподвижный вал, - возможно, признак неисправности в подшип- никах. Проверить работоспособность этих компонентов можно, поворачивая вал и пытаясь перемещать их вверх и вниз. Вал, который не вращается, не зафикси- рован или имеет значительный люфт при движении вверх-вниз, может указы- вать на сломанный подшипник. Основные приборы, используемые при поиске неисправностей электродви- гателей: ♦ тестовая лампа; ♦ амперметр; ♦ устройство проверки обмоток; ♦ мегомметр. Прежде, чем пытаться включать двигатель, специалист должен проверить его на наличие дефектов в схеме, таких как замыкание на землю, короткое за- мыкание, обрыв. Как вы помните, замыкание на землю возникает, когда образуется электричес- кий контакт обмоток с какой-либо металлической деталью двигателя. Обычно это происходит из-за плохо изолированного провода со статором или торцевыми крышками. В результате могут перегорать предохранители или возникать сильный нагрев, снижаться мощность. Такая неисправность может привести к поражению током, поэтому при проверке двигателя с замыканием на землю необходима край- няя осторожность. Для этого подключите один вывод тестовой лампы к одному из выводов двигателя, а другой - к статору или корпусу двигателя (рис. 3.25). Если лам- па горит, это зйачит, что в двигателе замыкание на землю. Выводы пробника Рис. 3.25. Использование тестовой лампы для проверки двигателя на замыкание на землю Обрыв в схеме, как вы знаете, возникает в результате разрыва цепи двига- теля, что не позволяет току совершить замкнутый путь. В этом случае двигатель не будет работать, а станет издавать жужжащие звуки. Для проверки подключите выводы тестовой лампы к выводам двигателя. Если лампа не горит, значит, произошел обрыв. В противном случае целост- ность цепи сохранена (рис. 3.26). Короткое замыкание возникает вследствие дефекта, при котором два про- вода цепи соединяются и образуют путь для тока в обход нормального пути его
94 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Выводы пробника Рис. 3.26. Использование тестовой лампы для проверки двигателя на обрыв движения. Амперметр (используйте прибор с зажимами) часто позволяет обна- ружить короткое замыкание в двигателе. Если показания прибора превышают нормальное значение, которое можно найти на бирке двигателя, это первый признак короткого замыкания. Имейте в виду, что другие факторы - низкое напряжение, плохие подшипники, перегрузка, могут привести к слишком боль- шому току двигателя. Горячий, дымящийся прибор, вызывающий перегорание предохранителей, может быть закорочен. Кроме того, двигатель с коротким замыканием может быстро нагреваться, не запускаться, становиться горячим или работать медленно. Признаком корот- кого замыкания часто является посторонний шум. Если при включении питания однофазный двигатель только жужжит, попробуйте повернуть вал рукой. Если мотор заработает, то проблема в схеме запуска. Однако если двигатель запуска- ется, но работает неровно: замедляется, затем опять стабильно работает, про- блема в рабочей схеме. Рис. 3.27. Использование мегомметра для проверки двигателя на замыкание на землю и обрыв
Ремонт двигателей 95 Помимо тестовой лампы, замыкание на землю и обрыв в схеме можно обна- ружить с помощью мегомметра (рис. 3.27). Для этого подключите один вывод мегомметра к корпусу, а другой к одному из выводов двигателя. У прибора с замыканием на землю показания будут 0 или около 0. Для проверки на обрыв, подключите мегомметр к каждой паре фаз двигателя. Двигатель с обрывом покажет высокое сопротивление. ч Омметр также можно использовать для тестирования двигателя на замыка- ние на землю и обрыв. Другой способ проверки обмоток возбуждения на короткое замыкание за- ключается в том, что вы разбираете двигатель и прикладываете небольшое на- пряжение к обмоткам статора. При этом катушка становится электромагнитом. Поднесите отвертку к каждой катушке и медленно отодвигайте, ощутив магнит- ное притяжение. Катушка с меньшим притяжением может быть закорочена. Кроме того, если одна из них более горячая, то это еще одно свидетельство в пользу дефекта. Прежде чем разбирать двигатель, пометьте торцевые крышки и корпус со- ответственно их расположению. Обычно переднюю крышку помечают двумя штрихами, а заднюю одним. Маркировка двигателя позволяет специалисту пра- вильно собрать его. Необходимо также пометить передний конец вала. Это можно сделать, нацарапав крест. Можно также пометить основание, обращен- ное к передней торцевой крышке. Многие специалисты выполняют отметки на валу ротора с помощью ножа или небольшого напильника, помечая правиль- ное положение ротора. Метка обычно располагается на переднем конце около передней торцевой крышки. Для диагностики замыкания на землю обычно необходимо разобрать его и пройти по обмоткам для нахождения местз замыкания с металлическими частя- ми двигателя. После локализации проблемы выполняется чистка обмоток, если они грязные или обугленные. Сделать это можно с помощью растворителя. Сно- ва изолируйте обмотки, покрыв их, например слоем эпоксидной смолы или другого изоляционного состава, застывающего на воздухе. Если создается впе- чатление, что замыкание на землю было вызвано влагой, просушите двигатель в теплой печи или с помощью вентилятора. Типичными причинами обрыва в цепи являются неисправный или непра- вильно установленный центробежный переключатель, дефектный конденсатор или оборванный провод в цепи двигателя. Локализуя обрыв, прежде всего про- верьте конденсатор. Есть несколько способов сделать это, например заменить новым с теми же номиналами. Если обрыв исчез, то проблема была в конденса- торе. Другой метод проверки - проба на искру. Подключите конденсатор на мгновение к сети питания 220 В. После того как вы отсоедините его от сети, закоротите выводы конденсатора отверткой с изолированной ручкой (рис. 3.28). У хорошего конденсатора образуется искра. Отсутствие ее говорит о неисправ- ности. Для проверки на замыкание на землю можно использовать простую тесто- вую лампу. Подключите один из ее выводов к контакту конденсатора. Соедини- те другой вывод лампы с металлическим корпусом конденсатора. Если лампа
96 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.28. Проба на искру выполняется с помощью замыкания контактов конденсатора отверткой горит, то конденсатор замкнут на землю и его следует заменить (рис. 3.29). Другие методы, тестирования - это использование омметра, тестера конденса- торов или комбинации амперметр-вольтметр. Рис. 3.29. Использование тестовой лампы для проверки конденсатора на замыкание на землю Центробежный выключатель часто является причиной обрыва в однофаз- ном двигателе. Следует проверить его, чтобы убедиться, что контакты замыка- ются. Если этого не происходит, можно добавить прокладки на вал двигателя для решения проблемы. Кроме того, проверьте состояние центробежного пе- реключателя, поскольку он может быть неисправен, и его необходимо заменить. Обмотки двигателя также следует протестировать на возможные разрывы. Один или более поврежденных проводов может вызвать обрыв в схеме. Если обмотки двигателя плохо прикреплены или повреждены и их невозможно по- чинить, то необходима замена. Короткое замыкание обмоток статора можно
Ремонт двигателей 97 проверить с использованием внутреннего устройства проверки обмоток. Поме- стите устройство на пластины статора на одном конце катушки. Вместе устрой- ство и катушки статора действуют как трансформатор. Катушки устройства ра- ботают как первичная обмотка, а катушки статора образуют вторичную цепь. Устройство проверки обмоток, в которое может быть встроена чувствитель- ная пластина, при размещении на короткозамкнутой катушке будет сильно виб- рировать (рис. 3.30). Когда определено, что в двигателе короткое замыкание, следует или заменить сам двигатель, или поменять обмотки. Рис. 3.30. Проверка статора на короткое замыкание катушки с использованием внутреннего устройства проверки обмоток Двигатель, в котором замкнут якорь, может подпрыгивать, сильно вибриро- вать, гудеть, рычать, не работать, приводить к сгоранию предохранителей. Рис. 3.31. Проверка якоря на короткое замыкание с использованием внутреннего устройства проверки обмоток
98 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Короткое замыкание катушки якоря часто можно определить по изменению цвета и пробою изоляции. Якорь двигателя можно протестировать на короткое замыкание с использо- ванием внутреннего устройства проверки обмоток. Поместите якорь на устрой- ство, положите на якорь узкую металлическую пластину. Вращайте якорь. Если пластина вибрирует с большой частотой, то это говорит о коротком замыкании (рис. 3.31). Можно проверить якорь на заземление с помощью тестовой лампы. Соеди- ните один ее вывод с коллектором, а другой - с валом ротора. Если лампа заго- рается, это означает, что якорь закорочен на землю (рис. 3.32). Рис. 3.32. Использование тестовой лампы для проверки якоря на замыкание на землю Хотя вопрос перемотки обмоток статора и ротора не рассматривается в этой книге, отметим, что проведение данной процедуры часто является экономичес- ки оправданным. Обычно не так выгодно перематывать небольшие изделия, как крупные. Технический прогресс привел к производству доступных, высокока- чественных обмоток и большого числа их конфигураций для всех моделей дви- гателей. Современные намоточные станки снабжены компьютеризованным управлением и экранами дисплеев, что обеспечивает простую, гибкую и высо- коэффективную работу (рис. 3.33) Неисправные подшипники могут стать причиной шума при работе двигате- ля, сильного нагревания или, вообще, прекращения его работы. Их можно нала- дить, прочистив или переустановив. Если шарикоподшипники не обеспечивают плавного вращения, их следует заменить. Для этого обычно используется специальный инструмент или съем- ник. При установке нового подшипника для прижатия к валу часто использует- ся инструмент для запрессовки. Подшипники скольжения обычно удаляются,
Ремонт двигателей 99 Рис. 3.33. Намотка якоря на компьютеризованном электронно-пневматическом обмоточном станке а новые устанавливаются на место с использо- ванием пресса или специальной оправки. Иногда это можно сделать с помощью приспо- собления, показанного на рис. 3.34. Часто внут- ренний диаметр нового подшипника меньше предыдущего. При этом необходимо расши- рить его с использованием инструмента, назы- ваемого расширитель. Репульсионный двигатель не запускается, щетки сильно искрят, он работает прерывисто или с малой мощностью? Причинами могут быть грязный или изношенный коллектор, непра- вильно установленные щетки и держатель для них или сломанная прижимная пружина щеток. Если щетки сильно изношены, их следует заменить. При этом обязательно устанавливай- те только предназначенные для данного двига- теля компоненты. Точный размер и форма контактной площадки щеток очень важны для Рис. 3.34. Специальный инструмент, используемый для снятия подшипников скольжения с торцевой крышки удовлетворительной работы двигателя. Прежде, чем вставить щетки, убедитесь, что держатель чистый, - это позво- ляет щеткам свободно двигаться. Кроме того, упругость пружины должна быть достаточной для поддержания постоянного давления, обеспечивающего хоро- ший контакт щеток с коллектором. Когда щетки установлены, убедитесь в соот- ветствии профиля щеток и коллектора. Это выполняется с помощью специаль- ного шлифовочного бруска для коллектора. При шлифовке щеток выполните следующие действия:
100 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов 1. Запустите двигатель на нормальной скорости. 2. Установите брусок для зачистки непосредственно у вращающегося коллек- тора. Убедитесь, что щетки твердо расположены у коллектора. 3. Прижмите брусок к коллектору только на несколько секунд. Брусок ста- чивает гранулы и обеспечивает соответствие профилей щеток и коллек- тора. Не перестарайтесь! Это вызовет износ коллектора и щеток. 4. В завершение сдуйте струей воздуха гранулы с коллектора и области ще- ток (рис. 3.35). Рис. 3.35. Способ ручной зачистки коллектора с помощью бруска Если жесткость пружины или положение держателя щеток неправильно, то двигатель может плохо работать. Проверьте натяжение пружины. В том случае, когда пружина не прижимает щетки к коллектору достаточно плотно, их необ- ходимо заменить. Убедитесь, что держатель обеспечивает плотное и ровное прилегание щеток к коллектору. Коллектор необходимо прочистить и подрезать, если он выглядит неровным, грязным или в нем слишком много слюды. В зависимости от состояния коммута- тора наиболее эффективным и быстрым способом может оказаться ручная обра- ботка точильным камнем (см. рис. 3.35). Этот метод позволяет провести очистку коллектора при работе двигателя с нормальной скоростью. Обработка на станке требует разборки двигателя и помещения якоря на станок, который вращает его. Никогда не обрабатывайте поверхность коллектора больше, чем необходимо для
Ремонт двигателей 101 получения чистой концентрической поверхности. Слишком сильное обтачивание полностью уничтожит медные пластины коллектора. После очистки и обтачивания необходимо также подрезать слюду коллекто- ра. Этот процесс называется прочисткой зазоров. Сделать это можно вручную с помощью лезвия ножовки или специального инструмента. Ручная операция сей- час выполняется редко из-за трудоемкости и неэффективности. Подрезание необходимо для удаления слюды между пластинами коллектора до уровня, при- близительно равного ширине зазора. Слюда удаляется, чтобы обеспечить воз- можность плавного движения щеток по коллектору, который имеет строгую концентрическую форму без выступов и заусенцев. На рис. 3.36 показано пра- вильное положение устройства зачистки слюды с электроприводом. Рис. 3.36. Удаление слюды из зазоров коммутатора с помощью специального устройства прямого привода Часто требуется изменить направление вращения однофазного двигателя. Сделать это можно, поменяв выводы пусковойл<ли рабочей обмотки двигателя (рис. 3.37). Ту же самую операцию можно применить к двигателям с расщепленными полюсами. Для этого необходимо разобрать его и поменять концы статора, по- тому что направление вращения зависит от действия экранирующей катушки (рис. 3.38).
102 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Рис. 3.37. Изменение направления вращения однофазного двигателя Рис. 3.38. Изменение направления вращения двигателя с расщепленными фазами Чтобы измененть направление вращения двигателя постоянного тока, про- сто поменяйте полярность подключения полюсов возбуждения или щеток.
Ремонт двигателей 103 Направление движения трехфазного двигателя легко изменить, поменяв местами любые два из трех выводов двигателя (обычно два внешних вывода) - рис. 3.39. Рис. 3.39. Изменение направления вращения трехфазного двигателя за счет переключения двух внешних выводов Когда вы снова собираете двигатель, очень важно, чтобы провода не контак- тировали с его металлическими частями. Обратите особое внимание также, чтобы провода не оказались зажатыми между корпусом и торцевой крышкой. Это вызовет замыкание на землю или короткое замыкание. Когда вы снова собираете двигатель, необходимо проследить, чтобы все от- метки, которые вы нанесли при его разборке, вновь совпали. Обычно для пра- вильного выравнивания торцевые крышки устанавливают с помощью резино- вого молотка или деревянной киянки. Характерные проблемы редукторных электродвигателей связаны с неправильной смазкой, плохими уплотнениями, прокладками и редукторами. Для большинства редукторных двигателей исполь- зуется жидкое машинное масло, образующее постоянную смазывающую пленку на зубьях шестерней. Однако для небольших двигателей этого типа из-за про- блем с уплотнениями используются густые смазки. Необходимо следить, чтобы смазки было достаточно и она была чистой. В противном случае могут возник- нуть повреждения уплотнителей и шестерен. Кроме того, избыточная работа или функционирование в аномальных условиях (например, слишком высокая или низкая температура окружающей среды) могут уменьшить срок службы шестерен.
104 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов К числу проблем, возникающих в шаговых двигателях, относятся некаче- ственные подшипники, короткозамкнутые обмотки, неисправные соединитель- ные проводники, неправильная работа привода. Очень важно локализовать не- исправность, определив, что именно является причиной - шаговый двигатель, соединительные проводники или привод. Шаговый двигатель можно проверить на короткое замыкание, обрыв, замы- кание на землю аналогично обыкновенному. Замена шагового двигателя также является хорошим средством локализации неисправности. Еще одна операция по обслуживанию двигателей заключается в проверке на потери в сердечнике. Это дает информацию об эффективности статоров, роторов и якорей. Потери в сердечнике измеряются в ваттах на кг (Вт/кг). Определяющи- ми потери факторами являются уровень гистерезиса и вихревые токи (рис. 3.40). Рис. 3.40. Подключение оборудования для измерения потерь в сердечнике с использованием тестера Трансформаторы и другие устройства с кольцевыми обмотками не должны проверяться таким образом, поскольку катушки могут вырабатывать высокое напряжение опасного уровня. Работая с подобными приборами, всегда следуй- те руководству изготовителя. Ремонт генераторов Сервисное обслуживание генераторов напоминает работу с электродвигате- лями. Начните с обсуждения признаков неправильноой работы генеретора.
Ремонт генераторов 105 Типичными неисправностями генераторов являются: сгоревший предохрани- тель регулятора, неработающий регулятор, низкое или высокое выходное на- пряжение, меняющееся напряжение. Помните, что в генераторе могут иметь место высокие остаточные напряжения. Проведите тщательный осмотр, про- верьте, нет ли оборванных соединений, зажатых или поврежденных проводов, заржавевших выводов, посторонних объектов, обгоревших или изношенных компонентов. Нередко внешние частицы - грязь и промышленные отходы - проникают в генератор через решетку охлаждения и засоряют его, нарушая пра- вильный режим работы. Для проверки плавкого предохранителя регулятора можно при выключен- ном питании использовать омметр. Чтобы проверить работоспособность регу- лятора, можно протестировать входное и выходное напряжение. Типичная проблема возникает при работе с нагрузкой, когда выходное напряжение слиш- ком низкое или меняется. Если измерители работают точно и нет некачествен- ных или дефектных соединений, может быть, необходимо разобрать генератор и проверить, все ли его составляющие на месте. Разбирая генератор, отключите питание, пометьте и промаркируйте все про- вода и детали для последующей сборки. Используйте соответствующие подъемни- ки, ремни, крепления и другое оборудование, чтобы предотвратить повреждение деталей, особенно при работе с большими, тяжелыми приборами (рис. 3.41). Рис. 3.41. Снятие задающего генератора с использованием ремня Всегда проверяйте в статоре незафиксированные, изношенные или сгорев- шие обмотки, измеряйте сопротивление между выводами и сравнивайте его со значением, указанным изготовителем. Нулевое сопротивление соответствует короткому замыканию, а бесконечное означает обрыв в схеме. Проверьте также мегомметром, не возникло ли замыкание на землю между обмотками и корпусом.
106 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов При снятии тяжелых роторов генераторов следует использовать подъемник и специальные крепления (рис. 3.42). Аккуратно снимите ротор, направляя его, но не касаясь при этом деталей, чтобы предотвратить повреждение ротора или обмоток. Рис. 3.42. Использование подъемника и специальных креплений для снятия ротора основного генератора Неисправные диоды - обычная проблема. Проверьте их, измерив сопротив- ления. Диод должен показывать высокое сопротивление в одном направлении и низкое при смене положения выводов измерительного прибора. Короткозам- кнутый двухэлектродный прибор имеет низкое сопротивление в обоих направ- лениях. Диод с обрывом, напротив, обладает высоким сопротивлением в обоих направлениях (рис. 3.43). Рис. 3.43. Сборка задающего генератора и выпрямителя
Профилактическое техническое обслуживание 107 Помните, что прибор для измерения сопротивления может иметь недоста- точное внутреннее напряжение, чтобы заставить диод проводить ток. Этот фактор влияет на результаты диагностики. Не используйте мегомметр для про- верки диодов или регулятора. Если диод или выпрямитель необходимо заме- нить, соблюдайте полярность подключения. Не закручивайте гайки зажимов Слишком сильно. Заменяя подшипники, используйте соответствующий съемник (рис. 3.44). Иногда крышка подшипника прилипает, и ее приходится нагревать. При заме- не старой смазки из полости крышки подшипников аккуратно, стараясь не пе- реборщить, заполняйте ее новой до половины высоты. Рис. 3.44. Снятие подшипника с помощью съемника подшипников и нагревания Профилактическое техническое обслуживание Срок службы электродвигателей и генераторов часто определяется тем, как проходит их профилактическое техническое обслуживание. Приборы, за кото- рыми не ухаживают надлежащим образом, можно часто узнать по наличию ржав- чины. Продуманная программа технического обслуживания включает осмотр, регистрацию состояния и сервис устройств. Небольшие настройки: замена под- шипников, простая очистка двигателя или генератора может предотвратить дорогостоящий и требующий значительного времени ремонт. Регулярные проверки могут значительно снизить частоту отказов и перио- дов неудовлетворительной работы электродвигателей. Осмотр должен сопро- вождаться ведением журнала, где необходимо регистрировать состояние уст- ройств и проведенные работы. Помните, что к каждому прибору требуется индивидуальный подход. Следует чаще проверять двигатели, которые работа- ют в условиях повышенного загрязнения или влажности.
108 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов Наиболее очевидными дефектами, которые вы можете встретить при ос- мотре двигателей, являются грязь, жир, вода и химикаты. Все перечисленное может вызвать короткое замыкание или замыкание на землю, привести к тому, что двигатель при работе будет очень горячим. В результате не избежать быст- рого износа деталей и ремонта. Грязь, масло, а также другие загрязнения перекрывают вентиляционные отверстия двигателя, а накапливаясь на коллекторе, нарушают электрический контакт, ускоряют износ щеток. Скопление воды может вызвать короткое замы- кание или замыкание на землю обмоток якоря или статора. В результате двига- тель может выйти из строя. Репульсионные двигатели также требуют регулярного осмотра. Проверьте прижим щеток и выравнивание щеток и держателя. Слегка постучите неболь- шим резиновым молотком по пластинам коллектора, чтобы проверить их креп- ление. Плохие щетки необходимо заменить. Грязный коллектор следует проте- реть чистой тканью или бруском. Не чистите коллектор наждаком, это может вызвать короткое замыкание пла- стин. Вал ротора необходимо регулярно проверять на отсутствие биений. Для это- го воспользуйтесь циферблатным индикатором. Контакты выключателя необхо- димо регулярно чистить и придавать им правильную форму с помощью надфиля, напильника или чистящего бруска (но не наждачной бумаги!). Большинство фирм - поставщиков электрического и электронного оборудования продают хи- мические средства очистки контактов. Все болты и гайки должны быть затянуты. Провода и обмотки двигателя необходимо проверять на наличие грязи, разрывов, изношенной изоляции. Это предотвратит серьезные поломки в будущем. Обычно проводят чистку и по- вторную изоляцию обмоток двигателей с использованием застывающей на воз- духе эпоксидной смолы или другого изолирующего материала. Для предотвращения поломок двигателей очень важен регулярный контроль износа подшипников. Подшипники скольжения следует регулярно смазывать. Но не закладывайте в них слишком много смазочного материала! Шарикопод- шипники можно обрабатывать маслом или консистентной смазкой, в зависимо- сти от спецификации изготовителя. Обычно подходящим средством для шари- коподшипников служит консистентная смазка - комбинация масла и мыла. Не забывайте, что слишком большое ее количество может спровоцировать пере- грев. Это вызовет преждевременный выход подшипников из строя. Скрипящие или очень тугие подшипники следует заменить. Необходимо сразу уделить внимание неправильному осевому зазору. Это мож- но проверить, если тянуть, а затем толкать ось вперед-назад. Обычно максималь- ный осевой зазор составляет 0,4 мм. Отрегулировать его можно, добавляя или удаляя прокладки, смазывая прокладки или затягивая гайки или винты. Любое увеличение или уменьшение температуры двигателя, увеличение шу- ма, изменение цвета или формы является обычным признаком проблем. Эти ус- ловия требуют немедленной реакции и поиска причин их возникновения. Если
Вопросы для самоконтроля 109 выяснено, что двигатель невозможно отремонтировать или он не подходит для данного применения, необходимо заменить его. При выборе подходящего двига- теля следует принять во внимание несколько факторов. Рабочие и нагрузочные па- раметры должны соответствовать назначению двигателя. Национальная ассоциа- ция изготовителей электрического оборудования вырабатывает стандарты для двигателей: вращающий момент, скорость вращения (оборотов в минуту), мощ- ность в лошадиных силах, корпус и монтажные размеры. Например, если выпол- няемая работа требует непрерывного действия в течение, скажем, нескольких часов, необходимо выбрать двигатель продолжительного действия. Для кратковре- менных операций можно использовать двигатель периодического действия. В дру- гих случаях, когда устройство должно работать при специфических температур- ных условиях или при особых требованиях к вращающему моменту, необходимо использовать специальную смазку и обратить внимание на момент двигателя. Энергетическая эффективность также является важным фактором. Напри- мер, разница в стоимости и экономии электроэнергии при использовании дви- гателей 50 Вт и 75 Вт может быть очень существенной, если двигатель 50 Вт достаточен для данного применения. Аналогично, перегруженный двигатель будет требовать излишнего тока и со временем сгорит, если он неправильно выбран для данной работы. Перед приобретением обязательно ознакомьтесь с рекомендациями изготовителей по выбору двигателей и эффективности ис- пользования энергии. Вопросы для самоконтроля Выберите верный ответ: 1. Обычно электрические двигатели используют свойства репульсии или: а) магнетизма; б) емкости; в) сопротивления; г) индукции; д) полупроводимости. 2. При поиске неисправностей электрических двигателей используются: приборы измерения силы тока, тестовые лампы, устройство проверки обмоток и: а) замена; б) нагревание и охлаждение; в) шунтирование; г) мегомметр; д) осциллограф. 3. Горячий, дымящийся двигатель является признаком: а) замыкания на землю; б) обрыва в схеме; в) короткого замыкания; г) «а» и «б»; д) «в», «г» и «д».
110 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов 4. Наилучший способ проверки конденсатора электродвигателя 220 В: а) шунтирование; б) проверка на искру; в) вольтметр; д) амперметр; е. все перечисленное. 5. Направление вращения трехфазного двигателя можно изменить: а) переключив два их трех выводов; б) разобрав двигатель и поменяв местами два вывода; в) изменив напряжение; г) перевернув статор; д) ничего из перечисленного. 6. Когда вы производите очистку коллектора нельзя использовать: а) бумагу; б) чистую ткань; в) оба: «а» и «б»; г) наждак; д) ничего из перечисленного. 7. Измерительный прибор, который используется для измерения отклоне- ния вала двигателя: а) вольтметр; б) амперметр с зажимами; в) устройство проверки обмоток; г) мегомметр; д) циферблатный индикатор. 8. Необходимо регулярно смазывать подшипник: а) скольжения; б) шарикоподшипник; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного; д) все перечисленное. 9. Консистентная смазка обычно является смесью: а) воды и мыла; б) вазелина и мыла; в) бензина и воды; г) масла и мыла; д) ничего из перечисленного. 10. Максимальный осевой зазор обычно составляет: а) 0,4 мм; б) 0,32 см; в) 0,64 см; г) 1,27 см; д) 2,54 см.
Вопросы для самоконтроля 111 И. Передача, которая имеет наименьший уровень шума: а) прямозубая цилиндрическая передача; б) косозубая передача; в) червячная передача; г) все перечисленные. 12. Передача, используемая в редукторах большой мощности: а) прямозубая цилиндрическая; б) косозубая передача; в) червячная передача; г) все перечисленные. 13. Смазка, которая используется в большинстве редукторных электродвига- телей: а) масло; б) консистентная смазка; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 14. Выбор редукторного электродвигателя обычно определяется: а) скоростью; б) вращающим моментом; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 15. Система управления приводом шагового двигателя основана на: а) микропроцессоре; б) преобразователе; в) компьютере; г) все перечисленное. 16. Прибор, который преобразует механическую энергию в электриче- скую, это: а) двигатель; б) тестер потерь в сердечнике; в) генератор; г) шаговый двигатель. 17. Генератором переменного тока называется: а) двигатель переменного тока; б) шаговый двигатель переменного тока; в) регулятор; г) электрическая машина переменного тока. 18. Гистерезис и вихревые токи являются факторами: а) потерь в сердечнике; б) дифференциала регулирования; в) ограничения бросков тока; г) возбуждения ротора.
112 ГЛАВА 3. Сервисное обслуживание двигателей и генераторов 19. Высокое остаточное напряжение может иметь место в: а) регуляторе; б) статоре; в) аттенюаторе; г) выпрямителе. 20. Высокое сопротивление в обоих направлениях при проверке диода пока- зывает: а) обрыв в схеме; б) короткое замыкание; в) замыкание на землю; г) ничего из перечисленного. Вопросы и проблемы 1. Объясните основное различие между электродвигателем и генератором. 2. Расскажите об основных принципах работы электродвигателя. 3. Назовите основные части электродвигателя. 4. Объясните разницу между репульсионными и индукционными двигате- лями. 5. Назовите несколько типов электродвигателей. 6. Что такое обрыв в схеме? 7. Что такое короткое замыкание? 8. Расскажите, как проверить двигатель на обрыв, короткое замыкание и замыкание на землю. 9. Расскажите о наилучшем способе разборки двигателя. 10. Расскажите о способах проверки конденсатора 11. Объясните разницу между внешним и внутренним устройством провер- ки обмоток. 12. Назовите два типа подшипников. 13. Расскажите, как чистить загрязненный коллектор. 14. Перечислите основные причины выхода их строя электродвигателей. 15. Какие типы передач применяются в редукторных электродвигателях? 16. Почему для смазки редукторных двигателей используется консистентная смазка, а не масло? 17. Расскажите о работе шагового двигателя. 18. Опишите систему привода шагового двигателя. 19. Перечислите области применения шагового двигателя. 20. Объясните назначение тестера потерь в сердечнике. 21. Расскажите, как проверить диод генератора. 22. Перечислите меры предосторожности при тестировании регулятора. 23. Опишите симптомы неисправностей в генераторе. 24 Перечислите несколько деталей генератора.
Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Промышленные системы управления непрерывно совершенствуются. Автома- тизированные приборы различных типов: электронные, гидравлические, пнев- матические и современные системы с компьютерным управлением развивают- ся очень быстро, позволяя уменьшить количество персонала и себестоимость продукции, повысить безопасность, эффективность производства и улучшить контроль качества. Они используются для управления работой электродвигате- лей, осветительных приборов, роботов, аудиоустройств, нагревателей, конвей- еров, станков, насосов, медицинского диагностического и терапевтического оборудования, а также координируют производство. Например, каждый электродвигатель должен иметь устройство управле- ния, будь то простой выключатель для пуска и остановки или сложная микро- процессорная система пошагового управления, для обеспечения широкого спектра функций энергосиловой машины: пуска и остановки, реверса, ускоре- ния, замедления, торможения, выполнения операций с контролем времени. Средства управления так же важны для двигателя, как и питающая его элект- роэнергия. В предыдущем разделе был дан обзор наиболее часто встречающихся типов электродвигателей и их ремонта. Цель настоящей главы в том, чтобы показать, как можно управлять электродвигателями и другими мощными устройствами. Рассмотрена основная теория промышленных устройств управления энергией, а также типы контроллеров, процедуры проверки и профилактическое техни- ческое обслуживание.
114 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Основные сведения Основные функции управления двигателем заключаются в том, чтобы обеспе- чить выполнение им определенных операций: пуска, остановки, защиты, после- довательности операций, реверса, изменения скорости. Простейшее устройство управления двигателем - однополюсный переключатель, который руководит подачей тока, запуская и останавливая асинхронный индукционный двигатель с короткозамкнутым ротором (рис. 4.1). Рис. 4.1. Однополюсный переключатель является простым средством управления двигателем Кроме обеспечения защиты двигателя, устройство управления помогает за- щитить оператора. Плавкий предохранитель служит для защиты двигателя и оператора. Регулируемый трансформатор выполняет функции управления ско- ростью двигателя постоянного тока (рис.4.2). Рис. 4.2. Плавкий предохранитель и регулируемый трансформатор действуют как средство управления Системы управления обычно бывают двух типов: замкнутые и разомкнутые. Например, когда вы разжигаете на улице костер, количество брошенных в огонь
Основные сведения 115 дров регулирует уровень тепла - это разомкнутая система. Если дровяная печь управляется заслонкой - это форма замкнутой системы. Действие обратной свя- зи, приводящее к открытию или закрытию заслонки, обеспечивает лучшую ре- гулировку, чем открытая система. Сложные системы коммерческого назначения работают по принципу замкнутых систем и используют термостаты, электро- двигатели и вентиляторы, регуляторы и программируемые устройства для управления нагреванием. Работа многих устройств управлений двигателями ос- нована на принципах электромагнетизма. Если изолированный провод обмо- тать вокруг стального стержня и концы провода подключить к источнику посто- янного тока, мы получим электромагнит (рис. 4.3). Изменение направления тока влияет на полярность стального стержня. Рис. 4.3. Металлический стержень, вокруг которого намотан провод с протекающим по нему током, образует электромагнит Проволочная катушка, подключенная к батарее, образует магнитный поток, который окружает катушку, как и в случае постоянного магнита (рис. 4.4). Этот магнитный поток является основой работы двигателя. Он создает механичес- кое движение, которое обеспечивает выполнение и остановку операций. Рис. 4.4. Магнитный поток окружает электромагнит Типичным примером устройства управления двигателем является реле. Это электромагнитное устройство, которое используется для размыкания и замыка- ния цепей (рис. 4.5). Соленоид- это катушка реле, в которой используется описанный принцип для намагничивания металлического сердечника, притягивающего подвижный ме- таллический пружинный контакт или иную часть исполнительного механизма.
