Ну сначала скажем так: микросхемы делятся на два больших вида: аналоговые и цифровые. Аналоговые микросхемы работают с аналоговым сигналом, а цифровые, соответственно – с цифровым. Мы будем говорить именно о цифровых микросхемах.

Точнее даже, мы будем говорить не о микросхемах, а об элементах цифровой техники, которые могут быть «спрятаны» внутри микросхемы.

Что это за элементы?

Некоторые названия вы слышали, некоторые, может быть – нет. Но поверьте, эти названия можно произносить вслух в любом культурном обществе – это абсолютно приличные слова. Итак, примерный список того, что мы будем изучать:

• Триггеры
• Счетчики
• Шифраторы
• Дешифраторы
• Мультиплексоры
• Компараторы

Все цифровые микросхемы работают с цифровыми сигналами. Что это такое?

Цифровые сигналы – это сигналы, имеющие два стабильных уровня – уровень логического нуля и уровень логической единицы. У микросхем, выполненных по различным технологиям, логические уровни могут отличаться друг от друга.

В настоящее время наиболее широко распространены две технологии: ТТЛ и КМОП.

ТТЛ – Транзисторно-Транзисторная Логика;
КМОП – Комплиментарный Металл-Оксид-Полупроводник.

У ТТЛ уровень нуля равен 0,4 В, уровень единицы – 2,4 В.
У логики КМОП, уровень нуля очень близок к нулю вольт, уровень единицы – примерно равен напряжению питания.

По-всякому, единица – когда напряжение высокое, ноль – когда низкое.

НО! Нулевое напряжение на выходе микросхемы не означает, что вывод «болтается в воздухе». На самом деле, он просто подключен к общему проводу. Поэтому нельзя соединять непосредственно несколько логических выводов: если на них будут различные уровни – произойдет КЗ.

Кроме различий в уровнях сигнала, типы логики различаются также по энергопотреблению, по скорости (предельной частоте), нагрузочной способности, и т.д.

Тип логики можно узнать по названию микросхемы. Точнее – по первым буквам названия, которые указывают, к какой серии принадлежит микросхема. Внутри любой серии могут быть микросхемы, произведенные только по какой-то одной технологии. Чтобы вам было легче ориентироваться - вот небольшая сводная таблица:

	ТТЛ	ТТЛШ	КМОП	Быстродейств. КМОП	ЭСЛ
Расшифровка названия	Транзисторно-Транзисторная Логика	ТТЛ с диодом Шоттки	Комплиментарный Металл-Оксид Полупроводник		Эмиттерно-Согласованная Логика
Основные серии отеч. микросхем	К155 К131	К555 К531 КР1533	К561 К176	КР1554 КР1564	К500 КР1500
Серии зарубежных микросхем	74	74LS 74ALS	CD40 H 4000	74AC 74 HC	MC10 F100
Задержка распространения, нС	10…30	4…20	15…50	3,5..5	0,5…2
Макс. частота, МГц	15	50..70	1…5	50…150	300…500
Напряжение питания, В	5 ±0,5	5 ±0,5	3...15	2...6	-5,2 ±0,5
Потребляемый ток (без нагрузки), мА	20	4...40	0,002...0,1	0,002...0,1	0,4
Уровень лог.0, В	0,4	0,5	< 0,1	< 0,1	-1,65
Уровень лог. 1, В	2,4	2,7	~ U пит	~ U пит	-0,96
Макс. выходной ток, мА	16	20	0,5	75	40

Наиболее распространены на сегодняшний день следующие серии (и их импортные аналоги):

• ТТЛШ – К555, К1533
• КМОП – КР561, КР1554, КР1564
• ЭСЛ – К1500

Тип логики выбирают, в основном, исходя из следующих соображений:

Скорость (рабочая частота)
- энергопотребление
- стоимость

Но бывают такие ситуации, что одним типом никак не обойтись. Например, один блок должен иметь низкое энергопотребление, а другой – высокую скорость. Низким потреблением обладают микросхемы технологии КМОП. Высокая скорость – у ЭСЛ.

В этом случае понадобятся ставить преобразователи уровней.

Правда, некоторые типы нормально стыкуются и без преобразователей. Например, сигнал с выхода КМОП-микросхемы можно подать на вход микросхемы ТТЛ (при учете, что их напряжения питания одинаковы). Однако, в обратную сторону, т.е., от ТТЛ к КМОП пускать сигнал не рекомендуется.

Микросхемы выпускаются в различных корпусах. Наиболее распространены следующие виды корпусов:

DIP (Dual Inline Package)

Обычный «тараканчик». Ножки просовываем в дырки на плате – и запаиваем.
Ножек в корпусе может быть 8, 14, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 48 или 56.
Расстояние между выводами (шаг) – 2,5 мм (отечественный стандарт) или 2,54 мм (у буржуев).
Ширина выводов около 0,5 мм
Нумерация выводов – на рисунке (вид сверху). Чтобы определить нахождение первой ножки, нужно найти на корпусе «ключик».

