信號(hào)采集設(shè)備的電路板故障診斷研究分析

黎 毅

（中通服建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510000）

1 電路板主要故障類別

1.1 電容損壞

電容損壞引發(fā)的故障在信號(hào)采集設(shè)備中占據(jù)較高比例，其中最常見(jiàn)的是電解電容損壞。電容損壞通常有三種情況。第一，當(dāng)電解電容內(nèi)部發(fā)生短路或者斷路的情況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)管或者其他限流元器件被燒毀的現(xiàn)象，例如保險(xiǎn)與開(kāi)關(guān)電源中的限流電阻。在電壓較高或者電流較大環(huán)境下工作的濾波電容器，易在電壓突然升高時(shí)發(fā)生短路損害。因?yàn)殡妷撼^(guò)其耐壓值，會(huì)造成電容擊穿現(xiàn)象，從而引起短路，常出現(xiàn)保險(xiǎn)絲或者限流電阻燒斷、電源整流管擊穿等故障現(xiàn)象。當(dāng)整流二極管發(fā)生損壞時(shí)，也可能發(fā)生短路損壞。由于整流二極管損壞會(huì)影響電解電容器的工作環(huán)境，使其處于交流電路中，在較大的反向漏電流下會(huì)發(fā)熱，從而造成短路損壞。由于短路會(huì)使電容器中的電流急劇增大，通常會(huì)造成電容器爆裂，或者將其封口膠塞脹出。第二，電解電容容量降低造成電容損壞。當(dāng)容量降低引起輕微漏電時(shí)，信號(hào)采集設(shè)備會(huì)出現(xiàn)信號(hào)不同步等故障現(xiàn)象[1]。發(fā)生此類故障的主要原因是電容器的部分參數(shù)發(fā)生變化，只能在一定程度上發(fā)揮效用。此類故障通常不方便診斷和排查。第三，電容容量消失。容量消失會(huì)造成電容失效、完全漏電或者漏漿的現(xiàn)象。由于電容損壞引起的故障采用萬(wàn)用表測(cè)試無(wú)法診斷，因此容量消失是電容故障中最難診斷和排查的故障。

1.2 元器件虛焊或者腐蝕

電路板虛焊是一種常見(jiàn)的故障。一方面，電路板加工制作時(shí)，如果采用了不恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝，會(huì)造成虛焊現(xiàn)象。例如，元器件安裝過(guò)程不規(guī)范，安裝的元器件重量比較大，會(huì)使元器件的焊腳產(chǎn)生應(yīng)力，長(zhǎng)期作用下，會(huì)發(fā)生接觸不良的現(xiàn)象。焊接元器件的過(guò)程中，如果使用的焊錫材料過(guò)少，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，也會(huì)造成虛焊現(xiàn)象。另一方面，設(shè)備長(zhǎng)期使用后，發(fā)熱會(huì)使元器件的焊點(diǎn)老化，進(jìn)而發(fā)生剝落現(xiàn)象。此外，某些信號(hào)采集設(shè)備經(jīng)常在潮濕的環(huán)境下工作。在這種情況下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，電路板可能會(huì)被腐蝕，部分元器件可能出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)。

1.3 電阻損壞

電阻損壞的一個(gè)明顯特點(diǎn)是阻值易變大，或者出現(xiàn)開(kāi)路的現(xiàn)象。電阻發(fā)生阻值減小的幾率非常低。常用的電阻類別有碳膜電阻和金屬膜電阻，其損壞特征是100 Ω以下的低值電阻和100 kΩ以上的高值電阻易發(fā)生損壞。對(duì)阻值在幾百歐姆或者幾千歐姆的電阻來(lái)說(shuō)，其發(fā)生損壞的可能性非常小。低值電阻發(fā)生損壞有一個(gè)明顯的現(xiàn)象，即電阻表面燒焦發(fā)黑。高值電阻發(fā)生損壞時(shí)，外部往往沒(méi)有明顯現(xiàn)象，不能直接觀察。線繞電阻的應(yīng)用比較廣泛，發(fā)生損壞時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)表面變黑或者開(kāi)裂的現(xiàn)象。根據(jù)電阻損壞的特點(diǎn)，能夠快速診斷是哪一種電阻損壞。

