Руководство по устранению неисправностей и ремонту. Руководство по устранению неисправностей и ремонту

• Название: Руководство по устранению неисправностей и ремонту
• Дата: 16.11.2021
• Размер: 416 Kb.
• Имя файла: Руководство по устранению неисправностей и ремонту.doc
• Тип: Руководство; #273370
• страница: 4 из 12

4 Наиболее распространенные неисправности

В этом разделе собрано все вместе. Первое, что нужно сделать, когда Вы знаете, что усилитель неисправен, — это определить точный характер неисправности. Коротится ли питание (защитные резисторы становятся горячими), или же сигнал на выходе принимает значение, равное одному из питающих напряжений и отказывается изменяться? Возможно, всё выглядит неплохо, но наблюдаются сильные искажения. Удостоверьтесь, что неисправность достаточно четко идентифицирована — нет никакого смысла искать ошибку, которая была неправильно диагностирована!

4.1 Короткие замыкания по питанию

Во-первых, давайте рассмотрим «закороченное питание». Чаще всего оно вызывается короткозамкнутым (-и) (пробитым (-и)) выходным (-и) или драйверным (-и) транзистором (-ами), но также может быть результатом любой из следующих неисправностей:

• 
  неправильно установленные транзисторы — PNP вместо NPN (или наоборот) в выходном либо в драйверном каскаде;
  
• 
  короткие замыкания между корпусом транзистора и радиатором из-за пробитой изолирующей прокладки;
  
• 
  разомкнута цепь формирования тока покоя. Она состоит из транзистора и подстроечного резистора и формирует напряжение смещения, необходимое для поддержания тока через выходные транзисторы на уровне, позволяющем избежать искажений («ступеньки»). Неправильно установленный транзистор, неисправный (оборванный, с неправильным значением или неправильно настроенный) переменный резистор, «холодное» паяное соединение или оборванная дорожка могут привести к полному открытию выходных транзисторов при подаче питания. В некоторых конструкциях цепь смещения представляет собой просто два диода (или более), последовательно с которыми может быть также включен резистор;
  
• 
  перемычки из припоя между дорожками или компонентами.
  

Первое, что нужно определить — является ли это короткое замыкание (К.З.) «грубым» или же «мягким». Грубое К.З. будет проявляться, как очень низкое сопротивление между шинами питания (менее 1 Ом) при измерении с помощью мультиметра без подачи напряжения питания. Грубые К.З. всегда указывают либо на пробитые транзисторы, мостики из припоя, либо на проколотые изолирующие прокладки. Если очень повезет, то это будет одна из двух последних причин, но надеяться на это не следует. В только что собранном усилителе, который тестируется в первый раз (с использованием резисторов безопасности!), грубые К.З. обычно не проявляются.

Мягкое К.З. определяется по тому факту, что сопротивление, измеренное между шинами питания одна по отношению к другой, выходом и землей (нулем, общей шиной) не показывают очень низкого значения (меньше, чем (скажем) 650 Ом или около того). Значение сопротивления около 600-700 Ом может быть только в одном направлении (в действительности, это напряжение, которое падает либо на P-N переходах реальных диодов, либо на переходах транзисторов). Сопротивление может быть либо одинаковым в обоих направлениях либо же намного выше в другом направлении — при всех таких испытаниях нужно менять полярность подключения щупов мультиметра, чтобы измерить оба направления. Если находится мягкое К.З., то почти наверняка есть компонент (силовой или драйверный транзистор), установленный неправильно. Однако, такой же эффект создаст и неисправная цепь установки тока покоя.

Если Вы можете изменять напряжение питания, то определите напряжение, при котором развивается мягкое К.З.. Очень редко мягкие К.З. имеют место при чрезвычайно низком напряжении (менее ± 1 или 2 В), но если это так, то что-то точно неправильно установлено.

См. ниже раздел «Тестирование компонентов». Описанные в нем методы идентифицируют 99 % всех проблем с мягкими К.З.

4.2 «Прилипание» выходного сигнала к напряжению питания

Когда выходное напряжение «прилипает» к одному или другому напряжению питания, существует (как всегда) несколько причин этого. В порядке вероятности, они следующие:

• 
  неверно установленные компоненты;
  
• 
  перемычки из припоя между дорожками или компонентами;
  
• 
  «сухие» (или «холодные») паяные соединения;
  
• 
  нет контакта с общей шиной (землей) между усилителем и источником питания;
  
• 
  оборванные дорожки;
  
• 
  неисправный (-е) транзистор (-ы).
  