SOIC (Small Outline Integral Circuit)

Планарная микросхема – то есть ножки припаиваются с той же стороны платы, где находится корпус. При этом, микросхема лежит брюхом на плате.
Количество ножек и их нумерация – такие же как у DIP.
Шаг выводов – 1,25 мм (отечественный) или 1,27 мм (зарубежный).
Ширина выводов – 0,33...0,51

PLCC (Plastic J-leaded Chip Carrier)

Квадратный (реже - прямоугольный) корпус. Ножки расположены по всем четырем сторонам, и имеют J -образную форму (концы ножек загнуты под брюшко).
Микросхемы либо запаиваются непосредственно на плату (планарно), либо вставляются в панельку. Последнее – предпочтительней.
Количество ножек – 20, 28, 32, 44, 52, 68, 84.
Шаг ножек – 1,27 мм
Ширина выводов – 0,66...0,82
Нумерация выводов – первая ножка возле ключа, увеличение номера против часовой стрелки:

TQFP (Thin Quad Flat Package)

Нечто среднее между SOIC и PLCC .
Квадратный корпус толщиной около 1мм, выводы расположены по всем сторонам.
Количество ножек – от 32 до 144.
Шаг – 0,8 мм
Ширина вывода – 0,3...0,45 мм
Нумерация – от скошенного угла (верхний левый) против часовой стрелки.

Вот так, в общих чертах, обстоят дела с корпусами. Надеюсь теперь вам станет немножко легче ориентироваться в бесчисленном множестве современных микросхем, и вас не будет вгонять в ступор фраза продавца типа: «эта микросхема есть только в корпусе пэ эл си си»…

В этой статье мы поговорим о микросхемах, какие типы бывают, как устроены и где используются. Вообще, в современной электронной технике трудно найти устройство, в котором бы не использовались микросхемы. Даже самые дешёвые китайские игрушки задействуют различные планарные, залитые компаундом чипы, на которые возложена функция управления. Причём с каждым годом они становятся всё более сложными внутри, но более простыми в эксплуатации и меньшими по размерам, снаружи. Можно сказать, что идёт постоянная эволюция микросхем.

Микросхема представляет собой электронное устройство или его часть способную выполнять ту или иную задачу. Если бы потребовалось решить такую задачу, которую решают многие микросхемы, на дискретных элементах, на транзисторах, то устройство, вместо маленького прямоугольника размерами 1 сантиметр на 5 сантиметров, занимало бы целый шкаф, и было бы намного менее надежным. А ведь так выглядели вычислительные машины ещё пол-сотни лет назад!

Электронный шкаф управления - фото

Конечно, для работы микросхемы недостаточно просто подать питание на неё, необходим еще так называемый "обвес ”, то есть те вспомогательные детали на плате, вместе с которыми микросхема сможет выполнять свою функцию.

Обвес микросхемы - рисунок

На рисунке выше красным выделена сама микросхема все остальные детали - это её "обвес ”. Очень часто микросхемы при своей работе нагреваются, это могут быть микросхемы стабилизаторов, микропроцессоров и других устройств. В таком случае чтобы микросхема не сгорела её нужно прикрепить на радиатор. Микросхемы, которые при работе должны нагреваться, проектируются сразу со специальной теплоотводящей пластиной - поверхностью, находящейся обычно с обратной стороны микросхемы, которая должна плотно прилегать к радиатору.

Но в соединении даже у тщательно отшлифованных радиатора и пластины, все равно будут микроскопические зазоры, в результате которых тепло от микросхемы будет менее эффективно передаваться радиатору. Для того чтобы заполнить эти зазоры применяют теплопроводящую пасту. Ту самую, которую мы наносим на процессор компьютера, перед тем как закрепить на нем сверху радиатор. Одна из наиболее широко применяемых паст, это КПТ–8 .

Усилители на микросхемах можно спаять буквально за 1-2 вечера, и они начинают работать сразу, не нуждаясь в сложной настройке и высокой квалификации настраивающего. Отдельно хочу сказать про микросхемы автомобильных усилителей, из обвеса там иногда бывает буквально 4-5 деталей. Чтобы собрать такой усилитель, при определенной аккуратности, не требуется даже печатная плата (хотя она желательна) и можно собрать все навесным монтажем, прямо на выводах микросхемы.

Правда, такой усилитель после сборки лучше сразу поместить в корпус, потому, что такая конструкция ненадежна, и в случае случайного замыкания проводов можно легко спалить микросхему. Поэтому рекомендую всем начинающим, пусть потратить немного больше времени, но сделать печатную плату.

Регулируемые блоки питания на микросхемах - стабилизаторах даже проще в изготовлении, чем аналогичные на транзисторах. Посмотрите, сколько деталей заменяет простейшая микросхема LM317:

Микросхемы на печатных платах в электронных устройствах могут быть припаяны как непосредственно, к дорожкам печати, так и посажены в специальные панельки.