116 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Рис. 4.5. Простое электрическое реле Существуют сотни применений реле и соленоидов. В последнее время на сме- ну электромеханическим реле приходят полупроводниковые. Прерыватели представляют собой специальный тип реле, который часто при- меняется в качестве ручного выключателя. Они используются в быту, бизнесе и промышленности для защиты электрических цепей от чрезмерного тока и пе- регрузки. На рис. 4.6 показана упрощенная схема магнитной части прерывате- ля. Сильный ток заставляет магнит потянуть рычаг вниз, развести контакты реле и разорвать цепь. Рис. 4.6. Простой прерыватель Типы устройств управления Существует очень большое количество устройств управления для двигателей промышленного назначения и устройств включения-выключения питания. Каж- дое имеет свои специфические характеристики. Некоторые из наиболее попу- лярных типов контроллеров следующие:
Типы устройств управления 117 ♦ устройства защиты от перегрузки; ♦ ручные пускатели; ♦ магнитные пускатели; ♦ реверсивные магнитные пускатели; ♦ контакторы освещения; ♦ кнопочные пульты; ♦ концевые выключатели; ♦ барабанные переключатели; ♦ таймеры; ♦ электронные приводы; ♦ программируемые контроллеры; Устройства защиты от перегрузки Большинство таких устройств управления двигателями, как ручной, магнит- ный или реверсивный пускатель, обладает некоторой степенью защиты от пе- регрузки. Один из приборов, служащих для этого - термореле перегрузки с лег- коплавким сплавом (рис. 4.7). Когда при перегрузке возникает слишком большой ток, эвтектический (легкоплавкий) сплав в латунном сосуде перехо- дит в жидкое состояние и более не может удерживать храповой механизм от проворачивания. При этом размыкаются контакты, подключенные к исполни- тельному реле. Когда сосуд охладится и сплав застынет, реле необходимо вруч- ную установить в исходное положение. Многократные срабатывания и уста- новка реле обычно не влияют на его калибровку. Различные типы таких реле включают медленные, стандартные и быстродействующие реле. Кроме того, более сложные термореле перегрузки с легкоплавким сплавом содержат изо- лированные контакты для подачи сигнала тревоги, которые позволяют ис- пользовать реле с пускателем для связи с компьютером, где требуется гальва- ническая развязка. Рис. 4.7. Термореле перегрузки с плавящимся сплавом Биметаллические термореле перегрузки работают на основе изгибающейся при нагревании биметаллической полосы, которая при этом размыкает контакты (рис. 4.8).
118 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Рис. 4.8. Биметаллическое термореле перегрузки Эти реле сбрасываются автоматически. Они работают подобно термостату. По мере снижения температуры пластина принимает первоначальную форму и реле сбрасывается. Прежде, чем работать с устройством, специалист по обслуживанию должен отключить питание. В противном случае устройство может после охлаж- дения включиться и причинить вред. Дополнительные приспособления включа- ют режимы для работы при температуре окружающей среды, варианты без ком- пенсации, контакты для подачи сигнала тревоги, полупроводниковые индикаторы. Параметры устройства должны соответствовать параметрам того прибора, с которым они работают. Многие двигатели содержат регулировочный винт. С его помощью можно установить точный уровень перегрузки, при кото- рой срабатывает реле. Рис. 4.9. Многоцелевое электронное реле перегрузки и датчик тока
Типы устройств управления 119 Электронные (полупроводниковые) средства защиты от перегрузки, например мно- гоцелевые реле для двигателей постоянного тока становятся все более по- пулярны (рис. 4.9). Когда достигается заданная величина тока, реле срабатывает. Возможны и ручная, и автома- тическая операции сброса. Эти устройства защиты от перегрузки могут также подать сигнал тревоги и инициировать выполнение других функций, пре- дотвращая повреждения системы управления. Другой специальный тип полупроводниковых элементов автоматики - это электронное логи- чески программируемое реле перегрузки, обеспечи- вающее программный контроль функций для двигателей и других устройств. Еще один тип - магнитное реле перегрузки. Его работа основана на принципе электромагнетиз- ма (рис. 4.10). Если возникает чрезмерный ток, катушка втя- гивает сердечник, который размыкает контак- ты. Эти реле используются в блоках управления электрических двигателей, нагревателей, при- Рис. 4.10. Магнитное реле перегрузки боров освещения, аудиоустройств. Современные реле содержат функцию по- давления помех, вызванных переходными процессами, логические картриджи, специальные защелки. Ручные пускатели Ручной пускатель переключается с помощью тумблера. Обычно он используется для включения или выключения маломощного двигателя в 1 л.с. или менее. Некоторые ручные однофазные пускатели обеспечивают защиту с помощью термореле, которое срабатывает при слишком большом токе. После срабатыва- ния термореле необходимо дать ему время остыть перед тем, как его работос- пособность будет восстановлена. Такие реле не обеспечивают защиту от пони- женного напряжения. Кроме того, если возникает прерывание подачи питания, контакты переключателя могут остаться в замкнутом состоянии, и работа дви- гателя возобновится, как только будет подано питание. Двигатель может внезапно включиться - это представляет определенную опасность для оператора. Другие типы ручных переключателей обеспечивают контроль реверса, двухскоростной режим, съемный ключ. Ручные трехфазные переключатели можно встретить там, где защита от перегрузки не важна. Они функционируют при мощности до 10 л.с. и напряже- нии 380 В в небольших насосах, транспортерах, нагревателях, вентиляторах, электрических машинах. Как правило, им находится место в небольших маши- нах с раздельной защитой от перегрузки (рис. 4.11). Некоторые ручные пускатели обладают возможностью блокировки при пони- жении напряжения с автоматическим запуском. Соленоиды длительного действия
120 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Рис. 4.11. Ручной пускатель двигателя без защиты от перегрузки обесточиваются при прекращении подачи напряжения. Катушка реле должна быть сброшена вручную. Другой тип ручных пускателей часто используется для управления однофаз- ными двигателями до 5 л.с. и поляризованными двигателями до 10 л.с. Ручной линейный пускатель напряжения обеспечивает защиту от перегрузки с помо- щью термореле. После срабатывания и истечения интервала времени, доста- точного для охлаждения, термореле требует сброса (рис. 4.12). Рис. 4.12. Ручной пускатель для маломощных двигателей Магнитные пускатели Магнитные пускатели обычно используются для управления двигателями, транс- форматорами и нагревательными приборами на расстоянии (рис. 4.13). Магнитный пускатель и магнитный контактор, по сути, представляют собой одно и то же. Оба обладают способностью работать с большими токами (рис. 4.14). Основное различие между этими двумя устройствами заключается в том, что у магнитного пускателя есть защита от перегрузки, а не имеющий ее контактор
Типы устройств управления 121 Рис. 4.13. Магнитный пускатель постоянного тока Рис. 4.14. Магнитный пускатель с защитой от перегрузки нуждается в дополнительном предохранительном средстве. Подобные устрой- ства выпускаются в нескольких вариантах корпусов: пыленепроницаемых, ан- тикоррозионных, водонепроницаемых, капленепроницаемых. Некоторые их них снабжены также полупроводниковыми схемами для защиты от обрыва фазы и перегрузки. Основной принцип действия магнитного пускателя заключается в том, что когда ток подается в магнитную катушку, та втягивает якорь, который замыкает контакты стартера и запускает двигатель. Для предотвращения дребезга между магнитом и якорем из-за синусоидального изменения магнитного поля во вре- мени добавляется экранирующая обмотка, помогающая изолировать якорь за Рис. 4.15. Магнитный якорь и экранирующая обмотка
122 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления счет смещения фазы магнитной катушки. Кроме того, в многослойной стали оставляется зазор, чтобы предотвратить насыщение якоря под действием оста- точного намагничивания, имеющего место в катушке после отключения тока (рис. 4.15). В дополнение к защите от перегрузки магнитный пускатель содержит бло- кировочное устройство, которое в нормальном состоянии открыто и удержива- ет катушку. Она может быть сломана после того, как пользователь отпустит кнопку выключателя. Реверсивные магнитные пускатели Реверсивный магнитный пускатель используется для управления двигателем, который может вращаться в прямом и обратном направлении. В действитель- ности, это два взаимосвязанных контактора. Этот пускатель состоит из двух маг- нитных контакторов с выводами для двигателя Tl, Т2 и ТЗ, соединенными с LI, L2 и L3 на одном контакторе. Выводы Т1 и ТЗ на другом контакторе включе- ны в обратном порядке (рис. 4.16). Рис. 4.16. Реверсивный магнитный пускатель и его схема
Типы устройств управления 123 Ни один из контакторов нельзя включить, если в это время подано питание на другой контактор. Это достигается за счет механического или электрическо- го блокиратора. Если контакты, задающие движение вперед, замкнуты, механи- ческие и электрические блокираторы не позволят подать питание на контакты обратного вращения. Некоторые магнитные пускатели подключены к полупро- водниковым устройствам, которые обеспечивают защиту от обрыва фазы, пе- регрузки вследствие воздействия температуры окружающей среды и недоста- точной нагрузки. Кроме того, некоторые реверсивные контакторы состоят из двух механически и электрически связанных контакторов, которые расположе- ны горизонтально или вертикально друг относительно друга. Эти контакторы могут быть разных типов: открытые, водонепроницаемые, в корпусе для рабо- ты в сложных условиях и могут выпускаться в вариантах для работы при пита- нии 50 или 60 Гц. Контакторы осветительных приборов Существует много типов контакторов для осветительных приборов. Вот неко- торые из них: ♦ многополюсные; ♦ программируемые; ♦ стандартные с заданным током. Многие из них используют серебряно-кадмиево-оксидные контакты, кото- рые выдерживают ток до 800 А. Большинство управляют работой ламп накали- вания, балластными газоразрядными и другими осветительными приборами большой мощности (рис. 4.17). Рис. 4.17. Контактор для осветительных приборов А-200
124 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Некоторые предназначены для систем тревожной сигнализации, подъемни- ков, светофоров, ирригационных систем, дверных замков. К большинству та- ких контакторов также имеется дополнительный набор, который содержит специальные обжимные контактные клеммы, подходящие для соединения и с медным, и с алюминиевым проводом. Кнопочные выключатели и пульты В управлении подачей питания используется несколько типов кнопок. Обычно, кнопочная станция снабжена двумя наборами контактов. Один в нормальном состоянии открыт, другой - закрыт. Это означает, что когда один набор замыка- ется, другой должен открыться, и наоборот. Кнопочные станции используются вместе с магнитными контроллерами. При этом они не обязательно должны быть расположены рядом с ними. Кнопки помогают функциями запуска, оста- новки, толчкового режима работы, реверса и т.д. Они предназначены также для использования в различных условиях и могут содержать световые индикаторы, ключи, висячие замки (рис. 4.18). Рис. 4.18. Кнопочные выключатели и пульты Концевые выключатели Концевые выключатели, подобно кнопочным, обычно используются вместе с магнитными пускателями. Одним из основных различий между ними является
Типы устройств управления 125 то, что концевые выключатели часто используются для преобразования движе- ния механических устройств в электрические управляющие сигналы (рис. 4.19). Рис. 4.19. Концевые выключатели Описываемые компоненты очень популярны и выполняют огромное коли- чество управляющих операций. Они используются на производственных лини- ях для их остановки, запуска, увеличения и уменьшения скорости. Концевые переключатели состоят из внутренних контактов, подвижной механической части и корпуса. Иногда концевые выключатели не заменяют, а ремонтируют. Внутренние контакты изнашиваются, и обычно приходится ис- кать новые. Подвижная механическая часть, состоящая из консоли приводного механизма, рычага, плунжера или ролика, также со временем приходит в не- годность или ломается. Типы концевых выключателей: ♦ с толчковым движением; ♦ качающиеся; ♦ с проволочным потенциометрическим датчиком; ♦ рычажные; ♦ с пружинным возвратом; ♦ внутренние. Многие из них залиты эпоксидной смолой для защиты от загрязнений и жид- костей. Барабанные переключатели Барабанные переключатели широко используются в промышленности. Они осу- ществляют коммутацию больших токов и обычно представляют собой трехполюс- ные переключатели с ручным управлением, которые используются для реверса
126 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления однофазных и трехфазных двигателей. Некоторые барабанные переключатели имеют до 16-ти полюсов и 7-ми перекидных рычагов (рис. 4.20). Рис. 4.20. Барабанный переключатель и внутреннее расположение его частей Когда барабанный переключатель используется для управления трехфазным двигателем, необходимо поменять местами два или три вывода внутреннего переключателя. Это легко выполняется с помощью диаграммы соединений на корпусе переключателя. Типовые корпуса барабанных переключателей непро- ницаемы для воды и масла. Таймеры В операциях управления двигателями используется боль- шое количество таймеров: ♦ интервальные; ♦ импульсные; ♦ процентные; ♦ циклические. Пневматический таймер, показанный на рис. 4.21, представляет собой реле времени, которое срабатыва- ет благодаря изгибу воздушной диафрагмы. Игольчатый клапан управляет натеканием обратного потока воздуха в частично откачанную камеру. Когда диафрагма возвра- щается в исходное положение с одинаковым давлением с обеих сторон, контакты срабатывают. После этого схема включается или выключается в за- висимости от того, используются ли нормально разомкну- тые или замкнутые контакты. Рабочий диапазон пневма- тических таймеров составляет от 1/20 с до 3 мин. Для Рис. 4.21. Пневматическое реле времени
Типы устройств управления 127 защиты от пикового напряжения может использоваться ограничитель выбросов при переходных процессах. Многие пневматические таймеры заменяются полу- проводниковыми, которые предоставляют возможность программируемого зада- ния времени и функции счетчика. Электронные приводы Электронные приводы представляют собой промышленные системы управления, предназначенные для обеспечения регулирования скорости двигателей (рис. 4.22). Рис. 4.22. Электронный привод для двигателей Типичные функции электронных приводов: ♦ пуск/остановка; ♦ вперед/назад; ♦ непрерывный/прерывистый режим работы; ♦ автоматический/ручной и др. Привод содержит микропроцессор с множеством заданных вариантов регу- лирования скорости, торможения, вращающего момента и действий при пере- грузке. Обычно устройство снабжается цифровым дисплеем для индикации различных отклонений: чрезмерного тока, замыкания на землю, неадекватного напряжения, неверного выполнения функций и т.д. Программируемые контроллеры Программируемые контроллеры, которые часто называют также логически- ми, являются наиболее сложными приборами для управления двигателями
128 Г ЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления и представляют специализированные компьютеры на основе микропроцессо- ров (рис. 4.23). До внедрения программируемых контроллеров для выполнения тех же функций использовалось огромное количество реле и переключателей. Рис. 4.23. Программируемый контроллер Программируемые контроллеры обеспечивают множество преимуществ: гиб- кое программирование, цифровой дисплей индикации отклонений от заданных режимов, возможность распечатки материалов, замки с ключом для обеспечения безопасности, возможность записи на магнитные носители. В последующих гла- вах программируемые контроллеры будут рассмотрены более подробно. Датчики Использование датчиков в производственной сфере, и особенно непосредствен- но в производстве, резко возросло. Существующие типы датчиков: ♦ фотоэлектрические; ♦ с использованием термопары; ♦ кристаллические; ♦ расстояния; ♦ приборы технического зрения; ♦ сложные цифровые оптоволоконные; ♦ цифровые датчики давления; ♦ устройства чтения штриховых кодов; ♦ лазерные; ♦ цифровые видеомикроскопы. Датчики имеют очень много применений: регистрация деталей на сборочных линиях, измерения натяжения ремня вентилятора в автомобиле, измерения раз- меров изделий в соответствии со стандартом качества, измерения неравномер- ности песчаной формы при литье, подсчет числа выводов полупроводниковых
Ремонт и тестирование 129 микросхем, измерение эксцентриситета вала, проверка точности паяных соеди- нений, измерение отклонения формы автомобильной шины и даже проверки отсутствия жевательной резинки в упаковке на производственной линии. Одним из наиболее распространенных является оптоволоконный датчик, который со временем, кажется, становится более популярным, чем фотоэлект- рический. Основное действие прибора заключается в движении светового луча по материалу с высоким показателем преломления, который называется сер- дечником, заключенному в материал с низким показателем преломления, назы- ваемый оболочкой. Изменение расстояния при измерении сенсором связано с длиной волокна. Правильная установка и выравнивание передатчика и прием- ника очень важны для эффективной работы прибора. Обычно датчики снабже- ны средствами настройки. Регулировка чувствительности может компенсиро- вать неудобства места размещения и внешнее освещение. Ремонт и тестирование Обычно при поиске неисправностей управляющих схем двигателей использу- ется замена устройств управления, внутренних деталей, измерение тока, на- пряжения и сопротивления. Различные переключатели можно проверить с помощью омметра. Переклю- чатель должен обеспечивать непрерывность цепи в одном положении и разрыв цепи в другом. Непрерывность или бесконечное сопротивление в обоих поло- жениях переключателя означает, что переключатель неисправен. Если термо- реле перегрузки не сбрасывается или продолжает работать при нормальном токе. Реле, возможно, следует заменить. Прежде всего, имейте в виду, что мог иметь место неправильный выбор термореле. Кроме того, само термореле может быть исправно и правильно выбрано, но внутри реле сломаны детали. Реле можно также проверить с помощью омметра. Начните с визуального контроля. Проверьте, нет ли обгоревших контактов или обуглившихся катушек. Если вы вручную замкнете реле, омметр должен показывать или непрерыв- ность или обрыв, в зависимости от того, замкнуты или разомкнуты контакты данного реле в нормальном состоянии. Омметр должен показывать непрерыв- ность в одном направлении и обрыв в другом. Кроме того, следует проверить общее сопротивление обмотки. В зависимости от размера катушки ее сопротив- ление не должно быть нулевым. О Ом означает, что произошло короткое замы- кание. Бесконечное сопротивление означает, что произошел обрыв. Аналогич- но, если при подаче питания на катушку, она не втягивает якорь, то, вероятно, произошел обрыв. Ручные и магнитные пускатели можно легко проверить с помощью осмотра контактов (рис. 4.24). Если вы видите грязь, деформацию, заметили, что компоненты стали пори- стыми, их следует заменить. Большинство контактов можно очистить доступ- ными растворителями и восстановить с помощью напильника. Щ Никогда не обрабатывайте напильником серебряные контакты!
Файл взят с сайта www.kodges.ru, на котором есть еще много интересной литературы
130 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Рис. 4.24. Магнитный пускатель в разобранном виде Грязные, клейкие пускатели, катушки и другие приборы следует поместить в более подходящий корпус. Хотя для очистки контрольно-измерительного обо- рудования иногда используется горячая мыльная вода, авторы не рекомендуют подобный метод. Есть много очень хороших очищающих растворителей, кото- рые больше подходят для этой цели. Если терморелереле перегрузки срабатывает при нормальном токе или не сбрасывается после срабатывания, его необходимо заменить. Кроме того, убе- дитесь, что внутри реле перегрузки нет сломанных деталей. Это тоже может вызывать подобную неисправность. Проверьте также пускатель на слабые соединения и на наличие механичес- ких повреждений. Замените сломанные провода или контакты компонентами того же типа. Помните, что если контактор или магнитный пускатель распола- гается слишком далеко от контрольно-измерительного прибора, то это может увеличить импеданс управляющей схемы и отрицательно отразиться на функ- циональных характеристиках пускателя. Поэтому лучше, чтобы расстояние между контакторами и приборами было минимально. Когда вы ищете неисправности реле перегрузки, проверьте, отпускает ли катушка контакты. Уточните температуру окружающей среды. Может быть, необходимо заменить катушку большей. Никогда не воспринимайте что-либо как само собой разумеющееся. Другие факторы, которые следует учесть, если катушка продолжает работать при перегрузке: ♦ показатель уровня обслуживания двигателя; ♦ толчковый режим работы при включении;
Ремонт и тестирование 131 ♦ длительное время разгона; ♦ перегрузка двигателя; ♦ пониженная частота вращения. Любой их этих факторов может заставить двигатель потреблять больший ток, чем при нормальном режиме работы для заданной мощности. Проверьте, держатся ли контакты при срабатывании. Отрицательный ре- зультат может означать слишком низкое напряжение. Если контакты быстро изнашиваются, проблема может заключаться в коротком замыкании, низком напряжении, плохих контактах, наличии посторонних объектов или аномаль- ном выбросе напряжения. Имейте в виду возможность неправильного исполь- зования пускателя оператором! Чрезмерное усилие при пользовании быстро изнашивает контакты. Если при тестировании не обнаружено никаких неис- правностей схемы или питания, проверьте еще раз и подтяните механические соединения, замените контакты и пружины. Контакты продолжают быстро изнашиваться? Тогда, может быть, следует выбрать более мощный пускатель. Обычными проблемами при проверке магнитных пускателей оказываются грязные и липкие детали, изношенные и слабые контакты, неисправные сред- ства защиты от температурной перегрузки, поврежденные или изношенные механические части и т.д. Например, если магнитная катушка не втягивает якорь, это может быть след- ствием неисправности катушки, использования несоответствующей катушки, низкого напряжения, неполной схемы управления, нарушения непрерывности соединений или каких-то механических поломок. С другой стороны, когда магнитная катушка перегревается, проверьте ее на наличие соответствующего напряжения и тока. Причиной может быть непод- ходящая катушка или оператор неправильно пользуется пускателем. Если катушка не отпускает якорь, проверьте ее расположение и убедитесь в отсутствии в пускателе загрязнения или смолы, несоответствующих напряжений или токов, спекшихся контактов или механических повреждений. Шум при ра- боте магнитного пускателя может быть связан с поломкой экранирующей катуш- ки, низким напряжением или любым видом загрязнения или коррозии. Когда при срабатывании магнитного пускателя начинают возникать пере- грузки, проверьте на возможное короткое замыкание или замыкание на землю. Может быть, необходимо заменить средства защиты от перегрузки. Если возникает дребезг контактов, проверьте на низкое напряжение или неисправные контакты. Любой вариант неправильного использования пускате- ля оператором или загрязнения в рабочей области могут вызвать преждевре- менную его поломку. Типичными проблемами пневматических таймеров являются нестабильная выдержка времени и несрабатывание контактов. Проверьте рабочий механизм на наличие посторонних объектов, которые могут задерживать таймер. Про- верьте настройку привода для корректировки синхронизации. В других случа- ях можно заменить головку таймера, переключатель или катушку. На рис. 4.25 показан типичный трехфазный двигатель 240 В со схемой управления 120 В (низкого напряжения).
132 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Здесь трансформатор с плавким предохранителем обеспечивает низкое на- пряжение для более безопасной работы. Если двигатель не реагирует на нажа- тие кнопки запуска, сначала проверьте, что реле перегрузки сброшено. Если реле установлено, проверьте плавкий предохранитель трансформатора на це- лостность. Проверьте каждый предохранитель в блоке прерывателей, устрой- ства контроля перегрузки, главную панель. Если найден сгоревший предохранитель, рекомендуется определить причи- ну происшествия. Для этого проверьте двигатель на замыкание на землю, ко- роткое замыкание, плохие контакты, возможное попадание внешних объектов и загрязнение. Проверьте средства управления двигателем на слабые контак- ты и наличие перегрева катушек. Когда двигатель не активируется при нажатии кнопки запуска, вручную тол- кните якорь магнитного устройства. В случае положительного исхода, проверь- те целостность кнопочного пульта, плавкого предохранителя линии передачи,
Ремонт и тестирование 133 магнитную катушку, контакты, провода к линии передачи магнитного устрой- ства управления и т.д. Проблема должна заключаться в неисправном компонен- те или слабом контакте. Разделите и протестируйте каждый каскад цепи для определения первопричины поломки. Сгоревший плавкий предохранитель, замените другим с таким же номина- лом. При необходимости используйте компонент с меньшим номиналом, но никогда не следует устанавливать с большим. Двигатель запускается, но не останавливается при нажатии кнопки останов- ки, ищите дефектный, неправильно или плохо припаянный провод, ведущий к переключателю. Проверьте кнопочный пульт. Может быть, контакт кнопки зар- жавел или изношен, что не позволяет ему правильно функционировать. Про- верьте все провода на возможные дефекты и целостность. Если двигатель работает с меньшей, чем нужно, скоростью, или гудит, но не вращается, проверьте фазы на наличие обрыва в одной из них. Начните с изме- рения напряжения в каждой фазе двигателя. После того как вы определили место, где возник обрыв, пройдите по схеме, отслеживая напряжение до мес- та, где напряжение нормальное. Слабое соединение или сломанный провод могут быть причиной такой проблемы. Все фазы имеют правильное напряжение? Тогда проверьте двигатель на замы- кание на землю и короткое замыкание с помощью мегомметра. Короткозамкну- тый двигатель может вести себя так же, как и в случае с обрывом в одной из фаз. Если оператор жалуется на шумную работу двигателя, попробуйте изолиро- вать причину явления, выяснив, вызвана ли она двигателем или пускателем. Щелчки или гул в пускателе могут означать сломанную экранирующую катушку, грязные или изношенные контакты, испачканные органы управления, механи- чески изношенный или неправильно расположенный якорь, низкое напряже- ние. Когда шум исходит из двигателя, это может означать, что подшипники истратили ресурс, изогнут вал, и приводить к чрезмерной вибрации вследствие ослабленного крепления основания двигателя. Энергосиловая машина продолжает вызывать отключение магнитного уст- ройства защиты от перегрузки? Измерьте ток на выводах двигателя, для того чтобы проверить, не чрезмерен ли поток заряженных частиц. Может быть, двигатель закорочен, или срабатывание защиты от перегрузки может вызы- ваться частичным закорачиванием или замыканием на землю. Еще одна причи- на - слабые контакты. Не упускайте из вида очевидное. Излишняя влага, грязь, тепло, коррозия и другие загрязнители могут вызывать отключение по перегрузке или сгорание предохранителей. Если встречаются расплавленные контакты, это может быть вызвано не- сколькими причинами: аномальным током, постоянно низким напряжением, слишком быстрым толчковым режимом работы, загрязнением контактов. Начните с проверки контактов на наличие загрязнителей. Прочистите их при необходимости, используя очищающие растворители. Несоответствующие напряжения могут возникать при замыкании на землю, коротком замыкании,
134 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления перегрузке. Вы можете заменить контакты, пружины, якорь. Возможно, при- дется заменить весь контактор. Другие факторы могут вызвать нагрев и проблемы с двигателем, в том чис- ле постоянный толчковый режим работы (повторяющиеся запуск и остановка) и торможение противотоком (быстрая остановка двигателя при мгновенном включении его в другом направлении). Неправильные действия оператора так- же являются фактором, который следует принимать во внимание. Если двигатель не работает и возникает подозрение в неисправности транс- форматора, можно использовать различные методы его диагностики: визуально проверить на наличие обугленной, сгоревшей изоляции или обмоток. Закоро- ченный трансформатор будет горячим на ощупь и издавать неприятный запах. Обмотки можно проверить с помощью омметра, нулевое сопротивление может означать короткое замыкание. Обрыв в обмотках будет давать бесконечную ве- личину сопротивления. Для проверки характеристик трансформатора можно также использовать вольтметр. Если регистрируется правильное напряжение на первичной обмотке, а на вторичной - неправильное, то в трансформаторе, возможно, произошел обрыв. Убедитесь, что выводы трансформатора не ослаб- лены. Этот фактор также может означать обрыв. Типичными неисправностями электронных приводов и контроллеров с про- граммируемой логйкой являются ошибки в обмотках, проблемы с линией пита- ния, неисправности двигателя и механики, контроллеров. Пошаговые процеду- ры поиска дефектов описаны в сервисной документации производителей. При этом используются осциллографы, логические импульсные пробники и индика- торы, цифровые ампервольтомметры и т.д. (рис. 4.26). Рис. 4.26. Использование логического пробника и индикатора тока для поиска неисправностей программируемого контроллера Начните с тщательной проверки всех проводов и соединений. Убедитесь в правильности напряжения питания, исправности проводников, средств защи- ты от перегрузки, соблюдении требований к изолирующему трансформатору.
Профилактическое техническое обслуживание 135 Проверьте двигатель. Помните о стандартных неполадках проводки, замыкании на землю, обрыве, коротком замыкании, неправильной установке. Никогда не используйте мегомметр для проверки двигателя, если он под- ключен к контроллеру, это может привести к повреждению. Всегда имейте в виду очевидные механические проблемы: защемления, чужеродные объекты, разломы и др. Обычный термин, связанный с обслуживанием программируемых контрол- леров, это ошибка периферийного устройства. Периферийнымиустройствамииъ- зываются все внешние приборы и оборудование, подключенное к контроллеру: реле, переключатели, кнопки, провода. Операторы сразу обвиняют контроллер, в то время, как неисправность чаще всего связана с периферийным устройством, потому как если не сработает лю- бое из них, то не сработает и контроллер. Кроме того, вибрация, интенсивные переходные процессы, дребезг и нагрев могут привести к ложному срабатыва- нию контроллера, что потребует перепрограммирования. Например, если двигатель привода не запускается, проверьте разъедините- ли и плавкие предохранители, чтобы убедиться в правильности напряжения сети. Протестируйте катушку торможения, соленоиды, фиксаторы, диодные или выпрямительные сборки, термореле, внешние устройства защиты от пере- грузки и автоматические выключатели. Если реле или автоматический выключатель необходимо сбросить, то преж- де чем это сделать, проверьте двигатель на короткое замыкание и замыкание на землю. Измерения выходных сигналов контроллера часто выполняются с по- мощью цифровых омметров с зажимами, цифровых ампервольтомметров, руч- ных тахометров, осциллографов. Поиск неисправностей программируемых ло- гических контроллеров и связанных с ними устройств будет рассмотрен в следующих главах. Профилактическое техническое обслуживание Общепризнанно, что срок службы устройств управления двигателем зависит от типа технического обслуживания и условий работы. Грязные, липкие устройства нужно очистить жесткой щеткой и растворителем. Если управляющее оборудо- вание необходимо подвергнуть воздействию воды, после этого его обязательно следует высушить перед началом использования. Для подтверждения правиль- ной изоляции катушек проверяйте их с помощью омметра или мегомметра. Контроллеры необходимо периодически проверять на наличие изношенных частей, слабых соединений, недостаточно упругих пружин. Грязные, подверг- шиеся коррозии медные или покрытые кадмием контакты рекомендуется чис- тить и обтачивать для сохранения надлежащей формы. Серебряные контакты не следует обрабатывать напильником. Нарушения формы или цвета обычно не препятствуют работе.
136 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления Для предотвращения поломок вследствие чрезмерного трения может пона- добиться смазка двигателей и устройств управления. Однако обычно пускатели не смазывают, поскольку на смазке скапливается пыль и другие загрязнители, которые вызывают износ устройства. Большинство двигателей требуют перио- дической очистки, смазывания или замены подшипников. Большинство кожухов для водяного охлаждения необходимо периодически промывать и заменять для предотвращения образования коррозии. Кроме того, должен обеспечиваться соответствующий уровень масла, также необхо- димо постоянно проверять давление масла или воздуха для выявления воз- можных утечек. Здравый рассудок и небольшой уход помогут предотвратить многие отказы и поломки устройств управления. Следите за тем, чтобы защитные детали были надежно закреплены, не допускайте изнашивания ремней, органов управления, потрескавшихся, обугленных или хрупких проводов. Такие провода необходи- мо заменить. Если нельзя заменить весь провод, можно нарастить новую секцию. При за- мене используйте точно такой же провод и убедитесь, что электрические и механические соединения надежны. Выполните пайку или используйте соеди- нительные клеммы. Наконец, убедитесь, что соединения хорошо изолированы специальной лентой или проходными изоляторами. Электронные приводы и программируемые контроллеры, хотя и являются износостойкими устройствами, чувствительны к температуре, влажности, хи- микатам, влаге, другим неблагоприятным влияниям окружающей среды. Регу- лярно проводите техническое обслуживание каждого устройства в соответ- ствии с руководствами изготовителей. Вопросы для самоконтроля Выберите наилучший ответ: 1. Изменение направления тока в катушке: а) не меняет полярности магнита б) разрушает катушку; в) изменяет полярность; г) ничего из перечисленного. 2. Простейший вид устройства управления двигателя: а) тумблер; б) магнитный переключатель; в) барабанный переключатель; г) реле. 3. Иное название магнитного пускателя: а) ручной переключатель; б) контактор; в) ручной пускатель; г) магнитное устройство управления.
