романович. Романович Ж.А. Диагностирование, ремонт и техническое обслуживан. Учебник 3е издание
 Скачать 4.17 Mb.
|
216 Схема на рисунке 7.14, а предназначена для внутрисхем- ного контроля динамического коэффициента усиления тока в схеме с общей базой. Постоянный ток база-эмиттер, определя- ющий рабочую точку транзистора, задается от источника на- пряжения U бэ через переменный резистор R 1 . При изменении полярности этого напряжения транзистор переключается из открытого состояния в закрытое. Тестовый сигнал переменного тока задается от источника напряжения U через переменный резистор R 2 и конденсатор C 1 . Подстройка резисторов необхо- дима для исключения влияния шунтирующих цепей на режим измерения. Резистор R 3 предназначен для ограничения токов в процессе подстройки режимов. Конденсатор C 2 служит для ог- раничения токов в момент подключения зондов к ОД. В схеме на операционном усилителе ОУ 2 совмещены функции задания на- пряжения на коллекторе транзистора с преобразованием тока коллекторной цепи в напряжение и ограничением значения этого тока. Задаваемые напряжения коллекторного питания подаются на неинвертирующий вход усилителя. В силу свойств усилителя такие же напряжения устанавливаются на инвер- тирующем входе. Они подаются на коллектор. Напряжение на коллекторе остается постоянным и равным заданному до тех пор, пока усилитель работает в линейной области без ограниче- ния сигнала. В случае короткого замыкания цепи коллектора, значение тока ограничено резистором R 4 , включенным между инвертирующим входом и выходом усилителя. Ток коллектор- ной цепи вызывает на калиброванном резисторе R 4 падение на- пряжения. В качестве выходного сигнала используется напря- жение между неинвертирующим входом и выходом усилителя U x , которое прямо пропорционально току в коллекторной цепи. Разность значений напряжения U x при открытом и закрытом транзисторе пропорциональна только току коллектора. Схема на рисунке 7.14, б предназначена для внутрисхем- ного контроля статического коэффициента усиления тока. Ток в цепи база-эмиттер при нулевом потенциале на базе задается напряжением U бэ и резистором R 2 . При изменении полярности этого напряжения транзистор переключается из открытого со- 217 стояния в закрытое. Ток в цепи коллектора при нулевом напря- жении база-коллектор считывается усилителем ОУ 2 Схема на рисунке 7.14, в предназначена для внутрисхем- ного контроля напряжения насыщения. Напряжение коллек- торного питания U к подается через резистор R 1 . Напряжение между зондами З 2 и З 2 является искомым параметром. Схема на рисунке 7.14, г предназначена для внутрисхем- ного контроля крутизны полевых транзисторов. Напряжение затвора U з и тестовый сигнал переменного тока U подаются че- рез зонд З 1 , а напряжение стока — через зонд З 2 . С помощью операционного усилителя задается нулевой потенциал на ис- ток и формируется напряжение U x, пропорциональное току ис- тока. Перевод транзистора из открытого состояния в закрытое осуществляется изменением полярности напряжения U з Рассмотренным преобразователям для измерения пара- метров биполярных транзисторов свойственен тот же недо- статок, что и преобразователям для внутрисхемного контроля сопротивления переходов, а именно возможность появления достаточно большого напряжения на выходе операционного усилителя ОУ 1 в том случае, когда оборвана цепь электрода транзистора или перепутаны его выводы. Этот недостаток ус- траняется в преобразователе для внутрисхемного измерения коэффициента усиления тока h 21э по схеме с общим эмиттером (рисунок 7.15). При испытаниях транзистора шины питания проверяемого каскада замыкаются накоротко через зонды З 1 и З 3 и соединя- ются с общей шиной измерительной схемы. Элементы рабочей схемы объекта, шунтирующие транзистор VT, представлены ветвями Z 1 , Z 2 , Z 3 и Z 4 . К коллектору транзистора через калиб- рованный резистор R 2 и зонд З 4 подключается источник коллек- торного питания U к . На базу транзистора через калиброванный резистор R 1 и зонд З 2 подается тестовый сигнал (рисунок 7.16, в), полученный в результате сложения в сумматоре напряже- ний СН низкочастотных прямоугольных импульсов генератора Г 1 (рисунок 7.16, а), с сигналом генератора Г 2 (рисунок 7.16, б) бо- лее высокой частоты. Уровни низкочастотного