Диагностика электронных приборов начинается с тщательного визуального осмотра печатной платы под хорошим освещением, с использованием лупы при необходимости.
Вздутые или утёкшие конденсаторы - электролитические конденсаторы, вышедшие из строя вследствие перегрева, перенапряжения или возраста, имеют характерный выпуклый верх вместо плоского. Иногда они даже вытекают электролитом, оставляя характерные пятна на плате. Вздутие является почти всегда признаком необходимости замены конденсатора.
Сгоревшие резисторы - резисторы, через которые прошёл избыточный ток, имеют почерневшие участки, потемнение, или даже видимые следы горения. Сгоревший резистор должен быть немедленно заменен.
Холодные припои - контакты, припаянные неправильно, имеют блестящий вид вместо матового, неправильную форму капли припоя. Холодный припой имеет низкую механическую прочность и может привести к перемежающимся отказам (периодическое прерывание контакта при вибрации). Все холодные припои должны быть переделаны.
Перегоревшие дорожки на печатной плате - проводящие линии на плате, почерневшие или потерявшие целостность. Перегоревшие дорожки обычно указывают на короткое замыкание или на превышение допустимого тока. Перегоревшая дорожка создаёт обрыв в цепи, что приводит к отказу всей платы.
После визуального осмотра выполняется проверка питания. Используя мультиметр, проверяется наличие правильного напряжения на входных клеммах питания (обычно плюс пять вольт, плюс двенадцать вольт, плюс пятнадцать вольт, или другое значение согласно спецификации прибора).
Полярность проверяется: красный щуп мультиметра подключается к положительному выводу, чёрный щуп к отрицательному (земле). Неправильная полярность питания может привести к мгновенному выходу из строя почти всех компонентов.
Также проверяется стабильность напряжения: если напряжение колеблется или имеет сильные пульсации, источник питания может быть неисправен.
Осциллограф используется для наблюдения формы и амплитуды сигналов в различных точках схемы. На входах и выходах интегральных схем должны быть видны ожидаемые сигналы. Отсутствие сигнала указывает на неисправность предыдущего каскада схемы.
Например, если выходной сигнал операционного усилителя отсутствует или имеет неправильную форму, причина может быть в самом усилителе, в его питании, в входных сигналах или в компонентах обратной связи.
Используя мультиметр в режиме омметра, проверяются отдельные компоненты. Резисторы должны иметь сопротивление, равное их номиналу (в пределах допуска). Резисторы с очень высоким сопротивлением (обрыв) или с очень низким сопротивлением (короткое замыкание) должны быть заменены.
Диоды проверяются в режиме диодного теста мультиметра. При правильной ориентации (красный щуп к аноду, чёрный к катоду) мультиметр должен показать прямое падение напряжения (обычно ноль целых шесть—ноль целых семь вольт для кремниевых диодов). При обратной ориентации сопротивление должно быть очень высокое (бесконечность). Если диод проводит в обе стороны, он закорочен; если не проводит ни в одну сторону, он разомкнут.
Конденсаторы проверяются аналогично. Неисправный конденсатор часто имеет низкое сопротивление (короткое замыкание) вместо очень высокого.
Замена компонентов на печатной плате
Демонтаж компонента требует осторожности, чтобы не повредить печатную плату. Припойные точки нагреваются паяльником (обычно мощностью двадцать пять-сорок ватт) или паяльной станцией с контролем температуры.
Когда припой расплавится, компонент осторожно поднимается пинцетом. Пинцет не должен прилагать чрезмерное усилие. Если компонент не поднимается легко, нужно нагреть припой дополнительно.
Остатки припоя удаляются с печатной платы с помощью оловоотсоса (присоски для припоя) или специального материала, например припойной щипки, которая впитывает расплавленный припой.
Печатная плата осматривается на предмет повреждений: отторженных дорожек, трещин в изоляции между дорожками, или других повреждений. Даже незначительные повреждения могут нарушить функциональность.
