電路調(diào)試技術(shù)詳解-手把手教你如何排除故障

　　1、概述

　　調(diào)試在初級電子工程師初級階段是必須的!所以綜合了幾家的調(diào)試文章，再加上自己的心得推薦給大家，不足之處請多指教。

　　實(shí)踐表明，一個(gè)電子裝置，即使按照設(shè)計(jì)的電路參數(shù)進(jìn)行安裝，往往也難于達(dá)到預(yù)期的效果。這是因?yàn)槿藗冊谠O(shè)計(jì)時(shí)，不可能周全地考慮各種復(fù)雜的客觀因素(如元件值的誤差、器件參數(shù)的分散性、分布參數(shù)的影響等)，必須通過安裝后的測試和調(diào)整，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計(jì)方案的不足，然后采取措施加以改進(jìn)，使裝置達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)。因此，調(diào)試電子電路的技能對從事電子技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域工作的人員來說，是不應(yīng)缺少的。

　　調(diào)試的常用儀器有：穩(wěn)壓電源、萬用表、示波器、頻譜分析儀和信號發(fā)生器等。

　　電子電路調(diào)試包括測試和調(diào)整兩個(gè)方面。調(diào)試的意義有二：一是通過調(diào)試使電子電路達(dá)到規(guī)定的指標(biāo);二是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的缺陷并予以糾正。

　2、電子電路調(diào)試的一般步驟

　　傳統(tǒng)中醫(yī)看病講究“望、聞、問、切”，其實(shí)調(diào)試電路也是如此。

　　首先“望”，即觀察電路板的焊接如何，成熟的電子產(chǎn)品一般都是焊接出的問題;第二“聞”，呵呵，這個(gè)不是說先把電路板聞下，而是說通電后聽電路板是否有異常響動，不該叫的叫了，該叫的不叫;第三“問”，如果是自己第一次調(diào)試，不是自己設(shè)計(jì)的要問電源是多少?別人是否調(diào)過?有什么問題?第四“切”，元器件有沒焊全、芯片焊接是否正確、不易觀察的焊點(diǎn)是否焊好?一般調(diào)試前做好這幾步就可發(fā)現(xiàn)不少問題。

　　根據(jù)電子電路的復(fù)雜程度，調(diào)試可分步進(jìn)行：對于較簡單系統(tǒng)，調(diào)試步驟是：電源調(diào)試→單板調(diào)試→聯(lián)調(diào)。對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，調(diào)試步驟是：電源調(diào)試→單板調(diào)試→分機(jī)調(diào)試→主機(jī)調(diào)試→聯(lián)調(diào)。由此可明確三點(diǎn)：(1) 不論簡單系統(tǒng)還是復(fù)雜系統(tǒng)，調(diào)試都是從電源開始入手的;(2) 調(diào)試方法一般是先局部(單元電路)后整體，先靜態(tài)后動態(tài);(3) 一般要經(jīng)過測量→調(diào)整→再測量→再調(diào)整的反復(fù)過程;對于復(fù)雜的電子系統(tǒng)，調(diào)試也是一個(gè)“系統(tǒng)集成”的過程。

　　在單元電路調(diào)試完成的基礎(chǔ)上，可進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。例如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，一般由模擬電路、數(shù)字電路和微處理器電路構(gòu)成，調(diào)試時(shí)常把這3部分電路分開調(diào)試，分別達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)后，再加進(jìn)接口電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)。聯(lián)調(diào)是對總電路的性能指標(biāo)進(jìn)行測試和調(diào)整，若不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)仔細(xì)分析原因，找出相應(yīng)的單元進(jìn)行調(diào)整。不排除要調(diào)整多個(gè)單元的參數(shù)或調(diào)整多次，甚至有修正方案的可能。

　　3、電子電路調(diào)試的具體步驟

　　(1) 通電觀察：通電后不要急于測量電氣指標(biāo)，而要觀察電路有無異?，F(xiàn)象，例如有無冒煙現(xiàn)象，有無異常氣味，手摸集成電路外封裝，是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后再通電。

　　(2) 靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試一般是指在不加輸入信號，或只加固定的電平信號的條件下所進(jìn)行的直流測試，可用萬用表測出電路中各點(diǎn)的電位，通過和理論估算值比較，結(jié)合電路原理的分析，判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過更換器件或調(diào)整電路參數(shù)，使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。

