Діагностика активних елементів

Перевірка діодів

Більшість діодів можна перевірити за допомогою омметра. Проста перевірка справності напівпровідникових діодів полягає у вимірі їх прямого Rnp і зворотного Rо6p опорів. Чим більше співвідношення Rо6p/Rnp, тим вище якість діода. Для перевірки діода підключається тестер. При цьому вихідна напруга вимірювального приладу не повинна перевищувати максимально допустимого для даного напівпровідникового приладу (рис. 1).

Рисунок 1 – Перевірка працездатності діода

Якщо після перевірки за допомогою омметра залишаються які-небудь сумніви, слід замінити діод. Крім того, коли діод перевіряється всередині ділянки схеми, його опір може бути низьким в обох напрямах завдяки можливому шунтуванню елементами приладу. Аби бути упевненим в справності приладу, відпаяйте один вивід і знову перевірте діод за допомогою омметра.

Хоча існують різні типи діодів (стабілітрони, світлодіоди, фотодіоди, варистори, варікапи), кожен з них має свої унікальні характеристики. Коли сумніваєтеся як напівпровідниковий прилад, найкращим методом є заміна.

Перевірка біполярних транзисторів

При ремонті побутової радіоапаратури виникає необхідність перевірити справність напівпровідникових транзисторів без випаювання їх зі схеми. Один із способів такої перевірки – вимірювання омметром опору між виводами емітера і колектора при з'єднанні бази з колектором і при з'єднанні бази з емітером. При цьому джерело колекторного живлення відключається від схеми. При справному транзисторі в першому випадку омметр покаже малий опір, в другому – порядку декілька сотень тисяч або десятків тисяч Ом.

Перевірка транзисторів, не включених в схему, на відсутність коротких замикань виконується вимірюванням опору між їх електродами (рис. 2). Для цього омметр підключають по черзі до бази і емітера, до бази і колектора, до емітера і колектора, міняючи полярність підключення омметра. Оскільки транзистор складається з двох переходів, причому кожен з них є напівпровідниковим діодом, перевірити транзистор можна так само, як перевіряють діод. Для перевірки справності транзисторів омметр підключають до відповідних виводів транзистора. У справного транзистора прямі опори переходів складають 30 - 50 Ом, а зворотні 0,5 - 2 МОм. При значних відхиленнях цих величин транзистор можна вважати несправним.

Рисунок 2 – Перевірка транзистора на обрив та коротке замикання

Для тестування транзистора на коротке замикання або обрив підключається позитивний контакт омметра (Rx100) до бази, а негативний - до емітера n-p-n-транзистора. Тепер перехід база-емітер зміщений в прямому напрямі і його опір має бути низьким. Помінявши контакти місцями перехід база-емітер зміщений у зворотному напрямі і омметр показує великий опір. Перехід колектор-база перевіряється аналогічно. Якщо при будь-якому положенні контактів приладу спостерігається великий опір, це означає, що в транзисторі стався обрив, а в разі малого опору в обох вимірах – коротке замикання (при перевірці не включеного в схему транзистора).

Омметр допомагає визначити якість (підсилення) транзистора. Для цього  один контакт омметра поміщають на емітер, а інший – на колектор. Омметр покаже деяку величину. Закорочуємо базу на емітер. Опір на приладі повинен зрости. При замиканні бази на колектор опір повинен зменшитись (рис. 3).

Рисунок 3 – Перевірка транзистора на «псевдо підсилення»

Рисунок 4 –  Перевірка переходів n-p-n  та p-n-p транзисторів цифровим мультиметром

У деяких силових схемах для формування двох направленого перемикача потужності дуже часто паралельно з транзистором використовується діод. Для деяких транзисторів він може бути вбудований в корпус транзистора (BU508D) рис. 5, а.  У деяких транзисторах (рис. 5, б), що працюють у ключовому режимі, вбудовані резистори (KSR1202).

Рисунок 5 – Будова деяких силових транзисторів

Якщо при перевірці зворотного колекторного переходу його значення змінюється, то такі транзистори «пливуть», тобто їхні параметри нестабільні в процесі роботи і до використання вони не рекомендуються.

У разі, якщо назва транзистора, нанесена на його корпусі стерлася або її немає, тоді для визначення цокольовки і типа провідності транзистора можна скористатися омметром. Спочатку потрібно визначити базовий вивід транзистора,  для цього плюсовий щуп приладу (у положенні виміру малих опорів) підключають до одного з виводів транзистора, а мінусовий – по черзі до двох останнім. Якщо прилад в обох випадках показує високий опір або в одному низьке, а в іншому високе, то його плюсовий щуп потрібно підключити до іншого виводу і знову виміряти опір між ним і останніми двома виводами, поки не удасться знайти вивід, що має малий опір з двома іншими виводами. Знайдений таким чином вивід є базовим, а транзистор має провідність типу n-p-n.

