楊鈺雯，徐仕源，張秀平

（1.常州田家炳高級(jí)中學(xué)，江蘇常州，213001；2.聊城第三中學(xué)，山東聊城，252000；3.河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院，江蘇常州，213022）

0 引言

剛剛走入電子世界的愛(ài)好者，面對(duì)特性各異、充滿各種實(shí)現(xiàn)可能的電子元件，迫切地希望看到自己親手組裝出來(lái)的成品，并完美地運(yùn)行，發(fā)出期待的聲、光、電信號(hào)。然而這個(gè)過(guò)程常常不是一帆風(fēng)順的，初次的DIY，有的中途擱淺，有的匆匆焊接完成后，當(dāng)電路一上電，卻得不到任何反應(yīng)！深入的故障排查，往往需要結(jié)合電路的工作原理，借助測(cè)試儀器，有序地進(jìn)行，初學(xué)者一般沒(méi)有深入系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，調(diào)試會(huì)有很大難度。對(duì)于電路故障，如果在制作過(guò)程中能夠早發(fā)現(xiàn)，早解決，就可以避免問(wèn)題累積到最后，變得復(fù)雜，同時(shí)降低初學(xué)者的學(xué)習(xí)難度。為此以循跡小車的制作為例，借鑒中醫(yī)四診—望聞問(wèn)切，總結(jié)電子制作故障排除法，輔助電子制作的實(shí)踐學(xué)習(xí)。

1 “望聞問(wèn)切”故障排除法

電子制作經(jīng)歷散件準(zhǔn)備、焊接和調(diào)試三個(gè)主要過(guò)程。四種故障排除法在過(guò)程中的基本分布如圖1所示。

圖1 故障排除方法在制作過(guò)程中的分布

初學(xué)者試做具有一定功能的電路，可以選擇套件，一般包括電路板、電子元件、導(dǎo)線、原理圖、套件清單和裝配說(shuō)明書等；在對(duì)電路原理比較清楚或?qū)﹄娐贩抡嫱ㄟ^(guò)的情況下，也可以自制手工板或購(gòu)買萬(wàn)能板（洞洞板），選配電子散件。

■1.1 制作之初—望

以制作循跡小車為例。本例中的循跡小車通過(guò)光敏電阻感知地面循跡線（黑色）對(duì)車頭左右兩側(cè)發(fā)光二極管產(chǎn)生的反射光的強(qiáng)弱，感知小車相對(duì)黑色跑道的位置，通過(guò)比較電路，形成驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，控制車輪的左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡。小車套件包括：電路板、直流電機(jī)、集成運(yùn)算放大器、二極管、三極管、電阻（含光敏電阻、電位器）、自鎖開(kāi)關(guān)、電池盒、萬(wàn)向輪、車輪（軸）及機(jī)械配件、導(dǎo)線等。電路原理圖見(jiàn)圖2。

圖2 循跡小車電路原理圖

首先對(duì)照清單清點(diǎn)、分類套件，確保元件齊備，直插式電子元件插放在泡沫基上，體積較小的貼片元件以膠帶固定到白紙上或裝入器件盒，標(biāo)識(shí)型號(hào)、極性、參數(shù)[1]等，方便識(shí)別和使用，避免掉落遺失；然后熟悉原理圖、裝配圖，對(duì)元件的擺位、裝配做到心中有數(shù)。

借助放大鏡，逐點(diǎn)觀察印制電路板上焊點(diǎn)之間導(dǎo)線的連接（小車為單面板），排除蝕刻加工過(guò)程中產(chǎn)生的導(dǎo)線斷開(kāi)故障，對(duì)于雙面板，可以借助萬(wàn)用表的電阻檔位測(cè)量焊點(diǎn)間導(dǎo)通情況；觀察元器件的插孔是否齊備，若有打孔的人為遺漏，用臺(tái)鉆補(bǔ)打孔。

借助放大鏡，觀察貼片元件，如貼片電阻的阻值、貼片二極管的型號(hào)和極性標(biāo)識(shí)、貼片三極管的型號(hào)等，并標(biāo)注在粘貼元件的白紙上。

對(duì)于發(fā)光二極管，通過(guò)觀察兩個(gè)引腳的長(zhǎng)短或管體內(nèi)兩個(gè)觸片的形狀，識(shí)別二極管的極性特征：長(zhǎng)引腳為正，短引腳為負(fù)；若引腳已被剪短，那么觀察管體內(nèi)金屬觸片，旗形觸片對(duì)應(yīng)的引腳為負(fù)。