Вопросы для самоконтроля 137 4. Какой тип устройства защиты от перегрузки содержит специальный со- суд: а) с плавящимся сплавом; б) биметаллический; в) магнитный; г) плавкий предохранитель. 5. Какой тип устройства защиты от перегрузки использует принцип элект- ромагнетизма: а) с плавящимся сплавом; б) биметаллический; в) магнитный; г) плавкий предохранитель. 6. Обнаружено, что сгорел плавкий предохранитель, но на замену нет тако- го предохранителя, а есть предохранители 10 и 30 Следует использовать: а) плавкий предохранитель 10 А; б) плавкий предохранитель 30 А; в) любой из перечисленных; г) плавкий предохранитель 40 А. 7. Низкое напряжение часто приводит к тому, что устройство управления: а) засоряется; б) работает более эффективно; в) щелкает; г) ничего из перечисленного. 8. Быстрая остановка двигателя с помощью мгновенного включения двига- теля в обратном направлении называется: а) толчковое движение; б) медленное вращение; в) торможение; г) последовательная работа. 9. Горячий, дымящийся трансформатор означает: а) обрыв в схеме; б) короткое замыкание; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 10. Короткозамкнутый двигатель вызывает: а) малый ток; б) большой ток; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного; 11. Ручной трехфазный пускатель иногда используется для включения и вы- ключения двигателя до: а) 5 л.с.; б) 10 л.с.; в) 15л.с.; г) 20 л.с.
138 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управлении 12. Прибор, который используется для управления двигателем на расстоя- нии, называется: а) магнитный пускатель; б) барабанный переключатель; в) выключатель мгновенного действия. 13. Какое из перечисленных понятий является характерным для таймера: а) интервал; б) импульс; в) процент; г) все перечисленные. 14. Прибор, который контролирует поток воздуха обратно в камеру пневма- тического реле времени, это: а) диафрагма; б) игольчатый клапан; в) экранирующая катушка; г) все перечисленное. 15. Если двигатель работает, но не останавливается, проблема может заклю- чаться в следующем: а) сгорел предохранитель; б) возникло замыкание в держателе; в) произошла перегрузка вследствие слишком частого толчкового режи- ма и торможения противотоком; г) ничего из перечисленного. 16. Если двигатель работает с недостаточной скоростью или не работает и гудит, что нужно искать в магнитном пускателе? а) обрыв фазы; б) сварившиеся между собой элементы подвижной части; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 17. Повторяющийся пуск и остановка двигателя называется: а) шаговый режим; б) толчковый режим; в) фазирование; г) большое время разгона. 18. Щелчки или гул в магнитном контакторе может быть связан с тем, что: а) сломана экранирующая катушка; б) контакты грязные или изношенные; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 19. Какие из следующих контактов не следует обрабатывать напильником: а) покрытые кадмием; б) покрытые серебром; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного.
Вопросы для самоконтроля 139 20. Увеличение нагрева двигателя может быть вызвано: а) длительным толчковым режимом; б) повторным включением; в) повторяющимся торможением; г) обоими «а» и «б»; д) ничего из перечисленного. 21. Системы управления бывают двух типов: с замкнутым контуром и: а) одним контуром; б) двумя контурами; в) разомкнутым контуром; г) управляющим контуром. 22. Прежде чем обсуживать двигатель или устройство промышленного назна- чения, специалист по поиску неисправностей должен: а) отключить питание; б) проверить проводку; в) провести обслуживание контроллера; г) заменить предохранитель. 23. Концевой выключатель состоит из трех частей: а) контакты, рычаг, подшипник; б) привод, переключатель, магнит; в) привод, барабан, таймер; г) контакты, подвижная механическая часть и корпус. 24. Барабанный переключатель может содержать до: а) 3 полюсов; б) 6 полюсов; в) 8 полюсов; г) 16 полюсов. 25. ПЛК называют: а) схему логической обработки; б) устройство управления с программируемой логикой; в) контроллер логической обработки; г) схему с программируемой логикой. 26. Одной из наиболее типичных проблем программируемых устройств уп- равления являются: а) ошибки соединений; б) неисправности в линии питания; в) неправильная работа двигателя; г) все перечисленное. 27. Никогда не следует проверять двигатель, соединенный с программируе- мым устройством управления с помощью: а) мегомметра; б) омметра; в) тахометра; г) осциллографа.
140 ГЛАВА 4. Сервисное обслуживание промышленных устройств управления 28. Ручной тестовый инструмент для проверки выходных сигналов контро- лера это: а) амперметр с зажимами; б) мегомметр; в) тахометр; г) осциллограф. 29. Если реле перегрузки программируемого устройства управления размы- кается, то рекомендуется проверить двигатель на: а) замыкание на землю. б) обрыв; в) короткое замыкание; г) все перечисленное. 30. Обычно для обслуживания большинства программируемых контроллеров изготовитель поставляет: а) устройство управления для замены; б) тестовые инструменты; в) руководство по поиску неисправностей; г) ничего из перечисленного. Вопросы и проблемы 1. Перечислите основные функции устройства управления двигателем. 2. Расскажите об основах теории прерывателя цепи. 3. Что такое тумблер? 4. Каковы преимущества магнитного пускателя по сравнению с ручным пус- кателем? 5. Опишите характеристики магнитного пускателя. 6. Что такое концевой выключатель? 7. Расскажите о теории работы термореле перегрузки на основе плавяще- гося сплава. 8. Расскажите о теории работы биметаллического термореле перегрузки. 9. Расскажите о теории работы магнитного реле перегрузки. 10. Что такое пневматический таймер? 11. Как проверять реле? 12. Перечислите различные методы проверки трансформатора. 13. Какова правильная техника чистки катушек? 14. Какова может быть неисправность двигателя, который вращается с поло- винной скоростью? 15. Перечислите различные типы шума от двигателя и устройства управле- ния двигателем. Каковы причины шума? 16. Что такое экранирующая катушка? 17. Дайте определение термина «толчковый режим». 18. Дайте определение термина «торможение противотоком». 19. Почему при операциях управления двигателем частб используется низ- кое управляющее напряжение?
Вопросы для самоконтроля 141 20. Расскажите о техническом обслуживании и сервисе управляющих контак- тов двигателя. 21. Что такое электронный привод? 22. Что такое программируемое устройство управления? 23. Перечислите функции электронного привода. 24. Перечислите различные дефекты, которые индицируются на цифровом дисплее электронного привода. 25. Перечислите различные характеристики программируемого устройства управления. 26. Расскажите о типичных неисправностях программируемых устройств управления. 27. Почему специалист по поиску неисправностей никогда не должен исполь- зовать мегомметр для проверки двигателя, если он соединен с програм- мируемым устройством управления? 28. Перечислите типичные тестовые инструменты для проверки програм- мируемых устройств управления. 29. Перечислите типичные проблемы, связанные с электронными привода- ми и программируемыми устройствами управления. 30. Что следует проверить с помощью приборов, если электродвигатель с электронным приводом не запускается?
Сервисное обслуживание электропроводки бытового и промышленного назначения Электропроводка предоставляет среду, посредством которой энергия переда- ется к электрическим двигателям, устройствам управления, другому электри- ческому и электронному оборудованию. В этой главе даются общие сведения о проводке бытового и промышленного назначения, а также представлена мето- дика поиска неисправностей. Кроме того, рассмотрены процедуры проверки и ремонта систем телевизионных кабельных сетей и систем освещения бытово- го и промышленного назначения. Основные сведения Большинство схем электропроводки состоит из четырех основных частей: ♦ источник питания; ♦ линия передачи; ♦ устройство управления; ♦ рабочее устройство. Однофазные источники питания обычно содержат распределительный щит, который дает 120/240 В. Современные модели обеспечивают ток от 60 до 200 А. В распределительном щите каждая индивидуальная цепь подключена к линии с фазным напряжением и к нейтральной линии заземления (рис. 5.1). На распределительном щите цепь фазы обычно выполняется из черного или красного провода, если напряжение составляет 240 В. Нейтральный провод обычно белый, а зеленый выполняет роль предохранительного приспособле- ния и заземления. Плавкие предохранители или прерыватели защищают линию
Основные сведения 143 Однофазная трехпроводная сеть 120 В 120 В Однофазная трехпроводная сеть 120/240 В ~Г“ 120 В ч- 120 В 240 В Рис. 5.1. Пример источника питания 120 и 240 В с трансформатором фазы от перегрузок. Нейтральная сторона почти всегда подключена к земле путем соединения этого провода с заземляющим стержнем или водопроводной трубой с холодной водой, в зависимости от местных правил (рис. 5.2). Устройство, которое называется заземлением оборудования, состоит из монтаж- ного провода, который соединен с нейтральным выводом на распределительном Рис. 5.2. Схема распределительного щита
144 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки щите (общая земля), с металлической приемной коробкой и третьим отверсти- ем в розетке. Возьмем, к примеру, дрель. Она должна иметь вилку с двумя или тремя штырями и пружинящими контактами, соединенными проводом с метал- лическим корпусом инструмента (рис. 5.3). Рис. 5.3. Распределительный щит, розетка, и ручная дрель, демонстрирующие применение провода заземления Если при работе с дрелью происходит замыкание на землю, ток пойдет не через оператора, а через этот провод заземления назад к источнику. Если защит- ное заземление не предусмотрено, ток с фазной линии может пойти через за- земленную дрель, оператора и назад в заземление на землю (рис. 5.4). Системы заземления защищают операторов и оборудование. Программируе- мые устройства управления и компьютеры особенно чувствительны к замыканию на землю. Приборы более подвержены замыканию на землю, если они работают в среде с высокой влажностью, например в подвалах и на расположенных под открытым небом объектах: на промышленном складе или на цокольном этаже с влажным полом оператор и оборудование в большей степени подвержены рис- ку замыкания на землю. Специалист по обслуживанию не должен думать, что третий штырь вилки всегда защищает оборудование и оператора. Нередко цепь провода заземления имеет обрыв. В старых промышленных установках очень часто встречаются розетки с незаземленными контактами. Даже если розетка снабжена заземле- нием, это не гарантирует защиту во влажных и сырых помещениях ни операто- ру, ни оборудованию.
Основные сведения 145 Путь тока на землю Рис. 5.4. Примеры заземленной и незаземленной схемы Для защиты двигателей, устройств управления и другого промышленного оборудования были разработаны усовершенствованные программируемые тех- нологии. Рис. 5.5 показывает программируемое устройство, спроектированное для защиты больших и дорогостоящих двигателей. Оно предохраняет не только Рис. 5.5. Программируемое устройство защиты двигателя
146 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки Рис. 5.6. Типичное устройство защитного отключения от замыкания на землю, но и от заклинивания, перегру- зок, неравенства фазных напряжений, других проблем питания и нагрузки. Менее дорогостоящие средства защиты от замыкания на землю называются устройствами защитного отключе- ния (УЗО). На рис. 5.6 показан типичный бытовой выклю- чатель УЗО. Прерыватель похож на размыкатель цепи, но защищает схему от замыкания на землю. Он срабатывает, как только небольшой ток начинает течь на землю. Большинство систем электропроводки, расположен- ных в жилых зданиях, обычно используют провод № 14 для тока 15 А, № 12 для тока 20 А, №10 для тока 30 А, № 8 для тока 40 А, и № 6 для тока 55 А. Максимальная мощность оборудования 20 А общего назначения составляет 2400 Вт, а для цепи 15 А - около 1800 Вт (при напряжении 120 В). Общее потребление одновременно включенных устройств не должно превышать возможностей сети питания. При расчете схем бытовой проводки обычно предполагается, что на каждые 35 м2. площади необходимо обеспечение 15 А. Розетка должна быть доступна каждые 3,6 м по длине стены. Обычно оборудование мощностью 8000- 18 000 Вт должно иметь отдельную проводку 240 В (40 А). Электрический нагре- ватель воды (2000-4000 Вт) требует отдельной цепи 240 В (40 А). В кухнях обыч- но предусматриваются две или три отдельные цепи 20 А для электрических устройств. Часто одна цепь общего назначения 15-20 А может обеспечить две спальни и ванную. Используется три основных типа кабеля: с неметаллическим чехлом, гибкий армированный кабель и тонкостенная металлическая трубка, которую часто Рис. 5.7. Однополюсный переключатель, управляющий работой лампы
Основные сведения 147 называют просто трубкой. Она обычно выпускается секциями по 3 м и может иметь разные размеры: 25 мм с четырьмя проводами № 14 или тремя провода- ми № 12; 20 мм с четырьмя проводами № 10 или пятью проводами № 12 и т.д. Существуют различные типы труб: тонкостенные, пластмассовые, неупругие. Неметаллические кабели подразделяются по назначению для помещений и для внешних соединений. Обычно в схемах переключения используются однополюс- ные схемы и схемы на три или четыре направления (рис. 5.7). Переключатель на три направления регулирует питание одной или более ламп из двух мест. В положении, показанном на рис. 5.8, лампа выключена, а при повороте любого переключателя лампа загорится. Для этой схемы необходима трехпроводная линия между переключателями. Рис. 5.8. Переключатель на три направления, управляющий работой лампы Руководит работой одной или более ламп из трех мест переключатель на четыре направления (рис. 5.9). Здесь для соединения также необходим трех- проводный кабель. Кроме того, средний переключатель должен работать на че- тыре направления. Если нужно обеспечить управление более чем из трех мест, просто добавляйте переключатели на четыре направления. Четырехпроводная система состоит из трех фаз, которые имеют одинако- вое напряжение, и четвертого провода заземления, который используется для защиты и уменьшения напряжения. На рис. 5.10 показаны системы с соедине- нием «треугольником» и «звездой», которые обычно используются в школах, офисах и промышленности.
148 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки Рис. 5.9. Переключатель на четыре направления, управляющий работой лампы Соединение звездой, три фазы, четыре провода 120/208 В Соединение треугольником, три фазы , четыре провода 120/240 В Рис. 5.10. Схемы соединения звездой и треугольником
Ремонт цепей электропроводки 149 Ремонт цепей электропроводки К числу обычных неисправностей, которые возникают в цепях электропровод- ки бытового и промышленного назначения, относятся обрывы, замыкание на землю, короткое замыкание и проблемы коэффициента мощности. Обрыв, за- мыкание на землю и короткое замыкание уже были рассмотрены ранее, а труд- ности, связанные с коэффициентом мощности, более характерны для промыш- ленных сетей и силовых устройств переменного тока. Типичной проблемой, возникающей в трехфазных системах промышленного назначения, является низкий коэффициент мощности. Любой тип цепей или устройств переменного тока с реактивным сопротивлением индуктивного типа - нагреватели, лампы, двигатели, устройства управления - вызывает запаздывание нарастания сину- соидальной полуволны тока относительно полуволны напряжения, которое вы- ражается в процентах и часто изменяется в пределах 30-90%, при этом второй показатель наиболее приемлем по сравнению с первым. Коэффициент мощно- сти представляет собой косинус фазового угла между напряжением и током. При низком коэффициенте мощности потребляется большой ток, это неэконо- мично и дорого, а также увеличивает нагрев. Скорректировать его можно при помощи добавления в схему параллельно подключенной емкости (рис. 5.11). Рис. 5.11. Корректировка низкого коэффициента мощности за счет добавления конденсатора Коррекция коэффициента мощности обычно выражается в единицах, называе- мых «ВАР» (вольт-ампер-реактивный) или килоВАР и осуществляется за счет до- бавления конденсаторов, которые уменьшают разность фаз между напряжением
150 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки и током в схеме. Поэтому двигатель с коррекцией коэффициента мощности рас- сеивает меньше энергии в варах, что снижает потери и затраты. На рис. 5.11 обратите внимание, что блок конденсаторов имеет плавкий пре- дохранитель для дополнительной защиты на каждой линии. Это делается на слу- чай, если один из конденсаторов будет закорочен. Между конденсаторами уста- новлены резисторы утечки для разряда конденсаторов после выключения устройства и уменьшения риска электрического удара. Заметьте, что конструк- тивно сами конденсаторы могут размещаться на входе источника питания, дви- гателе или перед нагрузкой двигателя. При поиске неисправностей систем электропроводки попробуйте сначала ориентироваться с помощью чувств. Если размыкатель просто сработал, но не сбросился, подумайте, что могло вызвать этот эффект. Может быть, кто-то про- сто включил устройство и вызвал этим перегрузку в цепи. Чувствуете ли вы необычные запахи? Откуда эти странные звуки? Проверьте систему на наличие трещин, обугленных элементов, запахов, механических поломок и т.д. Если в системе электропроводки есть блок плавких предохранителей, про- верьте основные с помощью вольтметра. На рис. 5.12 демонстрируется метод локализации сгоревшего предохраните- ля в однофазной системе. Когда выводы вольтметра подключены к линии (спра- ва вверху), по показаниям прибора мы можем видеть, что напряжение есть. Ког- да вольтметр подключен к контактам после плавких предохранителей (слева вверху) и нет индикации, мы знаем, что предохранитель сгорел. Последний предохранитель проверяется таким же образом. Рис. 5.12. Проверка плавких предохранителей в однофазной системе В трехфазной системе предохранители можно проверить вольтметром или ом- метром таким же образом, как они тестируются в однофазной системе (рис. 5.13).
Ремонт цепей электропроводки 151 Сгоревший Показывает величину, предохра- меньшую напряжения линии Сгоревший предохра- нитель Рис. 5.13. Проверка плавких предохранителей в трехфазной системе Другим прибором, который часто используется для проверки после завер- шения установки бытовой проводки, является тестер розеток (рис. 5.14). Он индицирует типичные неисправности цепей: обрыв фазы, обрыв нейтрально- го проводника, фазный и нейтральный провода перепутаны, изменение поряд- ка подключения фаз. Рис. 5.14. Тестер розеток Обычными неисправностями в промышленных электросетях являются ко- роткие замыкания и обрыв провода, а также замыкание провода на металличес- кую оболочку (трубку). Используя рис. 5.15 в качестве примера типичной промыш- ленной цепи, мы рассмотрим поэтапную процедуру поиска неисправностей. Проверьте: 1. Подачу питания с линии на основной распределительный щит. 2. Наличие грязи, плохого прижима контактов или сгоревших предохрани- телей. Качество блока размыкателей: нет ли там изношенных или подвер- гшихся коррозии ножей, дефектных плавких предохранителей, непра- вильно работающих приводных механизмов. 3. Устройство управления двигателем и провода, ведущие к устройству и от него. На слабые, ненадежные контакты, грязь, масло, закороченные об- мотки и т.д.
152 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки Рис. 5.15. Типовая промышленная электросеть 4. Непрерывность цепи от блока размыкателей до устройства управления двигателем с помощью омметра. Если в устройстве управления двигате- лем есть напряжение и оно работает правильно при подаче питания, мы можем точно сказать, что дефект должен находиться между устройством управления и двигателем. 5. Проводку между устройством управления двигателем и распределитель- ной коробкой на обрыв в схеме, короткое замыкание или замыкание на землю. В нашем примере мы обнаружили, что провода в трубке имеют обрыв и замкнуты на трубку. 6. Соединительную коробку, на слабые соединения, соединительные клеммы, , зажимы провода внутри коробки и т.д. на наличие влаги, грязи, масла. 7. После восстановления, исправность линии между распределительной ко- робкой и электродвигателем. 8. Действие кнопочного переключателя и двигателя. Таким простым и логичным способом мы можем выявить неисправность. Помните, что если кабель вызывает сгорание предохранителей или сраба- тывание размыкателя без нагрузки, а все устройства управления были прове- рены, значит, кабель закорочен. В таком случае лучше воспользоваться преимуществами, которые дает труб- ка. Старые закороченные провода можно легко вытянуть из нее и вставить дру- гие, используя моток гибкой стальной проволоки. Если неметаллический кабель требует замены, то, вероятно, сделать это будет сложно, не вскрывая стены,
Ремонт цепей электропроводки 153 если вообще возможно. Вытаскивая неметаллический поврежденный кабель, при- крепите к нему новый и тяните его внутрь, по мере того, как вытягиваете старый. Трубка также механически прочнее и лучше защищает медный провод. Именно по- этому вся наружная проводка должна выполняться с применением трубок. Если в цепи используется устройство защитного отключения, то необходи- мо проследить все ответвления, проверив их на наличие влаги и/или коротко- замкнутые или замкнутые на землю провода. Основное преимущество преры- вателей защитного отключения заключается в том, что они могут спасти жизни и предотвратить травму за счет автоматического отключения подачи энергии. Они могут сработать под воздействием влажности различного происхождения - и это их недостаток. Например, очень часто прерыватель срабатывает в жар- кую, дождливую погоду или во время ливня, хотя никакой угрозы не возникло. Другой недостаток заключается в том, что даже если прерыватель сработал, через него может пройти выброс напряжения (пусть даже длительностью в микросекунды), который может нанести удар человеку, в результате существен- но возрастает риск травмы. Это может быть особенно опасно для того, кто ра- ботает на высоко расположенной подставке. Другой защитный прибор, в соче- тании с изолирующим трансформатором, может устранить этот недостаток прерывателя замыкания на землю. Для проверки сопротивления изоляции трехфазных распределительных ка- белей можно использовать мегомметр. Тестируйте провода по очереди, подклю- чая мегомметр к одной линии, соединив и связав две другие вместе и заземлив их (рис. 5.16). Сравните показания омметра с требованиями стандарта кабеля, зависящими от его размера, длины и условий работы. Кроме ремонта кабеля, может потребоваться замена или восстановление механически поврежденной или обуглившейся изоляции. Эта ситуация наибо- лее часто встречается, когда в наличии нет конкретного изолятора. Другой способ поиска неисправностей систем проводки заключается в пооче- редном отключении секций цепи. С использованием мегомметра или омметра отследите прохождение сигнала в системе от точки к точке, отсоединяя по од- ной части схемы по очереди, до тех пор, пока не обнаружите короткое замыка- ние, обрыв или замыкание на землю (рис. 5.17). Рис. 5.16. Проверка сопротивления изоляции с помощью омметра Рис. 5.17. Процедура поиска неисправностей в проводке промышленного назначения
154 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки Например, для того чтобы выявить замыкание на землю, сначала отсоедини- те двигатель в точке С и проверьте напряжение в линии с помощью мегоммет- ра. Затем отсоедините устройство управления двигателем и проверьте напря- жение. После этого проверьте распределительный щит. Каждый специалист по поиску неисправностей в промышленном оборудова- нии сталкивается с разнообразными распределительными щитами, блоками размыкателей, другими заключенными в корпус средствами проводки и управ- ления. Проблемы, связанные с ними, обычно заключаются в некачественных соединениях, сломанных проводах, коррозии контактов, неисправных плавких предохранителях или размыкателях. Визуальное тестирование позволит выявить большинство механических не- исправностей оборудования. Проверьте, нет ли признаков загрязнения, сло- манных проводов или разъемов. Советуем вам воспользоваться специальным диагностическим оборудованием. Однако помните, что если размыкатель не сбрасывается, часто срабатывает или функционирует нечетко, его следует за- менить. В крупных системах распределения электроэнергии иногда используется ком- бинация размыкателя цепи с видимыми изолированными контактными ножами, который называется «выключателем цепи». Этот прибор основан на пружинном механизме и вакуумном прерывателе для обеспечения полной защиты от фазо- вого сверхтока, фазовых потерь и замыканий. В блоках размыкателей есть очень надежный переключатель, расположен- ный на фланце с рукояткой для остановки подачи энергии от двигателей, насо- сов, устройств управления и др. Однако, если все же произошла поломка, про- верьте на наличие неисправностей приводной механизм, сломанную или Рис. 5.18. Трехфазная проводка промышленного назначения и корпус распределительной панели
Ремонт систем освещения 155 отсоединившуюся пружину или соединительное звено, изношенную, или подвер- гшуюся коррозии нажимную пластину или держатель плавкого предохранителя. Корпуса распределительных щитов, блоков размыкателей и др. могут быть механически испорчены, подвергнуться коррозии под воздействием атмосфе- ры, быть повреждены химическими соединениями, маслом, влагой, грязью и пр. Исправьте незатянутые соединения, закороченные провода, некачествен- ные гибкие соединители, механические повреждения, удалите коррозию. На рис. 5.18 показан пример корпуса промышленного устройства управле- ния. Обратите внимание на аккуратное расположение и состояние проводов и соединений. Провода должны иметь длину, обеспечивающую не слишком тугое и в то же время не чересчур свободное соединение, что позволит предотвратить возмож- ные проблемы: короткое замыкание или отсоединение. Собирая кабель в элект- рических коробках, оставляйте 15 см для гибкого соединения, обычно выпол- няемого с помощью пластмассовых клеммных разъемов . Ремонт систем освещения Системы освещения бытового и промышленного назначения часто требуют обслуживания. Вот некоторые типы стандартных ламп: ♦ накаливания; ♦ флуоресцентные; ♦ газонаполненные; ♦ ртутные; ♦ газоразрядные; ♦ высокого и низкого давления и др. Лампы накаливания (которые обычно и называются электрическими), как пра- вило, используются в жилых зданиях. Типичной их проблемой является тресну- тый патрон, низкое напряжение, которое значительно уменьшает эффектив- ность, (яркость) лампы. И основная проблема, с которой необходимо бороться, - вибрация. Именно это явление чаще всего приводит к обрыву вольфрамовой нити. Существует несколько типов флуоресцентных осветительных систем: с предва- рительным нагревом и быстрого включения. Первый из рассматриваемых ти- пов требует вспомогательного запускающего переключателя, при активации которого дроссель стартера обеспечивает пусковой ток для предварительного нагрева электродов флуоресцентной лампы. Через несколько секунд пускатель срабатывает и лампа загорается. К числу обычных проблем ламп с предварительным нагревом относятся мигание и неспособность загореться. Эти неполадки могут возникать из-за сло- манного гнезда, неправильной установки, низкого напряжения, грязи, ошибок в проводке, неисправной лампы, дросселя или пускателя. Наиболее часто встре- чаются низкое напряжение, грязные лампы или неисправный пускатель.
156 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки Лампы быстрого и мгновенного включения отличаются от описанных выше тем, что не требуют пускателя. Дроссель имеет встроенную обмотку, которая обес- печивает необходимый ток. Типичной проблемой этих компонентов является то, что при загрязнении, особенно в условиях высокой влажности, лампа не загорается, а мигает. В таких случаях осветительный прибор необходимо про- чистить или заменить. Другие проблемы заключаются в сломанном гнезде, низ- ком напряжении, неправильной проводке или неисправном дросселе. Ртутные газонаполненные лампы обычно используются в промышленности и обеспечивают яркое освещение, но требуют постоянного и надежного источ- ника питания. При скачках напряжения лампа не работает, затем в течение 5-10 мин охлаждается, чтобы вернуться к прежней яркости. Слабые места по- добных устройств: низкое напряжение, перебои в подаче питания, неисправ- ные трансформаторы. Лампы высокого давления работают аналогично ртутным и газонаполненным и также требуют надежного постоянного источника напряжения, достаточного времени, чтобы охладиться перед повторным включением. Проблемы: несоот- ветствующее напряжение, перебои в подаче питания, неисправные лампы и дроссели. Ремонт распределенных систем телевидения Область радиосвязи и телевидения продолжает развиваться. Появляются все новые технологии: спутниковые системы бытового и коммерческого назначе- ния, устройства медицинской телеметрии, цифровое радиовещание, усовер- шенствованные распределенные системы антенн. Этот сегмент технического обслуживания можно освоить, если понять прин- ципы работы и поиска неисправностей распределенной системы антенн. Антенна - первичный компонент системы, отвечающий за прием сигнала. Предусилитель, который располагается в корпусе антенны, повышает каче- ство приема сигнала. Распределительный усилитель используется для усиления сигнала до уровня, достаточного для хорошего приема. Рис. 5.19. Полупроводниковый распределительный усилитель, предназначенный для усиления сигналов VHF и UHF
Ремонт распределенныхсистем телевидения 157 Например, на рис. 5.19 показан однокаскадный распределительный усилитель для использования в средних и больших системах кабельного телеви- дения с приемом на общую антенну и телевиде- ния с использованием главной антенны. Он характеризуется регулятором коэффици- ента усиления, настраиваемым высокочастотным фильтром, максимальной стабильностью сигнала. Разветвитель разделяет сигналы и отправляет их в линию передачи. Самые распространенные ти- Рис. 5.20. Разветвитель на два направления для разделения и согласования сигналов коаксиальной линии 75 Ом пы данных компонентов - на 2 и 4 направления (рис. 5.20). Ответвитель используется для направления части сигнала от основной линии к приемнику. Два основных типа описываемых устройств - это линейный и промежуточный ответвитель. Линейный ответвитель монтируется на стене около телевизионного прием- ника. Он обеспечивает разделение выходных каналов так, что приемники не влияют друг на друга, предотвращая размытость и паразитное изображение. Промежуточный ответвитель используется, Рис. 5.21. Направленный линейный промежуточный ответвитель на один телеприемник когда несколько телеприемников расположе- ны на большом расстоянии от основной ли- нии. Он ведут сигнал непосредственно к теле- визору, что упрощает установку (рис. 5.21). Устройства согласования предназначены для обеспечения соответствия сигналов от антен- ны телевизионным приемникам. Существует несколько различных типов устройств согласо- вания. Например, если используется отдельная антенна МВ (метровых волн) и ДМВ (децимет- ровых волн), то устройство согласования пред- назначено для трансформирования этих от- дельных сигналов в единый выходной сигнал при выходном сопротивлении 75 или 300 Ом, что устраняет необходимость тянуть две отдельных линии к теле- приемнику. Устройства согласования часто устанавливаются на антенне или на чердаке. Фильтры используются для ослабления определенных сигналов (частот), уст- раняя наложение сигналов. Любительский диапазон радиочастот и диапазон ЧМ нередко накладываются друг на друга. Большинство фильтров FM предназначе- ны для ослабления частотно модулированных сигналов в диапазоне 88-108 МГц. Для фильтрации нежелательных частот используются также аттенюаторы. Антенна представляет собой проводник, который принимает электромагнит- ные волны, возбуждающие ток соответствующей частоты. Ее длина и резонанс- ный эффект непосредственно связаны с частотой и длиной волны: длина антен- ны обратно пропорциональна частоте. Для измерения коэффициента усиления,
158 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки потерь или качества изоляции антенны и кабелей используется единица деци- бел (дБ). Децибел- это соотношение двух напряжений (точнее, логарифм отношений), входного и выходного напряжения системы антенна/кабель. Тысяча микро- вольт эквивалентны одному дБ при относительном напряжении 1 мВ. В качестве антенного провода используют, в основном, коаксиальный кабель 75 Ом и двухпроводный 300 Ом. Он имеет круглое сечение и стоит дороже, чем двухпроводный кабель, идеален для прохождения через трубы, защищен от погодного влияния, имеет хорошую экранировку от внешних помех и защиту от интерференции. Есть два основных типа двухпроводного кабеля - стандартный плоский и цилиндрический с пенным наполнителем. Первый двухпроводный кабель дешевле, но не так устойчив к плохим погод- ным условиям, как кабель с наполнителем. Никакой двухпроводной кабель не дает достаточной защиты от помех и интерференции. На рис. 5.22 показана распределенная система на 82 канала и 96 телевизион- ных приемников. Эта система иллюстрирует использование разделителей, ли- нейных ответвителей, усилителя, источника питания, предусилителя и антен- ны. Нагрузочные резисторы используются для предотвращения возникновения отраженной волны в линии передачи. Нагрузочные резисторы Рис. 5.22. Телевизионная система с главной антенной для комплекса жилых зданий
Ремонт распределенных систем телевидения 159 Более совершенные антенные системы обеспечивают прием цифровых спутниковых сигналов, качественный прием видеосигналов, CD-звук и возмож- ность доступа к сотням каналов. Например, мобильная цифровая спутниковая система Winegard имеет антен- ну из стали с покрытием методом горячего цинкования с защитой от ультрафи- олетового излучения и влияния погодных условий. Различные типы спутников включают мобильные системы с ручным и автоматическим цифровым наведе- нием и переносные домашние установки с дополнительными наборами. Чтобы гарантировать корректную работу распределенных систем телевиде- ния следует помнить о нескольких правилах. Антенна должна быть хорошего качества и обладать хорошей коррозионной устойчивостью. Она должна быть надежно установлена для обеспечения правильной ориентации. Если антенна неверно направлена, она может плохо принимать сигнал или будут возникать паразитные изображения из-за того, что волна отражается от различных объектов, например больших зданий. Отраженный сигнал фактически несколько задерживается. Он поступает в антенну вскоре после основного сигнала и оказывается слегка смещенным впра- во на телевизионном экране. Для устранения этой проблемы необходимо пере- направить антенну или установить более узконаправленную антенную систему. Другой вариант: попробуйте установить антенну поменьше, ту, что имеет высо- кий коэффициент обратного излучения, но среднее значение коэффициента усиления. Антенна должна устанавливаться вдали от деревьев, металлических и круп- ногабаритных объектов, например, на чердаке или крыше. Однако помните, что теплоизоляция на подложке из алюминиевой фольги и металлические кро- вельные материалы могут ослабить сигнал. Основная причина проблем устройства для излучения и приема электромаг- нитных волн заключается в коррозии под воздействием осадков. Антенну сле- дует заменить, если очевидна потеря сигнала. Пробой изоляции, вызванный неблагоприятными условиями погоды, - глав- ная причина неполадок распределительных линий. Линию передачи можно проверить омметром. Кроме того, используя не- большой телевизор или монитор, можно проследить прохождение сигналов в антенне шаг за шагом. Распределительную линию можно также проверить с помощью замены ее заведомо исправным кабелем. Помните, что короткое замыкание в коаксиаль- ном кабеле не всегда вызывает короткое замыкание в схеме. Закороченный кабель часто действует как фильтр, очевидно, вследствие наличия активного со- противления по постоянному току и собственной индуктивности, образовавшей- ся при коротком замыкании. На телевизионном приемнике могут возникать нео- бычные эффекты: исчезновение цвета на одном канале при сохранении его на других, или только некоторые из подключенных к общей антенне приемников начинают принимать более слабый сигнал, чем остальные. Обрыв в коаксиальном
160 ГЛАВА S. Сервисное обслуживание электропроводки кабеле может также вызвать странные результаты: потерю четкости или пара- зитное изображение, плохой прием или отсутствие сигнала. Помните, что пре- дусилитель может только усилить сигнал, принятый антенной. Он не может расширить диапазон или усилить сигнал, поступающий к антенне. Неаккуратная установка распределительной сети может привести к плохому приему, паразитному изображению или потере четкости изображения. Некото- рые проблемы возникают потому, что на конце цепи не установлен нагрузочный резистор, кабель защемлен скобами крепления, делает резкие изгибы, что созда- ет несоответствия импеданса и вызывает слабые или плохие соединения. Когда исправный телевизор дает изображение с помехой типа «снег», причина должна заключаться в слабом сигнале. Для хорошего, чистого, контрастного при- ема обычно необходим сигнал 0 дБмВ, что соответствует 1000 мкВ. Обычная про- блема большинства систем заключается в том, что к антенне подключены слишком много телевизионных приемников без достаточного усиления сигнала. Каждый телевизор ослабляет сигнал. Кроме того, если распределительный кабель слишком длинный, сигнал также ослабеет. Например, 30-метровый коаксиальный кабель вызывает потерю около 6 дБ на канале 14. Это соответствует приблизительно дву- кратному ослаблению сигнала 1000 мкВ, необходимого для хорошего изображения. Обслуживая или устанавливая антенную систему, важно вычислить мощность сигнала для использования наиболее подходящего усилителя. Для обеспечения должного уровня сигнала при проектировании системы необходимо также учи- тывать возможные потери. В областях, где возникает нежелательный шум при приеме, попробуйте ис- пользовать фильтр для ослабления ненужных частот. В регионах с очень сильны- ми сигналами ЧМ может помочь заграждающий фильтр. При необходимости, специалист по поиску неисправностей может соединить несколько заграждаю- щих фильтров в виде нескольких каскадов. Главной угрозой для антенн являются молнии, которые часто попадают в ан- тенну, вызывая множество проблем: обрыв линии передачи, предусилителе, раз- ветвителе и других компонентах. Обычно предусилитель, который расположен в корпусе антенны, снабжен защитным диодом, который уменьшает риск наибо- лее серьезных проблем. Молниезащита и заземленные стержни также могут уменьшить вероятность возникновения более серьезных неисправностей. Профилактическое техническое обслуживание Идеальная программа профилактического технического обслуживания должна состоять из периодической проверки всей распределительной системы, рас- пределительных коробок и приборов. Для регистрации всех неисправностей необходимо вести журнал учета. Прежде всего обращайте внимание на устройства управления с повышенным уровнем шума и настраивайте их. Грязные, липкие, влажные линии, устройства управления двигателем, распределительные коробки следует периодически чистить. Регулярно проверяйте напряжение в линии. Значения этого парамет- ра не должны отличаться от заданных более чем на 10%.