Панелька под дип микросхему - фото

Разница заключается в том, что в первом случае для того чтобы нам заменить микросхему нам придется её предварительно выпаять. А во втором случае, когда мы посадили микросхему в панельку, нам достаточно достать микросхему из панельки, и её можно с легкостью заменить на другую. Типичный пример замены микропроцессора в компьютере.

Также, к примеру, если вы собираете устройство на микроконтроллере на печатной плате, и не предусмотрели внутрисхемное программирование, вы сможете, если впаяли в плату не саму микросхему, а панельку, в которую она вставляется, то микросхему можно достать и подключить к специальной плате программатора.

В таких платах уже впаяны панельки под разные корпуса микроконтроллеров для программирования.

Аналоговые и цифровые микросхемы

Микросхемы выпускаются различных типов, они могут быть как аналоговыми так и цифровыми. Первые, как становится ясно из названия, работают с аналоговой формой сигнала, вторые же работают с цифровой формой сигнала. Аналоговый сигнал может принимать различную форму.

Цифровой сигнал это последовательность единиц и нулей, высокого и низкого уровня сигналов. Высокий уровень обеспечивается подачей на вывод 5 вольт или напряжения близкого к этому, низкий уровень это отсутствие напряжения или 0 вольт.

Существуют также микросхемы АЦП (аналогово - цифровой преобразователь ) и ЦАП (цифро - аналоговый преобразователь ) которые осуществляет преобразование сигнала из аналогового в цифровой, и наоборот. Типичный пример АЦП используется в мультиметре, для преобразования измеряемых электрических величин и отображения их на экране мультиметра. На рисунке ниже АЦП - это черная капля, к которой со всех сторон подходят дорожки.

Микроконтроллеры

Сравнительно недавно, по сравнению с выпуском транзисторов и микросхем, был налажен выпуск микроконтроллеров. Что же такое микроконтроллер?

Это специальная микросхема, может выпускаться как в Dip так и в SMD исполнении, в память которой может быть записана программа, так называемый Hex файл . Это файл откомпилированной прошивки, которая пишется в специальном редакторе программного кода. Но мало написать прошивку, нужно перенести, прошить, её в память микроконтроллера.

Программатор - фото

Для этой цели служит программатор . Как многим известно, есть много разных типов микронтроллеров - AVR , PIC и другие, для разных типов нам требуются разные программаторы. Также существует и , каждый сможет найти и изготовить себе подходящий по уровню знаний и возможностей. Если нет желания делать программатор самому, то можно купить готовый в интернет магазине или заказать с Китая.

На рисунке выше изображен микроконтроллер в SMD корпусе. Какие же плюсы есть в использовании микроконтроллеров? Если раньше, проектируя и собирая устройство на дискретных элементах или микросхемах, мы задавали работу устройства путем определенного, часто сложного соединения на печатной плате с использованием множества деталей. То теперь нам достаточно написать программу для микроконтроллера, которая будет делать тоже самое программным путем, зачастую быстрее и надежнее, чем схема без применения микроконтроллеров. Микроконтроллер представляет собой целый компьютер, с портами ввода - вывода, возможностью подключения дисплея и датчиков, а также управление другими устройствами.

Конечно усовершенствование микросхем на этом не остановится, и можно предположить, что лет через 10 возникнут действительно микросхемы от слова "микро " - невидимые глазу, которые будут содержать миллиарды транзисторов и других элементов, размерами в несколько атомов - вот тогда действительно создание сложнейших электронных устройств станет доступно даже не слишком опытным радиолюбителям! Наш краткий обзор подошёл к концу, с вами был AKV .

Обсудить статью МИКРОСХЕМЫ

В этой статье мы рассмотрим самые основные корпуса микросхем, которые очень часто используются в повседневной электронике.

DIP (англ. D ual I n-Line P ackage) – корпус с двумя рядами выводов по длинным сторонам микросхемы. Раньше, да наверное и сейчас, корпус DIP был самым популярным корпусом для многовыводных микросхем. Выглядит он вот так:

В зависимости от количества выводов микросхемы, после слова “DIP” ставится количество ее выводов. Например, микросхема, а точнее, микроконтроллер atmega8 имеет 28 выводов:

Следовательно, ее корпус будет называться DIP28.

А вот у этой микросхемы корпус будет называться DIP16.

В основном в корпусе DIP в Советском Союзе производили логические микросхемы, операционные усилители и тд. Сейчас же корпус DIP также не теряет своей актуальности и в нем до сих пор делают различные микросхемы, начиная от простых аналоговых и заканчивая микроконтроллерами.

Корпус DIP может быть выполнен из пластика (что в большинстве случаев) и называется он PDIP , а также из керамики – CDIP . На ощупь корпус CDIP твердый как камень, и это неудивительно, так как он сделан из керамики.

Пример CDIP корпуса.

Имеются также модификации HDIP, SDIP.

