МЕТОДЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ. Л. Фолкенберри

Предлагаю вашему вниманию культовый текст, без прочтения которого тему поиска неисправностей нельзя считать раскрытой.

Текст взять из книги: Справочное пособие по ремонту и электронных систем. Л.М. Фолкенберри

5.1. ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Поиск неисправностей можно определить как логическую технику обнаружения и устранения причины нарушения работоспособности электронных систем, хотя специалисты по устранению конфликтных ситуаций требуются во всех областях, начиная от механической части автомобиля и кончая международной политикой. Процесс обнаружения неисправности является, в первую очередь, процессом логического мыш-ления. Многие ступени логического мышления опытные специалисты проходят подсознательно, и именно в этом и проявляется их искусство. Мы обращаем особое внимание на то, что процесс поиска неисправностей является в основном мыслительным, а измерения, которые дают толчок логической дедукции, занимают лишь небольшую часть времени.

Поиск неисправностей представляет собой важную задачу. Экономика и образ жизни в развитых странах зависят от поддержания в рабочем состоянии электронных систем управления в промышленности, систем связи и вычислительной техники. Приблизительно треть бюджета Отдела оборонной электроники ассигнована на обслуживание аппаратуры, что характеризует важность отыскания неисправностей и их устранения для современного общества.

На рис. 5.1 показана типичная зависимость частоты отказов электронной аппаратуры от времени.

1. Выход из строя в течение первых 20 недель работы 2.Нормальная . долговечность от 5 до 25 лет 3. Износ

Рис. 5.1. Кривая интенсивности отказов

В начальный период частота отказов очень велика по сравнению со средним периодом работы. По этой причине многие компании используют испытания на принудительный отказ, т. е. работу компонентов или оборудования в целом при повышенных температурах для ускорения появления ранних отказов. Тогда ранние дефекты устраняются до того, как оборудование выйдет с завода-изготовителя, интенсивность его отказов у потребителя будет соответствовать нижней части кривой рис. 5.1. Ранние отказы аппаратуры в период приработки обычно обусловлены компонентами, находящимися на границах допусков. По окончании периода приработки оборудования наступает период нормальной его работы, который длится примерно 5—25 лет, в зависимости от надежности, заложенной в конструкции и реализованной в аппаратуре. Отказы в период нормальной работы, часто связаны с «уходом» характеристик в результате старения компонентов, излишней нагрузкой аппаратуры в результате неправильного использования, а также нарушением работоспособности отдельных компонентов. Как и в человеческом жизненном цикле, конец срока службы аппаратуры характеризуется заметным увеличением числа отказов. Кажется все, что может испортиться, не упустит возможности сделать; в этот период более экономичной оказывается замена оборудова чем поддержание его работоспособности. Следует отметить, что для специалиста по устранению неисправностей (настройщика) работа находаится на протяжении всего жизненного цикла аппаратуры, так как интенсивность отказов сложной аппаратуры почти никогда не равна нулю для любого отрезка времени.

По мере усложнения систем требования к квалификации настройщика становятся более строгими. В совершенстве овладеть навыком отыскания неисправностей может только специалист, отлично знающий обслуживаемую систему и имеющий значительный опыт работы. Сущеют, однако, некоторые принципы, которые могут помочь начинающему специалисту определить подход к решению этой задачи. Целью данной главы является рассмотрение этих принципов.

5.2 ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ

Первой и самой важной заповедью для настройщика должно быть сохранение спокойствия. Бурные эмоции и тревога только мешают процессу логического мышления, необходимому для успешного поиска неиправности. Только в спокойном состоянии можно эффективно об наружнть повреждение. Так что сохраняйте спокойствие!

Чем больше у нас информации о системе, тем увереннее мы можем отыскивать в ней неисправность. Многие системы, такие как большие универсальные ЭВМ и анализаторы спектра, настолько сложны, что для компетентного обнаружения многих видов повреждений требуется специальная подготовка. Но для выявления дефектов в большей части аппатаратуры достаточно хорошего общего знания электронных схем и методики поиска неисправностей. Прежде чем приступить к отысканию повреждения в любой аппаратуре, потратьте какое-то время на ее изучение. Даже когда времени в обрез, настройщик должен выяснить функцию каждой основной подсистемы отказавшей аппаратуры.

