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        電子電路設(shè)計(jì)常用調(diào)試方法與步驟

        2021-11-21 11:10:42王青
        電子制作 2021年4期
        關(guān)鍵詞:電子電路電路板調(diào)試

        王青

        (溧陽(yáng)市天目湖中等專業(yè)學(xué)校,江蘇溧陽(yáng),213300)

        0 引言

        隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,我國(guó)的電子設(shè)備市場(chǎng)在不斷擴(kuò)大,電子電路的研發(fā)和設(shè)計(jì)也在不斷更新,好的產(chǎn)品不僅設(shè)計(jì)精巧,功能明確,更加注重的是安全性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。如何設(shè)計(jì)出能用于生產(chǎn)實(shí)際的電子電路,這需要經(jīng)過嚴(yán)格的檢測(cè),使得理論能夠聯(lián)系實(shí)際,這就是電子電路的調(diào)試步驟。

        1 電子電路設(shè)計(jì)的基本原則和步驟

        了解電子電路設(shè)計(jì)的基本原則是進(jìn)行調(diào)試的前提,同時(shí),對(duì)于一個(gè)成功的電子電路元件,進(jìn)行調(diào)試也是一個(gè)驗(yàn)證的過程。因此,在對(duì)其調(diào)試方法和步驟研討之前,有必要對(duì)其設(shè)計(jì)的原則和步驟進(jìn)行介紹。

        ■1.1 基本原則

        電子電路設(shè)計(jì)的思路應(yīng)該滿足從整體到具體的思維框架,即從宏觀角度了解設(shè)計(jì)元件所要達(dá)到的目標(biāo)或功能,再對(duì)所能實(shí)現(xiàn)其功能的組成部分逐個(gè)分析達(dá)到的條件和組裝依據(jù),從而完成其設(shè)計(jì)方案。在這一系列過程中需要滿足一些通用的原則。

        第一,需要滿足功能性原則。不論如何復(fù)雜的電子電路設(shè)備,具備的所有功能其實(shí)是每一個(gè)單獨(dú)元件的功能集合,也即將復(fù)雜的整體電路單獨(dú)拆分后,每一個(gè)元件都要滿足各自獨(dú)立的功能,因此,在對(duì)電子電路分析的過程中,首先要認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)每一個(gè)組成元件的功能,確認(rèn)功能完善,才能進(jìn)行下一步的整體連接形成系統(tǒng)。

        第二,滿足整體性原則。上文已述,一個(gè)電子電路要實(shí)現(xiàn)某種功能,必然是單獨(dú)電子元器件的功能集合,但每一個(gè)電子元器件所實(shí)現(xiàn)的功能有限,因此,將所有電子元器件系統(tǒng)的連接在一起,實(shí)現(xiàn)某種功能的拓展和集合,才是一個(gè)完整的電子電路。

        第三,滿足可靠性原則。電子電路是一臺(tái)設(shè)備的核心部件,其作用關(guān)系到整臺(tái)機(jī)器的正常運(yùn)行。因此,設(shè)計(jì)出的電子電路必須是具備一定的可靠性,即在一個(gè)壽命周期內(nèi)在正常運(yùn)行的條件下故障率要達(dá)標(biāo)。因此,在設(shè)計(jì)電子電路時(shí),不僅要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能,還要滿足諸如材料要求、工藝要求、型號(hào)匹配程度、保護(hù)設(shè)置等,另外,還要考慮軟件運(yùn)行的可靠性,最終,實(shí)現(xiàn)電子電路可靠性的原則。

        第四,滿足最優(yōu)化原則。越是可靠性高的電子電路,其構(gòu)成很可能十分緊湊和協(xié)調(diào),甚至其構(gòu)成可能十分簡(jiǎn)單,這與設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思維緊密相關(guān)。這需要在設(shè)計(jì)過程中不斷總結(jié)和提高。另外,最優(yōu)化的電子電路其性價(jià)比也更高,因?yàn)樵诳臻g上、材料上可能更節(jié)省,因此,電子電路的發(fā)展必然要趨向于更優(yōu)化的原則。

        ■1.2 電子電路設(shè)計(jì)的基本步驟

        對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的基本步驟進(jìn)行了解,這有助于我們更好的掌握調(diào)試步驟,特別是調(diào)試過程中發(fā)生的問題能夠更好地進(jìn)行分析。

        首先,分析設(shè)計(jì)課題,確定功能目標(biāo)。當(dāng)我們拿到一個(gè)電子電路的設(shè)計(jì)課題后,要對(duì)設(shè)計(jì)的所有的要求和原則進(jìn)行梳理和分析,主要有功能要求、可靠性要求、使用壽命、成本,包括使用的安全性等。