Вопросы для самоконтроля 161 В жаркие летние дни, когда могут возникать проблемы, связанные с низким напряжением. Подразделение, занимающееся техническим обслуживанием дол- жно попытаться отключить все менее важные осветительные приборы, двига- тели и другое оборудование. Низкое напряжение заставляет двигатели потреб- лять больше тока, что в свою очередь приводит к выделению большего тепла. В результате это разрушает кабели, двигатели и другое оборудование. Необходимо регулярно проверять температуру окружающей среды около данного устройства. Аномально высокие показатели вызывают поломки и могут стать косвенной причиной пожаров, поскольку жара увеличивает ток и вызыва- ет пробои изоляции. В то же время мороз может вызвать образование трещин. Полупроводники очень чувствительны к изменениям температуры вне пре- делов допустимых величин. Неблагоприятная погода может разрушить диоды, транзисторы, тиристоры и другие полупроводниковые устройства. Убедитесь, что они снабжены адекватным охлаждением и не подвергаются чрезмерному воздействию тепла. Следует избегать работы приборов при несоответствующих физических или механических условиях без крайней необходимости, поскольку это создает ре- альную опасность для оператора, а также может стать причиной преждевремен- ного выхода оборудования из строя. Найдите способы уменьшения или устране- ния вибрации, механического перемещения, воздействия внешних материалов и загрязнения. Вопросы для самоконтроля Выберите наилучший ответ: 1. В настоящее время в жилых домах используются распределительные ко- робки, обеспечивающие ток как минимум: а) 30 А; б) 60 А; в) 100 А; г) 150 А; д) 200 А. 2. Нейтральный общий провод обычно имеет цвет и под- ключается к а) красный, трубе холодного водоснабжения; б) белый, к размыкателю цепи или плавкому предохранителю; в) черный, к размыкателю цепи или плавкому предохранителю; г) белый, трубе холодного водоснабжения; д) красный, к размыкателю цепи или плавкому предохранителю. 3. Провод № 8 обычно используется для: а) 15 А; б) 20 А; в) 30 А; г) 40 А; д) 60 А.
162 ГЛАВА S. Сервисное обслуживание электропроводки 4. Другое название тонкостенной металлической трубки для проводов: а) неметаллический кабель; б) гибкий металлический кабель; в) трубка; г) армированный кабель; д) ничего из перечисленного. 5. Другое название гибкого стального кабеля: а) трубка б) тонкостенная металлическая трубка; в) синтетический кабель; г) неметаллический кабель; д) ничего из перечисленного. 6. Переключатель на 4 направления позволяет руководить работой лампы из мест: а) 1; б) 2; в) 3; г) 4; д) 5. 7. Коэффициент мощности индуктивной реактивной схемы можно увели- чить за счет добавления: а) конденсаторов; б) индукторов; в) катушек индуктивности; г) плавких предохранителей; д) ничего из перечисленного. 8. Устройство для протягивания провода через трубку называется: а) проволочные клещи; б) скоба; в) разъем; г) проволока для протаскивания электропроводов через трубы; д) ничего из перечисленного. 9. Наилучший способ проверки сопротивления изоляции заключается в ис- пользовании: а) вольтметра; б) омметра; в) амперметра; г) мегомметра; д) всех перечисленных приборов. 10. Для уменьшения уровня сигнала в пунктах с очень сильным сигналом ис- пользуется: а) разделитель; б) усилитель; в) ответвитель; г) новая антенна; д) аттенюатор.
Вопросы для самоконтроля 163 11. Какая из следующих ламп использует пускатель: а) лампа с предварительным нагревом; б) лампа быстрого запуска; в) лампа мгновенного запуска; г) все перечисленные. 12. Какая из следующих ламп требует определенного периода времени для охлаждения перед повторным запуском: а) лампа накаливания; б) флуоресцентная; в) ртутная газонаполненная; г) никакая из перечисленных. 13. Устройство для ослабления специальных сигналов это: а) промежуточный ответвитель; б) линейный ответвитель; в) разветвитель; г) заграждающий фильтр. 14. Провод с экраном это: а) плоский двухпроводный; б) двухпроводный с пенным наполнителем; в) коаксиальный; г) все перечисленные. 15. Какой из следующих проводов имеет импеданс 75 Ом: а) плоский двухпроводный; б) двухпроводный с пенным наполнителем; в) коаксиальный; г) никакой из перечисленных. 16. Прибор для предотвращения отражения сигнала в линию передачи назы- вается: а) заграждающий фильтр; б) линейный ответвитель; в) предусилитель; г) нагрузочный резистор. 17. Причина размытого изображения и паразитного изображения заключает- ся в: а) обрыв в линии передачи; б) неправильно расположенная антенна; в) одновременный прием прямого и отраженного сигналов; г) все перечисленные. 18. Предусилитель обычно устанавливается: а) на телевизионном приемнике; б) на антенне; в) на чердаке или стене; г) ничего из перечисленного. 19. Прибор для увеличения уровня сигнала называется: а) линейный промежуточный ответвитель; б) усилитель;
164 ГЛАВА 5. Сервисное обслуживание электропроводки в) аттенюатор; г) заграждающий фильтр. 20. Максимальная емкость для схемы общего назначения составляет около: а) 1500 Вт; б) 1800 Вт; в) 2400 Вт; г) 2800 Вт. Вопросы и проблемы 1. Расскажите о типах кабеля, которые обычно используются в проводке бытового и промышленного назначения. 2. Расскажите о действии переключателей на три и четыре направления. 3. Расскажите о приборах для заземления и его применении. 4. Каковы различия напряжений между трансформаторными системами энергоснабжения с соединениями звездой и треугольником? 5. Объясните функции программируемого устройства защиты двигателя. 6. Перечислите недостатки прерывателя замыкания на землю. 7. Расскажите о методах, используемых при поиске неисправностей элект- ропроводки. 8. Укажите причины, по‘которым на экране телевизора может иметь место помеха типа снег. 9. Расскажите о воздействии температуры на работу приборов. 10. Расскажите о процедурах технического обслуживания, которые следует выполнять при работе в сфере производства. И. Объясните, как на экране телевизора образуется двойное изображение. 12. Что можно сделать для ослабления сильного сигнала FM? 13. Расскажите о стандартных неисправностях антенн и кабельной сети. 14. Какова разница между коаксиальным кабелем и двухпроводным кабелем? 15. Сколько микровольт требуется для качественной, чистой картинки на экране телевизора? 16. Опишите, что может случиться, если в коаксиальном кабеле возникает короткое замыкание. 17. Каковы возможные последствия обрыва в коаксиальном кабеле? 18. Объясните разницу между линейным и промежуточным ответвителем. 19. Что такое аттенюатор? 20. Какова цель использования разветвителя? 21. Расскажите о преимуществах использования коаксиального кабеля 22. Расскажите о разнице между стандартным плоским двухпроводным кабе- лем и трубчатым двухпроводным кабелем с пенным наполнителем. 23. Что такое децибел? 24. Какова разница между усилителем и предусилителем? 25. Для чего используются нагрузочные резисторы?
Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры Радиоприемник представляет собой электронный прибор, который принима- ет электромагнитные сигналы из окружающего пространства, усиливает их, выделяет необходимую часть и воспроизводит звук. Приемник должен соответ- ствовать типу модуляции передатчика: амплитудная модуляция (AM), частотная модуляция (ЧМ), с разделением каналов, стерео и т.д. Телевизионная аппаратура является отдельной областью приемопередаю- щей электроники, в которой применяются сложные технологии. Передача и прием изображений - это настоящий подвиг, если говорить о черно-белом теле- видении, и просто чудо, если говорить о цветном. В этой главе мы рассмотрим некоторые принципы сервисного обслуживания радио и телевизионных при- емников. Основные сведения об амплитудной модуляции То, что мы привыкли называть радиоволнами, представляет собой колебание электромагнитной энергии. Эти волны распространяются со скоростью 300 мил- лионов метров в секунду, причем каждая имеет определенную длину. Чем мень- ше частота, тем длиннее волна, чем выше частота, тем короче волна. Колебания воздуха имеют частоту в пределах 20 Гц до 20 кГц, их могут слышать большинство людей. Волны с большей частотой недоступны для человеческого слуха. Однако ультразвуковые колебания могут излучать и воспринимать некоторые животные. Поскольку физический размер антенны пропорционален длине волны, ис- пользование этого устройства для приема и передачи электромагнитных колеба- ний в звуковом диапазоне может быть непрактичным. Поэтому высокочастотная
166 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры волна, выработанная генератором, смешивается с низкочастотной звуковой волной. При этом образуется модулированная волна, которая используется для транспортировки информации от передатчика к приемнику. На рис. 6.1 показан принцип амплитудной модуляции, при котором информация, то есть сигнал низ- кой звуковой частоты, изменяет амплитуду сигнала-носителя. Амплитудно-моду- лированная волна представляет собой комбинированный сигнал носителя, а так- же верхней и нижней боковой полосы частот. Звуковая волна шл Несущая волна Рис. 6.1. Две волны, которые образуют модулированную волну радиочастоты Большинство схем AM являются супергетеродинными приемниками благодаря наличию внутреннего генератора (гетеродина) и каскада смесителя (рис. 6.2). Антенна принимает сигналы многих частот в заданном диапазоне. Входной из- бирательный контур, который состоит из переменного конденсатора и катуш- ки, выделяет нужную частоту и передает сигнал этой частоты в смеситель. Усилитель высокой частоты МИшМИШТ Усилитель ЭДПпКш промежуточной частоты Схема автоматической регулировки усиления (АРУ) Рис. 6.2. Блок-схема приемника AM Y 4Н
Основные сведения о частотной модуляции 167 В каскаде смесителя входные сигналы радиочастоты смешиваются с сигна- лом генератора (гетеродина) с постоянной амплитудой, который имеет часто- ту (обычно) на 465 кГц (это обычная промежуточная частота) выше, чем вход- ной сигнал. С выхода смесителя комбинация этих сигналов проходит через колебательный контур, настроенный на 465 кГц. Предположим, что входной контур настроен на прием сигнала 1000 кГц и промежуточная частота равна 465 кГц. При этом гетеродин автоматически на- страивается на величину 1465 кГц, в результате чего образуется промежуточная частота 465 кГц, представляющая собой разность между входной частотой 1000 и 1465 кГц. Имейте в виду, что, хотя частота 465 встречается наиболее часто в диапазонах длинных (ДВ) и средних (СВ) волн, многие приемники имеют дру- гие промежуточные частоты. Следующая стадия обработки сигнала - один или несколько (до трех) каскадов усиления промежуточной частоты. Каждый каскад усиления промежуточной частоты может содержать фильтр, настроенный на соответствующую промежуточную частоту для улучшения избирательности. Функция детектора заключается в отделении звуковых колебаний, несущих по- лезную информацию, от несущей промежуточной частоты. Он делает это в два этапа. Сначала происходит детектирование смешанного сигнала, при этом сна- чала выпрямляется верхняя положительная полуволна AM сигнала. Затем про- межуточная частота отфильтровывается на землю через шунтирующий кон- денсатор, и далее проходит только низкочастотный звуковой сигнал. Схема автоматической регулировки усиления (АРУ) благодаря наличию обратной свя- зи с использованием части выходного сигнала и воздействия на коэффициент усиления ВЧ каскадов, поддерживает относительное постоянство сигнала, то есть громкость звука на выходе приемника. Звуковой сигнал от детектора поступает на усилитель звуковой частоты. Здесь звуковой сигнал достигает мощности, достаточной для приведения в дей- ствие динамик. Основные сведения о частотной модуляции Технология передачи с использованием частотной модуляции (ЧМ) начинается с несущей волны радиочастоты и волны звуковой частоты, называемой модули- рующим сигналом. Когда несущая радиочастота модулируется звуковым сигна- лом, частота несущей радиоволны изменяется вместе с амплитудой модулирую- щего сигнала (рис. 6.3). Блок-схема приемника ЧМ показана на рис. 6.4. Антенна принимает сигналы ЧМ в пределах своего диапазона частот, а входной избирательный контур вы- бирает конкретный диапазон частот. Усилитель высокой частоты делает прием сигнала ЧМ более уверенным. Местный генератор (гетеродин) вырабатывает радиочастотный сигнал постоянной амплитуды, который смешивается с сигна- лом ЧМ, образуя промежуточную частоту. Каскады промежуточной частоты обычно настроены на 465 кГц. Один или более каскадов промежуточной часто- ты пропускают и усиливают сигнал промежуточной частоты.
168 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры (С) Рис. 6.3. Принцип частотной модуляции - звуковая волна смешивается с несущей волной, создавая изменения частоты Рис. 6.4. Блок-схема приемника ЧМ Детектор ЧМ отличается от детектора AM. Детектор ЧМ должен выделить модулирующую низкочастотную составляющую промежуточной частоты. Затем выделенный звуковой сигнал подается через схему компенсации предыскаже- ний. Эта схема восстанавливает амплитудно-частотную характеристику сигнала. В передатчике высокие частоты звукового сигнала еще больше усиливаются - это называется предыскажением - для улучшения отношения сигнал/шум при передаче. Поэтому в приемнике необходимо проделать обратную процедуру.
Основные сведения о частотном разделении каналов 169 После коррекции предыскажений звуковой сигнал усиливается каскадом уси- ления низкой частоты для подачи на динамик. Обратите внимание на наличие каскада автоматической регулировки частоты (АРЧ), который поддерживает правильную настройку гетеродина приемника. Некоторые части схемы AM могут быть использованы в приемнике ЧМ. На рис. 6.5 показана блок-схема комбинации приемника AM и ЧМ. Когда вы пере- ключаетесь с AM на ЧМ, одновременно включаются все схемы, предназначен- ные только для этого режима работы. Рис. 6.5. Блок-схема приемника АМ/ЧМ Основные сведения о частотном разделении каналов Когда вы слушаете стереорадиостанцию ЧМ, то через два динамика идут два совершенно отдельных звуковых канала (рис. 6.6). На радиостанции стереораз- деление начинается с двух отдельных микрофонов для приема звуковых сигна- лов. Сигналы обозначены L (левый) и R (правый), в соответствии с положени- ем микрофонов. Сигналы L и R подаются на стереокодер, который формирует два выходных сигнала. Один сигнал представляет собой сумму (L + R), а дру- гой - разность (L - R).
170 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры Подавленная несущая 19 кГц, полученная из поднесущей 38 кГц Поднесущая 38 кГц w Рис. 6.6. Компоненты сигнала с разделением каналов Несущая модулированного стерео сигнала с разделением каналов Выход L - R представляет собой поднесущую частоту 38 кГц с амплитудной моду- ляцией, которая образует боковые полосы частот выше и ниже 38 кГц. Поднесущая 38 кГц затем подавляется после модуляции, оставляя только боковые полосы. Боко- вые полосы L - R подаются затем на передатчик ЧМ. Передатчик ЧМ частотно мо- дулируется выходом L + RhL-Rh подавленной несущей 19 кГц. На рис. 6.7 изобра- жена блок-схема стереопередатчика ЧМ. Обратите внимание на стереокодер. К усилителям мощности и антенне Рис. 6.7. Бок-схема стереопередатчика ЧМ
Основные сведения о частотном разделении каналов 171 Анализ частотного спектра несущей модулированного стереосигнала с разде- лением каналов показан на рис. 6.8. Обратите внимание, что нижняя часть час- тотного спектра содержит сигнал L + R для монофонических приемников (от 30 Гц до 15 кГц). Боковые полосы частот L - R с подавленной несущей (23-53 кГц) занимают верхнюю часть. Подавленная несущая 19 кГц также передается как часть комплексного сигнала для синхронизации и восстановления частоты 38 кГц в приемнике при демодуляции. Цель подавленной несущей заключается в умень- шении энергии в комплексном стереосигнале для оптимального отношения сиг- нал/шум. Монофонический сигнал Частота, кГц Рис. 6.8. Спектр частот стерео ЧМ Приемник при демодуляции композитного стереосигнала выполняет обрат- ные операции по сравнению с передатчиком. Принимаемый комплексный сте- реосигнал состоит из сигнала L + R, боковых полос сигнала L - R и подавленной несущей 19 кГц. Если приемник не предназначен для приема сигнала с частот- ным разделением каналов, он воспримет только сигнал L + R и обработает его как монофонический сигнал. Однако, если приемник имеет режим ЧМ стерео, сигнал L - R восстанавли- вается за счет смешивания боковых полос и несущей 38 кГц, после чего извлека- ется исходный сигнал L - R. Помните, что несущая 38 кГц вырабатывается в приемнике и использует подавленную несущую 19 кГц для синхронизации. За- тем сигналы L + R и L - R обрабатываются стереодекодером, подобным стерео- кодеру передатчика. В декодере сигналы L + R и L - R складываются для получения исходного сигнала L, а сигналы L + R и L - R вычитаются, в результате чего получается исходный сигнал R. Затем сигналы R и L усиливаются и подаются на соответ- ствующие динамики. Метод демодуляции с использованием боковых полос и стереодекодера по- казан на рис. 6.9. После детектора три составляющих сигнала разделяются схемами фильтров. Сигнал L + R получается с помощью низкочастотного фильтра (30 Гц до 15 кГц) и затем проходит через схему задержки, чтобы он достиг стереодекодера в то же время, что и сигнал L - R. Фильтр высоких частот (23-53 кГц) выделяет двойной сигнал боковой полосы L - R. Узкополосный фильтр 19 кГц выделяет подавленную несущую и подает ее на усилитель, а затем на схему удвоителя, преобразующего
172 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Подавленная несущая Рис. 6.9. Блок схема обработки боковых полос и матрицы демодуляции сигнал в частоту 38 кГц. Выходной сигнал 38 кГц представляет собой точную копию подавленной несущей частоты с двумя боковыми полосами. При пропускании сигнала L - R и сигнала 38 кГц через нелинейную схему демодулятора AM получаются суммы и разности сигналов, один из которых Левый Стереопроцессор Рис. 6.10. Блок-схема матрицы
Основные сведения о частотном разделении каналов 173 представляет собой сигнал L - R (в диапазоне от 30 Гц до 15 кГц), выделенный низкочастотным фильтром. Сигналы L - R и L + R подаются на стереодекодер и обрабатываются, как показано на рис. 6.10. Обратите внимание, что один канал складывает L+R и L - R и дает в ре- зультате сигнал L. Сигнал L - R проходит через фазовый инвертор, который изменяет знак L - R на -L + R. Сигналы L + R и - L + R складываются, форми- руя сигнал R. Сигналы R и L подаются на соответствующие усилители и затем на динамики. Другой метод демодуляции заключается в электронном переключении (рис. 6.11). Рис. 6.11. Блок-схема демодуляции с помощью электронного ключа и сигнал ЧМ Поступающий от детектора сигнал проходит через схему восстановления под- несущей частоты и затем подается на электронный переключатель. На рисунке также показан сигнал, который подается на переключатель, который переключа- ет положительные и отрицательные полуволны комплексного звукового сигнала и демодулирует стереосигнал . Комплексный звуковой сигнал включает сигнал L + R, L - R и подавленную несущую 19 кГц (рис. 6.12).
174 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры Рис. 6.12. Схема стереодекодера с электронным переключением Подавленная несущая 19 кГц усиливается и подается на удвоитель частоты (CR1 и CR2), что позволяет регенерировать поднесущую 38 кГц. Сигнал подне- сущей затем смешивается со звуковым сигналом для восстановления комплекс- ного стереосигнала. Мостовая переключающая схема, состоящая из CR3, CR4, CR5, CR6, управляется за счет смены полярности полуволн напряжения подне- сущей 38 кГц; при этом два плеча моста проводят по очереди. Таким образом, положительная и отрицательная составляющая комплексного стереосигнала квантуется частотой 38 кГц и на выходах моста присутствуют демодулирован- ные сигналы L и R. Рис. 6.13. Двухтактный усилитель
Основные сведения о частотном разделении каналов 175 Магнитофоны, проигрыватели компакт-дисков (CD), стереопроигрыватели и другое звуковое оборудование требуют одного или более усилителей для уве- личения сигнала таким образом, чтобы его можно было слышать в динамике (рис. 6.13). Транзистор Q1 служит предварительным фазоразделительным каскадом для двухтактного усилителя. Конденсатор С1 - разделительный, препятствующий прохождению постоянной составляющей сигнала и передающий сигнал от кас- када предусиления на фазоразделительный транзистор. Конденсатор С2 и резистор R1 представляют собой эмиттерную RC-цепь, которая обеспечивает режим смещения транзистора по постоянному и пере- менному току. Трансформатор Т1 разделяет на 180° фазу сигналов, управляю- щих Q1 и Q3. Транзисторы двухтактного каскада усиливают сигнал по очереди, каждый свою полуволну, которые затем складываются на выходе. Конденсато- ры С4 и С5 передают часть сигнала с коллектора назад на базу транзистора. Эта отрицательная обратная связь предотвращает переход транзисторов в колеба- тельный режим и уменьшает искажения. Трансформатор Т2 согласовывает им- педанс Q2 и Q3 с динамиком. Конденсаторы СЗ и С6 представляют собой емко- стные фильтры для развязки каждого каскада от паразитных и нежелательных сигналов в линии питания. Рис. 6.14. Схема усилителя с квазикомплементарной парой выходных транзисторов
176 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры Другой, бестрансформаторный тип двухтактного усилителя мощности, с комплементарной (или квазикомплементарной) парой транзисторов в выход- ном каскаде - наиболее популярный тип усилителя (рис. 6.14). Верхняя пара п-р-п-транзисторов Q2, открыта, когда сигнал на выходе Q1 положительный, нижняя пара р-п-р транзисторов Q3 и Q5, открыта при отри- цательном сигнале. Обе полуволны выделяются на нагрузке R^, обеспечивая двухтактную работу. Более старое оборудование содержит схемы на дискретных транзисторах, как показано на этих рисунках. В современном оборудовании усилитель низкой частоты часто находится в одной интегральной микросхеме или залитом компа- ундом модуле. Поиск неисправностей в этих модулях заключается в проверке наличия питания на модуль и подаче на входы нужного сигнала. Если при этом нет выходного сигнала, модуль необходимо заменить. До сих пор выпускаются некоторые современные устройства, использующие дискретные транзистор- ные усилители для мощных выходных каскадов. Основные сведения о телевизионных передатчиках и приемниках Телевизионный передатчик фактически состоит из двух отдельных передатчи- ков. Видеосигнал, или сигнал изображения, амплитудно-модулирован несущей, а звуковой передатчик представляет собой систему ЧМ, очень похожую на сис- тему радиовещания ЧМ. Поэтому передаваемый комплексный сигнал - это ком- бинация обоих принципов AM и ЧМ. Упрощенная блок-схема системы телеви- зионной передачи и приема показана на рис. 6.15. Г ромкоговоритель Рис. 6.15. Упрощенная схема телевизионной передачи Телекамера действует как первичный преобразователь, который превращает световую энергию в электрическую, а трубка для вывода изображения (электрон- но-лучевая трубка - ЭЛТ) представляет собой преобразователь электрической
Основные сведения о телевизионных передатчиках и приемниках 177 энергии в свет. Микрофон и динамик являются соответствующими преобразо- вателями для системы звука. В телевизионной камере узкий электронный луч перемещается горизонталь- но по светочувствительной поверхности, вырабатывая пропорциональное све- ту напряжение. Так образуется строка развертки. Электронный луч проходит линию за линией 625 раз в секунду . Телевизионный приемник должен иметь средства синхронизации получен- ных камерой сигналов. Поэтому передаваемый сигнал несет и синхроимпульсы. Телевизор в действительности воспроизводит последовательность точек, которые выдаются с постоянно изменяющейся интенсивностью и скоростью. Наблюдатель видит эту последовательность как картинку на экране. Электрон- ная пушка излучает поток электронов, направляемый электромагнитной систе- мой и проходит слева направо и сверху вниз. Специальное фосфорное покры- тие экрана светится при попадании на него электронов. В телевидении используется чересстрочная развертка с наложением, при кото- рой сканирование начинается в верхнем левом углу, проходит нечетные линии слева направо и завершает 312 линий (рис. 6.16). 1 264 2 265 3 266 4 Строки 5-238 первого полукадра и линии 267-500 второго полукадра не показаны здесь 263 1 264 2 265 3 266 4 Строки 242-262 и строки 505-525 не являются частью растрового изображения, они проявляются, когда луч выключается во время возвратного движения по вертикали 501 239 502 240 503 241 504 Рис. 6.16. Пример чересстрочной развертки 501 239 502 240 503 241 504 Луч возвращается с нижней части экрана назад в центр самой верхней части и завершает сканирование четных линий. Каждый набор четных или нечетных линий образует поле, а оба вместе образуют кадр. Поэтому в кадре 625 линий при частоте 25 кадров в секунду.