HDIP (H eat-dissipating DIP ) – теплорассеивающий DIP. Такие микросхемы пропускают через себя большой ток, поэтому сильно нагреваются. Чтобы отвести излишки тепла, на такой микросхеме должен быть радиатор или его подобие, например, как здесь два крылышка-радиатора посерединке микрухи:

SDIP (S mall DIP ) – маленький DIP. Микросхема в корпусе DIP, но c маленьким расстоянием между ножками микросхемы:

SIP корпус

SIP корпус (S ingle I n line P ackage ) – плоский корпус с выводами с одной стороны. Очень удобен при монтаже и занимает мало места. Количество выводов также пишется после названия корпуса. Например, микруха снизу в корпусе SIP8.

У SIP тоже есть модификации – это HSIP (H eat-dissipating SIP ). То есть тот же самый корпус, но уже с радиатором

ZIP корпус

ZIP (Z igzag I n line P ackage ) – плоский корпус с выводами, расположенными зигзагообразно. На фото ниже корпус ZIP6. Цифра – это количество выводов:

Ну и корпус с радиатором HZIP :

Только что мы с вами рассмотрели основной класс In line Package микросхем. Эти микросхемы предназначены для сквозного монтажа в отверстиях в печатной плате.

Например, микросхема DIP14, установленная на печатной плате

и ее выводы с обратной стороны платы, уже без припоя.

Кто-то все таки умудряется запаять микросхемы DIP, как микросхемы для поверхностного монтажа (о них чуть ниже), загнув выводы под углом в 90 градусов, или полностью их выпрямив. Это извращение), но работает).

Переходим к другому классу микросхем – микросхемы для поверхностного монтажа или, так называемые SMD компоненты . Еще их называют планарными радиокомпонентами.

Такие микросхемы запаиваются на поверхность печатной платы, под выделенные для них печатные проводники. Видите прямоугольные дорожки в ряд? Это печатные проводники или в народе пятачки . Вот именно на них запаиваются планарные микросхемы.

SOIC корпус

Самым большим представителем этого класса микросхем являются микросхемы в корпусе SOIC (S mall-O utline I ntegrated C ircuit ) – маленькая микросхема с выводами по длинным сторонам. Она очень напоминает DIP, но обратите внимание на ее выводы. Они параллельны поверхности самого корпуса:

Вот так они запаиваются на плате:

Ну и как обычно, цифра после “SOIC” обозначает количество выводов этой микросхемы. На фото выше микросхемы в корпусе SOIC16.

SOP (S mall O utline P ackage ) – то же самое, что и SOIC.

Модификации корпуса SOP:

PSOP – пластиковый корпус SOP. Чаще всего именно он и используется.

HSOP – теплорассеивающий SOP. Маленькие радиаторы посередине служат для отвода тепла.

SSOP (S hrink S mall O utline P ackage) – ” сморщенный” SOP. То есть еще меньше, чем SOP корпус

TSSOP (T hin S hrink S mall O utline P ackage) – тонкий SSOP. Тот же самый SSOP, но “размазанный” скалкой. Его толщина меньше, чем у SSOP. В основном в корпусе TSSOP делают микросхемы, которые прилично нагреваются. Поэтому, площадь у таких микросхем больше, чем у обычных. Короче говоря, корпус-радиатор).

SOJ – тот же SOP, но ножки загнуты в форме буквы “J” под саму микросхему. В честь таких ножек и назвали корпус SOJ :

Ну и как обычно, количество выводов обозначается после типа корпуса, например SOIC16, SSOP28, TSSOP48 и тд.

QFP корпус

QFP (Q uad F lat P ackage) – четырехугольный плоский корпус. Главное отличие от собрата SOIC в том, что выводы размещены на всех сторонах такой микросхемы

Модификации:

PQFP – пластиковый корпус QFP. CQFP – керамический корпус QFP. HQFP – теплорассеивающий корпус QFP.

TQFP (T hin Q uad F lat P ack) – тонкий корпус QFP. Его толщина намного меньше, чем у его собрата QFP

PLCC (P lastic L eaded C hip C arrier) и СLCC (C eramic L eaded C hip C arrier) – соответственно пластиковый и керамический корпус с расположенными по краям контактами, предназначенными для установки в специальную панельку, в народе называемую “кроваткой”. Типичным представителем является микросхема BIOS в ваших компьютерах.

Вот так примерно выглядит “кроватка” для таких микросхем

А вот так микросхема “лежит” в кроватке.

Иногда такие микросхемы называют QFJ , как вы уже догадались, из-за выводов в форме буквы “J”

Ну и количество выводов ставится после названия корпуса, например PLCC32.

PGA корпус

PGA (P in G rid A rray) – матрица из штырьковых выводов. Представляет из себя прямоугольный или квадратный корпус, в нижней части которого расположены выводы-штырьки

Такие микросхемы устанавливаются также в специальные кроватки, которые зажимают выводы микросхемы с помощью специального рычажка.

В корпусе PGA в основном делают процессоры на ваши персональные компьютеры.