        其次,確定整體設(shè)計(jì)方案。這需要明確設(shè)計(jì)的核心功能,給本次設(shè)計(jì)的電子電路一個(gè)明確的功能定位,再根據(jù)其附屬的功能要求選擇不同的電子元器件,確定所有元器件都能滿足要求了,采取合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,往往一個(gè)電子電路的設(shè)計(jì)方案有數(shù)十種,這就要根據(jù)上文中的最優(yōu)化原則進(jìn)行選擇,最終確定一種滿足所有設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)方案。

        再次,電子電路的設(shè)計(jì)。這主要是在整體方案構(gòu)想完成后,對(duì)單元電路的功能進(jìn)行連接組合的過程,在這個(gè)過程中,要滿足其整體性的要求,即將電子元器件有機(jī)組合的問題,其結(jié)果就是對(duì)電路圖紙的繪制過程。

        最后,電路試制與檢驗(yàn)。電路圖繪制定稿后,就可以進(jìn)行電路的試紙,采用電路板、電子元器件進(jìn)行有效的焊接。完畢后,包括進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試,最終,采用通電調(diào)試的方法進(jìn)行檢測(cè),確定是否需要修改和完善。

        2 電子電路設(shè)計(jì)常用的調(diào)試方法

        通過上文中對(duì)設(shè)計(jì)的原則和步驟簡(jiǎn)單的介紹可知,電子電路從試制完成后就要進(jìn)行調(diào)試。

        ■2.1 調(diào)試儀器介紹

        最常用的調(diào)試儀器有萬(wàn)用表、示波器、信號(hào)發(fā)生器等。其中萬(wàn)用表具有測(cè)試交流、直流的電壓、電阻,以及二極管的極性和阻值的測(cè)試。示波器則可以在測(cè)試過程中對(duì)信號(hào)幅值、頻率、初相角及波形進(jìn)行監(jiān)視測(cè)量,其靈敏度非常高,是最常用的電子電路檢測(cè)儀器。而信號(hào)發(fā)生器則是模擬電子電路功能檢測(cè)輸入設(shè)備之一,能夠代替設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生特殊的信號(hào),從而完成電子電路的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

        ■2.2 調(diào)試方法

        在實(shí)施調(diào)試之前,需要對(duì)調(diào)試方法進(jìn)行選擇。常用的電子電路設(shè)計(jì)調(diào)試方法有兩種,分別是分塊調(diào)試法和整體調(diào)試法。下面對(duì)這兩種方法進(jìn)行分析。

        (1)分塊調(diào)試法。電子電路雖然是一個(gè)高度集成的系統(tǒng)設(shè)備,但其組成是由不同的具備單元功能的模塊。因此,對(duì)于較大電路的設(shè)計(jì)制造,往往每完成一個(gè)具備單元功能的模塊后就進(jìn)行調(diào)試檢測(cè),這樣可以在制造過程中就發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)或制造的不足,便于改正和完善。這也同樣節(jié)約了工期。另外,對(duì)于一些可以劃分單元功能模塊功能的電子電路系統(tǒng),在整體試制完成后,也同樣可以進(jìn)行分塊調(diào)試法,這樣可以便于發(fā)現(xiàn)每一個(gè)模塊的功能作用,同樣有助于發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)于一些通過整體調(diào)試法調(diào)試完成發(fā)現(xiàn)問題的,也需要通過分塊調(diào)試法來查找電路中的問題。因此,分塊調(diào)試法在教復(fù)雜且可以劃分功能模塊的電路中應(yīng)用比較普遍,當(dāng)然,這種測(cè)試相對(duì)來說比較耗費(fèi)時(shí)間。

        (2)整體調(diào)試法。整體調(diào)試法應(yīng)用于比較簡(jiǎn)單的或者無(wú)法劃分功能模塊的整體電子電路的調(diào)試。另外,對(duì)于比較復(fù)雜的電子電路在采用分塊調(diào)試法調(diào)試完畢后,一般也會(huì)用整體調(diào)試法總體進(jìn)行一次調(diào)試,以期達(dá)到完整功能的檢驗(yàn)步驟,這種檢測(cè)方法效率較高。

        3 電子電路設(shè)計(jì)調(diào)試步驟

        電子電路在正式調(diào)試開始前要做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,相關(guān)的技術(shù)文件,這包括設(shè)計(jì)課題文件、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)圖紙、材料明細(xì)表、元器件設(shè)備明細(xì)表、說明書等,要充分理解設(shè)計(jì)意圖和相關(guān)要求。然后按照設(shè)備參數(shù)準(zhǔn)備好相匹配的儀器儀表和工器具,并對(duì)測(cè)試儀器的誤差進(jìn)行仔細(xì)的核算檢查。再對(duì)調(diào)試環(huán)境進(jìn)行檢查,確保調(diào)試過程中儀器的干擾在可控范圍內(nèi),最后對(duì)安全情況,如設(shè)備保護(hù)接地情況、防漏電情況等進(jìn)行檢查,確保設(shè)備安全、人身安全可以得到保證。上述準(zhǔn)備工作完畢后,可以正式開始調(diào)試。