Наилучшим источником информации для быстрого и достаточно подробного ознакомления с оборудованием является инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Прежде чем предпринимать попытки ремонта аппаратуры, необходимо изучить ее настолько тщательно, насколько позволяет время. Инструкция обычно содержит технические условия на оборудование, его описание и принцип действия, схемы, компоновку деталей и руководство по отысканию неисправностей. Это руководство включает перечень причин и признаков часто встречающихся повреждений. Хорошим источником информации является также изготовитель аппаратуры. Телефонный звонок на завод- изготовитель может сберечь многие часы поисков решения неясной задачи. Перед звонком необходимо составить краткое и четкое описание признаков повреждения и подготовить результаты всех проведенных измерений. Если у вас нет инструкции по эксплуатации, постарайтесь приобрести ее.

Хороший настройщик использует все возможные средства, включая имеющиеся в наличии диагностические программы для вычислительной техники. Иногда сама отказавшая аппаратура помогает выявить в ней дефект подобно тому, как больной рассказывает врачу, что у него болит.

Правильно выбирайте контрольно-измерительную аппаратуру. Анализатор спектра полезен при отыскании неисправностей в системах связи, однако его бесполезно применять для проверки цифровой аппаратуры. Простой авометр( тестер) незаменим при поиске обрывов цепи. При отыскании некоторых видов неисправностей в цифровой аппаратуре может понадобиться логический анализатор. В общем, для решения конкретных задач пользуйтесь соответствующей необходимой аппаратурой. Продуманность использования контрольно-измерительной аппаратуры может сберечь много времени.

И здесь наилучшим источником информации, изложенной в сжатой форме, является поставляемая вместе с аппаратурой инструкция по эксплуатации. Настройщик должен подробно изучить ее и знать возможности этой аппаратуры и порядок работы с ней. К примеру, следует знать, что сигнал 50 МГц на экране анализатора спектра является маркером, а не ложным сигналом в неисправном оборудовании.

Короче, хороший специалист должен знать контрольно-измерительную аппаратуру, уметь выбрать ее применительно к конкретному случаю, знать оборудование, требующее ремонта, и, конечно, сохранять спокойствие,

5.3 МЕТОДИКА ОТЫСКАНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Существуют хорошо опробованные методы и этапы поиска неисправностей. Рассмотрим их применительно к выявлению дефектов.

5.3.1. ВНЕШНИЙ ОСМОТР

Первым шагом на пути поиска неисправности является тщательный внешний осмотр аппаратуры. Проверьте, нет ли сгоревших предохранителей, разрушенных или утративших первоначальный цвет компонентов, обрывов проводов, поврежденных проводников печатных схем, дефектов паяных соединений, трансформаторов с запахом гари, следом коррозии, перегретых деталей и вытекших электролитических кондент саторов. Другими словами, обратите внимание на любое отклонение от нормы. Тщательный внешний осмотр так часто позволяет обнаружить неисправность, что есть смысл пожертвовать на него время, Если даже тезультате такого осмотра вы и не обнаружите неисправность, то, по крайней мере, познакомитесь с расположением всех элементов аппаратуры.

5.3.2. ПИТАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Часто много времени тратится впустую на поиски несуществующих повреждений, когда все дело в неисправном источнике питания. Поэто- первой электрической проверкой должен быть контроль правильности уровней напряжения от всех источников питания при работе под нормальной нагрузкой. Если выход источника питания приходится отсоединить, к нему нужно подключить эквивалентную нагрузку и только после этого проверять.

При проверке аналогового оборудования или аналоговой части цифрового оборудования начинать нужно со статического режима. Если аппаратура неправильно функционирует в статическом режиме, она не будет правильно обрабатывать сигналы. Цифровое оборудование часто можно проверить в исходном состоянии на правильность начальных условий.