Корпус LGA

LGA (L and G rid A rray) - тип корпусов микросхем с матрицей контактных площадок. Чаще всего используются в компьютерной технике для процессоров.

Кроватка для LGA микросхем выглядит примерно вот так:

Если присмотреться, то можно увидеть подпружиненные контакты.

Сам микросхема, в данном случае процессор ПК, имеет просто металлизированные площадки:

Для того, чтобы все работало, должно выполняться условие: микропроцессор должен быть плотно прижат к кроватке. Для этого используются разного рода защелки.

Корпус BGA

BGA (B all G rid A rray ) – матрица из шариков.

Как мы видим, здесь выводы заменены припойными шариками. На одной такой микросхеме можно разместить сотни шариков-выводов. Экономия места на плате просто фантастическая. Поэтому микросхемы в корпусе BGA применяют в производстве мобильных телефонов, планшетах, ноутбуках и в других микроэлектронных девайсах. О том, как перепаивать BGA, я еще писал в статье Пайка BGA микросхем .

В красных квадратах я пометил микросхемы в корпусе BGA на плате мобильного телефона. Как вы видите, сейчас вся микроэлектроника строится именно на BGA микросхемах.

Технология BGA является апогеем микроэлектроники. В настоящее время мир перешел уже на технологию корпусов microBGА, где расстояние между шариками еще меньше, и можно уместить даже тысячи(!) выводов под одной микросхемой!

Вот мы с вами и разобрали основные корпуса микросхем.

Ничего страшного нет в том, что вы назовете микросхему в корпусе SOIC SOPом или SOP назовете SSOPом. Также ничего страшного нет и в том, чтобы назвать корпус QFP TQFPом. Границы между ними размыты и это просто условности. Но вот если микросхему в корпусе BGA назовете DIP, то это уже будет полное фиаско.

Начинающим радиолюбителям стоит просто запомнить три самых важных корпуса для микросхем – это DIP, SOIС (SOP) и QFP безо всяких модификаций и стоит также знать их различия. В основном именно эти типы корпусов микросхем радиолюбители используют чаще всего в своей практике.

Существуют два метода тестирования для диагностики неисправности электронной системы, устройства или печатной платы: функциональный контроль и внутрисхемный контроль. Функциональный контроль обеспе­чивает проверку работы тестируемого модуля, а внутрисхемный контроль состоит в проверке отдельных элементов этого модуля с целью выяснения их номиналов, полярности включения и т. п. Обычно оба этих метода при­меняются последовательно. С разработкой аппаратуры автоматического контроля появилась возможность очень быстрого внутрисхемного кон­троля с индивидуальной проверкой каждого элемента печатной платы, включая транзисторы, логические элементы и счетчики. Функциональ­ный контроль также перешел на новый качественный уровень благодаря применению методов компьютерной обработки данных и компьютерного контроля. Что же касается самих принципов поиска неисправностей, то они совершенно одинаковы, независимо от того, осуществляется ли про­верка вручную или автоматически.

Поиск неисправности должен проводиться в определенной логической последовательности, цель которой - выяснить причину неисправности и затем устранить ее. Число проводимых операций следует сводить к минимуму, избегая необязательных или бессмысленных проверок. Пре­жде чем проверять неисправную схему, нужно тщательно осмотреть ее для возможного обнаружения явных дефектов: перегоревших элементов, разрывов проводников на печатной плате и т. п. Этому следует уделять не более двух-трех минут, с приобретением опыта такой визуальный кон­троль будет выполняться интуитивно. Если осмотр ничего не дал, можно перейти к процедуре поиска неисправности.

В первую очередь выполняется функциональный тест: проверяется работа платы и делается попытка определить неисправный блок и по­дозреваемый неисправный элемент. Прежде чем заменять неисправный элемент, нужно провести внутрисхемное измерение параметров этого эле­мента, для того чтобы убедиться в его неисправности.

Функциональные тесты

Функциональные тесты можно разбить на два класса, или серии. Тесты серии 1 , называемые динамическими тестами, применяются к законченному электронному устройству для выделения неисправного каскада или блока. Когда найден конкретный блок, с которым связана неисправность, применяются тесты серии 2, или статические тесты, для определения одного или двух, возможно, неисправных элементов (резисторов, конден­саторов и т. п.).

Динамические тесты

Это первый набор тестов, выполняемых при поиске неисправности в элек­тронном устройстве. Поиск неисправности должен вестись в направлении от выхода устройства к его входу по методу деления пополам. Суть этого метода заключается в следующем. Сначала вся схема устройства де­лится на две секции: входную и выходную. На вход выходной секции подается сигнал, аналогичный сигналу, который в нормальных условиях действует в точке разбиения. Если при этом на выходе получается нор­мальный сигнал, значит, неисправность должна находиться во входной секции. Эта входная секция делится на две подсекции, и повторяется предыдущая процедура. И так до тех пор, пока неисправность не будет локализована в наименьшем функционально отличимом каскаде, напри­мер в выходном каскаде, видеоусилителе или усилителе ПЧ, делителе частоты, дешифраторе или отдельном логическом элементе.