сигнала выбра- 218 Объект диагностирования Опорное напряжение в Рисунок 7.15 — Схема для измерения коэффициента усиления тока ны таким образом, чтобы во время первого полупериода тран- зистор был надежно закрыт, а во время второго — находился в активной области. В первом полупериоде падения напряжения на резисторах R 1 и R 2, соответственно u 1 (T 1 ) и u 2 (T 1 ), пропорци- ональны только токам i шб и i шк , протекающим через шунтирую- щие транзистор цепи Z 1 , Z 2 , Z 3 и Z 4 : u 1 (T 1 ) = i шб R 1 ; u 2 (T 1 ) = i шк R 2 Во втором полупериоде эти напряжения u 1 (T 2 ) и u 2 (T 2 ) из- меняются за счет токов базы i б и коллектора i к открытого тран- зистора: u 1 (T 2 ) = (i шб + i б )R 1 ; u 2 (T 2 ) = (i шк + i к )R 2 С помощью усилителя высокой частоты УВЧ выделяют вы- сокочастотные составляющие напряжений (на рисунке 7.16, д показано для напряжения в цепи базы). Разность амплитуд вы- сокочастотного сигнала за первый и второй полупериоды на- 219 пряжения Г 1 зависит только от токов транзистора. Выделение разностного сигнала осуществляется с помощью фазочувстви- тельного детектора ФЧД. Для этого в моменты переключения низкочастотного сигнала Г 1 изменяется на противоположную фаза его опорного напряжения (рисунок 7.16, г), сформирован- ного из сигнала генератора Г 2 с помощью фазового переклю- чателя ФП. В результате выходное напряжение УВЧ в тече- ние первого полупериода преобразуется фазочувствительным детектором в отрицательное напряжение, а во время второго полупериода — в положительное (рисунок 7.16, е). Среднее Среднее Рисунок 7.16 — Временные диаграммы работы схемы (рисунок 7.15) ′ 220 значение выходного напряжения ФЧД, выделяемое фильтром низкой частоты ФНЧ, пропорционально токам открытого тран- зистора. При измерении тока базы переключатель П находится в положении “1”, а при измерении тока коллектора — в поло- жении “2”. Измеритель отношений ИО вычисляет значение h 21 , равное отношению выходных напряжений ФНЧ при положе- ниях “1” и “2”переключателя П. С целью упрощения реализации ИО возможна параллель- ная подача напряжений на его входы. Для этого в схеме необ- ходимо использовать два идентичных канала УВЧ-ФЧД-ФНЧ. Необходимости в измерении отношения напряжений можно избежать, если поддерживать постоянным ток базы открытого транзистора. Для этого может быть применена отрицательная обратная связь с выхода ФНЧ базового канала, управляющая амплитудой высокочастотного напряжения генератора Г 2 С помощью рассмотренного преобразователя возможна также оценка нелинейности характеристик транзистора. Для этого уровни открывающего низкочастотного сигнала выбира- ются таким образом, чтобы транзистор работал в необходимых точках активной области. Разность коллекторных токов в этом случае пропорциональна нелинейности характеристики тран- зистора. Метод можно применять также для контроля полевых транзисторов. Их усилительные свойства характеризуют кру- тизной , равной отношению изменения тока стока Δi с к вызвавшему его изменению напряжения Δu сз сток-затвор. Для измерения крутизны достаточно исключить из схемы резистор R 1 и базовый канал. Изменение напряжения Δu сз сток-затвор рано амплитуде сигнала генератора Г 2 и не зависит от шунти- рующих цепей ОД. Изменение тока стока Δi с определяют так же, как и у биполярных транзисторов. Оно пропорционально крутизне. Необходимость вычисления отношения отпадает. Недостатком рассмотренной схемы является зависимость режима работы транзистора от сопротивления шунтирую- щих цепей вследствие падений напряжения на калиброванных резисторах R 01 и R 02 . Этот недостаток устраняется введением 221 схемы на операционном усилителе, совмещающей задание на- пряжения на нагрузке с преобразованием тока нагрузки в на- пряжение и ограничением значения этого тока (рисунок 7.17). Задаваемые напряжения коллекторного питания и тесто- вое от генератора ГИ, совпадающее по форме с напряжением в точке “в” схемы на рисунке 7.15, подаются на неинверти- рующие входы соответственно усилителей ОУ 2 и ОУ 1 . В силу свойств усилителя такие же напряжения устанавливаются на их инвертирующих входах. Их подают на нагрузку. Ток нагруз- ки (ток базы или коллектора проверяемого транзистора) вызы- вает на калиброванном резисторе в цепи обратной связи ОУ падение напряжения. В