5.3.3 МЕТОДИКА «ОТ КОНЦА К НАЧАЛУ»

Методика «от конца к началу» означает, что сначала динамические измерения проводят на выходной части аппаратуры, а затем постепенно перемещаются по схеме в сторону входа, пока не будет обнаружен нормальный сигнал (рис. 5.2) (или для цифрового оборудования правильный код);

следующий к выходу каскад скорее всего неисправен. Чтобы любой метод отыскания неисправностей был эффективным, настройщик должен знать, какими должны быть нормальные сигналы на выходе каждого каскада.

5.3.4 ПОДАЧА СИГНАЛА

Если неисправный каскад оказывает влияние на выход предыдущего каскада или отсутствует нормальный входной сигнал, настройщик для имитации сигнала должен использовать генератор сигналов, Параметры имитирующего сигнала должны быть как можно ближе к параметрам нормального сигнала. Часто бывает необходимо, чтобы выходной сигнал имел определенную постоянную составляющую. Большинство генераторов сигналов имеет ограниченные возможности

Рис. 5.3. Схема введения сигнала

установки уровня постоянной составляющей на выходе. Поэтому при необходимости следует использовать делитель напряжения и разделительную емкость (рис. 5.3).

5.3.5 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ «ДЕЛЕНИЕ» СХЕМЫ

Метод используется для проверки сложных (многокаскадных) устройств и заключается в проверке сигналов сначала на выходе каскада, расположенного в середине схемы, затем в середине половины, в которой имеется неисправность, и так далее, пока не будет обнаружен поврежденный каскад. Предположим, например, что в пятом каскаде 8-каскадной схемы произошел сбой. Чтобы определить, что неисправен именно пятый каскад, проделаем следующую процедуру: после проверки источников питания проверим сигнал на выходе четвертого каскада (на полпути прохождения сигнала по схеме). Если на выходе четвертого каскада обнаружен правильный сигнал (как это должно быть в нашем примере), следует проверить сигнал на выходе шестого каскада, т. е. на полпути между четвертым и последним каскадами. В нашем примере сигнал на выходе шестого каскада будет неверным. Значит, теперь нужно проверить сигнал на полпути между последними двумя проверенными каскадами — на выходе пятого каскада. В данном случае он будет неправильным, следовательно, неисправным оказывается пятый каскад. Этот метод удобнее всего применять для аппаратуры с независимыми последовательными каскадами, такой как радиоприемники и передатчики.

5.3.6 РАЗМЫКАНИЕ ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Отыскать неисправности в системах и подсистемах с цепями обратной связи очень трудно, если не размыкать эти цепи. В точку, где разомкнута петля обратной связи, нужно подать соответствующее постоянное напряжение или необходимый сигнал. Затем для отыскания неисправности по всей схеме нужно проверить уровни напряжения форму сигналов. Напряжение или сигнал, подаваемые в точку разрыва петли обратной связи, можно изменять для проверки изменения

Рис. 5.4. Размыкание контура, пример системы ФАПЧ

реакдии всей схемы. Обычно петлю размыкают в точке, к которой удобно подвести сигнал небольшой мощности. На рис. 5.4 показано применение этого метода для петли фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Источники питания и выходной сигнал образцового генератора должны быть проверены перед размыканием петли. При этом f0 будет нестабильна или «неправильна» по значению, если же она будет отсутствовать совсем, мы будем знать, что генератор, управляемый напряжением (ГУН), неисправен.

5.3.7 ЛОГИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ

Сложные системы обычно строятся на основе логических подсистем. Система в целом может быть слишком сложна для непосредственного отыскания неисправности, но каждую подсистему обычно можно проверить независимо, применяя один из вышеуказанных методов.