Якщо знайти базовий вивід не удається, необхідно змінити полярність підключення приладу. Таким чином можна знайти базовий вивід транзистора типу p-n-р. Для визначення виводів емітера і колектора малопотужних транзисторів плюсовий щуп приладу підключають до орієнтовного виводу колектора, а мінусовий – до орієнтовного виводу емітера n-p-n транзистора. Між орієнтовним виводом колектора і базовим виводом підключають резистор в 1 кОм і вимірюють величину опору. Після цього міняють місцями виводи емітера і колектора і знову вимірюють опір. Плюсовий щуп приладу буде з’єднаний з колектором для випадку, коли опір між емітером і колектором виявиться меншим.

Рисунок 6 – Карта напруг схеми з загальним емітером для різних режимів роботи

Існують різні методи тестування. Багато з них можна використовувати для визначення працездатності транзистора. Окрім перевірки опору і використання пристроїв тестування компонентів можна також застосовувати:

вимірювання напруги; нагрівання і охолоджування; контроль проходження сигналів; заміну. Розглянемо, як приклад,  перевірку транзистора вимірюванням напруги на його виводах.  З усіх напруг у схемі найбільш значним при попередній перевірці є напруга між колектором і землею. Практичний приклад приведений на рис. 6. Це класична схема "загальний емітер". У даному прикладі розглядаються дві загальні причини виходу з ладу: значний витік через колекторний перехід і обрив у колі колекторного переходу. Можна виміряти постійні напруги між базою й землею, між емітером і землею і між колектором і землею. Як показано на рис. 4, напруга база-земля у всіх трьох випадках (нормальний режим, витік, обрив) змінюється незначно: 0,55 - 0,556 - 0,522 В. Подібна ситуація спостерігається і при вимірюванні напруги емітер-земля: 0,01 - 0,006 - 0,001 В. З іншого боку, напруга між колектором і землею змінюється дуже істотно у порівнянні з нормальним значенням: 3,75 -1,02 -9,22 В.

Перевірка осцилографом напівпровідникових приладів

Для перевірки напівпровідникових приладів придатний любий електронний осцилограф із можливо великим опором або дільник напруги з вхідним опором 10 мОм.  До входу осцилографу (між сигнальним та земляним щупом) підключається прилад, що перевіряється, торкнутися сигнального щупа пальцями і проаналізувати отриману осцилограму.

Якщо при підключенні    радіоелемента осцилограма залишилася такою само, як і без нього, значить прилад несправний – усередині є обрив. Дуже мала амплітуда сигналу інформує про коротке замикання в приладі, або про те, що струми витоку в ньому занадто великі і не дозволяють перевірити його. Останнє буває, як правило, при спробах перевірки радіодеталей великої потужності.

Осцилограма на рис. 7, а відповідає справному кремнієвому діоду КД522А, підключеного анодом до сигнального, а катодом до земляного щупа осцилографа. Саме такої полярності підключення відповідають і всі інші осцилограми. При оберненій полярності вони будуть перевернені навколо осі Х. Це дозволяє легко визначити напрямок провідності p-n переходу напівпровідникового приладу, що перевіряється. По розміру залишку позитивного півперіоду можна відрізнити германієвий прилад від кремнієвого. На рис. 7, а цей залишок складає близько 0,7 В.

Значно більше пряме падіння напруги характерно для світодіодів. На осцилограмі рис. 7, б, що відповідає світлодіоду АЛ307Е, позитивний напівперіод обмежений на рівні більш 2 В. Аналогічна осцилограма для світодіоду АЛ102Б (рис. 7, в) цікава тим, що на ній добре видно пробій  p-n переходу при оберненому підключенні біля 15В. Цей пробій обернений і не призводить до ушкодження приладу, якщо тільки потужність розсіювання в цьому режимі не перевищить припустиму. Осцилограма на рис. 7, г відповідає стабілітрону КС147А. Напруга стабілізації легко визначається по амплітуді негативного напівперіоду.

Рисунок 7 – Осцилограми перевірки напівпровідникових приладів осцилографом

Перевірка за допомогою осцилографу дозволяє виявити цікаві особливості деяких приладів. Наприклад, осцилограма на рис. 7, д, знята для стабілітрона Д818Е, показує, що він не проводить струму в прямому напрямку. І це дійсно так. Справа в тому, що фактично цей стабілітрон являє собою послідовне з’єднання стабілітрону і звичайного діоду в одному корпусі. Осцилограма для здвоєного стабілітрона КС191А показана на рис. 7, е. Тут амплітуди позитивного й негативного напівперіодів рівні між собою.