2 電路板故障診斷方法研究

2.1 電容損壞的診斷方法

電路板故障檢測(cè)中，電容損壞的診斷方法有很多種，其中較為常見(jiàn)的一種方法是用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于0.01 μA以上的固定電容器，可以將萬(wàn)用表打到1k檔，直接測(cè)試電容器內(nèi)部有無(wú)短路或者漏電的情況，并測(cè)試電容器有無(wú)充電過(guò)程。此外，可根據(jù)萬(wàn)用表指針的擺動(dòng)幅度，大致估計(jì)電容的容量，判斷電容的容量是否降低。測(cè)試時(shí)，將兩個(gè)表筆分別接觸電容器的兩個(gè)引腳然后將兩個(gè)表筆調(diào)換位置后再接觸一次，同時(shí)觀察萬(wàn)用表指針的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。如果指針先向右擺動(dòng)一下后迅速向左擺動(dòng)，返回∞位置處，則證明電容器不存在故障現(xiàn)象。如果指針始終不向右擺動(dòng)，則證明電容的容量已經(jīng)降低（低于0.01 μA），甚至消失。如果指針向右擺動(dòng)后，不再向左擺動(dòng)，直接回到∞位置，則證明電容發(fā)生漏電或者擊穿現(xiàn)象[2]。另一種較常見(jiàn)的診斷方法是用熔斷器進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，將熔斷器和電容器串聯(lián)在一起，并且接入220 V的交流電中。如果熔斷器的熔絲發(fā)生斷裂，則說(shuō)明熔斷器中通過(guò)了很大的電流，電容器內(nèi)部發(fā)生短路故障。如果熔斷器的熔絲沒(méi)有發(fā)生斷裂，在充電幾秒鐘后將電源切斷，然后用帶絕緣把手的螺絲刀，將電容器的兩極短路放電。如果放電過(guò)程中出現(xiàn)火花，則說(shuō)明電容器不存在故障；如果放電過(guò)程中不出現(xiàn)火花，則證明電容器的容量減小或者消失。

2.2 虛焊點(diǎn)或者腐蝕點(diǎn)診斷

診斷元器件焊腳和焊錫之間是否存在虛焊現(xiàn)象時(shí)，可以用起子按下焊錫焊邊突出的元器件的焊腳。如果該元器件的焊腳能發(fā)生輕微松動(dòng)，則證明存在虛焊現(xiàn)象，否則不存在虛焊現(xiàn)象。診斷焊點(diǎn)和焊盤之間是否存在虛焊現(xiàn)象時(shí)，可以通過(guò)觀察元器件是否松動(dòng)，判斷是否存在虛焊現(xiàn)象。通過(guò)向下按動(dòng)元器件的方法，可以判斷其是否松動(dòng)。如果發(fā)生松動(dòng)，則證明存在虛焊現(xiàn)象。電路板的虛焊可以分為兩種情況。一種情況是元器件和電路板焊合。在焊合時(shí)進(jìn)行診斷，通常難以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只有當(dāng)電路板受到振動(dòng)或者外力作用，進(jìn)而發(fā)生脫焊時(shí)，才易發(fā)現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。在這種情況下，需要應(yīng)用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)觀察焊點(diǎn)是否導(dǎo)通，判斷該焊點(diǎn)是否存在虛焊。另一種情況是元器件和電路板沒(méi)有焊合。通過(guò)目測(cè)觀察，判斷焊錫邊緣與焊面是否良好貼合。如果貼合不好，則證明存在虛焊現(xiàn)象；如果貼合良好，采用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)前要注意焊面是否清理干凈。因?yàn)槲春负系暮该嫔蠒?huì)存在氧化物，如果沒(méi)有清理這些氧化物，萬(wàn)用表無(wú)法準(zhǔn)確診斷。

2.3 電阻損壞的診斷方法

診斷電阻損壞時(shí)，利用其損壞特點(diǎn)可以輕松完成檢測(cè)。可以觀察電路板上的低阻值電阻，看其是否存在燒黑的痕跡，如果某個(gè)電阻存在燒黑的痕跡，則證明其發(fā)生損壞。由于電阻發(fā)生損壞大多數(shù)是在開(kāi)路或者阻值變大的情況，而且一般情況下，高阻值的電阻更易發(fā)生損壞。因此，可以用萬(wàn)用表檢測(cè)電路板上高阻值電阻的阻值。如果測(cè)量結(jié)果表明其阻值大于標(biāo)稱阻值，則證明該電阻發(fā)生損壞；如果經(jīng)過(guò)測(cè)量，其阻值不大于標(biāo)稱阻值，則證明該電阻未發(fā)生損壞。依次檢測(cè)電路板上的電阻，就能夠找出所有損壞的電阻。使用萬(wàn)用表檢測(cè)的過(guò)程中，需在阻值穩(wěn)定后再進(jìn)行診斷。當(dāng)電路中存在并聯(lián)電容器時(shí)，開(kāi)始檢測(cè)時(shí)會(huì)存在充放電過(guò)程，此時(shí)進(jìn)行診斷會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

3 結(jié) 論

通過(guò)論述電路板常見(jiàn)的故障類別，筆者分析了相對(duì)應(yīng)的診斷方法。電路板作為信號(hào)采集設(shè)備中不可或缺的基礎(chǔ)性裝置，其故障分析和診斷應(yīng)引起相關(guān)人員的高度重視。了解電路板的故障診斷方法，對(duì)確保設(shè)備正常、有效運(yùn)作具有重要意義。