        (1)線路檢查。開展線路檢查主要是兩個(gè)方面。第一,是對(duì)電路板的直觀性檢查,主要是發(fā)現(xiàn)電子電路的連接是否按圖施工,有沒有明顯的錯(cuò)誤連接和漏接情況,以及明顯的焊接或插拔連接缺陷等。在進(jìn)行直觀性檢查時(shí),為避免漏查,可以邊查邊在圖紙上做標(biāo)記的方式進(jìn)行。第二,對(duì)腳管等連接以及細(xì)密部件的檢查,這需要運(yùn)用放大鏡進(jìn)行查看,用萬(wàn)用表等逐個(gè)進(jìn)行測(cè)量,確保所有腳管位置正確,同樣,這種檢查也需要根據(jù)圖紙逐個(gè)核對(duì)。

        (2)通電檢查。通電檢查是對(duì)電路運(yùn)行安全性的重要檢查步驟。一般在通電檢查前,不會(huì)加入信號(hào)及功能檢測(cè),而是單純對(duì)電路施加運(yùn)行電壓,查看在此電壓下電路的安全性和穩(wěn)定性。在施加電壓時(shí),要對(duì)電源有保護(hù)性措施,即漏電開關(guān)等。通電后,逐步開通電路中的開關(guān)電路,每級(jí)開通時(shí),要有時(shí)間間隔,通過觸摸電路板查看發(fā)熱情況,觀察是否存在冒煙的情況。正常的可靠性高的電路板不會(huì)出現(xiàn)超過正常溫度的情況,更不會(huì)出現(xiàn)冒煙情況,一旦出現(xiàn)這種情況,要立即斷開電源,詳細(xì)進(jìn)行檢查,一般出現(xiàn)問題的地方必然是發(fā)熱量較大或冒煙的節(jié)點(diǎn)。另外,還要通過氣味進(jìn)行判斷,正常的電路板在通電初期,會(huì)出現(xiàn)少許的焦味,但不會(huì)劇烈,且經(jīng)過短暫的運(yùn)行后,氣味會(huì)慢慢變淡,因此要合理的區(qū)分和觀察。另外,針對(duì)電路板的過載能力也同樣要進(jìn)行測(cè)試,在設(shè)計(jì)負(fù)載過載的幅值和時(shí)間指標(biāo)范圍內(nèi),對(duì)電壓源進(jìn)行調(diào)節(jié),且在此過程中通過觀察電路板的情況來判定電路板的過載能力。

        (3)功能測(cè)試。功能測(cè)試是對(duì)電路板的目標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)情況的主要檢查步驟之一,但仍然不需要投入信號(hào)源。因?yàn)楣δ軠y(cè)試步驟主要檢測(cè)電路板的靜態(tài)工作參數(shù)值。查看在靜態(tài)工作條件下,其數(shù)值是否存在偏差。這主要是應(yīng)用于檢測(cè)信號(hào)放大器的功能參數(shù)是否正常,各單元部件輸出參數(shù)是否在指標(biāo)范圍內(nèi),需要使用萬(wàn)用表、示波器進(jìn)行檢查電壓和電流的幅值、初相角及頻率、波形是否滿足設(shè)計(jì)要求,邏輯關(guān)系是否正確等。

        (4)指標(biāo)檢測(cè)。通過上述步驟后,基本判定了電子電路的安全性和穩(wěn)定性,這時(shí)候就需要對(duì)電子電路能夠?qū)崿F(xiàn)的目標(biāo)功能進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)。這需要加入信號(hào)輸出設(shè)備,通過輸入一定的幅值、波形等信號(hào),讓電子電路實(shí)現(xiàn)其應(yīng)有的功能。這種功能要達(dá)到在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)信號(hào)條件下的運(yùn)行功能。特別是關(guān)鍵核心部件的參數(shù)測(cè)試,必須包含設(shè)計(jì)全部功能的邊緣值得測(cè)試。采用上文講述的分塊測(cè)試法和整體測(cè)試法,對(duì)單元模塊或整體進(jìn)行完整的功能測(cè)試。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,電子電路設(shè)計(jì)常用調(diào)試方法,是在通過了解電子電路設(shè)計(jì)的原理和步驟基礎(chǔ)上,在對(duì)其實(shí)現(xiàn)功能的全面檢測(cè)過程。這其中要注意通過外觀檢查和通電檢查來確保其安全性和穩(wěn)定性,通過功能檢測(cè)和指標(biāo)檢測(cè)來判定電子電路設(shè)計(jì)是否成功。

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