　　(3) 動態(tài)調(diào)試：動態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在電路的輸入端加入合適的信號，按信號的流向，順序檢測各測試點(diǎn)的輸出信號，若發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，應(yīng)分析其原因，并排除故障，再進(jìn)行調(diào)試，直到滿足要求。

　　測試過程中不能僅憑感覺或印象，要始終借助儀器觀察。使用示波器時(shí)，最好把示波器的信號輸入方式置于“DC”擋，通過直流耦合方式，可同時(shí)觀察被測信號的交、直流成分。

　　通過調(diào)試，最后檢查功能塊和整機(jī)的各種指標(biāo)(如信號的幅值、波形形狀、相位關(guān)系、增益、輸入阻抗和輸出阻抗、靈敏度等)是否滿足設(shè)計(jì)要求，如必要，再進(jìn)一步對電路參數(shù)提出合理的修正。

　　4、電子電路調(diào)試中的若干問題

　　(1) 根據(jù)待調(diào)試系統(tǒng)的工作原理(原理圖和PCB)擬定調(diào)試步驟和測量方法，確定測試點(diǎn)，并在圖紙上和板子上標(biāo)出位置，畫出調(diào)試數(shù)據(jù)記錄表格等。

　　(2) 搭設(shè)調(diào)試工作臺，工作臺配備所需的調(diào)試儀器，儀器的擺設(shè)應(yīng)操作方便，便于觀察。學(xué)生往往不注意這個(gè)問題，在制作或調(diào)機(jī)時(shí)工作臺很亂，工具、書本、衣物等與儀器混放在一起，這樣會影響調(diào)試。特別提示：在制作和調(diào)試時(shí)，一定要把工作臺布置的干凈、整潔。這便是“磨刀不誤砍柴工”。

　　(3) 對于硬件電路，應(yīng)為被調(diào)試系統(tǒng)選擇測量儀表，測量儀表的精度應(yīng)優(yōu)于被測系統(tǒng);對于軟件調(diào)試，則應(yīng)配備微機(jī)和開發(fā)工具。

　　(4) 電子電路的調(diào)試順序一般按信號流向進(jìn)行，將前面調(diào)試過的電路輸出信號作為后一級的輸入信號，為最后統(tǒng)調(diào)創(chuàng)造條件。

　　(5) 選用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字電路，應(yīng)完成可編程邏輯器件源文件的輸入、調(diào)試與下載，并將可編程邏輯器件和模擬電路連接成系統(tǒng)，進(jìn)行總體調(diào)試和結(jié)果測試。

　　(6) 在調(diào)試過程中，要認(rèn)真觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，做好記錄，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整可靠。

　　5、調(diào)試前的工作

　　電路安裝完畢，通常不宜急于通電，應(yīng)該先認(rèn)真檢查一下。

　　檢查內(nèi)容包括：

　　(1) 連線是否正確：檢查電路連線是否正確，包括錯(cuò)線(連線一端正確，另一端錯(cuò)誤)、少線(安裝時(shí)完全漏掉的線)和多線(連線的兩端在電路圖上都是不存在的)。

　　查線的方法通常有兩種：1) 按照電路圖檢查安裝的線路：這種方法的特點(diǎn)是，根據(jù)電路圖連線，按一定順序逐一檢查安裝好的線路，由此可比較容易地查出錯(cuò)線和少線。2) 按照實(shí)際線路來對照原理電路進(jìn)行查線：這是一種以元件為中心進(jìn)行查線的方法。把每個(gè)元件(包括器件)引腳的連線一次查清，檢查每個(gè)去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯(cuò)線和少線，還容易查出多線。

　　為了防止出錯(cuò)，對于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標(biāo)記，最好用指針式萬用表“Ω×1”擋，或數(shù)字式萬用表“Ω擋”的蜂鳴器來測量，而且應(yīng)直接測量元器件引腳，這樣可以同時(shí)發(fā)現(xiàn)接觸不良的地方。