Цікавий факт виявився при перевірці стабілітрона КС107А. Судячи з осцилограми рис. 5, є, він представляє собою звичайний стабілітрон із напругою стабілізації біля 12В. При перевірці переходів транзисторів існує можливість визначити не тільки їхню полярність і цілісність, але нерідко і відрізнити емітер від колектору. У більшості високочастотних транзисторів напруга пробою емітерного переходу значно нижче, ніж колекторного. Якщо осцилограма, що наймається при перевірці колекторного переходу, нічим не відрізняється від показаної, наприклад, на рис. 7, а, то для емітерного переходу вона має вид, показаний на рис. 7, ж. При підключенні до осцилографу виводів колектора й емітера, то  перевіряються два зустрічно-послідовно з’єднаних p-n переходів (рис. 7, з).

Перевірка польових транзисторів

Польовий транзистор з керованим p-n переходом можна перевірити за допомогою омметра аналогічно біполярному транзистору. Омметр (Rx100) покаже результати, аналогічні вимірам діода (великий/малий опір) між стоком і затвором. Подібним же чином перевіряється перехід витік-затвор. Великі величини опору, виміряні омметром, в обох випадках вказує на обрив в транзисторі, малі – на замикання. У справному транзисторі омметр при включенні між витоком і стоком показує малий опір при будь-якій полярності. Великий опір при обох вимірах вказує на обрив (рис. 8).

Рисунок 8 – Перевірка польового транзистора з  керованим p-n переходом, на обрив і коротке замикання з використанням омметра

У силових ключових схемах застосовують транзистори типу MOSFET. Такий транзистор можна перевірити за допомогою омметра. Між затвором і стоком або витоком має бути нульовий опір. Які-небудь покази  омметра означає коротке замикання. Для перевірки стану переходу стік-витік підключають між затвором і стоком резистор 15 кОм. Якщо опір змінюється, це означає, що польовий транзистор справний (рис. 9).

Рисунок 9 – Перевірка MOSFET польового транзистора на обрив і коротке замикання з використанням омметра

Рисунок 10 – Перевірка MOSFET польового транзистора на обрив і коротке замикання з використанням цифрового мультиметра

Тест перевірки, що представлений на рис. 10, дозволяє перевірити  чи не проходить значний струм витоку і чи не знаходиться він у стані короткого замикання

Рисунок 11 – MOSFET N - канальний польовий транзистор: S (3) - витік, D - стік, G(1) – затвор

Для діагностики польових транзисторів N-типу DPAK и D²PAK (рис.11) ставимо мультиметр на перевірку діодів, чорний щуп зліва на підкладку (D - стік), червоний на далекий від себе вивід справа (S - витік), мультиметр показує падіння напруги на внутрішньому діоді - 502 мВ, транзистор закритий. Далі, не знімаючи чорного щупа, торкаємося червоним щупом ближнього виводу (G - затвор) і знову повертаємо його на далекий (S - витік), тестер показує 0 мВ (на деяких цифрових мультиметрах замість 0 буде  150...170 мВ). Польовий транзистор відкрився дотиком. Якщо зараз чорним щупом торкнутися ніжки G - затвор, не відпускаючи червоного щупа, і повернути його на D - стік, то польовий транзистор закриється і мультиметр знову покаже падіння напруги близько 500 мВ.

Перевірка тиристорів

Для тесту омметром тиристора, перемикач шкали встановлюють в положення Rx10000. При підключенні негативного виводу до катода, а позитивного до анода, справний тиристор повинен показати опір більше 1 мОм. Малий або нульовий  опір вказує на  замикання. Для перевірки роботи електроду, що управляє, його вивід з’єднують з анодом, при цьому омметр повинен показати опір близький до 0.

Рисунок 12 – Перевірка тиристора омметром

Перевірка аналогових мікросхем

Не дивлячись на те що інтегральні схеми мають різні форми, типи і розміри, для пошуку несправностей застосовуються такі стандартні методи: використання органів чуття; нагрів та охолоджування; перевірка напруги; заміна; використання пробника.

Правильне функціонування операційного підсилювача здебільше обумовлене компонентами, що оточують його. Отже, несправності операційних підсилювачів можуть бути викликані як в них самих, так в інших компонентах, які визначають його коефіцієнт підсилення, частотні характеристики.

Майже на всі прояви неправильної роботи схеми з операційним підсилювачем вже є конкретні рекомендації. Наприклад, якщо в схемі неправильний коефіцієнт підсилення, то потрібно перевірити не операційний підсилювач, а резистори. Якщо частотні характеристики підсилювача змінного струму або фільтру, або інтегратора неправильні, то потрібно перевіряти не операційний підсилювач, а конденсатори. Якщо в схемі виникли паразитні коливання, то потрібно перевірити їх наявність на шині живлення або зсув фаз у колі зворотного зв'язку, а не перевіряти операційний підсилювач. Якщо осцилограф показує на екрані частотну характеристику операційного підсилювача, на якій є сходинка, то потрібно перевірити осцилограф  або щуп осцилографа, або функціональний генератор, за допомогою якого перевіряється мікросхема.