178 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры Каждый раз, когда сканирующий луч перемещается слева направо, он дол- жен вернуться назад. Это называется обратным ходом строки. Когда сканирую- щий луч достигает нижней точки экрана, он должен быстро вернуться на верх- нюю часть экрана. Это называется обратным ходом по кадру. В это время экран черный. Только во время сканирования видно изображение. Генератор развер- тки по вертикали с частотой 50 Гц отклоняет сканирующий луч вверх. Генера- тор горизонтальной развертки с частотой 15 625 Гц отклоняет сканирующий луч слева направо по экрану. Каждый раз, когда сканирующий луч завершает строку, вырабатывается им- пульс с большой амплитудой, который синхронизирует каждую переданную линию с телевизионным приемником (рис. 6.17). Рис. 6.17. Упрощенный вид видеосигнала, показывающий гасящие импульсы и импульсы горизонтальной развертки Сигнал от антенны усиливается в каскаде высокой частоты, смешивается с заданной частотой генератора и передается на каскады промежуточной часто- ты 45,75 МГц, где он усиливается. Затем видеодетектор демодулирует сигнал и посылает звуковую составляющую часть сигнала на низкочастотные каскады, а видеосигнал на каскады обработки сигнала изображения. Выделяемый из видео- сигнала звуковой сигнал ЧМ усиливается в УПЧ, демодулируется детектором ЧМ, после которого сигнал НЧ усиливается в УНЧ и подается на динамики. Видеосигнал в это время усиливается видеоусилителем и подается на управля- ющую сетку трубки (рис. 6.18). Автоматическое управление усилением поддерживает постоянный уровень сигнала. Схема выделения сигналов синхронизации выбирает импульсы синхро- низации по вертикали и горизонтали и подает их на схемы интегрирования
Основные сведения о телевизионных передатчиках и приемниках 179 Рис. 6.18. Блок-схема черно-белого телевизионного приемника и дифференцирования. Интегрирующая схема формирует импульсы синхрониза- ции по вертикали в виде серии импульсов пилообразного напряжения и подает их на генератор вертикального отклонения. Усилитель вертикального отклонения
180 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры управляет током вертикальной отклоняющей катушки и обеспечивает верти- кальную развертку. Дифференцирующая схема формирует импульсы синхрони- зации по горизонтали и подает их на генератор горизонтальной развертки и схему автоматической подстройки частоты. Импульсы горизонтальной развер- тки выделяются схемой автоматической регулировки частоты (АРЧ). Они уси- ливаются и используются для управления горизонтальной отклоняющей ка- тушкой, которая обеспечивает развертку по горизонтали. Высокое напряжение, необходимое для работы электронной трубки, посту- пает от усилителя по горизонтали. Это напряжение повышается примерно до 30 кВ или более с помощью строчного трансформатора. Напряжение выпрям- ляется высоковольтным выпрямителем и подается на анод трубки. Демпфером служит диод, помещенный в цепи выброса обратного напряжения от катушки. Функция демпфера заключается в предотвращении выброса более одного раза. Описание схемы современных телевизионных приемников различается в зависимости от производителя. Большинство используют микропроцессор, ко- торый взаимодействует со средствами управления и видеопроцессором. Мно- гие видеопроцессоры содержат набор следующих функций: ♦ промежуточная звуковая и видеочастота; ♦ управление источником питания; ♦ схема выделения сигналов синхронизации; ♦ смесители и усилители узлов цвета. В большинство телеприемников схемы горизонтальной и вертикальной раз- вертки запускаются импульсом от видеопроцессора. Другие секции телевизора используют интегральные микросхемы (ИМС), в том числе: источники питания, формирователи видеовыхода, звуковые системы, схемы высокого напряжения, селектор каналов. В дополнение к обычным функциям, цифровые телевизоры с высоким разрешением содержат сложные системы, которые обеспечивают более высокое качество изображения. Технология плазменных дисплеев также дает прекрасное качество изображения в телевизорах как обычных, так и с высокой четкостью. Сервисное обслуживание радиоаппаратуры При поиске неисправностей радио- и звукового оборудования используется не- сколько методов. Например, работая с супергетеродинным приемником, нач- ните с осмотра и прослушивания. Поищите очевидные признаки поломки. Если приемник гудит, наиболее вероятно, что у него неисправен фильтрующий кон- денсатор в цепи питания. Проверьте неработающий компонент, шунтировав его заведомо исправным такой же величины, или с помощью набора конденса- торов, как показано на рис. 6.19. Если гул исчезнет, замените фильтр. Когда устройство не подает признаков жизни, проверьте включатель оммет- ром, предварительно отсоединив устройство от сети питания. Используйте ом- метр также для проверки плавкого предохранителя, диода источника питания,
Сервисное обслуживание радиоаппаратуры 181 Рис. 6.19. Использование блока замены для шунтирования конденсатора термистора и обмотки дросселя фильтра. Любой из этих компонентов мог вы- звать обрыв в цепи (рис. 6.20). Рис. 6.20. Простой источник питания Если радио- или стереоустройство некоторое время работает, а затем вы- ключается и через некоторое время снова начинает работать, проверьте нали- чие температурно-нестабильных компонентов. Используя фен для обдува горя- чим и холодным воздухом, аккуратно нагрейте подозрительный транзистор или ИМС. Когда дефектный компонент нагреется, приемник перестанет рабо- тать или его сигнал будет очень искажен. Теперь охладите транзистор воздухом или химическим охладителем. Приемник должен снова начать нормально рабо- тать. Обнаружив температурно-нестабильный транзистор, замените его анало- гичным. В том случае, когда питание приемника включается, но звука нет, сначала попробуйте локализовать неисправный каскад. Для этого можно использовать подачу сигналов, как показано на рис. 6.21. Сначала подключите генератор низких частот или генератор шума к каждо- му каскаду приемника, соединив землю прибора с шасси приемника. Начните с подачи сигнала около 400 Гц на динамик. При этом должен быть слышен тональ- ный сигнал. Это значит, что динамик работает. Перейдите к каскаду усилителя. Подайте сигнал на базу его транзистора. Перейдите к следующему каскаду по
182 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Рис. 6.21. Пример подачи сигналов направлению к детектору, когда услышите тоновый сигнал. Подавая сигнала в детектор или в антенну, используйте сигнал высокой частоты. Если при этом тоновый сигнал не слышен, можно сделать вывод, что именно этот каскад вы- шел из строя. В этом случае проверьте сопротивление каждого компонента, чтобы выявить неисправный. Если неисправность возникла в каскаде двухтактного усилителя НЧ с квази- комплементарной парой транзисторов на выходе, то проблема обычно заклю- чается в выходном и/или транзисторах буферных каскадов Q2-Q5. Для провер- ки схемы протестируйте сопротивление между землей и точкой}, и между +Vcc и точкой} без питания ( см. рис. 6.14). Соедините отрицательный вывод с землей, а положительный вывод вольт- метра - с точкой}. Запишите результат измерений. Затем поменяйте местами выводы вольтметра. Величина сопротивления во втором случае должна быть значительно меньше, чем в первом. Короткое замыкание означает, что транзи- стор Q3 и/или Q5 закорочен. Повторите описанную выше процедуру, но на этот раз проверьте сопротив- ление между +Vcc и точкой }. Меньшее напряжение здесь будет в том случае, когда положительный вывод подключен к точке +Vcc. Короткое замыкание озна- чает, что Q2 и/или Q4 неисправен. Теперь закоротите RX2. Включите усили- тель. Напряжение в точке} должно быть Vcc/2. Если результат измерений на- ходится в диапазоне 25% больше или меньше этой величины, попробуйте различные величины RB1 или RX1 для достижения лучшего показателя. Иногда RX2 заменяют диодом для улучшения стабильности смещения при переменной температуре. Кроме того, если в вашем звуковом оборудовании есть диоды, проверьте их на короткое замыкание и обрыв. Проверьте напряжение на Q3. Если она равно +Vcc, это означает, что Q4 закорочен. Аналогично, если напряжение на Q2 равно +Vcc, это означает, что за- корочен Q5.
Сервисное обслуживание радиоаппаратуры 183 Измерение напряжения может быть очень эффективным способом для ло- кализации проблемы. Например, если источник питания перегружен из-за за- короченного компонента, он будет потреблять большой ток. Чрезмерный ток приводит к снижению напряжения. У вас есть подозрение, что стабилитрон закорочен (рис. 6.22)? Отключите один из выводов от схемы. Если напряжение вернется к нормальному уровню, то диод закорочен и его следует заменить. Рис. 6.22. Отсоединение одного вывода стабилитрона для определения его влияния на схему Приемник скрипит, воет или издает другие подобные звуки - это означает, что в одном из каскадов возникла обратная связь. Проверьте соединения фильт- рующих конденсаторов и батарей. Наиболее вероятная причина - неисправный конденсатор. Прерывистая работа может быть связана не только с транзисторами. При- чиной этого могут стать, например, плохие паяные соединения и слабые кон- такты. Для локализации подобной неисправности скрутите провода и приклей- те их к той стороне печатной платы, где находятся дорожки. Иногда, может быть, необходимо заново перепаять некоторые соединения, чтобы найти неис- правность. Перед выполнением повторной пайки обязательно выключайте пи- тание. В противном случае тепло от паяльника может привести к тому, что тран- зистор начнет потреблять больше тока и разрушится. При пайке соединений диодов и транзисторов обязательно используйте теплоотвод. Если приемник сжигает плавкие предохранители, выключите питание и начните измерения сопротивления. Имейте в виду, что если вы предполагаете короткое замыкание конденсатора, не шунтируйте его, а замените. Проверьте диоды выпрямителя на короткое замыкание, пользуясь омметром и специфика- циями изготовителя. Сверьте результаты измерений со спецификациями и ищите закороченную цепь. Короткое замыкание имеет сопротивление 0 или около 0, как показано на рис. 6.23. Для локализации неисправного каскада воспользуйтесь осциллографом, ко- торый позволяет специалисту увидеть реальную форму сигнала и определить
184 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Рис. 6.23. Измерение сопротивления коллектора транзистора с помощью омметра частотные характеристики: коэффициент усиления, смещение фаз, уровень шу- ма, сетевые помехи. Стандартной причиной недостаточной громкости, регулировки тембра и искажений в магнитофоне являются грязные головки. Прочистите их изопро- пиловым спиртом или специальным средством. Нанеся специальную жидкость на кусочек ваты, прочистите также вал и ролик лентопротяжного механизма. Магнитофоны После очистки головки обычно проводится ее размагничивание. Используйте специальное устройство, которое устраняет любой нежелательный магнетизм в головке. Нежелательное явление может исказить звук, особенно на высоких частотах. При использовании устройства размагничивания несколько раз про- ведите им возле головки и затем медленно удалите его. Если магнитофонная лента не протягивается или протяжка неравномерная, проверьте двигатель и механизм привода. Ищите грязные или поврежденные ролики, валы, пассики, муфты. Часто пассик растягивается, и его необходимо заменить точно таким же ти- пом, поскольку для ремня размер, ширина и диаметр являются критичными. Кроме того, если звук магнитофона неровный (колеблющийся), а новый ремень не решает проблемы, наиболее вероятной причиной является неисправный двигатель или несбалансированный или искривленный маховик. При необхо- димости замените неисправную деталь. Если неправильно работает выключатель, проверьте натяжение пружины и рычага. Учитывайте и возможность дефектной ленты. Слабый или искаженный звук при воспроизведении, возможно, свидетельствует о загрязненной головке. Проигрыватели лазерных дисков Проигрыватели лазерных дисков (компакт дисков) сейчас стали стандартом для прослушивания музыки и видеовоспроизведения. Основное преимущество ла- зерного диска заключается в том, что информация на нем записана в цифровом виде. Это означает, что напряжение сигнала, поступающего от микрофона или видеокамеры, квантуется с регулярными интервалами, и амплитуда сигнала в этот момент сохраняется в виде двоичного кода. Эти цифровые коды записыва- ются с помощью прожигания лазерным лучом углублений на поверхности диска.
Сервисное обслуживание радиоаппаратуры 185 Схема, необходимая для воспроизведения звука или изображения цифровой информации, очень сложна. Полупроводниковый лазер направляет луч на поверх- ность вращающегося диска и регистрирует отражение. Если луч падает на ямку, то отражения не происходит. Схема регистрирует эти различия в отраженном сигнале. Комбинация отражающих и не отражающих точек используется для представления чисел, последовательность этих чисел представляет исходный звуковой или видеосигнал. Цифровой сигнал обрабатывается схемой проигры- вателя и позволяет минимизировать шум и искажения при воспроизведении, обеспечивая сигнал, очень близкий к исходному аналоговому входному сигналу. Схема, которая управляет скоростью вращения шпинделя, работой каретки звукоснимателя и обработкой звукового сигнала проигрывателя компакт-дис- ков, ремонту, в общем, не подлежит. Если она неисправна, то ее следует заме- нить. Рекомендуется проверить устройства, обеспечивающие вход и выход про- игрывателя: переключатели, датчики, двигатели. Во многих отношениях компоненты проигрывателя лазерных дисков похо- жи на механические компоненты проигрывателей компакт-дисков и магнито- фонов. Типичные проблемы в механических частях: загрузочный механизм, механизм подъема мотора шпинделя, сборка рычага, датчик угла наклона, дви- гатель наклона, распределительный механизм, передача привода, другие кон- цевые выключатели, рычаги, скобы. Например, если диск не загружается, проверьте, не связано ли это с загрузоч- ным механизмом или триггерным переключателем. Некачественное воспроиз- ведение может быть результатом неверно выставленного или неисправного дат- чика наклона, каретки звукоснимателя, вала, привода или неисправности в схеме. Проверьте наличие грязи или пыли на линзе. Очистите линзы и окружающие их компоненты, используя тампон из ваты и изопропиловый спирт. Мягко протри- те линзы по спирали от центра к внешним краям. Не пользуйтесь другими спир- тами, это может повредить линзы. Основным способом проверки стереодекодера является измерение разни- цы между вырабатываемыми им сигналами R и L в децибелах (рис. 6.24). Генератор стереосигналов с разделением каналов вырабатывает сигналы L и R, которые одинаковы, но смещены по фазе. Поэтому, когда сигнал R поступа- ет на стереодекодер, выходной сигнал канала R должен быть максимален, а выходной сигнал канала L теоретически равен 0. С другой стороны, когда на стереодекодер поступает сигнал L, должен быть максимальным выход канала L, а выход канала R должен быть теоретически равен 0. На практике при правильной работе стереодекодера должна наблю- даться разница в 20-30 дБ между сигналами. Если достигается разность в 10 дБ, это означает, что стереодекодер, возможно, неисправен или близок к этому. Неадекватное разделение обычно вызывается неисправностью компонен- тов в самом стереодекодере: несогласованными диодами, диодами с недоста- точным прямым или обратным смещением в переключающем мосту, током утечки коллектора в транзисторе, закороченным или оборванным конденсато- ром. Некачественное разделение сигналов может быть также связано с непра- вильной настройкой, особенно в матрице. Ознакомьтесь с соответствующими
186 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизйонной аппаратуры Рис. 6.24. Схема тестирования стереодекодера руководствами по настройке и разделению каналов высокочастотных сигналов приемника. Искажение выходного сигнала может быть связано с неисправным диодом или использованием резистора, имеющего неправильное сопротивление, в пе- реключательном мосту. Неисправный электролитический конденсатор в схеме восстановления поднесущей может вызвать искажения выходного сигнала (гул). Если в левом канале возникли искажения сигнала, а в правом нет, сравните напряжение, сопротивление и форму сигнала и попытайтесь локализовать не- исправный компонент. Например, если Q15 на рис. 6.25 имеет напряжение коллектора 7,38 В, этот транзистор не работает и может быть неисправен. Кроме того, если напряже- ние в этой точке упадет до 4 В, можно подозревать, что транзистор закорочен. Когда выходной сигнал запускающего транзистора Q15 имеет низкий уро- вень, можно предполагать, что неисправен развязывающий конденсатор эмит- тера. Проверьте это, шунтируя его другим конденсатором такой же величины. Если изменилась величина сопротивления одного из резисторов, изменится и смещение транзистора, что в свою очередь влияет на выходной сигнал. Резисторы можно протестировать, измерив величину сопротивления вне схе- мы. Если резисторы не находятся в пределах допуска, то их следует заменить. Однако, извлечение транзисторов из схемы для проверки достаточно трудоем- кая задача, и обычно резистор не меняет своей величины, если он не перегре- вался вследствие чрезмерного тока. В таком случае он часто выглядит повреж- денным или плата вокруг него кажется потемневшей или обугленной.
Сервисное обслуживание радиоаппаратуры 187 Рис. 6.25. Номиналы компонентов и рабочие напряжения типичной стерео системы Если на усилитель не поступают сигналы, можно предполагать, что произо- шел обрыв в разделительном конденсаторе. Трансформатор Т2, который дей- ствует как разделитель, может полностью отключить канал, если он закорочен. Часто закороченный трансформатор обуглен, и это можно легко узнать по запаху. Используя омметр, следует выяснить сопротивление каждой половины вторичной обмотки. Оно должно составлять 16,3 Ом. Закороченная катушка имеет сопротивление, близкое к 0. Если в канале высокие искажения или низ- кая громкость, можно подозревать неисправность Q 21 и/или Q22. Даже если только один из этих транзисторов неисправен, замените оба аналогичной па- рой. Для хорошего воспроизведения сигнала эти транзисторы должны иметь одинаковые параметры. Помните, что заменяя мощные транзисторы, необходимо всегда использо- вать теплоотвод и изолирующие слюдяные прокладки. При необходимости на- несите также теплопроводящую пасту, как показано на рис. 6.26. В любом случае радиоприемник следует обслуживать в мастерской и пра- вильно подключать к соответствующему источнику питания с хорошим фильт- ром. Автомобильный радиоприемник подключайте к источнику 12 В постоян- ного тока и не меньше, поскольку электрическая система автомобиля обычно работает при напряжениях между 12 и 13 В. Помните о необходимости акку- ратно располагать провода. При обслуживании приемника никогда не отключайте динамики, это позво- лит выявить звуковые эффекты. На рис. 6.27 показан типичный трехкаскадный усилитель, который обычно используется в радиоприемниках. Если Q3 потребляет чрезмерный ток, это
188 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Рис. 6.26. Пример правильной установки выходного транзистора заставит Q1 работать с большей нагрузкой. Напряжение коллектора Q1 умень- шится, поскольку Q1 потребляет больший ток. Поскольку напряжение коллек- тора Q1 снижается, это в свою очередь вызовет уменьшение проводимости Q2 и Q3. Вместе эта схема будет давать слабый выходной сигнал и большие искаже- ния. Замена выходного транзистора Q3 решит проблему. Рис. 6.27. Типичный трехкаскадный усилитель Сервисное обслуживание черно-белого телевизора Телевизоры и мониторы компьютеров имеют очень сходную конструкцию. По- скольку каждый каскад телевизионного приемника и монитора выполняет соответ- ствующую функцию, по определенным симптомам можно легко диагностировать
Сервисное обслуживание черно-белого телевизора 189 неисправность. Качество видео- и звукового сигнала можно использовать для определения неисправности каскада. Вам понадобится вольтметр, осциллограф или оба прибора, а иногда и другое специализированное оборудование для тес- тирования телевизионных устройств. Напряжения и сигналы в критических точках проверяются по схемам изготовителей. Когда необходимо проверить много каскадов, используйте метод половин- ного разделения. Проверьте сигнал посередине, между исправным каскадом и выходом. Если результат правильный, двигайтесь вперед к следующему каскаду, который расположен посередине между прежней тестовой точкой и выходом. Однако, если первый тест дает неверный сигнал, вы можете использовать ме- тод разделения пополам в другом направлении до тех пор, пока неисправный каскад не будет обнаружен. Этот прием позволяет минимизировать число изме- рений. Бледное изображение и слабый звук Возможная причина слабого звука и изображения - некачественный входной сигнал. Повинна в этом может быть также система антенн, соединения кабеля компьютера или телевизора. Например, в составе системы антенн может иметь место неисправная антенна, слабые контакты, некачественные кабельные со- единения, неверно направленная антенна. Проверьте правильность поступающего сигнала с помощью измерителя уров- ня сигнала или замены другим телеприемником. Если система антенн исправ- на, проблема может быть связана с переключателем телеканалов. В старых ме- ханических переключателях выбор каналов осуществляется изменением частот генератора за счет вращения катушки. Нужно проверить правильность распо- ложения катушки. Обычно вы не можете почти ничего сделать для исправле- ния таких селекторов каналов на месте. Чтобы убедиться в отсутствии сигнала вращайте регуляторы контрастности и яркости. Если селектор каналов работает нормально, проблема может быть в схеме промежуточной частоты, видеодекодере или схеме автоматической регу- лировки усиления. Все эти каскады одинаковы для каналов звука и изображе- ния, поэтому проблемы могут быть связаны с неисправным транзистором, из- менением величины сопротивления или низким напряжением питания. На рис. 6.28 показана старая схема усилителя промежуточной частоты (УПЧ) на биполярных транзисторах. УПЧ состоит из трех каскадов промежуточной частоты, контура выделения звуковых частот и детектора, а также видеодетектора, заграждающих фильтров для устранения несущих сигналов соседних каналов. Тестируя телевизионный приемник, проверьте сначала схему, а затем, как показано, напряжения посто- янного тока и сигналы. Например, если обнаружено аномальное напряжение коллектор-эмиттер, это показывает, что или неисправный компонент находится в схеме коллекто- ра или изменилась проводимость транзистора по току. Если выяснится, что транзистор и цепь коллектора исправны, значит, име- ло место изменение напряжения смещения перехода база-эмиттер, что может
Рис. 6.28. Типичная схема усилителя промежуточной частоты Фильтр
Детектор звуковой частоты К первому видео- усилителю ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной алпаратурь
Сервисное обслуживание черно-белого телевизора 191 быть результатом изменения величины сопротивления резистора или утечки конденсаторов в схеме базы или эмиттера. Обратите внимание, что схема автоматической регулировки усиления уп- равляет смещением первого каскада промежуточной частоты. Если схему АРУ неисправна, она может уменьшить коэффициент усиления каскадов промежу- точной частоты и стать причиной бледного изображения. Хорошее изображение, слабый звук Если изображение хорошее, а звук слабый и искаженный, причина может нахо- диться в усилителе звуковой промежуточной частоты, детекторе ЧМ, усилите- ле, громкоговорителе. Детектор ЧМ является наиболее вероятным источником проблемы. Сначала проверьте правильность напряжения и формы сигнала детектора ЧМ. Если параметры соответствуют спецификациям изготовителя, значит, про- блема заключается в динамике или усилителе. Простой способ тестирования звукового каскада требует увеличения громкости и проверки наличия шума. Когда шум при увеличении громкости также возрастает, это значит, что выход усилителя и динамик работают. В таком случае ищите проблему в предыдущем каскаде или детекторе ЧМ, а также в усилителе звуковой промежуточной час- тоты. Бледное изображение при нормальном звуке Изображение бледное, но сопровождается нормальным звуком и ярким экра- ном - каскадами, которые могли повлиять на изображение, являются система антенн, усилитель высокой частоты, конвертор, генератор, усилитель проме- жуточной частоты, видеодетектор, система автоматической регулировки усиле- ния и, что наиболее вероятно, видеоусилитель. Проблема может заключаться в уменьшении напряжения от источника. Другой возможной причиной является видеодетектор, который представляет собой диод CRA55 на выходе усилителя промежуточной частоты, как показано на рис. 6.28. Отсутствие изображения при нормальном звуке На экране телевизионного приемника нет изображения, а только чистый растр - значит, дефект находится в каскадах до выделения звука. Однако воз- можно, что неисправность возникла в схеме видеоусилителя. Если на экране нет помех типа «снег», проблема, скорее всего в видеодетекторе йли каскаде усилителя промежуточной частоты. В противном случае из строя, вероятно, вышел усилитель высокой частоты в селекторе каналов или неисправна систе- ма антенна/кабель (рис. 6.29). Для того чтобы определить, находится ли поломка в селекторе каналов или системе антенна/кабель, просто возьмите исправный телевизор. Если помехи ис- чезнут, значит, проблема в тюнере. Если нет, то проблема в антенне или линии передачи. Часто к изображению с помехой типа «снег» приводит неисправный
192 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры Рис. 6.29. Телевизионный приемник с помехами типа «снег» усилитель высокой частоты. Многие более старые переключатели каналов содер- жат серебряные контакты, которые со временем окисляются и загрязняются. Если периодическое изменение положения ручки настройки тюнера приводит к подергиванию изображения, то следует очистить контакты тюнера специальным средством. Снимите крышку тюнера и нанесите аэрозольное средство на контак- ты, повернув селектор пять раз в одном направлении и пять раз в другом направ- лении. Более новые устройства содержат модули, которые состоят из многих сек- ций. Часто заменяется весь модуль. В отличие от старых вращающихся тюнеров, модули с кнопочным управление в случае загрязнения, изношенности, неисп- равности следует заменять. Не исключайте возможность неисправности в кабелях. Проверьте кабель на короткое замыкание и обрыв, если у вас есть сомнения в его качестве, замени- те компонент при необходимости. Звук нормальный, но нет растрового изображения Если нет растрового изображения, это означает, что в секции питания высоко- го напряжения возникла неполадка. Могут быть проблемы в каскаде отклоне- ния по горизонтали, например, в строчном трансформаторе или демпфере. Проверьте высокое напряжение соответствующим пробником, чтобы опреде- лить, есть ли оно на аноде электронно-лучевой трубки. Будьте осторожны, по- скольку может возникнуть опасная дуга. Проблема может быть в трубке. Но если напряжение постоянного тока не- достаточное, проверьте напряжение переменного тока от строчного трансфор- матора. Более новые схемы могут иметь на этом каскаде только напряжение постоянного тока. Сравните положительные и отрицательные напряжения по- стоянного тока в схеме со значениями, указанными в руководстве по обслужи- ванию. Появление дуги голубого цвета показывает напряжение переменного тока. Напряжения постоянного тока приводят к возникновению дуги белого цвета. Если на строчном трансформаторе появляется дуга, это значит, что неис- правен выпрямитель высокого напряжения. В противном случае, это может означать неисправный строчный трансформатор или схему горизонтального
Сервисное обслуживание черно-белого телевизора 193 Другая возможная причина отсутствия растрового изображения заключает- ся в неисправном селекторе каналов или каскаде промежуточной частоты. При этом передаются только сигналы черного, экран остается темным. Трубка для вывода изображения, как и любая другая электронно-лучевая труб- ка, работает по принципу термоэлектронной эмиссии. Слабая эмиссия приводит Рис. 6.30. Типичная схема системы строчной развертки
194 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры к расфокусированию трубки и образованию оттенка серебряного цвета. Для того чтобы простым способом выявить слабую эмиссию, увеличьте яркость изображе- ния регулятором. Если картинка становится серебристой и несфокусированной по сравнению с выключенной яркостью, можно считать, что трубка испорчена или постепенно выходит из строя. При отсутствии высокого напряжения про- блема заключается в выпрямителе высокого напряжения, демпфере, схеме от- клонения по горизонтали или генераторе строчной развертки. Найдите генератор строчной развертки, схему отклонения по горизонтали, трансформатор строчной развертки, демпферный диод (рис. 6.30). Перед проверкой высоковольтного выпрямителя или трансформатора строчной развертки необходимо разрядить трубку. Используя провод с зажи- мом типа «крокодил», подключите один вывод к шасси, а другой - к жалу отвер- тки. Анод представляет собой проводник под изолирующей прокладкой из по- хожего на резину материала. Изолируйте выпрямитель или трансформатор и проверьте на обрыв. Проверьте состояние выпрямителя, или просто используй- те диод для замены. Протестируйте сопротивление строчного трансформато- ра с помощью омметра. Помните, что для получения высокого напряжения ге- нератор строчной развертки должен работать, проверьте выход генератора. Категорически не следует превышать необходимый уровень высокого на- пряжения, иначе может возникнуть нежелательное рентгеновское излучение. Хотя для защиты от рентгеновских лучей часто используются размагничиваю- щие экраны и другие устройства, утечки, тем не менее, могут возникать. Про- веряйте высокое напряжение точным прибором. Некоторые специалисты про- водят тесты, изменяя положение регулятора яркости между максимальным и минимальным значением. Таким образом можно убедиться, что не превышает- ся величина максимального напряжения и схема правильно отрегулирована. Звук нормальный, но нет синхронизации изображения О том, что потеряна горизонтальная синхронизация, обычно называемая сбоем строк, свидетельствуют широкие наклонные полосы на экране (рис. 6.31). Про- верьте управление отклонением по горизонтали и убедитесь, что оно правильно Рис. 6.31. Сбой по горизонтали
Сервисное обслуживание черко«белого телевизора 195 настроено. Если это так, проблема заключается в генераторе строчной развер- тки. Когда он перестает работать, то импульсы запуска на горизонтальный вы- ход или на катушку отклоняющей системы не поступают. Звук нормальный, но имеет место сбой строк и уменьшенная ширина изображения Когда имеет место сбой изображения или поперек экрана проходят широкие наклонные полосы, или изображение перемещается по вертикали, сначала про- верьте правильную установку регуляторов по вертикали и горизонтали. Другая возможная причина заключается в неисправности схемы выделения сигналов синхронизации или в каскаде усилителя синхросигналов. Возможно, что неполадки возникли в системах строчной и вертикальной развертки (рис. 6.32). Она состоит из генератора развертки по вертикали, схе- мы запуска, выходного каскада вертикальной развертки, связанного с отклоня- ющей системой. Рис. 6.32. Типичная схема системы вертикальной развертки Звук нормальный, но изображение смещается по вертикали и складывается, высота изображения уменьшена Если изображение перемещается в вертикальном направлении, вероятная причи- на заключается в неисправности генератора вертикальной развертки (рис. 6.33). Когда генератор прекращает вырабатывать сигналы, то не будет вертикаль- ной развертки, и все, что можно увидеть на экране, это яркая горизонтальная линия. Проблема заключается в слабом выходном сигнале вертикальной разверт- ки, если высота картинки уменьшилась, Кроме того, можно предположить еще несколько вариантов причин неис- правности: изменение смещения генератора или выходного каскада, низкое
196 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры Рис. 6.33. Другие неисправности, связанные с системой вертикальной развертки напряжение постоянного тока, короткое замыкание или обрыв в компоненте (см. рис. 6.32). Если наблюдается хотя бы частичная картинка, то генератор и выходной транзистор вряд ли закорочены. Однако, если на экране видна только одна горизонтальная линия, тогда мож- но предполагать короткое замыкание генератора или выходного транзистора. В этом случае вероятной причиной является неисправный компонент, возмож- но С306, С308, или R310. Например, если закорочен С306, тогда прерывается процесс формирования пилообразного сигнала и изменяется смещение Q302, что уменьшает усиление и генерацию. В том случае когда в С306 обрыв, картинка «складывается» с белой полосой и сжатыми строками в нижней части экрана. Один из способов проверки этого компонента заключается в шунтировании конденсатора С306 исправным (или с помощью блока замены конденсаторов) при включенном телеприемнике. Если восстанавливается нормальное изображение, то проблему можно считать лока- лизованной. Проверка напряжения коллектора Q302 в этой схема покажет низ- кое напряжение, поскольку конденсатор С306 оборван и не подает на коллек- тор необходимый заряд. Если изображение имеет уменьшенный размер по вертикали, а также трапе- циевидные искажения, вероятная причина заключается в неисправной схеме отклонения или в схеме коррекции подушкообразных искажений (для цветного телевизора). Обратите внимание: проблема здесь не в генераторе вертикальной развертки или выходном каскаде. Для того чтобы определить, что является причиной перемещения изобра- жения по вертикали и сбоя по горизонтали: генератор или система синхрони- зации, можно выполнить простой тест. Если картинка появляется при изменении положения регулятора генера- тора, но не удерживается, то проблема в схеме синхронизации. Неисправ- ный диод в схеме автоматической регулировки частоты (АРЧ) часто вызыва- ет сбой изображения по горизонтали. Обратитесь к рис. 6.30, где показан
Сервисное обслуживание цветного телевизора 197 пример диодов АРЧ в схеме строчной развертки. Если в схеме произошел об- рыв С5, то напряжение по горизонтали снижается, это уменьшает ширину изоб- ражения (см. рис. 6.30). Когда транзистор генератора строчной развертки или резистор 3,3 кОм за- корочен, то напряжение не будет подаваться на схемы горизонтальной развер- тки. В новых моделях телевизоров можно заменить целиком модуль или плату. Недостаточное отклонение по вертикали может быть следствием неисправ- ного генератора, выходного транзистора или ИМС. Обрыв развязывающего конденсатора или резистора эмиттера может стать причиной недостаточного усиления, что приведет к уменьшению высоты картинки. Имейте в виду, что трапециевидные искажения обычно вызваны неисправностью в отклоняющей системе, а не в схеме развертки по вертикали. Их можно устранить, слегка ос- лабив отклоняющую катушку и направив ее в нужном направлении. Не затягивайте слишком сильно отклоняющую катушку, вы можете легко по- вредить шейку трубки. Нормальное изображение, слабый звук Если изображение нормальное, но нет звука, проверьте усилитель промежуточ- ной частоты, детектор ЧМ и каскады усилителя низкой частоты, может быть также неисправна катушка динамика. Слабый звук предполагает неправильную регулировку или уход частоты ге- теродина из-за изменения параметров компонентов. Поскольку в этот процесс вовлечены многие каскады, для локализации неисправного используйте метод поиска с половинным разделением. Ищите неисправный транзистор, ИМС или модуль в секции обработки звука. Изменение параметров компонентов или неисправный кабель в каскадах обработки звукового сигнала могут повлиять на коэффициент усиления усилителя. Искажение звука может быть вызвано неис- правностью согласующего конденсатора между каскадами. Телевизор не подает признаков жизни Как и в случае с радио, если телевизор совсем не работает, проверьте источник питания. К числу возможных причин неполадок относятся: сгоревший плавкий предохранитель, блокиратор включения при снятом кожухе, обрыв шнура пи- тания, обрыв или короткое замыкание в кабеле, неисправный компонент: вы- ключатель питания, трансформатор, диод или выпрямитель, термистор, модуль ИМС источника питания. Сервисное обслуживание цветного телевизора На студии сцена, которая предназначена для демонстрации на телевидении, сни- мается тремя отдельными камерами, каждая их которых воспринимает только один из трех первичных цветов (красный, синий или зеленый). В дополнение
198 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры к основным цветам могут формироваться дополнительные: желтый, оранже- вый, бирюзовый, пурпурный. Различные комбинации дадут любой цвет, воспри- нимаемый человеческим глазом. Оттенки и варианты сами являются отдельным цветом. Насыщенные цвета яркие и сильные. Недостаток насыщения выража- ется в бледном слабом цвете. Цветность определяет комбинацию оттенка и насыщения. Яркость определяет воспринимаемую яркость изображения. Три камеры сканируют сцену одновременно. Первичные цвета - красный, синий и зеленый - подаются на видеокодер передатчика, который формирует сигнал Y, или яркость, и цветность, или сигналы I и Q. Сигнал Y содержит соот- ветствующие пропорции красного, синего и зеленого, и он может воссоздать нормальный черно-белый сигнал, который используется для модуляции несу- щей. Сигналы цветности I и Q используются для модуляции поднесущей цвета 3,58 МГц, которая подавляется в процессе модуляции. Комплексный сигнал со- держит: несущую, Y (или яркость), сигналы цветности (I и Q) а также сигнал аудио ЧМ. Если сигнал принимается черно-белым (монохромным) приемником, выде- ляется и обрабатывается только сигнал Y. Сигналы цветности I и Q не могут быть приняты и обработаны, поскольку у приемника нет генератора 3,58 МГц, необходимого для восстановления сигналов I и Q. Блок-схема узла телевизионного приемника, связанная с воспроизведением цветного изображения, показана на рис. 6.34. Сигнал цвета поступает от видео- усилителя на усилитель цветности, где сигнал усиливается. Обратите внимание, что после усиления видеосигнала сигнал Y доступен сразу после задержки 1 мкс, так что сигнал Y и сигналы I и Q поступают на ЭЛТ в одно время. Обработка сигналов I и (^требует около 1 мкс дополнительного времени. После усиления цветового сигнала, он передается на полосовой усилитель 2-4,2 МГц, который отделяет информацию сигналов I и Q от информации сиг- нала Y, после чего она передается на детектор I и детектор Q. На вход этих детекторов поступает сигнал 3,58 МГц от кварцевого генератора, который уп- равляет работой детектора. Имейте в виду, что сигнал генератора 3,58 МГц смещается по фазе на 90° на передатчике для разделения различных сигналов. После выделения сигналов I и Q, они передаются на соответствующие низ- кочастотные фильтры и обрабатываются фазовым инвертором для положитель- ных и отрицательных цветовых сигналов, которые формируются следующим образом: ♦ зеленый = - I - Q + Y; ♦ синий = - I+Q + Y; ♦ красный = I + Q + Y. Сигналы I, Q, Y складываются в схемах сумматоров цвета, где номиналы резисторов обеспечивают надлежащую пропорцию каждого сигнала. Каждый цветовой сигнал затем передается на соответствующую сетку ЭЛТ для управле- ния интенсивностью луча. В каждой схеме сумматора установлен подстроечный резистор, который позволяет изменять содержание каждой составляющей по отношению к другим составляющим.