　　(2) 元器件安裝情況

　　檢查元器件引腳之間有無短路;連接處有無接觸不良;二極管、三極管、集成器件和電解電容極性等是否連接有誤。

　　(3) 電源供電(包括極性)、信號源連線是否正確。

　　(4) 電源端對地是否存在短路。

　　若電路經(jīng)過上述檢查，并確認(rèn)無誤后，就可轉(zhuǎn)入調(diào)試。

　　6、調(diào)試方法

　　調(diào)試包括測試和調(diào)整兩個(gè)方面。

　　所謂電子電路的調(diào)試，是以達(dá)到電路設(shè)計(jì)指標(biāo)為目的而進(jìn)行的一系列的測量→判斷→調(diào)整→再測量的反復(fù)進(jìn)行過程。為了使調(diào)試順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)的電路圖上最好標(biāo)明各點(diǎn)的電位值，相應(yīng)的波形圖以及其它主要數(shù)據(jù)。調(diào)試方法通常采用先分調(diào)后聯(lián)調(diào)(總調(diào))。

　　我們知道，任何復(fù)雜電路都是由一些基本單元電路組成的，因此，調(diào)試時(shí)可以循著信號的流向，逐級調(diào)整各單元電路，使其參數(shù)基本符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。這種調(diào)試方法的核心是：把組成電路的各功能塊(或基本單元電路)先調(diào)試好，并在此基礎(chǔ)上逐步擴(kuò)大調(diào)試范圍，最后完成整機(jī)調(diào)試。采用先分調(diào)，后聯(lián)調(diào)的優(yōu)點(diǎn)是：能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。新設(shè)計(jì)的電路一般采用此方法。

　　對于包括模擬電路、數(shù)字電路和微機(jī)系統(tǒng)的電子裝置更應(yīng)采用這種方法進(jìn)行調(diào)試。因?yàn)橹挥邪讶糠址珠_調(diào)試后，分別達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，并經(jīng)過信號及電平轉(zhuǎn)換電路后才能實(shí)現(xiàn)整機(jī)聯(lián)調(diào)。否則，由于各電路要求的輸入、輸出電壓和波形不匹配，盲目進(jìn)行聯(lián)調(diào)，就可能造成大量的器件損壞。

　　除了上述方法外，對于已定型的產(chǎn)品和需要相互配合才能運(yùn)行的產(chǎn)品也可采用一次性調(diào)試。

　　7、調(diào)試中的注意事項(xiàng)

　　調(diào)試結(jié)果是否正確，很大程度上受測量正確與否和測量精度的影響。為了保證調(diào)試的效果，必須減小測量誤差，提高測量精度。為此，需注意以下幾點(diǎn)：

　　(1) 正確使用測量儀器的接地端

　　凡是使用地端接機(jī)殼的電子儀器進(jìn)行測量時(shí)，儀器的接地端應(yīng)和放大器的接地端連接在一起，否則儀器機(jī)殼引入的干擾不僅會使放大器的工作狀態(tài)發(fā)生變化，而且將使測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。根據(jù)這一原則，調(diào)試發(fā)射極偏置電路時(shí)，若需測量VCE，不應(yīng)把儀器的兩端直接接在集電極和發(fā)射極上，而應(yīng)分別對地測出VC、VE，然后將二者相減得VCE。若使用干電池供電的萬用表進(jìn)行測量，由于電表的兩個(gè)輸入端是浮動的，所以允許直接跨接到測量點(diǎn)之間。

　　(2) 測量電壓所用儀器的輸入阻抗必須遠(yuǎn)大于被測處的等效阻抗

　　若測量儀器輸入阻抗小，則在測量時(shí)會引起分流，給測量結(jié)果帶來很大誤差。

　　(3) 測量儀器的帶寬必須大于被測電路的帶寬

　　例如：MF-20型萬用表的工作頻率為20～20000 Hz。如果放大器的fh =100 kHz，我們就不能用 MF-20來測試放大器的幅頻特性，否則，測試結(jié)果就不能反映放大器的真實(shí)情況。

　　(4) 要正確選擇測量點(diǎn)

　　用同一臺測量儀器進(jìn)行測量時(shí)，測量點(diǎn)不同，儀器內(nèi)阻引進(jìn)的誤差大小將不同。例如，對于圖1所示電路，測C1點(diǎn)電壓VC1時(shí)，若選擇e2為測量點(diǎn)，測得VE2，根據(jù)VCl=VE2+VBE2求得的結(jié)果，可能比直接測Cl點(diǎn)得到的VC1的誤差要小得多。所以出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)镽e2較小，儀器內(nèi)阻引進(jìn)的測量誤差小。