За статистикою, причинами несправностей схем з операційними підсилювачами (ОП) в основному є пасивні компоненти. Рідко, але буває, що причина криється в операційному підсилювачі.

Рисунок 13 – Несправності, що викликані обривом та коротким замиканням виводів операційного підсилювача

Представлений на рис. 13,  а обрив інвертувального входу наводить до розділення вхідного сигналу і негативного зворотного зв'язку. ОП працює з максимальним підсиленням, завдяки чому діючі на вхід перешкоди перенавантажують вихід підсилювача.

На рис. 13, б представлений обрив перед точкою з'єднання негативного зворотного зв'язку з інвертувальним входом. Внаслідок цього підсилений паразитний сигнал подаватиметься на вхід без послаблення. Унаслідок несиметричного навантаження на вході також може зустрічатися переміщення напругу зсуву на вихід.

Обрив на виході (рис. 13, в) перенавантажує операційний підсилювач до обмеження. На виході проте буде лише переданий через опір зворотного зв'язку і зменшений вхідний сигнал.

Представлений на рис.13, г обрив негативного зворотного зв'язку збільшує на виході межу підсилення холостого ходу ОП унаслідок чого вихідний сигнал завдяки перевантаженню повністю обмежений. Замкнуті на коротко входи операційного підсилювача (рис.13, д) приводять до відсутності сигналу на виході.

Якщо вихід пов'язаний з напругою живлення, то він приймає потенціал напруги живлення. На рис. 13, е вихід замкнутий на коротко з +Uж; у результаті цей рівень був виміряний на виході. Також при короткому замиканні входів на напругу живлення на виході завдяки посиленню виникає сигнал, майже рівний потенціалу напруги живлення.

За полярністю виміряної напруги не можна зробити вивід про те, який саме вхід замкнутий на коротко. Якщо, наприклад, на коротко замкнутий інвертувальний вхід з позитивною напругою живлення, то на виході може бути як позитивна, так і негативна напруга живлення.

Допустимо, є несправна електронна схема на операційному підсилювачі, і все вказує на відмову операційного підсилювача. В таких схемах зустрічаються два типи несправностей – за постійним струмом та за змінним струмом. Прикладами перших є самозбудження і шуми, а до другої відносяться незадовільна характеристика вихідної напруги, замикання виходу на позитивну або негативну шину живлення. Спочатку мікросхема перевіряється на наявність генерації за допомогою осцилографа. Якщо проблема в генерації, необхідно спочатку перевірити вхідний сигнал. Якщо з ним все гаразд, далі перевіряються всі виводи мікросхеми, особливо виводи живлення. Якщо і тут немає помилок, то додавання в схему конденсаторів або RC-ланок у вузлах схеми дозволяє вирішити проблему.

Якщо тип відмови схеми вказує на проблеми постійного струму, то все мікросхема також спочатку перевіряється на наявність генерації. Переконавшись, що її немає, перевіряється коректність живлення і заземлення мікросхеми. Зустрічається обрив дроту заземлення, нестача напруги живлення через відсутність резистора або неправильного його номіналу. Бувають короткі замикання і розриви в колі живлення. Схема стабілізатора напруги на операційному підсилювачі і типові несправності схеми наведені у додатку А.

Мікросхеми підсилювачів потужності можливо перевірити за допомогою омметра.

Як відомо, вихідний каскад підсилювача потужності складається з 2-х послідовно з'єднаних транзисторів з виводом від середньої точки, які являються виходом підсилювача. До виводу виходу ІМС під'єднується один вивід, а 2-й вивід омметра до "–" живлення ІМС, а потім "+". Далі міняють полярність підключення й порівнюють опори з табличними значеннями (табл. 1). Перевіряються переходи колектор – емітер  на коротке замикання та обрив. Спарені ІМС перевіряти краще, так як є з чим порівнювати. Відхилення параметрів допускається на 20-30%.

Таблиця 1 – Діагностика ІМС підсилювачів потужності омметром

Тип ІМС	Вивід ІМС та полярність підключення омметра
	+ Uжив	W	Вихід	W	– Uжив
1	2	3	4	5	6
TDA2003	+ –	550 120	– +	150 600	+ –
TDA2004 (5)	+ –	500 110	– +	100 800	+ –
ВА5406	+ –	1600 130	– +	100 600	+ –
КА2206В	+ –	480 140	– +	130 420	+ –
ТЕА2025В	+ –	250 180	– +	160 500	+ –
TDA1557Q	+ –	¥ 250	– +	100 4700	+ –