Если закорочен один из выходных или драйверных транзисторов, то это не вызывает прилипания выходного сигнала к напряжению питания. Это ведет к мягкому К.З. Прилипание выхода к напряжению питания может быть следствием обрыва транзистора, возможно, в сочетании с К.З. в противоположном плече. Эти неисправности можно найти с помощью мультиметра (как описано выше). Важно устранить дефектные компоненты в первую очередь, иначе Вы потратите много времени, пытаясь найти проблему в неподходящем месте. Обычной ошибкой является оставленная неподключенной (или забытая) шина возвратного заземления к источнику питания — это дает аналогичный эффект прилипания выхода к напряжению питания, но обычно он развивается медленно (от нескольких сотен миллисекунд до нескольких минут).

Прилипший к напряжению питания выход может быть вызван любой из следующих неисправностей ближе ко входу:

• 
  обрыв резистора обратной связи (или дорожки обратной связи);
  
• 
  обрыв (или просто отсутствие проводимости) в цепи драйверного транзистора усилителя напряжения;
  
• 
  обрыв (или просто отсутствие проводимости) в цепи транзистора источника/приемника тока;
  
• 
  обрыв в цепи бутстрепного резистора;
  
• 
  перемычки из припоя между дорожками или компонентами;
  
• 
  неправильно установленные транзисторы, диоды, светодиоды и т.д. (как всегда и везде);
  
• 
  нефункционирующие дифференциальная входная цепь/усилитель ошибки.
  

Опять же, найти ошибку — задача сложная и здесь будет полезен следующий раздел. Самой распространенной проблемой на сегодняшний день все еще являются некорректные компоненты, но если проблема не находится визуальной проверкой — следует измерить напряжения.

4.3 Искажения

Искажения бывают самыми разными, но в первом приближении их можно разделить на категории «грубые» и «тонкие». Оба вида на самом деле грубые, но с точки зрения тестирования их важно как-то разграничивать. Я рассматривал бы грубые искажения, как состояние, при котором воспроизводится только половина сигнала. С точки зрения прослушивания это не просто «грязь» — это совершенно невозможно слушать! «Тонкие» искажения также слушать невозможно, но некоторые люди их не замечают (это правда!).

Если воспроизводится только половина сигнала (или небольшая его часть одной полярности и полная часть другой), то Вы почти наверняка имеете обрыв где-то в драйверном или выходном каскаде. Это может быть оборванный транзистор (редко), но, скорее всего, будет:

• 
  плохое паяное соединение, оставляющее часть выходного каскада неработоспособным;
  
• 
  неверно установленные компоненты (как обычно);
  
• 
  неисправность в цепи усилителя напряжения, из-за чего недостаточен ток управления одним или другим выходным плечом.
  

Именно здесь осциллограф почти необходим — если не видно сигнала, то ошибки такого рода очень трудно диагностировать. Указанный выше список неисправностей относительно легко поможет разобраться с большинством проблем с искажениями.

Тонкие искажения более коварны, поскольку могут вызываться различными причинами. Опять же, очень трудно определить их без осциллографа, однако, измерения напряжения позволят изолировать некоторые из наиболее вероятных проблем. Все, что нужно найти:

• 
  неверно установленный ток покоя (смещения);
  
• 
  неисправная или закороченная цепь смещения;
  
• 
  перемычки из припоя между дорожками или компонентами;
  
• 
  паразитное самовозбуждение.
  

Первые три причины достаточно просты для выявления, требуя только наличия мультиметра. Несколько измерений достаточно быстро определят проблему.

Паразитное самовозбуждение выявить намного сложнее и для этого обычно требуется осциллограф. Я могу с уверенностью сказать, что проекты на веб-сайте ESP будут свободны от паразитного самовозбуждения при условии, что будут предприняты все обычные меры защиты против них — заземленный радиатор, экранированные входные кабели (удаленные от выходных проводов или шнура питания), а входные разъемы расположены на разумном расстоянии от выходных (или экранированы заземленной металлической крышкой).

Кроме того, убедитесь, что по мере необходимости установлены блокирующие конденсаторы, а провода питания постоянного тока имеют минимальную длину. Тестирование на искажения почти всегда требует нагрузки. Хотя небольшие искажения могут быть видимыми и без нагрузки, но большинство из них обнаруживается полностью или частично на минимальной нагрузке, равной 20 Ом или более, подключенной к выходу на динамик.

4.4 Спонтанные отказы

Усилитель работает некоторое время (от нескольких минут до нескольких недель), а затем работать перестает. Вы устранили почти все потенциальные ошибки конструкции, поскольку усилитель показал свою работоспособность. К сожалению, ситуацию это не спасает.