　　(5) 測量方法要方便可行

　　需要測量某電路的電流時(shí)，一般盡可能測電壓而不測電流，因?yàn)闇y電壓不必改動被測電路，測量方便。若需知道某一支路的電流值，可以通過測取該支路上電阻兩端的電壓，經(jīng)過換算而得到。

　　(6) 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和測量，還要善于記錄

　　記錄的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)條件、觀察的現(xiàn)象、測量的數(shù)據(jù)、波形和相位關(guān)系等。只有有了大量可靠的實(shí)驗(yàn)記錄并與理論結(jié)果加以比較，才能發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)上的問題，完善設(shè)計(jì)方案。

　　8、調(diào)試時(shí)出現(xiàn)故障的解決方法

　　要認(rèn)真查找故障原因，切不可一遇故障解決不了就拆掉線路重新安裝。因?yàn)橹匦掳惭b的線路仍可能存在各種問題，如果是原理上的問題，即使重新安裝也解決不了問題。我們應(yīng)當(dāng)把查找故障，分析故障原因，看成一次好的學(xué)習(xí)機(jī)會，通過它來不斷提高自己分析問題和解決問題的能力。

　　(1) 檢查故障的一般方法

　　故障是不期望但又不可避免的電路異常工作狀況。分析、尋找和排除故障是電氣工程人員必備的實(shí)際技能。對于一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)來說，要在大量的元器件和線路中迅速、準(zhǔn)確地找出故障是不容易的。一般故障診斷過程，就是從故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測試，做出分析判斷，逐步找出故障原因的過程。

　　(2) 故障現(xiàn)象和產(chǎn)生故障的原因

　　1) 常見的故障現(xiàn)象：放大電路沒有輸入信號，而有輸出波形。放大電路有輸入信號，但沒有輸出波形，或者波形異常。串聯(lián)穩(wěn)壓電源無電壓輸出，或輸出電壓過高且不能調(diào)整，或輸出穩(wěn)壓性能變壞、輸出電壓不穩(wěn)定等。振蕩電路不產(chǎn)生振蕩。計(jì)數(shù)器輸出波形不穩(wěn)，或不能正確計(jì)數(shù)。收音機(jī)中出現(xiàn)“嗡嗡”交流聲和“啪啪”的汽船聲等。以上是最常見的一些故障現(xiàn)象，還有很多奇怪的現(xiàn)象，在這里就不一一列舉了。

　　2) 產(chǎn)生故障的原因：故障產(chǎn)生的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的是多種原因相互作用引起的復(fù)雜故障。因此，引起故障的原因很難簡單分類。這里只能進(jìn)行一些粗略的分析。

　　對于定型產(chǎn)品使用一段時(shí)間后出現(xiàn)故障，故障原因可能是元器件損壞，連線發(fā)生短路或斷路(如焊點(diǎn)虛焊、接插件接觸不良、可變電阻器、電位器、半可變電阻等接觸不良、接觸面表面鍍層氧化等)，或使用條件發(fā)生變化(如電網(wǎng)電壓波動，過冷或過熱的工作環(huán)境等)影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　對于新設(shè)計(jì)安裝的電路來說，故障原因可能是：實(shí)際電路與設(shè)計(jì)的原理圖不符;元器件焊接錯(cuò)誤、元器件使用不當(dāng)或損壞;設(shè)計(jì)的電路本身就存在某些嚴(yán)重缺點(diǎn)，不滿足技術(shù)要求;連線發(fā)生短路或斷路等。

　　儀器使用不正確引起的故障，如示波器使用不正確而造成的波形異?；驘o波形，接地問題處理不當(dāng)而引入干擾等。

　　各種干擾引起的故障。

　　(3) 檢查故障的一般方法

　　查找故障的順序可以從輸入到輸出，也可以從輸出到輸入。查找故障的一般方法有：

　　1) 直接觀察法：直接觀察法是指不用任何儀器，利用人的視、聽、嗅、觸等作為手段來發(fā)現(xiàn)問題，尋找和分析故障。直接觀察包括不通電檢查和通電觀察。

　　檢查儀器的選用和使用是否正確;電源電壓的等級和極性是否符合要求;電解電容的極性、二極管和三極管的管腳、集成電路的引腳有無錯(cuò)接、漏接、互碰等情況;布線是否合理;印刷板有無斷線;電阻電容有無燒焦和炸裂等。