Пример 1. Радиоприемник (рис. 38.1)

Самым подходящим первым делением схемы радиоприемника является деление на ЗЧ-секпию и ПЧ/РЧ-секцию. Сначала проверяется ЗЧ-секция: на ее вход (регулятор громкости) подается сигнал с частотой 1 кГц через разделительный конденсатор (10-50 мкФ). Слабый или искаженный сигнал, а также его полное отсутствие указывают на неисправность ЗЧ-секции. Делим теперь эту секцию на две подсекции: выходной каскад и предусилитель. Каждая подсекция прове­ряется, начиная с выхода. Если же ЗЧ-секция исправна, то из громкоговорителя должен быть слышен чистый тональный сигнал (1 кГц). В этом случае неис­правность нужно искать внутри ПЧ/РЧ-секции.

Рис. 38.1.

Очень быстро убедиться в исправности или неисправности ЗЧ-секции мож­но с помощью так называемого «отверточного» теста. Прикоснитесь концом отвертки к входным зажимам ЗЧ-секции (предварительно установив регулятор громкости на максимальную громкость). Если эта секция исправна, будет отче­тливо слышно гудение громкоговорителя.

Если установлено, что неисправность находится внутри ПЧ/РЧ-секции, сле­дует разделить ее на две подсекции: ПЧ-секцию и РЧ-секцию. Сначала прове­ряется ПЧ-секция: на ее вход, т. е. на базу транзистора первого УПЧ подается амплитудно-модулированный (AM) сигнал с частотой 470 кГц 1 через раздели­тельный конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ. Для ЧМ-приемников требуется частотно-модулированный (ЧМ) тестовый сигнал с частотой 10,7 МГц. Если ПЧ-секция исправна, в громкоговорителе будет прослушиваться чистый тональный сигнал (400-600 Гц). В противном случае следует продолжить процедуру разбиения ПЧ-секции, пока не будет найден неисправный каскад, например УПЧ или детектор.

Если неисправность находится внутри РЧ-секции, то эта секция по возмож­ности разбивается на две подсекции и проверяется следующим образом. АМ-сигнал с частотой 1000 кГц подается на вход каскада через разделительный конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ. Приемник настраивается на прием радио­сигнала с частотой 1000 кГц, или длиной волны 300 м в средневолновом диапа­зоне. В случае ЧМ-приемника, естественно, требуется тестовый сигнал другой частоты.

Можно воспользоваться и альтернативным методом проверки - методом покаскадной проверки прохождения сигнала. Радиоприемник включается и на­страивается на какую-либо станцию. Затем, начиная от выхода устройства, с по­мощью осциллографа проверяется наличие или отсутствие сигнала в контроль­ных точках, а также соответствие его формы и амплитуды требуемым критериям для исправной системы. При поиске неисправности в каком-либо другом элек­тронном устройстве на вход этого устройства подается номинальный сигнал.

Рассмотренные принципы динамических тестов можно применить к любому электронному устройству при условии правильного разбиения системы и подбора параметров тестовых сигналов.

Пример 2. Цифровой делитель частоты и дисплей (рис. 38.2)

Как видно из рисунка, первый тест выполняется в точке, где схема делится при­близительно на две равные части. Для изменения логического состояния сигна­ла на входе блока 4 применяется генератор импульсов. Светоизлучающий диод (СИД) на выходе должен изменять свое состояние, если фиксатор, усилитель и СИД исправны. Далее поиск неисправности следует продолжить в делителях, предшествующих блоку 4. Повторяется та же самая процедура с использовани­ем генератора импульсов, пока не будет определен неисправный делитель. Если СИД не изменяет свое состояние в первом тесте, то неисправность находится в блоках 4, 5 или 6. Тогда сигнал генератора импульсов следует подавать на вход усилителя и т. д.

Рис. 38.2.

Принципы статических тестов

Эта серия тестов применяется для определения дефектного элемента в каскаде, неисправность которого установлена на предыдущем этапе про­верок.

1. Начать с проверки статических режимов. Использовать вольтметр с чувствительностью не ниже 20 кОм/В.

2. Измерять только напряжение. Если требуется определить величину тока, вычислить его, измерив, падение напряжения на резисторе из­вестного номинала.

3. Если измерения на постоянном токе не выявили причину неисправно­сти, то тогда и только тогда перейти к динамическому тестированию неисправного каскада.

Проведение тестирования однокаскадного усилителя (рис. 38.3)

Обычно номинальные значения постоянных напряжений в контрольных точках каскада известны. Если нет, их всегда можно оценить с прие­млемой точностью. Сравнив реальные измеренные напряжения с их но­минальными значениями, можно найти дефектный элемент. В первую очередь определяется статический режим транзистора. Здесь возможны три варианта.