качестве измеряемого сигнала исполь- зуют напряжение между неинвертирующим входом и выходом усилителя, которое прямо пропорционально току транзистора. Устройство обработки сигналов Рисунок 7.17 — Схема с точным заданием напряжений на электродах Основная проблема, возникающая при практической реали- зации преобразователя, состоит в выделении напряжений, про- порциональных токам открытого транзистора. Как правило, токи 222 через шунтирующие элементы Z 1 , Z 2 , Z 3 в несколько раз превы- шают ток базы и соизмеримы с током коллектора. Необходимо измерять малое значение разности двух больших переменных напряжений, действующих в разных полупериодах. Усугубляет эту проблему наличие низкочастотного сигнала, служащего для задания режима работы проверяемого транзистора по постоян- ному току, который также в несколько раз превышает сигнал высокочастотный. Полностью отфильтровать высокочастотный сигнал от низкочастотного, особенно когда они оба импульсные, не удается. Остаточное после фильтрации напряжение низко- частотного сигнала искажает результат измерения токов. Решение проблемы разделения сигналов за счет использо- вания высокочастотного сигнала синусоидальной формы нельзя признать удовлетворительным, так как ведет к необходимости применения достаточно сложных узкополосных усилителей. Несколько проще выделить напряжения, пропорциональные токам открытого транзистора, можно при использовании схем выборки и хранения СВХ или двукратного фазочувствитель- ного детектирования. В первом варианте требуются четыре схемы выборки и хранения (СВХ) в каждом канале (рисунок 7.18), которые фор- мируют напряжение постоянного тока, равное мгновенному значению входного напряжения в момент подачи управляюще- го сигнала. Управляющие сигналы СВХ показаны на рисунке 7.19. СВХ 1 и СВХ 2 канала работают в полупериоде T 1 , когда проверяемый транзистор закрыт, и запоминают значения на- пряжения u 1 (t) соответственно во время положительных и от- рицательных полупериодов напряжения высокочастотного генератора, входящего в состав ГИ (рисунок 7.17). Разность выходных сигналов СВХ 1 и СВХ 2 , выделяемая узлом вычита- ния напряжений УВ 1 , равна амплитуде высокочастотного сиг- нала, пропорционального току шунтирующих цепей. СВХ 3 и СВХ 4 работают в полупериоде T 2 , когда проверяемый транзис- тор открыт. Разность их выходных сигналов, выделяемая УВ 2 , пропорциональна сумме токов открытого транзистора и шун- 223 тирующих цепей. С помощью УВ 3 формируют напряжение пос- тоянного тока, зависящее только от тока транзистора. Во втором варианте (на рисунке 7.20 приведена схема од- ного канала) с помощью разделительной цепи C 1 R 1 исключают постоянную составляющую сигнала u(t) (рисунок 7.21), обус- Управление 1 Управление 2 Управление 3 Управление 4 Рисунок 7.18 — Применение схем выборки и хранения для обработки сигналов Управление Рисунок 7.19 — Временные диаграммы работы схемы (рисунок 7.18) ′ 224 ловленную напряжением коллекторного питания U к и влияни- ем низкочастотных токов открытого транзистора. Управление 1 Управление 2 u(t) i(t) Рисунок 7.20 — Применение ФЧД для обработки сигналов Полученное переменное напряжение u R1 поступает на ФЧД 1 , опорным напряжением которого служат низкочастотные им- пульсы Г 1 (U у1 на рисунке 7.21). С помощью разделительной цепи C 2 R 2 выделяют переменную составляющую u R2 выходного сигнала ФЧД 1 , разность амплитуд которой в полупериодах T 1 и T 2 пропор- циональна току открытого транзистора. Этот сигнал усиливают и подвергают повторному фазочувствительному детектированию в ФЧД 2 . Опорный сигнал ФЧД 2 (U у2 на рисунке 7.21) формируют так же, как и в схеме на рисунке 7.15. В результате среднее значение выходного напряжения ФЧД 2 , выделяемое фильтром ФНЧ (u ФЧД2 на рис. 7.21), пропорционально измеряемому току. Этот вариант выгодно отличается возможностью усиления сигнала на переменном токе. Требования к разделительным RC-цепям намного ниже, чем к УВЧ в схеме на рисунке 7.15, так как их задача состоит только в исключении постоянной со- ставляющей сигналов, а не в выделении высокочастотного сиг- нала на фоне низкочастотного. С помощью схемы на рисунке 7.20 возможно измерение ко- эффициента усиления тока с погрешностью не более 10% при сопротивлениях шунтирующих цепей не менее 