Рис. 6.34. Блок-схема секции воспроизведения цветного изображения телевизора От видеодетектора -О Усилитель сигнала цветовой синхронизации Сервисное обслуживание цветного телевизора
200 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Кварцевый генератор поднесущей недостаточно точен для обеспечения правильного выделения цветовых сигналов. Поэтому при передаче цветового сигнала его образец помещается на задней площадке гасящего импульса, как показано на рис. 6.35. Импульс строчной синхронизации 8 периодов сигнала цветовой синхронизации на задней площадке Гасящий импульс горизонтальной ------► развертки Рис. 6.35. Гасящий импульс строчной развертки с задней площадкой Усилитель сигнала цветовой синхронизации получает часть сигнала и посы- лает его на фазовый детектор. Фазовый детектор сравнивает сигнал 3,58 МГц с сигналом цветовой синхронизации. Если сигналы совпадают, сигнал постоянно- го тока посылается на модулятор на реактивном сопротивлении, который уста- навливает точную синхронизацию сигналов. Фазовый детектор посылает также сигнал выключения канала цветности. Задача этого сигнала заключается в предотвращении появления какого-либо цветового сигнала при работе в монохромном режиме. Пока выполняется та- кой режим, поступает сигнал выключения канала цветности, затем этот сигнал выключается. Когда нет сигнала цветовой синхронизации, как это имеет место при монохромном вещании, фазовый детектор посылает сигнал постоянного тока, который отключает полосовой усилитель. Корректное воспроизведение цвета требует неискаженных сигналов цвет- ности и яркости. Любые дефекты, которые искажают черно-белое изображе- ние, будут влиять и на цветное изображение. Общая локализация проблем с цветом может быть выполнена в терминах растрового изображения и качества монохромного изображения. Хорошее растровое изображение показывает нор- мальные напряжения постоянного тока, качественная монохромная картинка является признаком нормального сигнала Y и соответствующего напряжения, постоянного тока на трубке. Отсутствие цвета Если нет цвета, ищите неисправную ИМС или модуль в каскадах обработки сиг- налов I и Q. Может быть неправильно настроена или неисправна регулировка сигнала выключения канала цветности.
Сервисное обслуживание цветного телевизора 201 Может быть также неисправен полосовой усилитель. Проверьте наличие сигнала 3,58 МГц и сигнала цветовой синхронизации на генераторе и поднесу- щей частоты. Слабый или тусклый цвет Слабое или выцветшее изображение может возникать в результате неправиль- но настроенного экрана и схемы запуска, а также смещения на трубке. Частич- но вышедший из строя транзистор или ИМС в каскадах обработки сигналов I и Q, или дефекты в полосовом усилителе могут также стать причиной этой неис- правности. Возможно недостаточно точно настроены селектор каналов и каска- ды промежуточной частоты, что также может вызвать указанную неисправ- ность. Проверьте наличие сигнала 3,58 МГц и сигнала цветовой синхронизации на генераторе и усилителе поднесущей. Доминирующий цвет на экране Если на экране доминирует синий цвет, возможная причина может заключать- ся в неправильно настроенных схемах усилителя зеленого и красного цветов, или некорректных установках регуляторах экрана. Когда доминирует красный цвет, следует искать неправильные настройки в каналах обработки синего и зеленого. Возможно также, что неисправна трубка. Если некоторые цвета более яркие, чем другие, обычно проблема заключа- ется в неправильно настроенном экране или схемах управления цветом. Сигнал выключения канала цветности Сигнал выключения канал цветности отключает усилитель цветности во время черно-белой передачи. Неисправность схемы генерации этого сигнала вызыва- ет цветовой шум, который называется «конфетти», он похож на помехи типа «снег», но с более крупными цветовыми пятнами. В этом случае следует прове- рить настройку или схему генерации сигнала отключения цветности. Цветные полосы Другой типичной проблемой цветных телевизоров является присутствие полос на изображении. Обычно причиной возникновения этой проблемы являются реактивный транзистор, схема автоматической подстройки частоты или неис- правная схема синхронизации. Многие из этих схем находятся в интегральной микросхеме, которая называется цветовым процессором, поэтому следует за- менить эту микросхему или весь модуль. Другие проблемы цвета Картинка, которая имеет черно-белый оттенок, говорит о нарушении чистоты цвета или что трубка нуждается в размагничивании. Большинство телевизоров
202 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры и мониторов имеют автоматическое размагничивание. Однако, если оттенки цвета меняются при изменении положения изображения, проверьте настрой- ки чистоты цвета. Если цвета неправильно выделены, проверьте сведение. Плохая фокусировка говорит о неисправности фокусного выпрямителя или схемы фокусировки. Сначала проверьте выпрямитель, затем остальные компо- ненты схемы. Может быть неисправен узел управляющей панели, кабель, штырьковые разъемы, блок развертки. Если цвета размазаны, проверьте, не произошла ли потеря сигнала Y, или не возникла ли неисправность в системе видеоусиления. Сведение лучей Потребность в сведении лучей постепенно уменьшается, поскольку большин- ство современных приемников снабжены соответствующей схемой. Еще одно сведение лучей может быть необходимо, когда новая трубка устанавливается в телевизор. Стандартная процедура описана в руководстве по техническому об- служиванию. Обычно общее сведение лучей заключается в настройке правиль- ного размера изображения, фокуса, линейности. Яркость также настраивается на определенном уровне. Обычно для этой процедуры используется генератор точек, полос и сетчатого поля. Настройка чистоты цвета Выключите пушки синего и зеленого сигналов и переместите отклоняющую катушку вперед. Настройте магниты чистоты так, чтобы красный луч сфокуси- ровался точно в середине экрана. Теперь отведите катушку назад, чтобы растр стал полностью красным. Статическое сведение Включите зеленую пушку. Настройте магниты статического сведения красного и зеленого так, чтобы два луча слились в центре экрана и образовали желтую точку. Теперь включите синюю пушку и соедините три луча в центре экрана для формирования белого цвета. Динамическое сведение Настройте каждый динамический регулятор на сведение в верхней части, ниж- ней части и на сторонах трубки. Прежде, чем вы завершите полное сведение, важно настроить картинку на наиболее качественное получение серой шкалы, которая обеспечивает оптимальный баланс черного и белого. Когда телевизор включен, а цвет выключен, настройте регуляторы красного, синего и зеленого для получения серого растрового изображения. Последний шаг заключается в настройке регуляторов экрана. Установите переключатель в рабочее положение. При этом по центру экрана появится
Сервисное обслуживание цветного телевизора 203 горизонтальная линия. Поверните регуляторы цвета по часовой стрелке, а за- тем медленно настройте каждый из них так, чтобы цвет был едва виден. Если при работе телевизора сведение не сохраняется, причина может за- ключаться в неисправном выпрямителе сведения. Техническое обслуживание телевизионных приемников последних моделей Материал этой главы касается общей теории работы телевизора и ориентирует вас на поиск наиболее вероятных неисправностей в блоках. Большинство из приведенных схем относятся к более старым телевизионным приемникам. В современных телевизорах меньше отдельных полупроводниковых компонен- тов. Целые секции телевизора: тюнер, усилители видеосигнала и промежуточ- ной частоты, блоки развертки, выходные каскады звукового сигнала и др. вы- полняются в виде интегральных схем (рис. 6.36). ICX1200 TA8879N Рис. 6.36. Блок-схема компонентов телевизора ICX1200 IC2100 LA7830 |pump-up| 1 2 3 4 5 6 7
204 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры Телеприемник, представленный на рисунке, содержит усилители промежу- точной частоты, видеоусилители, видеодетектор, детектор аудио ЧМ, генера- тор вертикальной и строчной развертки, и все это в одной ИМС! Это не означает, что ИМС - единственный компонент, который может быть неисправен. Каждая ИМС соединена со многими периферийными компонента- ми. Для управления всей системой используется также микропроцессор. R1OOO7 R27K9 01213 R1221 1000 27K 00Q1 36K R1204 U1200 Ю00 4,5MHz C6025 0,0033 R6032 51K 8,9V C6026 0,01 5,0V R1220 39K 52 L1201 1|ё1220 N15O_J_ C122T 7pF NPO 51 Li 200 filter __C12O5 -r 47pF ‘ #PARTOFTA8879N ’ ICX1200 IF/VIDEO 5,0V 4,0V 4,4V R1201 18K C1202 7MF R1215 C1209 U1201 0,001 SAW FILTER R1217 C’2’1 ri2,3Q1201AMP 100 °’00' R1231 33 R1212 100 C6096 j+ 4,0V 4,0V 4,0V 9| 2 2,0V 6,6V 3l 49Г 6,6V 5,3V 3,5V 5,3V R1206I RFAGC RANGE 4700 J 4,0V TO 7,5V I T юля R1208 g gv RFAGC 0,yV 5000 ___ R1205 £ 8,9V 24K 8,9V npocSt5 68pF NPO LIZOzf • 6 g 5.2VTO5.9M о Q1202 AMP I 4-7V W513V R1227 47K_ 2 5V '50V R1226 47K JL.C2240 T 39pF — C1208 T 0.47MF R2228 47K SYNC j---------------------------------------- 3,7V 10ps _0,2V 5.2V 7,2V 2,2V? 3,8V. 22 6.4V 4.7V 0,1 RX2261 3300 RX2265 4700 C2111 0 01 C2243 0,001 9,0V C2203 0,022 100V J it RX2260 П820 680 IR2268 I 10K ccSl C2232 JL IpF T 100V r*n C3214 В47(iF C2200 2,2uF 100 V §CX222 g 47pF RX2263RX2264 5,0 4700 30 R2108 15K R2110 68K R2104 6,8 "122V 10ps Q3201 r-г та 31 C2104 R2103 R£J97 vPRT1q?7F 4.7pF 15K — R2l02o£j 12K >6 rR2293 47 (1000) R2105 6,2 IR2259 I 1500 CR2202 9,0V R3203 5100 А1 A2 ’01 0,2 180 1--X__2P0V 1 1ГкХ1.!°^сз201Т 2,2pF 100V 1R3201 4700 1 3W 100 V A Рис. 6.37. Схема секции усиления промежуточной частоты и обработки видеосигналов и части секции развертки
Сервисное обслуживание цветного телевизора 205 В течение более 50 лет SAMS Photofacts поставляет техническую документа- цию по бытовой электронике для профессиональных специалистов сервисного обслуживания и электронщиков-любителей, которые увлекаются ремонтом обо- рудования. Обратите внимание, как распределены различные функциональные схемы (рис. 6.37). Указаны формы сигналов и уровни напряжения постоянного тока для всех критических точек схемы. Большинство слаботочных каскадов обработки сиг- налов выполнены в виде одной ИМС, а усиление мощности и буферизация сигна- лов между каскадами осуществляются схемами с использованием транзисторов. Обратите внимание, что выходной каскад вертикальной развертки выполнен PROCESSOR 4,8V 4.4V 3.1V 6| NC R1209 9100 C1222 R2213 ||95nn 1300 U220° Q2201 amp 9 0V |FT4 delay C2210 10pF 100V R2214 1600 Q2200 L2202 U2201 4,5MHz 0V 2,1V 10ps ICX1200 TAKEN WITH CHROMA BAR SWEEP GENERATOR R2204 220 | R2205 1000 32,2V lOps with bar generator trap “1“ R2229 10K Q2209 stable display 07V #PART OF TA8879N if/video processor 2,1V________4,4V I 131 x CR2200 о ।----J----- oh58MHz_L hr-i d: g. С2204=Ь Ll______k_l 3,3V 40 C2213 39pF 0 6V 10ps lOps R2216 .220 2,5V hOps R2217 IM 5R2291 1200 C2237 T0-01 1,4V 5ms R2228 10K R2225 8200 9,0V C2102 220pF R2227 13K 52V 5ms DY1 Q2205 47pF^; brightness control R2244 .0,4V/p(l.9vl R2284 П JI 1000U R2241 U 4700 “7 Q2205 910V R2246 contrast control 3900 Jj----1 -0.3V R2283 10001 R2247 9100 ------ ; 2Y2 § о R2235 11K R2240 3900 . C2219“T“™ 4,7pF O’”, CR2209 C22C8 9,0V R2248 133 К KI R2234 L 9,0V 20K R2250 56K R2221П 560IJ R2249 39K C3206 =4=0,56 250V g Я MAGNET TX3200 BOTTOM VIEW Рис. 6.37. Схема секции усиления промежуточной частоты и обработки видеосигналов и части секции развертки
206 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио» и телевизионной аппаратуры в виде отдельной ИМС, а выходной каскад строчной развертки - в виде двухкас- кадной схемы с использованием мощных транзисторов. Сервисное обслуживание,современного телевизора требует знаний о прохож- дении сигнала для прогнозирования, наиболее вероятного источника проблемы, POLARIZED R3425 3R8 Al 5W R3419 1000 10W izsvac CX34991L 0,0047^ 125VAC C * 7.« P3400 3Re{xFX34»5tX340t CX3425X RX3401 3T8 L3000 DEGAUSS 2200nF^С3483 12.4V CR3490 R3430 100 Q3420REG 9.1VpJcF CRX3473 CRX3474; [og 5.8V 5ms 16( #RX3480 —*AV- # CRX3449 470nF 200V source 9.0V source 2W ППШ1- HA 3,6V R3416- woo: R3431 2200 R3426 220 C6019 1000nF CR3493 5.1V CR3488 : rC3499 f --- * 0.001^ 7 ' ,c RX809 15 Q3422REG ^10’* Q3423 switch \3V CR3492± C3209 470pF RX806- 1000J 1180V I source 12.3V source 1100V I source 4.8V source C3423 220nF -4- R3209 2.2 R3Z3Z 2.2 CX8O4iu lOOOpF 500V C^200 L3299 2.2 4A5 5A4 f—C-D- —\Mr- ,—o—o- i • CX3234 .3 1 ; C3235 ; 10hF uL L——J 160v J_ 500V 124.0V Isource (л R3208 IC3200 REG R3428 39 1W R3215 1W R2206 51 CR3201 -H— C3407 9.3V 5.1V ItPARYo^’j 1 ДХ3200 " ! L1600 out _ L3208 C3215 I *C6094+T C6095T 0.47nFX 150gFi±i 0.1 i C3218 T C3208, 0.1 -T* 2200pF 100V ▼_________Уйм 12.4V C3212 +T “source 470цР T CR2201 x XC2299 C2207 9.1VM gj4.7nF ХЮОцГ С22061 a 0.1 J 19.0V I source CR1201 9.1V C1215 i B8.9V source D5.0V source ___ L78M08ABV IC1603 reg out HEI 12.2V C1630ic 165бЛ C1658-1- 1И source 0.047 TlOOnFTJ 0.1 T C1619+TC162O-I.C 1631-1-С1бЗаТ 10pF 0.1 ^0.047^ 100nF^ |8.1V Isource Рис. 6.38. Источник питания телевизионного приемника
Сервисное обслуживание цветного телевизора 207 внутри которого можно с помощью осциллографа попытаться найти точки с неправильной формой сигналов. Когда локализована проблемная область, изме- рения с помощью вольтметра постоянного тока часто позволяют определить неисправный компонент. Распространенной проблемой при ремонте современных телевизоров явля- ется блок питания. Старые приемники снабжены простыми линейным источ- ником питания с несколькими регулируемыми напряжениями, подаваемыми на различные секции телевизора. Новейшие модели используют схему источника питания постоянного тока для генерации нескольких первичных напряжений питания, которые используются для секции генератора строчной развертки. Полученные на генераторе колебания снимаются с вторичной обмотки строч- ного трансформатора и используются для генерации других напряжений схем телевизора (рис. 6.38). Обратите внимание на обмотки трансформатора ТХ3200 (выходной транс- форматор строчной развертки) в нижнем левом углу. Он представляет пробле- му для специалиста при полностью неработающем телеприемнике. Для функ- ционирования генератора источник питания должен быть в порядке, но и источнику питания для работы необходим генератор. Поиск неисправного ком- понента в такой замкнутой системе - нелегкая задача! Каждый телевизор име- ет свои особенности, но обычно руководства по обслуживанию описывают про- цедуру локализации проблем источника питания. Руководства по обслуживанию Большинство руководств по обслуживанию представляют собой комбинацию схем и диаграмм прохождения сигналов. Эти диаграммы помогают быстро най- ти неисправные компоненты с помощью схем и контрольных точек. Например, при поиске неисправностей системы видеопроекции используется диаграмма, показанная на рис. 6.39. Начните с первого этапа диаграммы, проверив наличие напряжения 120 В переменного тока на контактах 1-3. Если напряжения нет, проверьте плавкий предохранитель. В противном случае протестируйте напряжение на контактах 6, 4, 3, 1. Выполните ремонтные процедуры, если потребуется, например, заме- ните ИМС, кабели, платы ИМС или сборки, или исправьте плохие соединения. Схемы и блок-схемы также являются обычным вспомогательным средством при поиске неисправностей (рис. 6.40). Они помогают специалисту провести необходимые измерения в указанных точках. Такие схемы обычно сопровождаются диаграммой прохождения сигна- лов, чтобы специалист мог проследить логическую последовательность дей- ствий для локализации неисправности. Большинство компаний-изготовителей проводят тщательную техническую подготовку и выпускают сервисные руко- водства, которые являются важным вспомогательным средством при ремонте телевизоров и других электронных устройств. Узлы селекторов каналов в большинстве современных телевизоров выполне- ны в виде ИМС обработки высокой частоты с цифровым или микропроцессор- ным управлением с периферийными компонентами, которые образуют цепи RLC для регулировки. Если обнаружено, что узел обработки высокой частоты
208 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры Рис. 6.39. Блок-схема поиска неисправен, он в большинстве случаев не ремонтируется, а заменяется. Обыч- но он представляет собой отдельный модуль в защищенном корпусе. При неис- правности микропроцессора его также следует заменить. Эти телевизионные приемники все еще производятся таким способом, ко- торый допускает их ремонт. Телевизоры с использованием печатных плат явля- ются стандартом в течение последних 30 лет. ИМС выполняются в корпусах с двумя рядами выводов, что позволяет заменять их, как это описано в главе 7. Другие компоненты: конденсаторы, транзисторы, диоды, можно также лег- ко заменить. Таким образом, телевизоры все еще относительно ремонтопригод- ны. В начале XXI в. цифровые технологии телевидения высокого разрешения сделают эти телеприемники устаревшими. Появились дисплеи, основанные на
Сервисное обслуживание цветного телевизора 209 250VDC 5N4 PIN 1 S--------- 225VDC NORMAL ON OVDC SHUT DOWN CONDITION ±+ C-5101 Fl R-5151 “Г 4.7UF | I 560k JL D-5101 ¥ SIGNAL DIODE R-5153 130k 5B PIN 1 -----S 30VDC NORMAL ON CONDITION 0VDCTO-170VDC SHUT DOWN CONDITION 90VDC 5L IS IN SET UP POSITION П R-5154 II 1k \ YOKE ▼ TO DISTRIBUTOR (GND) -ANODE-► NUMBERS REFER TO C.R.T. SOCKET DAG (GND) ]бВВ I5DB Рис. 6.40. Типичные схема и блок-схема совершенно иных технологиях, которые заменяют ЭЛТ. Это означает, что боль- ше не будет необходимости в сильных магнитных полях для отклонения луча. С уменьшением потребности в компонентах высокой мощности для управления работой дисплеев можно ожидать, что все большая часть схем будет выполнять- ся в виде специализированных ИМС.
210 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио* и телевизионной аппаратуры Компоненты для поверхностного монтажа Ремонтируя компоненты, помните, что технология развивается. Например, в 1970-е годы многие шасси изготавливались со штампованными металлическими основаниями и выступами и затем выполнялись соединения комбинации ламп и транзисторов с помощью ручной пайки паяльниками мощностью 200 Вт. В результате получались так называемые «гибридные» транзисторно-ламповые схемы. Полупроводниковые приборы вызвали необходимость применять паяльни- ки 40 Вт, поскольку ИМС и компоненты очень близко располагаются на печатных платах. Многие современные схемы представляют собой миниатюрные устройства для поверхностного монтажа или чипы - крошечные блоки, которые припаивают- ся к модулям из металлической фольги. Эти приборы чрезвычайно хрупкие, их можно легко повредить при неверном движении или перегреве. Резисторы и конденсаторы также миниатюризируются и часто изготавлива- ются с очень маленькими основаниями из пленки. Приборы для поверхностного монтажа, интегральные схемы, транзисторы, диоды и другие хрупкие компонен- ты требуют специальных теплочувствительных инструментов и оборудования. Необходимы паяльные станции с контролируемым нагревом 25 Вт с применени- ем трубчатого припоя 0,3 мм. При работе с приборами поверхностного монтажа и другими миниатюрны- ми компонентами нужны крошечные микропинцеты, стоматологические иглы и ювелирные отвертки. Снимая такой прибор, захватите его пинцетом и акку- ратно покачивайте его, нагревая припой на концах выводов. Когда контакты ослабнут, мягко отделите прибор. Не рекомендуется повторно использовать миниатюрный прибор, извлеченный из схемы. Аккуратно нагрейте выводы миниатюрной ИМС и поднимите ее, используя стоматологическую иглу. Анало- гично, при замене компонентов, направляйте их пинцетом и осторожно при- паивайте. Профилактическое техническое обслуживание Неисправности звукового оборудования могут очень часто быть непосредствен- но связаны с неправильным использованием. Стереоустройства не следует включать на полную громкость в или прослушивать записи в таком режиме в течение очень длительного времени. Нагревание может вызвать преждевре- менный выход из строя динамиков и выходных каскадов усилителя. Никогда не включайте стерео оборудование без динамиков или с непредусмотренным чис- лом этих компонентов. Импеданс динамиков всегда должен быть согласован с импедансом выходных усилителей, иначе может произойти поломка прибора. Периодически прочищайте и размагничивайте магнитофонные головки. Это не только предотвратит возникновение неисправностей, но и повысит удоволь- ствие от прослушивания. Телевизоры, так же, как и другие типы приемников, следует использовать аккуратно. Не злоупотребляйте переключением каналов. Сохраняйте правиль- ную настройку органов управления и заменяйте Сломанные детали.
Вопросы для самоконтроля 211 Периодическая чистка приемника может нередко предотвратить возникнове- ние неисправности. Загрязненные схемы могут привести к увеличению тепла, усиливая износ компонентов. Кроме того, пыльная, грязная электронно-лучевая трубка может вызвать дуговой разряд высокого напряжения и недостаток яркости. Каждое шасси следует регулярно очищать струей сжатого воздуха или пылесосом. Не допускайте перегрева телевизора или контакта с влагой. И тепло и влага могут разрушить компоненты схемы. Кроме того, сильная влажность воздуха (в подвалах и т.п.) может вызвать образование дугового разряда. Не устанавли- вайте телевизор вблизи нагревательных систем. Не накрывайте телевизор де- коративными материалами, которые могут помешать нормальной вентиляции. Помните о мерах предосторожности. Всегда устанавливайте на место щиты и экраны после проведения технического обслуживания. Не заменяйте поляр- ную вилку на вилку без фиксированного положения контактов. Могут случаться сильные удары током. После пайки проверьте на наличие брызг припоя, холод- ную пайку или поврежденную изоляцию. Проверяйте возможную утечку переменного тока на открытых металличес- ких частях - корпусах приемников, ручках управления и т.д. Для этих целей можно использовать вольтметр переменного тока с резистором 1500 ОмхЮ Вт и шунтирующим конденсатором 0,15 мкФх150 В между металлической деталью и землей. Значения выше 0,75 В (или 0,5 мА переменного тока) говорят о по- тенциальной опасности и необходимости принятия мер. Вопросы для самоконтроля Выберите правильный ответ: 1. Звуковая частота находится в диапазоне: а) 400-40 000Гц; б) 20-20 000 Гц; в) 100-10 000 Гц; г) ничего из перечисленного. 2. Модулированная волна радиочастоты состоит из: а) высокочастотная волна и несущая; б) высокочастотная волна и радиоволна; в) волна несущей частоты и высокочастотная волна; г) ничего из перечисленного. 3. Какое из следующих устройств демодулирует модулированную радиоволну: а) усилитель высокой частоты; б) усилитель промежуточной частоты; в) смеситель; г) детектор. 4. В большинстве смесителей частота генератора составляет час- тоты несущей входного сигнала: а) меньше;
212 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры в) равна; г) ничего из перечисленного. 5. Двухтактный усилитель требует: а) разделитель со смещением фазы 180°; б) инвертор со смещением фазы 90°; в) оба: «а» и «б»; г) ничего из перечисленного. 6. Стабилитрон, в котором предполагается короткое замыкание, можно проверить с помощью: а) шунтирования; б) отсоединения одного из выводов диода; в) обхода диода; г) ничего из перечисленного. 7. Какой каскад приемника используется для уменьшения затухания сигнала и поддержания постоянного уровня звука? а) детектор б) усилитель промежуточной частоты; в) усилитель низкой частоты; г) усилитель высокой частоты; Д) АРУ. 8. При приеме с разделением каналов монофонический приемник исполь- зует: а) только подавленный сигнал 19 кГц; б) только сигнал боковой полосы L - R; в) только сигнал несущей L + R; г) все перечисленные. 9. Гул в динамике чаще всего является следствием неисправного: а) диода; б) транзистора; в) фильтра; г) ничего из перечисленного. 10. Температурно-зависимые компоненты можно проверить с помощью: а) нагревания и охлаждения; б) постукивания; в) шунтирования; г) ничего из перечисленного. 11. При поиске неисправностей совершенно неработающего приемника сле- дует проверить: а) выключатель питания; б) диоды источника питания; в) плавкий предохранитель; г) обрыв нити катода. 12. Для правильного разделения каналов разность должна составлять: а) 5 дБ; б) 10 дБ;
Вопросы для самоконтроля 213 в) 20 дБ; г) 40 дБ; 13. Грязную головку магнитофона следует очистить с помощью: а) керосина; б) травящего раствора; в) изопропилового спирта; г) любого из перечисленных. 14. Если один из транзисторов двухтактного усилителя неисправен, то следует: а) заменить только его; б) заменить оба; в) «а» или «б»; г) ничего из перечисленного. 15. Закороченный конденсатор можно проверить с помощью: а) шунтирования б) замены в) обоими способами: «а» и «б»; г) всеми указанными способами. 16. Неисправность, которая вызывает уменьшение громкости, недостаточ- ный контроль высоких частот и искажения: а) неисправный узел АРУ; б) неисправный потенциометр управления громкостью; в) грязная головка; г) неисправный двигатель и привод. 17. Осциллограф является эффективным средством для локализации неисп- равных каскадов, поскольку он может показать: а) форму сигнала; б) частотную характеристику каскада; в) шум в сигнале; г) все перечисленное. 18. Если приемник издает скрипящие, воющие или другие подобные звуки, наиболее вероятной причиной является: а) транзистор. б) фильтрующий конденсатор; в) разрядившаяся батарея питания; г) резистор. 19. Когда вы проверяете сопротивление фазоинвертирующего усилителя: а) между общей точкой и Vcc должно быть малое сопротивление; б) между общей точкой и землей должно быть малое сопротивление; в) измерения сопротивления в пп. «а» и «б» должны давать разные значе- ния; г) измерения сопротивления в пп. «а» и «б» должны давать одинаковые значения. 20. Когда вы используете омметр для идентификации короткого замыкания, омметр должен показывать: а) 0; б) бесконечность;
214 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры в) 100 кОм; г) 1 МОм. 21. Если настройка сигнала приемника ЧМ нестабильна, возможной причи- ной является: а) неисправная схема АРЧ; б) неисправная схема генератора; в) короткое замыкание или обрыв в компоненте АРЧ; г) все перечисленные. 22. Какие из следующих каскадов являются общими для приемников AM и ЧМ? а) входной контур, генератор, детектор, усилитель низкой частоты; б) усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной ча- стоты, усилитель низкой частоты; в) генератор, усилитель высокой частоты, частотный дискриминатор, детектор; г) тюнер, усилитель промежуточной частоты, детектор, усилитель низ- кой частоты. 23. Детектор AM выполняет две основные функции приемника: а) усилителя и фильтра; б) буфера и усилителя; в) буфера и детектора; г) выпрямителя и детектора. 24. Один набор из 262,5 строк представляет собой: а) поле; б) кадр; в) цикл; г) интерфейсный набор. 25. Общее количество 525 строк образуют: а) поле; б) кадр; в) цикл; г) интерфейсный набор. 26. Количество кадров в секунду составляет: а) 20; б) 30; в) 60; г) 120. 27. Генератор развертки по вертикали имеет частоту: а) 20 Гц; б) 30 Гц; в) 60 Гц; г) 120 Гц. 28. 1енератор строчной развертки имеет частоту: а) 60 Гц; б) 15750 Гц;
Вопросы для самоконтроля 215 в) 3,58 МГц; г) 45,75 МГц; 29. Звуковой и видеосигнал разделяются: а) каскадом промежуточной частоты; б) видеодетектором; в) видеоусилителем; г) схемой выделения сигналов цветовой синхронизации. 30. Импульсы горизонтальной и вертикальной развертки разделяются: а) схемой АРЧ; б) секцией высокого напряжения; в) схемой выделения сигнала синхронизации; г) АРУ. 31. Если и звук и изображение слабые и искаженные, наиболее вероятной причиной является неисправность: а) АРЧ; б) тюнера; в) секции обработки звука; г) секции обработки сигнала изображения. 32. Отсутствие растрового изображения часто свидетельствует о: а) отсутствии телевизионного сигнала; б) отсутствии видеосигнала; в) отсутствии АРУ; г) отсутствии высокого напряжения. 33. Горизонтальная линия в средней части экрана является чаще всего при- знаком неисправности в: а) селектора каналов; б) секции вертикальной развертки; в) секции строчной развертки; г) секции обработки видеосигнала. 34. Медленно поднимающиеся светлые фоновые полосы в телевизоре возни- кают из-за неисправного: а) выпрямителя; б) трубки; в) трансформатора высокого напряжения; г) фильтра. 35. Серебристое, нефокусированное изображение является признаком неис- правности: а) выпрямителя; б) трубки; в) трансформатора высокого напряжения; г) фильтра. 36. Перегруженное изображение можно во многих случаях исправить, отре- гулировав: а) генератор вертикальной развертки; б) генератор строчной развертки;
216 ГЛАВА 6. Сервисное обслуживание радио- и телевизионной аппаратуры в) АРУ; г) схему выключения канала цветности. 37. Характеристику ярких, сильных цветов часто называют: а) оттенок цвета; б) яркость; в) насыщенность; г) цветность. 38. Воспринимаемая яркость называется: а) оттенок цвета; б) яркость; в) насыщенность; г) цветность. 39. Наведение всех трех цветовых прожекторов на одну точку называется: а) демодуляция; б) конфетти; в) расфокусирование; г) сведение лучей. 40. Цветные конфетти можно устранить, отрегулировав: а) усилитель сигнала цветности; б) детектор цвета; в) схему выключения канала цветности; г) генератор цвета. 41. Наличие цветных полос часто говорит о неисправности в схеме: а) катушки; б) строчной развертки; в) схемы выделения сигналов синхронизации; г) усилитель сигналов цветности. 42. Перед началом сведения лучей необходимо выполнить: а) получение серой шкалы; б) размагничивание; в) установку экрана; г) выравнивание. 43. При работе с телевизионными схемами следует использовать: а) неполяризованную вилку; б) генератор шума; в) изолирующий трансформатор; г) размагничивающую катушку. Вопросы и проблемы 1. Опишите формирование и характеристики модулированной радиоволны. 2. Что такое кристаллический детектор? 3. Нарисуйте блок-схему супергетеродинного приемника. 4. Почему схема разделения требует двухтактного усилителя? 5. Расскажите о ремонте полностью неработающего радиоприемника.