1. Транзистор находится в состоянии отсечки, не вырабатывая никакого выходного сигнала, или в состоянии, близком к отсечке («уходит» в область отсечки в динамическом режиме).

2. Транзистор находится в состоянии насыщения, вырабатывая слабый искаженный выходной сигнал, или в состоянии, близком к насыщению («уходит» в область насыщения в динамическом режиме).

$11.Транзистор в нормальном статическом режиме.

Рис. 38.3. Номинальные напряжения:

V e = 1,1 В, V b = 1,72 В, V c = 6,37В.

Рис. 38.4. Обрыв резистора R 3 , транзистор

находится в состоянии отсечки: V e = 0,3 В,

V b = 0,94 В, V c = 0,3В.

После того как установлен реальный режим работы транзистора, вы­ясняется причина отсечки или насыщения. Если транзистор работает в нормальном статическом режиме, неисправность связана с прохождением переменного сигнала (такая неисправность будет обсуждаться позже).

Отсечка

Режим отсечки транзистора, т. е. прекращение протекания тока, имеет место, когда а) переход база-эмиттер транзистора имеет нулевое напря­жение смещения или б) разрывается путь протекания тока, а именно: при обрыве (перегорании) резистора R 3 или резистора R 4 или когда не­исправен сам транзистор. Обычно, когда транзистор находится в состо­янии отсечки, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания V CC . Однако при обрыве резистора R 3 коллектор «плавает» и теоретически должен иметь потенциал базы. Если подключить вольт­метр для измерения напряжения на коллекторе, переход база-коллектор попадает в условия прямого смещения, как видно из рис. 38.4. По це­пи «резистор R 1 - переход база-коллектор - вольтметр» потечет ток, и вольметр покажет небольшую величину напряжения. Это показание полностью связано с внутренним сопротивлением вольтметра.

Аналогично, когда отсечка вызвана обрывом резистора R 4 , «плавает» эмиттер транзистора, который теоретически должен иметь потенциал ба­зы. Если подключить вольтметр для измерения напряжения на эмиттере, образуется цепь протекания тока с прямым смещением перехода база-эмиттер. В результате вольтметр покажет напряжение, немного большее номинального напряжения на эмиттере (рис. 38.5).

В табл. 38.1 подытоживаются рассмотренные выше неисправности.

Рис. 38.5. Обрыв резистора R 4 , транзистор

находится в состоянии отсечки:

V e = 1,25 В, V b = 1,74 В, V c = 10 В.

Рис. 38.6. Короткое замыкание пе­рехода

база-эмиттер, транзистор на­ходится в

состоянии отсечки: V e = 0,48 В, V b = 0,48 В, V c = 10 В.

Отметим, что термин «высокое V BE » означает превышение нормального напряжения прямого смещения эмиттерного перехода на 0,1 – 0,2 В.

Неисправность транзистора также создает условия отсечки. Напря­жения в контрольных точках зависят в этом случае от природы неис­правности и номиналов элементов схемы. Например, короткое замыкание эмиттерного перехода (рис. 38.6) приводит к отсечке тока транзистора и параллельному соединению резисторов R 2 и R 4 . В результате потенци­ал базы и эмиттера уменьшается до величины, определяемой делителем напряжения R 1 – R 2 || R 4 .

Таблица 38.1. Условия отсечки

Неисправность		Причина
1. V e V b V c V BE	Vac	Обрыв резистора R 1
V e V b V c V BE	Высокое Нормальное V CC Низкое	Обрыв резистора R 4
V e V b V c V BE	Низкое Низкое Низкое Нормальное	Обрыв резистора R 3

Потенциал коллектора при этом, очевидно, ра­вен V CC . На рис. 38.7 рассмотрен случай короткого замыкания между коллектором и эмиттером.

Другие случаи неисправности транзистора приведены в табл. 38.2.

Рис. 38.7. Короткое замыкание между коллектором и эмиттером, транзистор находится в состоянии отсечки: V e = 2,29 В, V b = 1,77 В, V c = 2,29 В.

Таблица 38.2

Неисправность		Причина
V e V b V c V BE	0 Нормальное V CC Очень высокое, не может быть выдержано функционирующим pn -переходом	Разрыв перехода база-эмиттер
V e V b V c V BE	Низкое Низкое V CC Нормальное	Разрыв перехода база-коллектор

Насыщение

Как объяснялось в гл. 21, ток транзистора определяется напряжением прямого смещения перехода база-эмиттер. Небольшое увеличение этого напряжения приводит к сильному возрастанию тока транзистора. Ко­гда ток через транзистор достигает максимальной величины, говорят, что транзистор насыщен (находится в состоянии насыщения). Потенциал

Таблица 38.3

Неисправность		Причина
1. V e V b V c	Высокое (V c ) Высокое Низкое	Обрыв резистора R 2 или мало сопротивление резистора R 1
V e V b V c	Низкое Очень низкое	Короткое замыкание конденсатора C 3

коллектора уменьшается при увеличении тока и при достижении насыще­ния практически сравнивается с потенциалом эмиттера (0,1 – 0,5 В). Вооб­ще, при насыщении потенциалы эмиттера, базы и коллектора находятся приблизительно на одинаковом уровне (см. табл. 38.3).