100 Ом. Вместе с тем применение рассмотренного преобразователя в универ- сальных АСКД ограничено его сложностью. Упрощение преобразователя возможно при переходе к контролю статического коэффициента усиления. Структур- ная схема преобразователя не отличается от схемы на рисун- 225 ке 7.17, изменена лишь форма тестового сигнала в цепи базы проверяемого транзистора. Временные диаграммы, поясняю- щие работу, приведены на рисунке 7.22, где показана последо- вательность разнополярных импульсов тестового воздействия, вырабатываемого ГИ, и выходные напряжения операционных усилителей ОУ 1 и ОУ 2 . Амплитуда импульсов одной полярнос- ти достаточна для надежного запирания транзистора, а ампли- туда импульсов противоположной полярности задает рабочую точку транзистора в активной области. Для исключения возможности саморазогрева транзистора выбирают скважность импульсов θ ≥ 10 при токе эмиттера, рав- ном или большем 1 мА, и θ ≥ 2 при токе до 1 мА. Длительность им- пульсов выбирают исходя из частотных свойств транзистора та- ким образом, чтобы не было заметно искажения их формы. При Среднее Рисунок 7.21 — Временные диаграммы работы схемы (рисунок 7.20) ′ ′ 226 этом результат соответствует значению β, измеренному на посто- янном токе. Варианты обработки сигналов, несущих информацию о токах, принципиально не отличаются от рассмотренных ранее. Существенно упростить преобразователь можно, если из- мерять статический коэффициент усиления тока при напря- жении база-коллектор, равном нулю. Полученное значение β на 15–20% ниже справочного, но для оценки исправности при внутрисхемном контроле это непринципиально и при необхо- димости может быть учтено в программе контроля. Из схемы на рисунке 7.17 исключается источник напряжения U к и соеди- няются между собой неинвертирующие входы операционных усилителей (рисунок 7.23). Тестовый импульсный сигнал ГИ тот же, что и ранее (см. рисунок 7.22), но не содержит постоянной составляющей, т. е. амплитуды импульсов положительной и отрицательной поляр- ностей равны. В качестве сигнала, зависящего от токов, можно использовать выходное напряжение ОУ 1 и ОУ 2 , а не падения напряжения на калиброванных резисторах, что намного проще. Токи открытого транзистора приводят к появлению постоянной составляющей этого напряжения (рисунок 7.24), которая легко выделяется с помощью фильтров низкой частоты. Рисунок 7.22 — Временные диаграммы работы схемы при контроле статического коэффициента усиления тока ′ 227 ОД Рисунок 7.23 — Измерение статического коэффициента усиления тока при нулевом напряжении база-коллектор среднее среднее Рисунок 7.24 — Временные диаграммы работы схемы (рисунок 7.23) 7.3 Диагностирование интегральных схем в составе печатного узла Поверка соответствия характеристик микросхем (МС) паспортным данным проводится регламентированными стан- дартами и техническими условиями методами в строго опреде- ленных схемах. Большая номенклатура параметров и методов ′ 228 их измерения практически исключают возможность измере- ния характеристик МС различных классов с помощью одной универсальной системы. Для решения задачи внутрисхемного диагностирования МС необходим иной подход. С одной стороны, измерение пара- метров может быть заменено контролем функционирования, что существенно упрощает задачу. С другой стороны, необхо- димо обнаружение специфических дефектов, возникающих в процессе замены МС при ремонте, таких как неправильное ориентирование корпуса МС при установке в печатный узел, ошибочная замена одного типа МС другим, замыкание или об- рыв выводов. Желательно, чтобы такие дефекты были обнару- жены до включения схемы под рабочее напряжение. В против- ном случае они могут стать причиной выхода из строя других исправных элементов схемы, т. е. причиной появления вторич- ных дефектов. Таким образом, после ремонта систем управления диагнос- тирование МС должно проходить несколько этапов. На первом этапе проводится проверка правильности установки МС в пе- чатный узел, используя представление МС пассивной моде- лью. Затем возможна проверка отсутствия коротких замыка- ний цепей, критических для исправности соседних элементов, и проверка функционирования МС при пониженном напряже- нии питания. На заключительном этапе проверяют функцио- нирование МС под рабочим напряжением. |