5.3.8. СРАВНЕНИЕ С ИЗВЕСТНЫМИ ПРАВИЛЬНЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ

Чтобы опознать неправильный выходной сигнал, мы обычно сравниваем его с выходным сигналом нормально функционирующей схемы. Мы должны или достаточно хорошо знать схему, чтобы определить, каким должен быть выходной сигнал, или сравнить его с формой сигнала (комбинацией бит, последовательностью состояний, картой памяти или временной диаграммой для цифрового оборудования) в инструкции по эксплуатации и обслуживанию. Если под рукой нет документации, в которой были бы приведены правильные выходные сигналы, а у настройщика недостаточно опыта работы с аппаратурой для определения правильности полученных результатов, их нужно сравнить с аналогичными сигналами такой же нормально работающей аппаратуры. Этот метод лучше всего подходит для цифровых устройств и аппаратуры с использованием микропроцессоров..

5.3.9 ЗАМЕНА КОМПОНЕНТОВ СХЕМ

Установка в систему заведомо годных печатных плат с целью устранения повреждения называется заменой плат. Этот же метод применяется и для отдельных элементов. Для быстрого ремонта на рабочем месте такая практика приемлема и используется многими крупными компаниями, но как метод поиска неисправности она очень дорого обходится. Множество годных компонентов и печатных плат было испорчено при установке их в систему при включенном питании или в систему, неустраненная неисправность которой вызвала отказ заменяемой детали и соответственно вновь установленной детали. Когда аппаратуру нужно быстро ввести в действие, замена печатной платы или модуля в случае отказа оказывается оправданной. Это эффективный способ свести к минимуму время простоя. Негодные компоненты печатной платы или модуля можно спокойно отыскать позже. Перед осуществлением замены настройщик должен быть абсолютно уверен в повреждении именно данного модуля или платы, замену обычно следует проводить при отключенном питании. Существует оборудование, в котором при замене не повреждается ни одна деталь, даже при включенном питании, но перед началом работы в этом следует убедиться. В отличие от других методов ремонта замена плат обладает тем серьезным отрицательным свойством, что она быстро становится привычкой, которая делает работу такого специалиста менее эффективной, чем у тех, кто использует методы, требующие более обдуманного отношения,

5.4 НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ

Щуп контрольно-измерительной аппаратуры заземляйте как можно ближе к точке, в которой вы наблюдаете сигнал. Тогда вы можете быть уверены, что видете реальную картину. На рис. 5.5, а показана осциллограмма синхроимпульса, полученная с помощью осциллографа, заземленного на корпус мини-ЭВМ, а на рис. 5.5, б — та же самая осциллограмма при щупе, заземленном на печатную плату около выхода генератора синхроимпульсов. Синхроимпульс четкий в обоих случаях, но на рис, 5.5, а форма сигнала вводит в заблуждение.

Рис.5.5. Влияние места заземления щупа осциллографа на форму наблюдаемого синхроимпульса: а- заземление на корпус мини-ЭВМ б — заземление на общую печатную плату вблизи генерато­ра синхроимпульсов

 Будьте осторожны при работе с интегральными схемами типа металл— оксид — полупроводник (МОП). Не касайтесь руками выводов схемы, поскольку статический заряд вашего тела может пробить тонкие изолированные затворы МОП-структуры. Пользуйтесь сцрциальными инструментами или при их отсутствии перед заменой МОП-приборов в отключенном оборудовании заземляйте рабочую поверхность или корпус аппаратуры и кисти рук с помощью проводов, заземленных через высокое сопротивление (обычно 1 МОм). При регламентных проверках аппаратуры в этом нет необходимости, такое заземление нужно применять только при замене МОП-приборов в отключенном оборудовании.

В крайнем случае, непосредственно перед прикосновением к МОП-прибору следует дотронуться до хорошего заземления. Защищенные МОП-приборы менее подвержены пробою, но и с ними надо вращаться осторожно. Если уровень статического заряда на теле человека достаточно высок, будет поврежден даже защищенный прибор.