套件中的集成芯片，引腳的識(shí)別方法是：正面朝上，俯視，表面凹槽或圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的左下方的引腳就是芯片的第1腳，逆時(shí)針依次是2腳、3腳……檢查后發(fā)現(xiàn)套件中沒(méi)有提供集成芯片的引腳座。對(duì)于初學(xué)者，因?yàn)楹附邮炀毘潭炔桓撸苯雍附有酒锌赡軗p傷器件；有時(shí)焊接后發(fā)現(xiàn)芯片方向放置錯(cuò)誤，需要拆焊，直接焊接的集成芯片在拆改的過(guò)程中也可能進(jìn)一步被損壞。為此，需要給芯片配上引腳座，焊接的時(shí)候先焊接引腳座，然后把集成芯片按著正確方向插入引腳座，萬(wàn)一方向錯(cuò)了，也可以方便地取下，調(diào)換方向。

上述過(guò)程，是對(duì)套件的一個(gè)初步觀察，旨在認(rèn)識(shí)和熟悉電路，發(fā)現(xiàn)并排除電路板、電子元器件在制造過(guò)程中產(chǎn)生的故障，稱之為“望”。

■1.2 焊接之前—聞

電子元件在生產(chǎn)加工過(guò)程中都有一定的次品率，因此表面完好的元器件，不保證都能正常工作，在焊接之前，還需要借助萬(wàn)用表等測(cè)量?jī)x器對(duì)電子元件和電機(jī)等做進(jìn)一步的檢測(cè)，杜絕胎里的毛病。

用萬(wàn)用表的電阻檔位，可以測(cè)量電阻阻值，有色環(huán)標(biāo)識(shí)的電阻，可以參照標(biāo)識(shí)規(guī)則，讀出阻值和誤差，比較實(shí)測(cè)值和標(biāo)稱值的誤差是否為允許誤差，判斷電阻的好壞；對(duì)于光敏電阻，用手機(jī)的手電筒照射電阻體，同時(shí)用萬(wàn)用表測(cè)量電阻阻值，就可以觀察到阻值隨光照強(qiáng)弱變化的情況，完好的電阻阻值隨光照強(qiáng)度的變化十分明顯。

用萬(wàn)用表的二極管檔位，可以測(cè)量二極管正向?qū)ê头聪蚪刂骨闆r下的阻值，根據(jù)阻值的大小，可以判斷二極管極性的正負(fù)。有的萬(wàn)用表的二極管檔位，在測(cè)量出導(dǎo)通的情況下，蜂鳴器發(fā)聲，耳朵聽(tīng)到聲音就可以判定是導(dǎo)通的。

萬(wàn)用表一般有三極管測(cè)試插孔，孔旁標(biāo)注型號(hào)（NPN、PNP）和孔位對(duì)應(yīng)的引腳極性（e、b、c），在識(shí)別出三極管的各個(gè)引腳極性之后，按照其型號(hào)和極性與萬(wàn)用表孔位一一對(duì)應(yīng)接入，即可測(cè)出三極管的直流放大倍數(shù)。

套件中的集成芯片也可以根據(jù)各個(gè)引腳的定義，加入測(cè)試信號(hào)，觀察輸出。因?yàn)槭褂昧艘_座，可以方便地從電路中取下芯片，進(jìn)行替換，替換檢驗(yàn)法可簡(jiǎn)單地判斷IC是否完好。

直流電機(jī)當(dāng)正負(fù)極間加入直流電壓時(shí)，電機(jī)立刻轉(zhuǎn)動(dòng)，即可判定電機(jī)可以正常工作。

在對(duì)套件器件排障測(cè)量的過(guò)程中，聲、光、電信號(hào)提示我們器件能否正常工作，類似中醫(yī)“望聞問(wèn)切”診斷法中的“聞”，即聽(tīng)聲音、看參數(shù)，判斷器件有無(wú)故障。

■1.3 焊接完成—問(wèn)

焊接是制作入門過(guò)程中非常重要的一環(huán)，焊接的質(zhì)量直接影響成品的性能，決定著功能能否實(shí)現(xiàn)。不同的焊件和焊面，焊接方法和技術(shù)也有所不同，需要多做訓(xùn)練。焊接的質(zhì)量好壞與焊接的先后順序有關(guān)系，一般遵循從低到高，從小到大，從左到右，整體考慮的方法[2]，這樣即保證元器件緊貼板面，提高可靠性，又方便焊接，防止漏掉元件。

對(duì)于多管腳器件一般先焊接沿著對(duì)角線方向的兩個(gè)引腳，起到固定位置作用，然后間隔焊接焊盤，防止過(guò)熱或焊盤脫落。電路板焊接完成后，固定電池盒，焊接電源線、地線，組裝小車機(jī)械部分，固定車輪、安裝萬(wàn)向輪，組裝基本完成。