Вопросы для самоконтроля 217 6. Что может стать причиной появления в радиоприемнике скрипящих, воющих и других подобных звуков? 7. Как можно локализовать температурно-зависимый компонент в радио- приемнике? 8. Что такое устройство размагничивания головок и для чего оно использу- ется? 9. Что такое стробоскоп? 10. Расскажите о процедуре корректировки медленно вращающегося опорно- го диска проигрывателя. 11. Расскажите о процедуре проверки стабилитрона, в котором предполага- ется короткое замыкание. 12. Расскажите, как чистить головку магнитофона. 13. Что такое генератор шума? 14. Перечислите некоторые типы оборудования шумоподавления. 15. Какая разница между методами шунтирования конденсатора и замены конденсатора? 16. Нарисуйте блок-схему черно-белого телевизора по памяти. 17. Расскажите об основных функциях каждой схемы черно-белого телевизо- ра. 18. Расскажите об основных проблемах, связанных с источником питания телевизионного приемника. 19. Расскажите, что происходит с изображением на экране ЭЛТ при слабой эмиссии. 20. Как можно улучшить изображения при слабой эмиссии трубки? 21. Как может мастер по ремонту определить, вызвано ли перемещение изображения по вертикали проблемами в генераторе вертикальной раз- вертки или синхронизации по вертикали? 22. Какой каскад телевизора наиболее вероятно неисправен при трапецие- видных искажениях изображения? 23. Что такое конфетти? 24. Какие цвета являются признаком постоянного и переменного высокого напряжения. 25. Расскажите, как мастер по ремонту может определить, вызваны ли поме- хи типа снег тюнером или антенной. 26. Что означают термины оттенок, насыщенность, цветность и яркость? 27. Расскажите о назначении каждой секции цветного телевизора 28. Какую секцию телевизора следует проверить, если на изображении при- сутствуют цветные полосы? 29. Какая секция телевизора является наиболее вероятным источником про- блем слабых цветов? 30. Какие предосторожности необходимо соблюдать при извлечении прибо- ров поверхностного монтажа?
Глава У Сервисное обслуживание цифровых схем До сих пор, большая часть материала была посвящена сервисному обслуживанию систем промышленного и бытового назначения и их компонентов - другими словами, аналоговых устройств. В настоящее время цифровые системы посте- пенно занимают место аналоговых. Цифровые схемы во многих случаях имеют ряд преимуществ: большую на- дежность, отсутствие шума, легкость в построении интерфейсов с компьютера- ми. По сути, электронно-вычислительные машины представляют собой набор цифровых схем. В настоящее время конструирование телевизионной и радиоаппаратуры, устройств бытового назначения и персональных компьютеров развивается в на- правлении почти исключительного использования цифровых схем. Те же самые процессы постепенно происходят в промышленных системах управления. Эта глава рассматривает основы современной техники и методы с'ервисного обслуживания обычных цифровых схем. Основные сведения Логика-наука о правильном рассуждении. Мы используем ее каждый день, при- нимая решения и познавая мир вокруг. Многие из наших рассуждений можно представить в виде последовательности выражений: если - то. Рассмотрим, например, следующее утверждение: Если у меня будет час времени, и дождя не будет, и газонокосилка заведется, то я постригу газон. Заметьте, что слово если сопровождается тремя условиями, каждое из которых может быть истинно или ложно. Союз и означает, что все
Логические функции 219 условия должны быть выполнены (истинны), чтобы выполнилось выражение, следующее за то, Цифровая логика использует электронные схемы для комби- нирования событий, которые могут быть представлены как истинные или лож- ные для получения конечного вывода - решения. Двоичная система счисления Цифровые системы требуют такого входа, который есть или истинный или ложный, да или. нет, включено или выключено. Следовательно, должен быть способ представить эти два условия в электронных схемах, которые использу- ются для комбинации входных условий. Это выполняется за счет подачи опре- деленного напряжения для представления уровня логической 1 и другого на- пряжения для представления уровня логического 0. Например, во многих популярных схемах 5 В представляет логическую 1, а 0 В -логический 0. Поэтому уровень логической 1 часто называется высоким, а уровень логического 0 - низким. В некоторых системах 1 рассматривается как «истина», «да» или включено, а 0 представляет «ложь», «нет» или выключено. Это называется положительной логикой. В системе с отрицательной логикой 1 представляет «ложь», а 0 - истину. Логические функции Логика И Во многих электронных системах для комбинирования входных сигналов и получения выходных должны быть приняты логические решения. Рассмотрим микроволновую печь. Логика, определяющая включение и выключение магнет- рона (который вырабатывает микроволновую энергию), требует определенных входных сигналов, например: Рис. 7.1. Переключение с использованием логического И
220 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем ♦ таймер должен быть включен (то есть, установлен не на 0); ♦ нажата кнопка Пуск. Способ соединения схемы для обеспечения логики, реализующей данную функцию, показан на рис. 7.1. Эти два входа (переключателя) комбинируются функцией И, то есть для того чтобы выход был «истина», оба входа должны быть «истина». На рис. 7.2 представлены функции И в виде логических символов, а также таблицу, которая указывает, как комбинируются входные сигналы, она называ- ется таблицей истинности. На рис. 7.3 представлен упрощенный пример схемы логического И ВходА Вход В Таблица истинности схемы логического И Входы А В Выход X 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 Рис. 7.2. Схема логического И 110 VAC Рис. 7.3. Использование логического И в микроволновой печи
Логические функции 221 В большинстве микроволновых печей есть выключатель, представляющий собой кнопку без фиксации. Как может печь продолжать работать при установ- ленном таймере и кнопке Пуск, которая была нажата, а затем отпущена? Оче- видно, что этого не добиться с помощью только функции И. В современных микроволновых печах эта операция осуществляется при содействии микропро- цессора. Мы рассмотрим эту тему в главе 9. Для учебных целей мы подробнее остановимся на том, как можно управлять микроволновой печью с помощью цифровых логических схем. Логика ИЛИ При применении кнопки в микроволновой печи можно сформулировать про- блему следующим образом. Магнетрон должен быть включен, если: ♦ таймер установлен И нажимается кнопка Пуск; ♦ таймер установлен И магнетрон уже включен. ВходА Вход В Таблица истинности схемы ИЛИ Входы А В Выход X 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 Рис. 7.4. Схема логического ИЛИ Рис. 7.5. Управляющая логика микроволновой печи
222 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Обратите внимание, что пока выражение А или В истинно, выход должен быть «истина». Только если А и В «ложь», выход будет «ложь». На рис. 7.4 приведены обозначение и таблица истинности для логической функции ИЛИ. На рис. 7.5 показана полная логическая схема управления микроволновой пе- чью. Логика НЕ Третий базовый элемент цифровой логики - это функция, которая позволяет инвертировать логический сигнал или найти его дополнительную величину. Час- то необходимо показать, что событие не случилось. В примере с микроволновой печью мы НЕ услышим звуковой сигнал, и дисплей не перейдет в режим часов до тех пор, пока не истечет предварительно установленное время работы. На рис. 7.6 приводится символическое обозначение инвертора, таблица ис- тинности и пример случая, когда таймер не включен. +5V Закрыт = таймер включен (логическая 1) Вход К логической схеме К схеме звонка Рис. 7.6. Инвертор Выход X Обычный способ показать инверсию сигнала заключается в знаке «!» перед названием сигнала или чертой над названием сигнала. Это обозначение часто используется также для того, чтобы показать, что активный уровень сигнала низкий. Например, если вход схемы обозначен IRESET, это означает, что вход будет иметь низкий уровень при нажатии кнопки RESET. Инвертор может иметь только один вход и один выход. Схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ Схема И-НЕ - комбинация функции И, а также функции НЕ. Ее можно пред- ставлять как схему И с активным низким выходом, который имеет низкое зна- чение только тогда, когда все входные сигналы высокие. На рис. 7.7 показано обозначение и таблицу истинности для двухвходовой схемы НЕ-И.
Логические функции 223 ВходА Вход В Выход X Таблица истинности схемы И-НЕ Входы Выход А В X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Рис. 7.7. Схема И-НЕ Комбинация функции ИЛИ и функции НЕ - схема ИЛИ-HE. Она выполняет операцию логическое ИЛИ над двумя входными сигналами и затем инвертиру- ет выходной сигнал. Выходной сигнал будет иметь низкий уровень, когда хотя бы один (или оба) из входных сигналов имеет высокий уровень. На рис. 7.8 по- казано обозначение и таблица истинности для двухвходовой схемы ИЛИ-НЕ. ВходА Вход В Выход X 2_ 3 Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ Е А (ходы В Выход X 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Рис. 7.8. Схема ИЛИ-НЕ При необходимости схемы могут выполнять операции с более чем двумя входами. Например, устройство управления микроволновой печи может иметь некоторые ограничения на работу - от замка двери и т.п. Другими словами, магнетрон не будет включаться до тех пор, пока не выполнены условия: таймер установлен, нажата кнопка пуска и дверь закрыта. Мы имеем здесь три пере- менных, с которыми выполняется операция И, что лучше всего можно реализо- вать с помощью схемы И с тремя входами. На рис. 7.9 показана схема И-НЕ, ее таблица истинности и способ применения ее в устройстве управления микро- волновой прим
224 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Исключающее ИЛИ Последний тип логической функции - это Исключающее ИЛИ. Таблица истин- ности этой функции похожа на таблицу ИЛИ, но здесь два высоких входных сигнала дают низкий уровень на выходе, как показано на рис. 7.10. Эта схема может использоваться для сравнения уровней двух логических сигналов с це- лью определения, одинаковы ли они. Если выход 0, они одинаковы. Если вы- ход 1, они разные. Рис. 7.10. Схема Исключающее ИЛИ
Серии цифровых логических приборов 225 Другой вариант использования функции Исключающее ИЛИ состоит в изби- рательном инвертировании или не инвертировании сигнала. Посмотрите на временную диаграмму на рис. 7.11. Входной сигнал 1 2 )] \ *3 Выходной сигнал Управляющий сигнал INVERT/BUFFER Временная диаграмма Входной сигнал Управляющий сигнал INVERT/BUFFER __________________| Выходной сигнал Буферизация Инвертирование Рис. 7.11. Временная диаграмма схемы Исключающее ИЛИ Когда управляющий вход имеет низкий уровень, то выходной сигнал совпа- дает с входным. Если на управляющий вход подан высокий уровень, входной сигнал инвертируется. Когда сигнал является управляющим, как в этом приме- ре, его помечают, чтобы показать, какой режим должна давать схема при высо- ком уровне управляющего сигнала и какой при низком. В этом примере назва- ние управляющего сигнала INVERT/BUFFER (инвертирование/буферизация). Это означает, что если сигнал на этой линии имеет высокий уровень, то вход- ной сигнал инвертируется, если же этот сигнал имеет низкий уровень, то про- исходит простая передача (буферизация) сигнала. Буфер представляет собой устройство, которое дает на выходе такой же ло- гический уровень, как на входе, но при необходимости может обеспечивать дополнительный ток. Серии цифровых логических приборов Концепции построения цифровых устройств не новы. Множество несложных приборов построено сегодня на цифровых интегральных микросхемах. После появления цифровых интегральных микросхем (ЦИМС) для реализации циф- ровых логических схем были выбраны несколько технологий. Каждая из них применяется при производстве деталей определенных групп. Этот раздел рас- сматривает серии, которые могут с наибольшей вероятностью встретиться в оборудовании, выпущенном за последние 25 лет.
226 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем пл Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) очень широко использовалась для построения цифровых схем. Если не учитывать историю происхождения тако- го названия, оно может показаться избыточным. Ранние логические схемы ос- новывались на резисторно-транзисторной логике (РТЛ) и диодно-транзистор- ную логике (ДТЛ). ТТЛ используется более 25 лет, и ее базовый формат не изменился, хотя технология изготовления ИМС улучшилась и внутренние компоненты модифи- цировались, что повысило быстродействие и уменьшило энергопотребление. «Гербом» семейства ТТЛ является префикс 74 на номере детали. Изначально ИМС ТТЛ имели номер 74хх. Например, микросхема с номером 7400 представ- ляла собой 4 двувходовых схемы И-НЕ (то есть 4 схемы И-НЕ с двумя входами в едином кристалле ИМС). Схема 7404 представляла собой шесть инверторов в одном корпусе. Затем возникла необходимость в более быстродействующих логических схемах. За счет уменьшения номиналов внутренних резисторов в схемах ТТЛ удалось увеличить частоту переключения (но и рассеивание энер- гии), в результате появилась новая серия 74Н (высокоскоростная). Другие применения требовали меньшего рассеивания энергии, но не нужда- лись в высоком быстродействии. Так появилась серия 74 L (с низким потребле- нием энергии). Были разработаны транзисторы Шоттки, не достигающего глу- бокого насыщения в открытом состоянии, вследствие чего могли выключаться быстрее, чем обычные биполярные транзисторы, что привело к созданию се- рии 74S. Комбинация технологии с низким потреблением и транзисторами Шоттки дало серию 74 LS. Спустя годы были разработаны способы изготовления транзисторов, кото- рые быстрее переключаются и имеют меньшее энергопотребление. Новые тех- нологии породили усовершенствованные схемы Шоттки 74 AS, модернизиро- ванные схемы Шоттки с низким потреблением ALS, высокоскоростную 74 F серии семейства ТТЛ. Эти приборы использовались в случаях, где было необхо- димо высокое быстродействие. Во всем семействе ТТЛ прибор с одинаковым номером детали совместимым с любым другим прибором семейства, вывод соответствовал выводу. 74LS00 так- же представляет собой четыре двухвходовых схемы И-НЕ, как и 74ALS00, 74S00 и т.д. У разных серий может отличаться только быстродействие, требования к энергопотреблению и спецификации входных и выходных токов. Когда возникает подозрение, что деталь неисправна, обычно она просто за- меняется другой, а специалист выясняет, устранит ли это проблему. Достаточ- но часто в схеме используются детали разных серий. Предположим, например, что возникла неисправность микросхемы 7408, но у вас на складе есть только 74LS08. Если замена стандартной микросхемы ТТЛ 7408 на 74LS08 решает проблему, то, вероятно, 7408 неисправна. Более того, если замена на микросхему 74LS не решает проблемы или появ- ляются другие симптомы, это не обязательно означает, что 7408 исправна, и
Серии цифровых логических приборов 227 очень вероятно, что ваша новая деталь была подвергнута воздействию, выходя- щему за пределы рабочего диапазона. Другой характеристикой всех устройств ТТЛ является напряжение источни- ка питания. Каждая микросхема имеет вывод, помеченный Vcc (напряжение питания для коллекторов). Номинальная величина Vcc для схем ТТЛ всегда со- ставляет 5 В. Детальные требования к напряжению и другие технические ню- ансы можно найти в справочнике по ТТЛ. К счастью, спецификации почти идентичны у всех изготовителей. На рис. 7.12 показаны характеристики ТТЛ фирмы Texas Instruments. recommended operating conditions SN54LS00 SN74LS00 UNIT MIN NOM MAX MIN NOM MAX VCC Supply voltage 4,5 5 5,5 4,75 5 5,25 V V|H High - level input voltage 2 2 V V||_ Low - level input voltage 0,7 0,8 V ‘OH High - level output current -0,4 -0,4 mA Iql Low - level output current 4 8 mA TA Operating free air temperature -55 125 0 70 •c electrical characteristics over recommended operating free-air temperature range (unless otherwise noted) PARA- METER TEST CONDITIONS t SN54LS00 SN74LS00 UNIT MIN TYP| MAX MIN TYP| MAX VCC VCc = MIN, l| = -18mA -1.5 -1,5 V VOH VCc = MIN, V|L = MAX, lOH = -0,4mA 2,5 3,4 2,7 3,4 V Vcc = MIN, VIH = 2V, Iql = 4 mA 0,25 0,4 0,25 0,4 V *OL VCc = MIN, VIH = 2V« Iql = 8 mA 0,35 0,5 V 'OL VCc = MAX. V| = 7V 0,1 0.1 mA Ьн Vcc = MAX« V| = 2,7V 20 20 цА ’IL Vcc = MAX’ V| = 0,4V -0,4 -0,4 mA os§ VCC = MAX -20 -100 -20 -100 mA ’cch VCc = MAX, V| = 0V 0,8 16 0,3 1.6 mA ’CCL Vcc = MAX. V|=4,5V 24 44 24 44 mA t For conditions shown as MIN or MAX, use the appropriate value specified under recommended operating conditions. | All typical values are at Vcc = 5 V, TA = 25*C § Not more than one output should be shorted at a time, and the duration of the short-circuit should not exceed one second switching characteristics, Vcc = 5 V, TA = 25’C (see note 2) PARAMETER FROM (INPUT) TO (OUTPUT) TEST CONDITIONS MIN TYP MAX UNIT tpLH A or В Y RL=2kQ CL=15pF 9 15 ns tpHL 10 15 ns NOTE 2: Load circuit and voltage wavefotms are shown in Section 1 Рис. 7.12. Спецификация микросхемы 74LS00 Первая часть спецификации показывает абсолютные максимальные значе- ния для входов прибора. Вторая - характеристики напряжения и тока на входе и выходе. Последняя часть демонстрирует характеристики переключения при- бора.
228 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Уровень логической 1 в схемах с ТТЛ считается равным 5 В, а логический 0 - равным О В. Спецификация показывает реальные пределы этих уровней. На- пример, Voh может иметь любое значение выше 2,4 В. Это означает, что если выход не перегружен, то гарантируется высокий уровень выходного сигнала больше 2,4 В. Параметр Vih показывает, что любое напряжение, поданное на вход этой схемы, большее 2,0 В, будет рассматриваться как высокий логичес- кий уровень. На рис. 7.13 показаны определения уровней для схем с ТТЛ. Если в схеме ТТЛ какие-либо измерения показывают 0,4-2,4 В, судя по всему, имеет место неисправность. 5.0 4.0 Диапазон логического уровня «высокий» Vih Диапазон логического уровня «высокий» V|H Граница зоны неопределенности логического уровня «высокий» ....f......................4........... Диапазон логического уровня «низкий» V|L Запрещенный диапазон ......................:.......................4.......... Граница зоны неопределенности логического уровня «низкий» Диапазон логического “Т уровня «низкий» Ущ т Входы Выходы Рис. 7.13. Определения напряжений для логики ТТЛ Спецификации по входному току (lih и lil) показывают величины втекающе- го и вытекающего токов в зависимости от того, какая логика используется (по- ложительная или отрицательная). Эта информация помогает определить, мо- жет ли другой прибор вызвать срабатывание данной схемы. Спецификации выходного тока (loh или lol) показывают, какова должна быть максимальная на- грузка. Например, lohmax 400 mi0l означает, что прибор не должен иметь ток нагрузки более 400 мкА. Перегрузка смещает выход схемы в запрещенный диапазон Рис. 7.14. Перегрузка выхода прибора ТТЛ при использовании светодиода для тестирования Светодиод используется для «тестирования» уровня логических сигналов
Серии цифровым логических приборов 229 Распространенной ошибкой при поиске неисправностей эксперименталь- ных схем является использование светодиода для определения логического уровня выхода. Светодиод на рис. 7.14 (который будет потреблять ток 5-10 мА) перегружает выход схемы, к которой он подключен. Он уменьшит выходное напряжения до уровня менее 2 В, что может быть не признано в качестве высокого уровня следующей микросхемой. Правильный способ проведения такого теста будет показан дальше в этой главе. Для того чтобы принимать разумные решения при поиске неисправностей, важно также понимать устройство электрической схемы, которая помещена в корпус ИМС. Большинство приборов ТТЛ имеют одинаковую базовую выходную схему. На рис. 7.15 показана схема, которая называется выходным двухтранзис- торным каскодом. Каскод - тип схемы, образованной последовательным соединением двух тран- зисторов, причем эмиттер верхнего транзистора соединен с коллектором ниж- него. Но в каскоде транзисторы, как правило, работают в активном, а не в.клю- чевом режиме, поэтому выходной каскад ТТЛ проще считать противофазно работающими ключами. Двухтранзисторпый каскод образован R4, Q3, D2, Q4. Его задача заключается в том, чтобы переключить напряжение 5 В на выход при высоком уровне выход- ного сигнала (с использованием R4, Q3, D2), и соединить вход с землей 0 В при низком уровне выходного сигнала (с использованием Q4). Обратите внимание на различия между двумя переключающими цепями. Когда выход низкий, включает- ся Q4 и его коллектор имеет напряжение очень близкое к земле (Vce(sat) = 0). Это образует очень результативный и эффектный переключатель. Рис. 7.15. Схема выходного двутранзисторного каскода ТТЛ С другой стороны, верхняя часть двутранзисторного каскода должна пода- вать ток от источника питания для обеспечения высокого логического уровня.
230 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Этот ток должен пройти через R4, Q3, D2 прежде, чем он попадет на выходной вывод и нагрузку. Поскольку на диоде падение напряжения составляет 0,7 В, на резисторе R4 также присутствует напряжение, пропорциональное току нагруз- ки, то выходное напряжение определенно не станет близко к 5 В. В действи- тельности выход ТТЛ обычно меньше 4 В, а часто даже меньше, чем 3,5 В, даже при минимальной нагрузке. Поэтому очевидно, что каскад гораздо лучше пропускает ток от нагрузки на землю, чем ток от источника с Усс на нагрузку. Каскадный выход ТТЛ лучше выполняет отвод тока, поскольку схема переключения, контролирующая соеди- нение выхода с землей, более эффективна, чем переключатель на Усс. Важное значение имеет также природа входных сигналов ТТЛ. Когда на вход подается низкий уровень, ток течет от Усс через R1, через бузу Q1 на эмит- тер и затем из входа. Когда используется положительная логика, тока почти нет. Вход ТТЛ является гораздо большей нагрузкой для источника выходного сигна- ла с низким выходом, чем для источника с высоким выходом. Это объясняет также, почему вход схемы ТТЛ, в которой произошел обрыв, работает так, как будто на него был подан сигнал высокого уровня. Есть также два других типа выходных цепей, которые используются в неко- торых приборах ТТЛ. Они называются схемами с выходным транзистором с открытым коллектором и схемами с выходом с тремя состояниями. Схема с открытым коллектором показана на рис. 7.16. Заметьте, что в ней нет верхней части двухтранзисторного выходного каскода. Рис. 7.16. Схема ТТЛ с выходным транзистором с открытым коллектором Этот тип востребован, когда пытаются использовать схему ТТЛ для работы с прибором, который не рассчитан на 5 В, как показано на рис. 7.17. Выход таких приборов не может дать напряжение, даже когда логический уровень высок. Часто вместо верхней части каскадного выхода с этими прибо- рами используется внешний резистор, подключенный к цепи питания, который должен обеспечить высокий уровень сигнала. Можно соединить вместе выходы нескольких схем с открытым коллекто- ром, как показано на рис. 7.18.
Серии цифровых логических приборов 231 VCC Рис. 7.17. Работа с нагрузкой, требующей высокого напряжения Повышающий резистор 7409 Рис. 7.18. «Монтажное И» с шестью входами на основе использования схем с открытым коллектором Поскольку ни одна их них не выдает высокого выходного уровня напряже- ния, не возникает соединений между уровнями высокий и низкий, как имело бы место при использовании каскадного выхода. Единственный способ сделать выход высоким, заключается в том, чтобы сделать высоким уровень всех схем. Поэтому такое подключение называется «Монтажное И». Выходы ТТЛ с тремя состояниями могут отключать одновременно и верхнюю, и нижнюю часть двухтранзисторного каскодного выхода с помощью воздействия на управляющий вход кристалла. Это переводит выход в состояние «высокого импеданса», которое используется, когда несколько выходов разделяют одну ли- нию соединения. В главе 9 эта концепция рассмотрена более подробно. КМОП Вскоре после появления ТТЛ была разработана новая технология, в которой использовался другой тип транзистора, не такой, как в схемах ТТЛ. Металл-ок- сид-полупроводниковые полевые транзисторы MOSFET (полевые МОП-тран- зисторы) имеют 3 вывода, которые называются сток, исток и затвор и соответ- ствуют коллектору, эмиттеру и базе биполярного транзистора. Эти транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление между за- твором и двумя другими выводами. Когда такие транзисторы используются для построения логических схем с помощью комбинирования дополнительных пар транзисторов, результирующие логические схемы называют комплементарны- ми металл-оксид-полупроводникрвыми CMOS (КМОП). В 1970-1980 годах схемы КМОП считались приборами с низким потреблени- ем и недостаточным быстродействием. Однако технология улучшилась до такой
232 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем степени, что КМОП-логика стала не менее быстродействующей, чем большин- ство серий ТТЛ при значительной экономии мощности. Поэтому большинство новых логических приборов выполняются именно на основе схем КМОП. Благодаря высокому входному сопротивлению затворов вход схем КМОП почти не потребляет ток от предыдущей схемы. Термин комплементарный озна- чает, что в каждом приборе КМОП два типа транзисторов - полевые МОП- транзисторы n-типа и полевые МОП-транзисторы р-типа. Первые переключаются (при этом происходит замыкание стока на исток) при подаче положительного напряжения на затвор. Транзисторы p-типа пере- ключаются, когда на затвор подается О В. Схемы потребляют очень малый ток от источника питания вследствие комплементарной природы цепей, как пока- зано на рис. 7.19. Заметьте, что не возникает завершенного пути для тока от Vdd до Vss. Выход замыкается на Vdd при высоком уровне и замыкается на Vss при низком. Рис. 7.19. Схема ИЛИ-НЕ технологии КМОП Полевые КМОП-транзисторы, имеют большее по сравнению с биполярны- ми транзисторами сопротивление сток-исток во включенном состоянии в десят- ки и даже сотни Ом. Если через полевые КМОП-транзисторы течет слишком большой ток, вы- ходное напряжение рискует превысить допустимый уровень, тогда рассеивае- мая мощность разрушит транзистор. Если через выход течет слишком малый ток, напряжение на выходе будет очень близким к величине Vdd или Vss. Харак- теристики и методы тестирования таких транзисторов описаны в главе 1. Первым семейством приборов КМОП, которые получили широкое распрос- транение, были ИМС общего назначения серии 4000. Несколько изготовителей выпускают схемы с такими номерами. Некоторые компоненты выпускает фирма
Серии цифровых логических приборов 233 Motorola, но ее номера деталей начинаются на 1, поэтому микросхема из 4 двух- входовых схем И-НЕ 4011 будет обозначаться 14011. Эти микросхемы имеют преимущество, заключающееся в широком диапа- зоне напряжений питания в пределах от 3 до 18 В. Логический уровень ВЫ- СОКИЙ опознается схемой КМОП при любой величине, большей 2/3 Vdd. НИЗКИМ уровнем считается сигнал со значением менее 1 /3 Vdd. Обратите внимание, что если на Vdd подается напряжение питания 5 В, а V - земля, то допустимыми входными сигналами будут 0-1,7 В для уровня НИЗКИЙ и 3,33-5,0 В для уровня ВЫСОКИЙ. Эти определения логических уровней не полностью совместимы с выходными сигналами ТТЛ, поэтому для правильно- го их различения при совместном использования ТТЛ и КМОП приборов не- обходимо дополнительное оборудование. Если схема КМОП должна запускаться выходными сигналами ТТЛ, то обыч- но принимаются определенные меры предосторожности. Главная проблема заключается в том, что ТТЛ гарантирует только, что ее выход 2,4 В соответству- ет логическому уровню ВЫСОКИЙ. Вход КМОП требует по меньшей мере 3,3 В для того, чтобы воспринять поступающий сигнал как высокий. Чтобы по- лучить с ТТЛ большее напряжение для логического уровня высокий, часто на выход схемы устанавливается повышающий резистор, как показано на рис. 7.20. Если ТТЛ подключается с КМОП, работающей от источника питания более 5 В, то для передачи логических уровней необходимы более сложные схемы. Рис. 7.20. Подключение прибора ТТЛ к прибору КМОП Популярность ИМС ТТЛ и преимущества низкого энергопотребления КМОП были совмещены в серии 74С КМОП. Эти детали идентичны с точки зрения со- ответствия выводов деталям ТТЛ с тем же номером. Однако их внутренняя схе- ма использует КМОП и имеет входные и выходные спецификации КМОП. Они также работают медленнее, чем приборы ТТЛ. Серия 74НС предоставляет более быстродействующие детали КМОП, кото- рые конкурируют со стандартными ТТЛ по скорости, но в то же время имеют характеристики КМОП. Эти детали можно считать имеющими интерфейс не- посредственно с ТТЛ, поскольку у них иное определение уровня логических сигналов и другие характеристики выходных токов. Серия 74НСТ содержит устройства, заменяющие ТТ. Они изготовлены с помощью технологии КМОП, но обеспечивают логику, совместимую с ТТЛ по входам и выходам. Рассеиваемая
234 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем мощность 74НСТ не так мала, как у 74НС, но значительно выше, чем у прибо- ров на основе стандартной ТТЛ технологии (табл. 7.1). Таблица 7.1. Сравнение характеристик семейств логических устройств Параметр 74хх 74LSXX 74SXX 74ASXX 74LSXX 74НСХХ 74НСТХХ 40ХХ MECL Напряжение питания (В) (+) 5 5 5 5 5 5 5 3-18 0 Напряжение питания(В) (-) 0 0 0 0 0 0 0 0 -5,2 Логический уровень 2 высокий (В) МАХ 2 2 2 2 3,2 2 0,7 Vdd -0,9 Логический уровень 5 высокий (В) MIN 5 5 5 5 5 5 Vdd 0 Логический уровень 0 низкий (В) МАХ 0 0 0 0 0 0 0 -5,2 Логический уровень 0,8 низкий (В) MIN 0,8 0,8 0,8 0,8 0,9 0,8 0,3 Vdd -1,75 Нагрузочная способность Типичное число разветвлений 10 10 10 40 20 50(10LS) 50 50(10LS) 90 Задержка на прохождение сигнала (нс) 10 9,5 3 4 6 7 8 35 2 Потребляемая мощность в статическом режиме (нВт) 10 2 19 32 5 0,2 0,2 0,12 25 эсл Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) - это еще одно семейство логических ИМС, которые реализуют совершенно другой подход. ТТЛ и КМОП-транзисторы ис- пользуются таким образом, что достигают полного насыщения или находятся в состоянии полной отсечки. Природа транзисторов требует больше времени, чтобы вывести транзистор из состояния полного насыщения, нежели чем сместить его рабочую точку в пределах линейного участка его характеристики. В схемах ЭСЛ все транзисто- ры смещаются, оставаясь при этом в зоне между насыщением и отсечкой, обра- зуя очень быстрые логические приборы, которые работают при довольно не- стандартных уровнях логических сигналов. ЭСЛ используются, только когда требуется очень высокое быстродействие. плис В последние годы развивается совершенно новый метод применения цифро- вых логических схем, который требует очень гибких устройств, где логическая комбинация входов программируется пользователем для получения желаемого выходного сигнала.
Серии цифровых логических приборов 235 Хотя эта технология имеет много форм и конфигураций, все их можно объе- динить под одним определением: программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Они являются любимой игрушкой инженера-проектировщика и ноч- ным кошмаром специалиста по техническому обслуживанию. Для создания ло- гической функции инженер просто задает связь между входами и выходами одним из следующих способов: ♦ с помощью логических уравнений, связывающих входы и выходы; ♦ рисуя схему с помощью программ автоматизированного программирования; ♦ определяя таблицу истинности, связывающую входы и выходы; ♦ описывая работу схемы с использованием языка аппаратных средств HDL. Специальное программное обеспечение переводит информацию из одного формата, указанного выше, в файлы, используемые для программирования при- боров. Программирование заключается в том, что деталь вставляется в специ- альный программатор, и оператор печатает несколько команд на компьютере. Новейшие приборы не надо даже извлекать из схемы. Они программируются внутри системы с помощью подключения к компьютеру специальным кабелем. Весь процесс, от завершения проектирования до получения готового прибора, занимает несколько секунд. Более того, схему, которая с помощью логических устройств на основе ТТЛ и КМОП занимала целую плату, часто можно выпол- нить в виде одной ИМС с 20 выводами! К несчастью, многие изготовители не выпускают документацию о связи вхо- дов и выходов ПЛИС. Это оставляет специалиста по техническому обслужива- нию с таинственным черным ящиком, чью работу он не может предсказать. Критическим моментом в поиске неисправностей любой детали является понимание того, как она должна работать, и локализация секций, которые не функционируют. При работе с дискретной логикой ИМС семейств ТТЛ и КМОП специалист может найти детали в описании и понять правильную работу схемы. Если выяс- нялось, что компонент неисправен, его можно легко приобрести и заменить. Искать же неисправности в ПЛУ без документации невозможно, поскольку они запрограммированы изготовителем. Только фирма-производитель обладает ин- формацией касательно программирования этой детали, и только ее специалис- ты могут заменить компонент. К числу распространенных приборов этой категории относятся однократно программируемые матричные логические схемы ПЛМ и устройства с типовой матричной логикой, которые позволяют перезаписывать информацию несколь- ко раз. Обычно детали ПЛМС имеют обозначения PAL 16L8 (комбинационная логи- ка) и PAL 16R8 (регистрируемые выходы). GAL 16V8 может использоваться вме- сто приборов PAL. Большинство сложных ПЛМ сейчас очень широко применя- ются и содержат больше логических схем и триггеров, что позволяет им легко соединяться для формирования функциональных блоков цифровой схемы в еди- ном программируемом кристалле.