Установка нового компонента
Перед установкой нового компонента проверяется, что он имеет правильные характеристики: номинальное значение (для резисторов и конденсаторов), допуск, мощность (для резисторов), номинальное напряжение (для конденсаторов).
На контактные площадки печатной платы наносится небольшое количество припоя (предварительное лужение), которое облегчает последующую пайку.
Компонент устанавливается в правильной ориентации. Для полярных компонентов, таких как диоды, электролитические конденсаторы и светодиоды, полярность должна быть правильной: длинный вывод диода и конденсатора подключается к плюсу, короткий к минусу.
Контактные площадки и выводы компонента нагреваются паяльником, и припой приводится в правильное положение, образуя гладкую, блестящую каплю вокруг соединения. Припой оставляется затвердевать на воздухе.
Особенности при работе с интегральными схемами. Интегральные схемы требуют особой осторожности при демонтаже и установке. Главное — избежать статического электричества, которое может повредить микросхему и сделать её неработоспособной. При работе с микросхемами следует носить антистатический браслет, соединённый с землёй.
Демонтаж многоконтактной микросхемы (микросхемы с более чем восьмью выводами) лучше всего выполняется с помощью фена для демонтажа (горячего воздуха), который нагревает все припойные точки одновременно, позволяя микросхеме соскользнуть с платы без повреждения окружающих компонентов и дорожек.
При установке новой микросхемы убеждаются в правильной ориентации. На микросхеме обычно есть отметка (маленькая точка, прорезь или другой символ) на одном из углов, указывающая на ориентацию. Эта отметка должна совпадать с символом на печатной плате.
Программирование и перепрограммирование микроконтроллеров
Для приборов, содержащих программируемые микроконтроллеры, после ремонта аппаратной части (замены микросхем, устранения неисправностей питания) может потребоваться перепрограммирование. Программа, хранящаяся в памяти микроконтроллера, может быть повреждена при включении с неправильным питанием или при электростатическом разряде.
Специальный программатор подключается к микроконтроллеру через разъём, предусмотренный на печатной плате. Обычно это разъём JTAG (для ARM-процессоров), SPI (для AVR-микроконтроллеров), или другие интерфейсы программирования.
Исходная программа (файл .hex, .bin или другого формата) загружается в программатор. Эта программа обычно предоставляется производителем прибора и содержит машинный код всех функций управления.
Программирование выполняется согласно инструкциям программатора. Процесс может занять от нескольких секунд до минуты, в зависимости от размера программы и скорости передачи данных.
После завершения программирования проверяется, что прибор правильно работает. Могут быть выполнены простые функциональные тесты: проверка работы светодиодов индикации, проверка отклика на кнопки управления, проверка связи с датчиками.
Для многих приборов требуется также запись конфигурационных параметров, таких как диапазон измерения, единицы измерения, калибровочные коэффициенты. Эти параметры обычно хранятся в энергонезависимой памяти (EEPROM) микроконтроллера и могут быть изменены после программирования.
Параметры могут быть установлены либо через меню прибора (если он имеет интерфейс пользователя), либо через подключение к компьютеру и специального программного обеспечения.
Тестирование и отладка после ремонта
После завершения аппаратного ремонта и перепрограммирования выполняется полное тестирование прибора. На вход прибора подаётся известный сигнал, используя генератор сигналов (для электрических сигналов), образцовый датчик (для физических параметров, таких как температура или давление), или другое эталонное устройство.
Выходной сигнал прибора измеряется с помощью мультиметра (для постоянных значений), осциллографа (для сигналов во времени), или другого измерительного прибора.
Полученные показания сравниваются с эталонными значениями. Если показания совпадают в пределах допуска класса точности прибора (обычно ±один-два процента), ремонт считается успешным.
Если показания не совпадают, выполняется дополнительная диагностика. Причина может быть в неправильной калибровке, в неисправности датчика, в неправильной установке конфигурационных параметров, или в оставшихся аппаратных неисправностях.
Только после успешного прохождения всех тестов отремонтированный прибор может быть возвращен в производство с гарантией его надлежащего функционирования.
Андрей Повный