　　通電觀察元器件有無發(fā)燙、冒煙，變壓器有無焦味，電子管、示波管燈絲是否亮，有無高壓打火等。

　　此法簡單，也很有效，可作初步檢查時(shí)用，但對比較隱蔽的故障無能為力。

　　2) 用萬用表檢查靜態(tài)工作點(diǎn)

　　電子電路的供電系統(tǒng)，半導(dǎo)體三極管、集成塊的直流工作狀態(tài)(包括元、器件引腳、電源電壓)、線路中的電阻值等都可用萬用表測定。當(dāng)測得值與正常值相差較大時(shí)，經(jīng)過分析可找到故障。

　　順便指出，靜態(tài)工作點(diǎn)也可以用示波器“DC”輸入方式測定。用示波器的優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)阻高，能同時(shí)看到直流工作狀態(tài)和被測點(diǎn)上的信號波形以及可能存在的干擾信號及噪聲電壓等，更有利于分析故障。

　　3) 信號尋跡法

　　對于各種較復(fù)雜的電路，可在輸入端接入一個(gè)一定幅值、適當(dāng)頻率的信號(例如，對于多級放大器，可在其輸入端接入 f=1000 Hz的正弦信號)，用示波器由前級到后級(或者相反)，逐級觀察波形及幅值的變化情況，如哪一級異常，則故障就在該級。這是深入檢查電路的方法。

　　4) 對比法

　　懷疑某一電路存在問題時(shí)，可將此電路的參數(shù)與工作狀態(tài)相同的正常電路的參數(shù)(或理論分析的電流、電壓、波形等)進(jìn)行一一對比，從中找出電路中的不正常情況，進(jìn)而分析故障原因，判斷故障點(diǎn)。

　　5) 部件替換法

　　有時(shí)故障比較隱蔽，不能一眼看出，如這時(shí)你手頭有與故障儀器同型號的儀器時(shí)，可以將儀器中的部件、元器件、插件板等替換有故障儀器中的相應(yīng)部件，以便于縮小故障范圍，進(jìn)一步查找故障。

　　6) 旁路法

　　當(dāng)有寄生振蕩現(xiàn)象時(shí)，可以利用適當(dāng)容量的電容器，選擇適當(dāng)?shù)臋z查點(diǎn)，將電容臨時(shí)跨接在檢查點(diǎn)與參考接地點(diǎn)之間，如果振蕩消失，就表明振蕩是產(chǎn)生在此附近或前級電路中。否則就在后面，再移動檢查點(diǎn)尋找之。應(yīng)該指出的是，旁路電容要適當(dāng)，不宜過大，只要能較好地消除有害信號即可。

　　7) 短路法

　　就是采取臨時(shí)性短接一部分電路來尋找故障的方法。短路法對檢查斷路性故障最有效。但要注意對電源(電路)是不能采用短路法的。

　　8) 斷路法

　　斷路法用于檢查短路故障最有效。斷路法也是一種使故障懷疑點(diǎn)逐步縮小范圍的方法。例如，某穩(wěn)壓電源因接入一帶有故障的電路，使輸出電流過大，我們采取依次斷開電路的某一支路的辦法來檢查故障。如果斷開該支路后，電流恢復(fù)正常，則故障就發(fā)生在此支路。

　　實(shí)際調(diào)試時(shí)，尋找故障原因的方法多種多樣，以上僅列舉了幾種常用的方法。這些方法的使用可根據(jù)設(shè)備條件，故障情況靈活掌握，對于簡單的故障用一種方法即可查找出故障點(diǎn)，但對于較復(fù)雜的故障則需采取多種方法互相補(bǔ)充、互相配合，才能找出故障點(diǎn)。

　　在一般情況下，尋找故障的常規(guī)做法是：先用直接觀察法，排除明顯的故障。再用萬用表(或示波器)檢查靜態(tài)工作點(diǎn)。信號尋跡法是對各種電路普遍適用而且簡單直觀的方法，在動態(tài)調(diào)試中廣為應(yīng)用。

　　應(yīng)當(dāng)指出，對于反饋環(huán)內(nèi)的故障診斷是比較困難的，在這個(gè)閉環(huán)回路中，只要有一個(gè)元器件(或功能塊)出故障，則往往整個(gè)回路中處處都存在故障現(xiàn)象。尋找故障的方法是先把反饋回路斷開，使系統(tǒng)成為一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，然后再接入一適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?，利用信號尋跡法逐一尋找發(fā)生故障的元、器件(或功能塊)。