電池盒內(nèi)裝入2節(jié)電池，開(kāi)關(guān)撥到“ON”，小車正常情況下沿萬(wàn)向輪方向行駛，遮住左邊的光敏電阻，小車右側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，反之，左側(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。制作后發(fā)現(xiàn)小車可能出現(xiàn)的故障：有的不能自動(dòng)辨別方向，有的不能循跡，有的后退行駛，有的轉(zhuǎn)向指示燈不亮，有的逆時(shí)針循跡可以，換個(gè)方向，順時(shí)針就不行，還有的一動(dòng)不動(dòng)，沒(méi)有聲、光、電的反應(yīng)。

這一過(guò)程類似中醫(yī)四診過(guò)程中的“問(wèn)”，即詢問(wèn)癥狀。不同的癥狀問(wèn)題，有著不同的病因，需要結(jié)合故障類型，對(duì)照電路原理和組裝圖，參照說(shuō)明，逐一排查。

■1.4 綜合調(diào)試—切

制作好的小車不能正常循跡，需要靜下心來(lái)，明確故障現(xiàn)象，查找故障原因。

后退行駛的小車，原因是電機(jī)的接線接反，交換接線即可。

小車不能正常循跡，有的向右轉(zhuǎn)，有的向左轉(zhuǎn)，結(jié)合原理圖分析：驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的兩路信號(hào)是經(jīng)兩路光敏電阻采集的電信號(hào)送入LM393比較器輸出的結(jié)果，比較電路中有可調(diào)電位器，用于調(diào)整被比較的信號(hào)，緩慢調(diào)節(jié)電位器，小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)得到修正。

小車只有一只輪子轉(zhuǎn)，即使調(diào)節(jié)了電位器另外一只仍不轉(zhuǎn)，初步判斷對(duì)應(yīng)一側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生了問(wèn)題。目測(cè)有無(wú)焊盤脫落、虛焊、元件方向裝錯(cuò)這一類簡(jiǎn)單問(wèn)題，若沒(méi)有，就需要借助萬(wàn)用表對(duì)電路中的開(kāi)關(guān)控制電路、比較電路等相關(guān)部分逐個(gè)排查：電路不上電時(shí)，用萬(wàn)用表電阻檔（或二極管檔位）測(cè)量導(dǎo)通情況，電路上電時(shí)測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)的電信號(hào)是否正常，從近到遠(yuǎn)，逐級(jí)排查。對(duì)于其他無(wú)法直接觀察出的問(wèn)題，基本采用儀表輔助排查故障。

對(duì)于焊盤脫落，需要導(dǎo)線連接補(bǔ)救時(shí)，注意一個(gè)焊盤連接多點(diǎn)的情況，飛線不只一根。有時(shí)車輪的機(jī)械結(jié)構(gòu)故障也會(huì)導(dǎo)致小車不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

綜合調(diào)試增加了對(duì)于電路工作原理和元器件特性的深入理解和認(rèn)識(shí)，在排查故障的過(guò)程中，制作能力和水平可以得到更大的提高。綜合調(diào)試的過(guò)程猶如摸小車的“脈象”，即“切”，在這個(gè)過(guò)程中，積累了經(jīng)驗(yàn)，提高了制作水平。

以自主循跡小車制作為例的“望聞問(wèn)切”四種方法，來(lái)源但不局限于小車制作，實(shí)踐制作規(guī)范和相關(guān)檢測(cè)方法可以借鑒，是提高初學(xué)者制作的成品率行之有效的方法。

這四種方法不是孤立地存在于電子制作過(guò)程中，在實(shí)踐中經(jīng)常融合使用[3]。例如：焊接過(guò)程中聞到了異味（燒到絕緣膠皮），可編程器件在測(cè)試過(guò)程中發(fā)燙（觸摸），測(cè)試過(guò)程中表筆對(duì)電路短路帶來(lái)的器件損壞等，許多問(wèn)題在制作過(guò)程中就可以發(fā)現(xiàn)或避免。成品見(jiàn)圖3。

圖3

2 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合自主循跡小車的制作，介紹電子制作中經(jīng)常用到的“望聞問(wèn)切”四種方法，針對(duì)具體問(wèn)題，比較詳細(xì)地介紹了四種方法應(yīng)用的對(duì)象和條件。綜和運(yùn)用上述四種方法，將不同原因產(chǎn)生的故障分散解決在最早能夠發(fā)現(xiàn)的制作環(huán)節(jié)和過(guò)程中，避免問(wèn)題累積到最后增加調(diào)試的難度，降低多原因?qū)е碌某善饭收下?。?guī)范的制作過(guò)程有助于電子愛(ài)好者深入地學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，不斷提高。