Одной из наиболее распространенных проблем в случае спонтанных отказов являются поддельные силовые транзисторы. См. статью «Поддельные транзисторы» для получения дополнительной информации по этой теме. Другие причины, которые следует искать:

• 
  «младенческая смертность» — термин, обычно используемый для описания компонентов, которые выходят из строя через короткое время с момента первого использования устройства. Наиболее часто отказывают полупроводники, в частности, транзисторы или интегральные микросхемы, но могут отказывать также и другие компоненты (электролитические конденсаторы — редко, но случается, диоды, стабилитроны и т.д.). Отказы вследствие «младенческой смертности» не так редки, как хотелось бы, но все же относительно редки. Это совершенно нормально (хотя и сильно раздражает);
  
• 
  «сухие» («холодные») паяные соединения — при первом тестировании, казалось, всё было в порядке, однако, после использования возникают отказы (отнюдь не редкость!);
  
• 
  чрезмерное напряжение питания, вызывающее повреждение компонентов;
  
• 
  неадекватный по площади радиатор, вызывающий перегрев компонентов;
  
• 
  неправильно установлен ток покоя (слишком высокий), что вызывает перегрев;
  
• 
  неправильно смонтированные силовые транзисторы с неадекватным тепловым контактом с радиатором;
  
• 
  короткозамкнутые выходы, как правило, являются результатом недостаточной (или отсутствующей) изоляции, либо переподключения громкоговорителей ко включенному усилителю с наличием выходного сигнала — такого делать крайне не рекомендуется, даже если усилитель имеет защиту от короткого замыкания.
  

Поскольку большинство случаев спонтанных отказов приводят к короткому замыканию силовых транзисторов, их обычно легко найти с помощью мультиметра. Предохранитель(-и) усилителя могут перегореть, но транзисторы (подобно 3-футовым предохранителям) перегорят намного быстрее, чем любой обычный предохранитель. Если перегорел плавкий предохранитель, примените надлежащие процедуры тестирования (ищите К.З. и т.п.), а не просто замените предохранители с надеждой, что все будет хорошо. Это случается редко, но обычно сопровождается дополнительными повреждениями (и для большего количества компонентов).

Для всех проектов на сайте «The Audio Pages» существуют довольно конкретные абсолютные максимальные напряжения питания и минимально допустимые сопротивления нагрузки (которые могут изменяться при подаче напряжения). Крайне важно придерживаться этой информации, в противном случае могут быть превышены характеристики отдельных устройств, что приведет к преждевременному отказу. Ни один из проектных усилителей не предназначен для работы с нагрузкой 2 Ома и простое добавление параллельных выходных транзисторов (например) просто заставляет выйти из строя транзистор драйвера, а такой сбой почти всегда ведет к отказу выходного каскада.

П римечание. Следует отметить, что основным режимом отказа биполярных транзисторов является К.З.. Могут быть также транзисторы с обрывом, но такое происходит, когда замыкается накоротко транзистор в другом плече, после чего перегорают внутренние соединительные провода. В результате транзистор определяется, как находящийся в обрыве, однако кристалл кремния внутри транзистора поврежден коротким замыканием. Внешние предохранители для защиты транзисторов не предназначены — они предназначены для предотвращения катастрофических следствий поломок (в том числе пожара), если выходит из строя выходной каскад.

Когда нерабочими оказываются один или несколько выходных транзисторов, хорошей идеей является совет заменить их все, плюс драйверы, хотя может показаться, что они в порядке. Они почти наверняка были перегружены и могут быть более склонны к выходу из строя в более поздние сроки. В некоторых случаях неисправность выходного каскада может также повредить транзистор каскада усилителя напряжения (и/или приемник/источник тока, если он имеется). При этом редко повреждается входной каскад, который обычно выдерживает даже самые разрушительные аварии. Обратите внимание, что в некоторых случаях аварийный ток может быть настолько высоким, что в состоянии создать обрыв эмиттерных резисторов (как правило, не всех, но один или два могут выйти из строя). Если усилитель неисправен, всегда их проверяйте, желательно, после того, как выпаяны силовые и драйверные транзисторы.

Если причина неисправности не может быть точно отнесена к поддельным транзисторам (которые выйдут из строя при намного более низких уровнях мощности, чем подлинные), прежде чем перезапустить усилитель, попытайтесь точно определить, что же пошло не так. Проверьте провода к колонкам, напряжение питания и импеданс громкоговорителя — что-то же заставило усилитель выйти из строя и эту причину лучше найти, чем позволить ей повториться.