Во многих видах аппаратуры исключительно важное значение имеет порядок включения источников питания, в особенности это относится к аппаратуре с использованием КМОП ИС. При нарушении порядка включения источников питания эти устройства могут сами выходить из строя и приводить к повреждению других компонентов аппаратуры. Если аппаратура на КМОП ИС работает со сбоями, не забудьте проверить порядок включения источников питания.

При работе с цифровой аппаратурой, если возможно, пройдите от одного состояния к другому вручную, шаг за шагом. Пошаговый режим оказывается исключительно полезным, поскольку состояние различных точек (высокий или низкий потенциал) можно сравнить с желаемым при помощи универсального электроизмерительного прибора или осциллографа. При отсутствии такого режима состояния изменялись бы слишком быстро, чтобы их можно было наблюдать без логического анализатора.

Как в аналоговой, так и в цифровой аппаратуре в результате плохого заземления может возникнуть шум. Проверьте активное и полное сопротивление заземления; оба должны быть очень низкими. Иногда электромагнитные заграждающие фильтры для подавления несущей вносят в цепь заземления индуктивность, достаточную для возникновения шума. На рис. 5.6 показана осцилограмма сигнала при отсутствии заземления между двумя подсистемами. И последнее замечание: грязные или окисленные контакты печатной платы могут доставить много неприятностей. Необходима регулярная очистка контактов. Испытанный и действенный метод очистки контактов печатных плат карандашной резинкой используйте только в са­мом крайнем случае.

В настоящее время на контакты печатных плат наносят очень тонкое гальваническое покрытие; его можно легко удалить резинкой и после такой очистки контакты быстро покроются коррозией. По возможности всегда пользуйтесь одним из растворителей для очистки контактов.

5.5. НОВЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ
И ПЕРСПЕКТИВЫ

Микропроцессоры и недорогие цифро-аналоговые и аналого-цифроаналоговые птеобразователи позволяют при проектировании аппаратуры предусматривать возможность самоконтроля и диагностики, что дает возможность в случае неправильной работы определить местоположение обычно случающихся неисправностей и вывести их на экран дисплея или печатающее устройство. Быстро развивается автоматическая испытательная аппаратура, которая позволяет проверять сложные подсистемы и системы, а также диагностировать в них неисправности. Некоторые виды автоматического испытательного оборудования рассчитаны на то, чтобы подсказать настройщику, где именно в неисправно работающей аппаратуре нужно произвести измерения; эта методика получила название направленного зондирования. Уже сейчас в некоторых типах ЭВМ многие виды повреждений можно диагностировать посредствам диалога по телефону между ЭВМ, нуждающейся в ремонте, ЭВМ в обсуживающем центре. (это наворно модемное соединение) ЭВМ обслуживающего центра дистанционно обследует неправильно работающую ЭВМ и определяет, какую плату нужно заметить. Предполагается выпуск аппаратуры с возрастающими возможностями самодиагностики. Продолжается работа в области математического моделирования неисправностей с тем, чтобы вероятность отказов определенного типа можно было прогнозировать и обнаруживать с помощью машины. Сложность автоматического испытательного оборудования возрастает. Контрольно-измерительные приборы берут на себя все больше функций, ранее выполнявшихся операторами и даже указывают, где осуществлять следующую проверку. Все это, однако, не означает, что отпадает необходимость в квалифицированных специалистах по отысканию неисправностей. Скореее, наоборот для нахождения причин неисправностей, с которыми не справились машины, потребуются еще более квалифицированные специалисты, задача поиска неисправностей станет неизмеримо сложнее.

5.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Что такое хороший настройщик? Это человек, хорошо знающий контрольно-измерительную аппаратуру и систему, с которой ему предстоит работать. Определяя повреждение, он начинает с осмотра отказавшей аппаратуры, проверяет источники питания и работу в статическом режиме, затем применяет один из вышеописанных методов поиска неисправностей. При этом он неизменно сохраняет спокойствие. Для него характерна еще одна черта: он не прекратит работу, пока его поиск не увенчается успехом.