236 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Корпуса и идентификация ИМС Рис. 7.21. Примеры микросхем с двухрядным расположением выводов Наибольшее распространение получили логические ИМС в корпусах с двухрядным расположением выво- дов (DIP) с 14, 16, 20, 22, 24 и 28 выводами (рис. 7.21). Есть несколько методов маркировки вывода 1. Наи- более распространенный - выемка и точка, как показа- но на рис. 7.22. Маркировка собственно ИМС содержит код изготовителя, номер детали, специальное обозначе- ние и указание типа корпуса. Например, SN74LSOON означает фирму Texas Instruments (SN), ТТЛ (74), на маломощных транзисторах Шоттки, четыре двухвходо- вых схемы И-НЕ (00) в пластмассовом корпусе DIP (N). Специальные символы и указатели типа корпуса обыч- но можно найти в справочниках изготовителей. Боль- шинство изготовителей микросхем помещают на дета- ли название фирмы или логотип организации. Выемка ючка ......z Выем . < 1 Вывод 1 Вывод 7 Рис. 7.22. Идентификация выводов микросхемы с двухрядным расположением выводов Большинство новых микросхем, которые выпускаются для технологий авто- матизированного производства, представляют собой приборы для поверхностно- го монтажа. У них меньшее расстояние между выводами, а сами выводы располо- жены с четырех сторон. На рис. 7.23 изображены два типа популярных корпусов и их выводы. В табл. 7.2 приведены данные о других типах корпусов. Рис. 7.23. Идентификация выводов приборов поверхностного монтажа
Природа неисправностей 237 Таблица. 7.2. Корпуса ИМС Обозначение Наименование корпуса Высота Расстояние между выводами DIP Корпус с двухрядным расположением выводов 5,1 мм 2,54 мм SOIC ИС в малогабаритном корпусе 2,65 мм 1,27 мм SSOP Уменьшенный малогабаритный корпус 2,0 мм 0,65 мм TSSOP Тонкий уменьшенный малогабаритный корпус 1,1 мм 0,65 мм TVSOP Тонкий сверхмалогабаритный корпус 1,2 мм 0,4 мм PLCC Кристаллодержатель с пластиковыми выводами 4,5 мм 1,27 мм QFP Плоский корпус с четырехсторонним расположением выводов 4,5 мм 0,635 мм TQFP Тонкий корпус с четырехсторонним расположением выводов 1,6 мм 0,5 мм Природа неисправностей Сервисное обслуживание цифровых схем обычно считается наиболее простым. Это особенно справедливо для систем, которые надежно работали, а затем в них возникала неисправность, в отличие от новых конструкций, которые тре- буют отладки при доводке. Чтобы приведенное правило было справедливо, необходимо соблюдать сле- дующие условия: ♦ понимание работы схемы; ♦ понимание природы возможных неисправностей; ♦ понимание возможных причин неисправностей; ♦ способность читать схемы; ♦ систематический подход к локализации проблем. В транзисторах обычно возникают неисправности двух типов: короткое за- мыкание и обрыв. Цифровые схемы состоят, в основном, из транзисторов и поэтому именно они нередко становятся источниками неполадок. Важно пони- мать влияние короткого замыкания и обрыва на работу конкретной детали и компонентов, с которыми она соединена. Тестирование транзисторов рассмат- ривалось в главе 1. Здесь мы рассмотрим неисправности транзистора примени- тельно к цифровым интегральным микросхемам. Обрыв Обрыв означает, что предполагаемый контур протекания тока был каким-либо образом нарушен. Если лампа не работает до тех пор, пока вы не пошевелите провода возле вилки, это свидетельствует о разрыве проводов или обрыве в схеме. Такой же тип неполадки может случиться в цифровой ИМС. Слишком сильный ток мог разрушить кремний, из которого сделан транзистор. Транзистор вышел из строя, значит он больше не будет включаться. Симпто- мы этой неполадки напоминают обрыв в схеме. Плохое крепление кристалло- держателя, который ведет к кристаллической пластине, также может привести
238 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем к обрыву. В любом случае, такая поломка означает, что ток не может больше протекать правильно. Обрыв в схеме может произойти на входе и на выходе. В результате вход и выход предыдущего устройства электрически разъединены. В зависимости от типа микросхемы она в этом случае будет вести себя по-разному. Посмотрев на схему ТТЛ, вы увидите, что схема с обрывом на входе будет работать, как при приходе логической 1. Следовательно, выход ТТЛ открыт, входы всех схем ТТЛ, подключенных к этому выходу, будут воспринимать всегда логический уровень ВЫСОКИЙ. Входной сигнал схемы КМОП поступает на затвор полевого КМОП-транзи- стора. Вход этих микросхем с высоким импедансом может изначально не вос- принимать напряжения при обрыве, и считать его логическим уровнем НИЗ- КИЙ. Через некоторое время, однако, входные токи шумов могут сложиться с входным сигналом и образовать заряд, подобно тому, как это происходит в тран- зисторе. После накопления достаточного заряда логическая схема может вос- принять его как логический уровень ВЫСОКИЙ на входе. Другая возможность заключается в том, что напряжение на выходе с обры- вом будет очень близко к абсолютной границе между высоким и низким логи- ческими уровнями, что вызовет постоянные высокочастотные колебания на выходе прибора. Высокочастотные колебания в цифровой схеме приведут в возрастанию потребления тока, заставляя ее нагреваться. В то же время схемы с обрывом на входе не реагируют на поступающие на них сигналы. Обрывы на входах и выходах микросхем происходят внутри, но могут быть вызваны и плохими соединениями выводов ИМС с контактами панельки, холод- ной пайкой, трещинами печатной платы, согнутыми выводами ИМС. Для того чтобы отличить эти проблемы от неисправностей внутри микросхемы, сравни- те логические сигналы выводов микросхемы с подозрением на неисправность с сигналами выводов правильно соединенной микросхемы. Короткое замыкание Короткое замыкание - это тот козел отпущения, которого чаще всего обвиняют во всех электрических проблемах. Короткое замыкание - непредусмотренное соединение с относительно ма- лым сопротивлением между двумя точками электрической цепи, которое вы- зывает чрезмерный (часто разрушительный) ток между этими точками. Создается впечатление, что в 99% случаев, когда люди дают отчет о пробле- ме, возникшей в электронном оборудовании, они вынуждены давать авторитет- ный диагноз: «Это было короткое замыкание». В действительности это явление возникает относительно редко и в большинстве устройств его легко обнару- жить. Настоящее короткое замыкание в силовой цепи сопровождается такими признаками, как сгоревшие предохранители, клубы дыма, тлеющие угольки, отчетливый запах горелого кремния.
Природа неисправностей 239 К сожалению, в цифровых ИМС ток, который может протекать, обычно ограничен другими элементами схемы, и когда возникает короткое замыкание транзистора, его признаки не очевидны. Короткое замыкание на входе или выходе цифровой схемы обычно означает, что для тока возник контур с низким импедансом от положительного или отрицательного источника питания ИМС. Если через полупроводниковый прибор протекает слишком большой ток, но этот ток все же недостаточен для того, чтобы испарить его, кремниевые соеди- нения разрушаются, и прибор ведет себя как при коротком замыкании. В устройствах с технологией ТТЛ короткое замыкание транзистора в верх- ней части выходного каскада приведет к тому, что на выходе транзистора будет постоянный низкий логический уровень, что послужит причиной такого же уровня на входах всех приборов, подключенных к данному выходу, как показано на рис. 7.24. Рис. 7.24. Короткое замыкание на выходе прибора ТТЛ Короткое замыкание транзистора в верхней части выходного каскада случа- ется нечасто и его можно даже и не заметить, поскольку схема работает как повышающий резистор. В схемах КМОП короткое замыкание может возникать на положительной или отрицательной шине питания. Результатом может быть постоянный логи- ческий уровень, ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ соответственно. Другой вариант - запрещенное логическое состояние. Предположим, напри- мер, что транзистор вышел из строя таким образом, что он воспринимается как резистор с сопротивлением 100 Ом между выходом и землей. Когда на выходе должен появиться низкий логический уровень, все идет нормально. Когда на выходе должен возникнуть высокий логический уровень, выход становится де- лителем напряжения, как показано на рис. 7.25. В результате вместо логическо- го уровня ВЫСОКИЙ на выходе возникает запрещенный логический сигнал. Короткое замыкание на входе имеет те же признаки, что и на выходе. Не- редко очень трудно определить, закорочен ли выход, что заставляет входы дру- гих схем быть в состоянии НИЗКИЙ или ВЫСОКИЙ, или же закорочен вход, влияя на выход предыдущей схемы.
240 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Рис. 7.25. Короткое замыкание на выходе прибора КМОП Между выводами ИМС также возникает короткое замыкание. Внутренние проблемы такого типа довольно редки. Обычно это связано с перемычками из припоя, остатками проводящего флюса, короткими замыканиями в кабеле или соединениях платы. Неисправные периферийные компоненты Цифровые логические ИМС обычно не требуют подключения дополнительных компонентов. Однако в некоторых точках они должны подключаться к входным и выходным частям схемы: переключателям, резисторам, светодиодам. Есть также много ИМС, считающихся цифровыми приборами, которые требуют для своей работы периферийных компонентов. Эти приборы и методы поиска не- исправностей в них рассматриваются в следующей главе. Потенциальные причины неисправностей Одной из наиболее распространенных причин возникновения неисправностей в цифровых схемах является воздействие тепла. Наиболее уязвимы компонен- ты, которые должны рассеивать достаточно большое количество тепла, а также расположенные рядом с ними детали. Хотя современные системы невелики по размеру, с меньшим числом компонентов и потреблением энергии, они в насто- ящее время используют множество плат с несколькими рядами интегральных схем. Тепло, рассеиваемое таким большим количеством ИМС, может быть зна- чительным. Такие системы должны быть снабжены соответствующей вентиляцией. Для этого существуют вентиляционные прорези, перфорированные шкафы, или небольшие вентиляторы. Ориентируясь на следующие правила, удостоверьтесь в адекватности принятых мер:
Потенциальные причины неисправностей 241 ♦ не помещайте предметы на панели с вентиляцией; ♦ не перекрывайте вентиляционные отверстия, расположенные на боко- вых панелях приборов; ♦ проверяйте работу вентиляторов; ♦ содержите воздушные фильтры в чистоте. Другой стандартной причиной поломок в цифровых и других электронных деталях являются интенсивные переходные процессы: выбросы напряжения и тока очень часто встречаются в промышленных областях. Они могут попадать в систему через источник питания, наводиться сильными электрическими и маг- нитными полями вблизи оборудования, могут быть результатом действия облада- ющих высоким реактивным сопротивлением устройств внутри системы, напри- мер двигателей, реле, соленоидов. Наиболее опасным, особенно для бытовой электроники, источником переходных процессов является молния. Эффекты не- предсказуемы и в большинстве случаев разрушительны. Хотя специалист не может прогнозировать влияние указанных выше факто- ров, есть предосторожности, которые следует соблюдать при работе с оборудо- ванием чтобы не вызвать новых проблем. Каждая схема, содержащая полевые МОП-транзисторы, очень чувствитель- на к статическому электричеству. Полевые МОП-транзисторы используют тон- кий металл-оксидный изолятор для отделения затвора от кремниевого канала, который разрушается при относительно высоком напряжении (> 50 В). В сухой среде обычная одежда при движении тела может вызвать накопление тысяч вольт статического потенциала. Если не приняты соответствующие меры и схе- ма, с которой вы работаете, имеет другой статический потенциал, то заряд ва- шего тела и одежды может вызвать разряд через компоненты и выход их из строя. Чтобы не сжечь схему, вы должны уравнять ее потенциал и потенциал ваше- го тела. Для этого носите на запястье браслет, соединенный с землей схемы. Все тестовое оборудование должно быть подключено к общей земле (включая паяль- ник). Следует избегать одежды, которая имеет тенденцию к образованию ста- тического электричества (нейлон, шерсть). Используйте аэрозоли (охлаждаю- щие, средство удаления флюса, очистки контактов), свободные от статического электричества. Как минимум, обязательно коснитесь шасси или детали оборудо- вания, чтобы снять с себя заряд перед тем, как приступить к работе со схемой. Работая с ИМС, по возможности, не касайтесь выводов, держите их в проводя- щем пеноматериале, чтобы сохранить одинаковый потенциал. Другое явление, которое может разрушить микросхемы, изготовленные по технологии КМОП, называется тиристорное защелкивание. При производстве комплементарных полевых КМОП транзисторов и соединении их в логичес- кие схемы образуется многослойная структура из кремния с проводимостью р- и n-типа. Эти слои могут образовать паразитный тиристор, аноды которого подключены к двум шинам питания и чей управляющий электрод представляет собой выходной вывод логической схемы. Тиристор- это полупроводниковый прибор, который до подачи тока на упра- вляющий электрод размыкает цепь. При повышении на нем напряжения до
242 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем определенного уровня тиристор отпирается и до отключения анодного тока создает короткое замыкание. При нормальной работе логической микросхемы КМОП паразитный тиристор никогда не включается. Однако, если на выход- ной контакт подается слишком большое внешнее напряжение, тиристор вклю- чится или «защелкнется», что приведет к протеканию большого тока от Vdd через ИМС к Vss. Через несколько секунд ИМС будет разрушена. Для предот- вращения тиристорного защелкивания на входах и выходах приборов КМОП никогда не должно возникать напряжение выше Vdd или ниже Vss. Никогда не подключайте тестовое оборудование типа генератора сигналов к схеме преж- де, чем на нее подано питание. Не вставляйте и не вынимайте печатные платы при включенном оборудова- нии. Если трудно подключиться к тестовой точке при активированной системе и платам на месте, сначала выключите оборудование и генератор сигналов и выньте плату. Затем подключите генератор и вставьте плату, и включите пита- ние до активации генератора сигналов Чтение цифровых схем Для эффективного обслуживания цифровых схем необходимо обладать техни- ческой информацией. Как минимум, вам нужна принципиальная схема. Если типы компонентов не указаны на поверхности печатной платы, вам также нуж- на схема расположения деталей. Некоторые технические руководства дают диаграммы поиска неисправностей, которые помогут вам провести диагности- ку устройства. Другие пособия описывают тестовые функции и сигналы, кото- рые должны быть в соответствующих контрольных точках. Схемная документация отличается в зависимости от изготовителя и возра- ста оборудования. В большинстве схем по-прежнему используются стандартные Результаты подсчета секунд BCD 74LSO4 Рис. 7.26. Типичная цифровая схема
Поиск и локализация неисправностей 243 логические символы для отдельных схем и обозначения блоков для более слож- ных цифровых приборов. Для устранения неоднозначности в обозначениях был разработан новый стандарт. Он называется IEEE/ANSI Standard 91-1984. Хотя он и не получил широкого признания необходимо знать о его существовании. Пример типичной схемы показан на рис. 7.26. Большинство логических микросхем содержат несколько логических элемен- тов. Проектировщик мог использовать отдельные части различных микросхем в цепях, которые не связаны друг с другом. Например, в этой схеме использу- ется ИМС 74LS00. Два элемента используются как реле пуска/остановки, тре- тий подает тактовые импульсы в счетчик, четвертый нужен для перезагрузки счетчика 2. Все эти элементы физически расположены в одной микросхеме, но электрически распределены по схеме. Некоторые элементы имеют одинаковый номер ИМС с суффиксами, показывающими, что это за элемент. Цифры на вхо- дах и выходах показывают номера выводов ИМС. Обратите внимание, что у микросхем 74LS90 выводы имеют и номера, и названия. Это позволяет пользо- вателю понять их функцию, не обращаясь к справочнику по микросхемам. Обычной практикой для схем является представление логических элемен- тов таким образом, чтобы показать, является ли их вход активным при высо- ком или низком уровне сигнала. Кружок используется как логический символ, показывающий активные при низком уровне сигнала входы и выходы. Черта над названием сигнала показывает, что он активен при низком уровне. Может быть, это и не очевидно с первого взгляда, но логический элемент ИЛИ с ин- вертированным входом выполняет ту же логическую функцию, что и элемент И с инвертированным выходом (это явление известно как теорема Де Морга- на). Даже хотя ША и ШВ изображены как схемы ИЛИ с входами, возбуждае- мыми НИЗКИМ логическим уровнем сигнала, они реализованы на элементах И-НЕ той же ИМС, что и ШС. То же самое касается инвертора U2A. Поскольку входной сигнал активируется при низком уровне (то есть при сбросе уровень на выводе 1 будет низким), он показан как инвертор с кружком на входе. Вывод 2 при сбросе будет иметь уровень высокий, на его выходе показан активно вы- сокий уровень сигнала. Выходы счетчиков U3 и U4 помечены для того чтобы можно было просле- дить их связи с другими участками схемы, которые не показаны на этом'черте- же. Входы Start, Stop, Reset подключены к переключателям, которые располо- жены вне этой платы, и здесь показан номер вывода разъема. Работа этой цифровой схемы рассмотрена в следующей главе. Поиск и локализация неисправностей Полное техническое руководство очень полезно и часто необходимо для отыска- ния неисправности в сложной цифровой схеме. Такие справочные материалы содержат описание рабочих процедур, блок-схемы, теории работы схемы, диаг- раммы диагностики и поиска неисправностей, а также описанную ранее докумен- тацию. Для выяснения первопричин проблемы специалист должен знать, как работает прибор и каковы способы управления им.
244 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Если у вас есть диаграмма поиска неисправностей, вы можете по ней проте- стировать систему шаг за шагом. Это обычно предполагает подачу некоторых входных сигналов или каких-либо известных тестовых сигналов и наблюдение реакции схемы. После чего можно сделать некоторые выводы относительно области, в которой возникла неисправность. Изготовитель оптимизирует диаг- рамму для минимизации числа необходимых тестов, указывая только те дей- ствия, которые приводят к однозначным результатам. Если диаграммы поиска неисправностей нет в наличии, вы должны решить, какие тесты необходимо провести и какие выходы наблюдать для локализации проблемы. При этом лучше всего начать с блок-схемы системы. Можно подумать, что сервисное обслуживание - это процесс поиска одного 'или более неисправных компонентов системы. В действительности его можно более точно определить, как процесс поша- гового исключения. Каждый этап поиска неисправностей должен быть сплани- рован для подтверждения того, что одна из основных секций, схем или деталей работает правильно. Чем большее число секций системы оказались исправным, тем меньше область, в которой приходится искать. Следовательно, надо плани- ровать тесты, которые позволяют исключить максимально большую часть сис- темы. Если вы начнете с проверки отдельных компонентов, вы вряд ли быстро найдете причину проблемы. Не так давно несколько студентов-инженеров предприняли первую попытку поиска неисправностей электронного оборудования. Объектом служил ультразву- ковой терапевтический зонд, который имел очень слабый выходной сигнал. Под- ход студента, зарегистрированный в журнале ежедневного учета, выглядел сле- дующим образом. «Физиотерапевтическое отделение больницы сообщило о том, что ультразвуковая установка имеет недопустимо низкий выходной сигнал. При проверке печатной платы были обнаружены два больших резистора 470 Ом. На каждом из этих компонентов было проведено измерение сопротивлении и обна- ружено, что оно составляет менее 100 Ом. Были заказаны новые резисторы». Конечно, это пример неправильного использования метода исключения. Пер- вый тест, который был выполнен, предназначен для того, чтобы исключить един- ственный компонент, никаких признаков неисправности которого не было. Даже если бы этот тест показал, что резисторы исправны, подход случайного выбора и проверки компонентов был бы длинным и скучным. Более того, тест был непра- вильно проведен. Измерение сопротивления внутри схемы почти всегда пока- зывает значение меньше реального вследствие множества соединений с окружа- ющим цепями. Правильная процедура заключается в том, чтобы сначала проверить, действи- тельно ли выходной сигнал слабый. Ошибка оператора является причиной мно- гих проблем (но будьте тактичны, когда вы объясняете это оператору). После того как вы определили, что выходной ультразвуковой сигнал действительно имеет недостаточную мощность, следует обратиться к техническому руководству. Низкий выходной сигнал может просто означать, что необходима калибровка или настройка, как в приведенном примере. Только после выполнения калибровки специалист может искать неисправности в схеме.
Поиск и локализация неисправностей 245 Необходимо провести измерения в тестовых точках, расположенных в стра- тегически важных пунктах схемы, чтобы проверить, соответствуют ли сигна- лы приведенным в руководстве параметрам. Идеальным местом для начала из- мерений в подобной ситуации является точка в середине блок-схемы, как показано на рис. 7.27. Проверьте здесь Рис. 7.27. Метод половинного деления Если форма сигнала достаточно близка к приведенной в руководстве, то можно исключить всю первую часть схемы. Этот процесс следует повторять, исключая на каждом этапе половину оставшейся схемы. Такая техника называ- ется «разделяй и властвуй» или «деление пополам». Результатом такой процеду- ры должна стать локализация неисправности в каком-то конкретном блоке или модуле системы с соответствующим входным сигналом и плохим выходным. Можно заменить весь модуль, если система построена по модульному прин- ципу. Это наиболее экономичный способ решения проблемы. Ремонтируя пе- чатную плату; приходится проводить поиск неисправностей на уровне компо- нентов. Нужно понимать, что поиск неисправности редко представляет собой пря- молинейный процесс. Очень часто тесты, которые вы придумываете в надеж- де найти решение проблемы, в реальности приводят к двусмысленным резуль- татам и сомнительным выводам. Медицинское ультразвуковое оборудование дает классический пример этого. В действительности очень часто после сбора значительной тестовой информации делается неправильный вывод о том, что данный блок имеет неправильные входные сигналы, но правильные выходные сигналы. Промежуточные решения часто основаны на предположениях, кото- рые неверны. Когда факты не сочетаются друг с другом, оцените средства, которыми была получена ваша информация.
246 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Как было указано в главе 1, другим аспектом локализации неисправностей является использование ваших чувств. Поищите явные физические поврежде- ния на платах схемы. Может быть, есть клубы дыма, в таком случае найдите источник. Используйте обоняние для идентификации горячих или сгоревших компо- нентов. После непродолжительной практики вы сможете отличать сгоревшие углеродные резисторы от полупроводниковых элементов, от горелого лака (об- моток трансформатора). Прислушайтесь к высоким звукам, гудению дуги высо- кого напряжения, треску сгорающей ИМС. Попробуйте идентифицировать неисправные компоненты, особенно зако- роченные, и ИМС на ощупь. Однако будьте осторожны, чтобы не обжечь палец или не получить удар током. Металлический корпус транзистора является час- тью схемы и часто может служить высоковольтным выходом. Не занимайтесь поиском неисправностей, случайным образом, касаясь деталей в схеме с вклю- ченным питанием. Касание может помочь вам локализовать и компоненты с обрывом. Многие части - мощные транзисторы, ИМС и резисторы - должны быть теплыми. Холодный или прохладный компонент такого типа может иметь обрыв. Если с помощью таких очевидных методов была обнаружена неисправность, обязательно ищите причину ее возникновения. В противном случае замененные компоненты обречены на печальную судьбу. Методы тестирования и специализированное оборудование Для поиска неисправностей цифровых схем пригоден тот же арсенал техничес- ких средств, что и для других типов оборудования. Однако многие инструмен- ты и методы подходят только для диагностики цифровых устройств. Логические пробники Как указывалось в главе 2, логический пробник представляет собой прибор, который подключается к тому же источнику питания, что и проверяемая схе- ма, имеет заостренный щуп, используемый для тестирования различных точек схемы. Очень популярна модель, показанная на рис. 7.28. Рис. 7.28. Логический пробник и его провода
Методы тестирования и специализированное оборудование 247 Переключатель используется для установки логических параметров в соот- ветствии с требованиями ТТЛ и КМОП, в зависимости от типа схемы, с кото- рой вы собираетесь работать. Другой переключатель, связанный со светодиодным индикатором импульса PULSE LED, осуществляет выбор между функциями импульсной и запоминания. В импульсном режима желтый светодиод будет мигать в течение около 300 мс при каждом логическом сигнале, а, если имеет место последовательность им- пульсов, индикатор будет мигать с частотой 3 Гц. В режиме запоминания индикатор будет загораться и оставаться включен- ным при подаче любого сигнала на щуп пробника. Индикатор сбрасывается при переключении в импульсный режим. Это очень удобная функция в том случае, если вы хотите зарегистрировать импульс, который появляется не очень часто или случайно, или нельзя непосредственно наблюдать пробник в момент воз- никновения события, приводящего к появлению импульса. Два других индикатора на логическом пробнике используются для индика- ции правильного логического уровня ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ на щупе проб- ника. Наблюдая эти индикаторы и импульсный индикатор, можно получить очень много информации о схеме, как показано на рис. 7.29. Состояния логического пробника «высокий» «низкий» Импульс Обрыв о о о Логический 0 о • о Логическая 1 • о о Прямоугольные импульсы >100 кГц • • * Прямоугольные импульсы < 100 кГц о о * -LLL1 о • * 1111 • о о Светодиодный индикатор выключен ф Светодиодный индикатор включен * Светодиодный индикатор мигает Рис. 7.29. Показания индикаторов логического пробника Логический импульсный генератор Логический импульсный генератор внешне очень похож на логический проб- ник (см. рис. 7.28).
248 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Назначение этого прибора заключается в подаче импульса на вход схемы, в то время как логический пробник отслеживает логическое состояние выхода. Обыч- но логический импульсный генератор используется совместно с логическим пробником и питается от тестируемой схемы, подключаясь с помощью красного и черного проводов с зажимами к шинам питания логических ИМС. Когда щуп пробника подключен к схеме, его внутренняя схема воспринимает логическое состояние схемы в данной точке и устанавливает на своем выходе такой же логи- ческий уровень. При нажатии кнопки на импульсном генераторе на его щупе формируется очень короткий импульс противоположного уровня. Импульсный генератор имеет достаточный ток, чтобы преодолеть действие выходов схем, подключенных к той же точке. Ширина импульса (длительность) достаточно мала, чтобы выходные цепи устройств не были повреждены при кратковременной принудительной подаче на них высокого или низкого уровня. Если нажать и удерживать кнопку, большинство импульсных генераторов выдают также последовательность импульсов. При генерации импульсов свето- диодный индикатор мигает. Задача логического импульсного генератора заклю- чается в том, чтобы искусственно вызвать изменения состояния необходимого входа для того, чтобы наблюдать реакцию на выходе. На рис. 7.30 показано, как логический пробник и логический импульсный генератор работают вместе в цифровой схеме. Рис. 7.30. Использование логического импульсного генератора и логического пробника Ручное тестовое оборудование Многие сложные тестовые приборы выпускаются сейчас в виде ручных уст- ройств. Цифровые вольтметры с графическими дисплеями могут использовать- ся для наблюдения формы сигналов и измерения частоты и времени, а также напряжения, тока и сопротивления. Новые ручные приборы можно использовать для поиска неисправностей цифровых устройств таким образом, что возникает комбинация логического пробника, цифрового вольтметра, осциллографа и даже простого логического анализатора. На рис. 7.31 показан прибор Logic Dart фирмы Hewlett-Packard, способный изучить последовательность импульсов с помощью звукового тоно- вого индикатора, позволяя специалисту не отводить взгляда от схемы.
Методы тестирования и специализированное оборудование 249 Он также показывает сопротивление или напряжение между двумя точками и выводит на дисплей показания в цифровом виде, как цифровой вольтметр с автоматичес- кой установкой диапазона. Если проверяются статические логические уровни, он работает как обычный логический пробник. Когда логические уровни изменяются, можно на- блюдать форму сигналов. Можно также определить вре- менные соотношения за счет одновременного вывода на экран формы трех разных сигналов, как это делает трехка- нальный логический анализатор. Эти формы сигналов мож- но сохранить и позже сравнить с формами сигналов анало- гичной заведомо исправной платы. Logic Dart даже сам указывает различия между двумя образцами (см. рис. 7.31). Осциллографы Бывают случаи, когда необходима большая информация, чем та, которую может дать логический пробник. Часто вам нужно знать связь между двумя или более логически- ми сигналами. Лучшим средством демонстрации этой вре- менной связи является осциллограф, который был деталь- Рис. 7.31. Прибор Logic Dart фирмы Hewlett-Packard но описан в главе 2. Любой осциллограф общего назначения можно использовать при проведении определенных тестов цифровых схем, но некоторые из совре- менных осциллографов имеют возможности, которые делают их особенно по- лезными для этих целей. Основная функция, которая необходима в данном случае, это сбор информа- ции по нескольким каналам, хранение форм импульсов и некоторые специаль- ные режимы запуска. На рис. 7.32 показан аналоговый осциллограф с четырьмя входными каналами. Два их этих входов работают во всем диапазоне с избира- тельной чувствительностью от 10 мВ до 50 В на деление. Два других входа пред- назначены для использования, прежде всего, как входы логических сигналов с двумя диапазонами чувствительности 0,1 и 0,5 В на деление. Используя проб- ник 10Х, эти диапазоны можно превратить в 1 и 5 В на деление, что обычно является идеальным для многоканального цифрового отображения информа- ции. Этот осциллограф также обладает уникальной функцией одновременной демонстрации двух статических форм сигнала, даже если они никак не синхро- низированы друг с другом. Это очень полезно, если вам нужно наблюдать фор- му сигналов, но вас не интересуют их временные связи. В этом режиме вход пусковых импульсов автоматически переключается на вход, на который посту- пают отслеживаемые в настоящее время сигналы. Большинство осциллографов запускаются от одного выбранного источника пусковых сигналов и будут пока- зывать только формы сигналов, которые синхронизированы с этим источником. Такой осциллограф не может хранить формы сигналов и, следовательно, реги- стрировать одиночные импульсы, которые редко возникают. Однако аналого- вые осциллографы лучше подходят для учета периодически следующих выбро- сов с малой длительностью, как показано на рис. 7.32.
250 ГЛАВА 7. Сервисное обслуживание цифровых схем Рис. 7.32. Аналоговый осциллограф, показывающий регистрируемые выбросы Цифровой осциллограф с памятью, показанный на рис. 7.33, имеет четыре входных канала и множество различных режимов запуска. Осциллограф с циф- ровой памятью воспринимает быструю последовательность измерений напря- жения на входе и хранит полученные результаты во внутренней памяти в циф- ровой форме. Эти данные используются для предоставления формы сигналов на экране. Рис. 7.33. Цифровой осциллограф с памятью, регистрирующий «дребезг» контактов переключателя Осциллографы с памятью очень эффективны при регистрации последователь- ности импульсов, которые возникают нерегулярно, и подобные случаи нередки. Поскольку события, приводящие к возникновению сигналов, не часто случа- ются в цифровых схемах, чтобы указать осциллографу, что произошло именно критическое событие, на которое он должен отреагировать, необходимы слож- ные режимы запуска. Показанный на рисунке осциллограф может отображать информацию, кото- рая была зарегистрирована до, после или и до, и после запускающего события. Другими словами, запускающее событие может произойти справа, слева или в центре развертки. Он также позволяет наблюдать все четыре входных канала
Методы тестирования и специализированное оборудование 251 и ждать запуска, пока не будет достигнута определенная комбинация логичес- ких сигналов. Оценка таких моментов, как вибрация контактов переключателя (известная как «дребезг» контактов), может быть эффективно выполнена только с помощью осциллографа с памятью. Развертка на экране осциллографа с памятью показыва- ет последствия перемещении тумблера из одного положения (разомкнут) в дру- гое (замкнут). Момент, когда произошло переключение, помещается в центре экрана, что показывает состояние ключа до (логический уровень высокий) и пос- ле (переход на низкий) запускающего события. Этот осциллограф может также печатать регистрируемые формы сигналов на принтере компьютера. Логические анализаторы В сложных цифровых схемах, особенно в микрокомпьютерных системах, необ- ходимо знать связи между многими различными сигналами. В этой ситуации формы напряжения не так важны, как логические состояния, к