Нормальный статический режим

Совпадение измеренных и номинальных постоянных напряжений и от­сутствие или низкий уровень сигнала на выходе усилителя указывают на неисправность, связанную с прохождением переменного сигнала, на­пример на внутренний обрыв в разделительном конденсаторе. Прежде чем заменять подозреваемый на обрыв конденсатор, убедитесь в его неис­правности, подключая параллельно ему исправный конденсатор близкого номинала. Обрыв развязывающего конденсатора в цепи эмиттера (C 3 в схеме на рис. 38.3) приводит к уменьшению уровня сигнала на выходе усилителя, но сигнал воспроизводится без искажений. Большая утечка или короткое замыкание в этом конденсаторе обычно вносит изменения в режим транзистора по постоянному току. Эти изменения зависят от статических режимов предыдущих и последующих каскадов.

При поиске неисправности нужно помнить следующее.

1. Не делайте скоропалительных выводов на основе сравнения измерен­ного и номинального напряжений только в одной точке. Нужно запи­сать весь набор величин измеренных напряжений (например, на эмит­тере, базе и коллекторе транзистора в случае транзисторного каскада) и сравнить его с набором соответствующих номинальных напряжений.

2. При точных измерениях (для вольтметра с чувствительностью 20 кОм/В достижима точность 0,01 В) два одинаковых показания в разных контрольных точках в подавляющем большинстве случаев указывают на короткое замыкание между этими точками. Однако бывают и исключения, поэтому нужно выполнить все дальнейшие про­верки для окончательного вывода.

Особенности диагностики цифровых схем

В цифровых устройствах самой распространенной неисправностью явля­ется так называемое «залипание», когда на выводе ИС или в узле схемы постоянно действует уровень логического 0 («константный нуль») или ло­гической 1 («константная единица»). Возможны и другие неисправности, включая обрывы выводов ИС или короткое замыкание между проводни­ками печатной платы.

Рис. 38.8.

Диагностика неисправностей в цифровых схемах осуществляется пу­тем подачи сигналов логического импульсного генератора на входы про­веряемого элемента и наблюдения воздействия этих сигналов на состо­яние выходов с помощью логического пробника. Для полной проверки логического элемента «проходится» вся его таблица истинности. Рассмотрим, например, цифровую схему на рис. 38.8. Сначала записываются логические состояния входов и выходов каждого логического элемента и сопоставляются с состояниями в таблице истинности. Подозрительный логический элемент тестируется с помощью генератора импульсов и логи­ческого пробника. Рассмотрим, например, логический элемент G 1 . На его входе 2 постоянно действует уровень логического 0. Для проверки эле­мента щуп генератора устанавливается на выводе 3 (один из двух входов элемента), а щуп пробника - на выводе 1 (выход элемента). Обращаясь к таблице истинности элемента ИЛИ-НЕ, мы видим, что если на одном из входов (вывод 2) этого элемента действует уровень логического 0, то уровень сигнала на его выходе изменяется при изменении логического со­стояния второго входа (вывод 3).

Таблица истинности элемента G 1

Вывод 2	Вывод 3	Вывод 1

Например, если в исходном состоянии на выводе 3 действует логический 0, то на выходе элемента (вывод 1) присутствует логическая 1. Если теперь с помощью генератора изменить логическое состояние вывода 3 к логической 1, то уровень выходного сиг­нала изменится от 1 к 0, что и зарегистрирует пробник. Обратный резуль­тат наблюдается в том случае, когда в исходном состоянии на выводе 3 действует уровень логической 1. Аналогичные тесты можно применить к другим логическим элементам. При этих тестах нужно обязательно пользоваться таблицей истинности проверяемого логического элемента, потому что только в этом случае можно быть уверенным в правильности тестирования.

Особенности диагностики микропроцессорных систем

Диагностика неисправностей в микропроцессорной системе с шинной структурой имеет форму выборки последовательности адресов и данных, которые появляются на адресной шине и шине данных, и последующего сравнения их с хорошо известной последовательностью для работающей системы. Например, такая неисправность, как константный 0 на линии 3 (D 3) шины данных, будет указываться постоянным логическим нулем на линии D 3 . Соответствующий листинг, называемый листингом состояния, получается с помощью логического анализатора. Типичный листинг со­стояния, отображаемый на экране монитора, показан на рис. 38.9. Как альтернатива может использоваться сигнатурный анализатор для сбора потока битов, называемого сигнатурой, в некотором узле схемы и сравнения его с эталонной сигнатурой. Различие этих сигнатур указывает на неисправность.

Рис. 38.9.

В данном видео рассказывается о компьютерном тестере для диагностики неисправностей персональных компьютеров типа IBM PC: