Проверка и замена радиоэлементов
У многих в качестве измерительного прибора есть тестер (мультиметр) того или иного типа, в состав которого входит омметр. Им то и можно проверять почти все радиоэлементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, диоды, тиристоры, транзисторы, некоторые микросхемы. Омметр образован внутренним источником тока (сухим элементом или батареей), стрелочным прибором и набором резисторов, которые переключаются при изменении пределов измерения. Сопротивления резисторов подобраны таким образом, чтобы при коротком замыкании клемм омметра стрелка прибора отклонилась вправо до последнего деления шкалы. Это деление соответствует нулевому значению измеряемого сопротивления. Когда же клеммы омметра разомкнуты, стрелка прибора стоит напротив левого крайнего деления шкалы, которое обозначено значком бесконечно большого сопротивления. Если к клеммам омметра подключено какое-то сопротивление, стрелка показывает промежуточное значение между нулем и бесконечностью, и отсчет производится по оцифровке шкалы. В связи с тем, что шкалы омметров выполняются в логарифмическом масштабе, края шкалы получаются сжатыми. Поэтому наибольшая точность измерения соответствует положению стрелки в средней, растянутой части шкалы. Таким образом, если стрелка прибора оказывается у края шкалы, в сжатой ее части, для повышения точности отсчета следует переключить омметр на другой предел измерения.
Прибор производит измерение сопротивления, подключенного к его клеммам, путем измерения постоянного тока, протекающего в измерительной цепи. Поэтому к измеряемому сопротивлению прикладывается постоянное напряжение от встроенного в омметр источника. В связи с тем, что некоторые радиоэлементы обладают разными сопротивлениями постоянному току в зависимости от полярности приложенного напряжения, для грамотного использования омметра необходимо знать, какая из клемм омметра соединена с минусом встроенного источника тока, а какая — с плюсом (обычно, но не всегда, плюсовая клемма выделяется красным цветом).
Щупы тестера подключают к вольтметру так, чтобы стрелка вольтметра отклонялась вправо от нуля. Тогда тот щуп, который подключен к плюсу вольтметра, будет также плюсовым, а второй — минусовым.
При использовании в этих целях диода два раза измеряют его сопротивление: сначала произвольно подключая к диоду щупы, а второй раз — наоборот. За основу берется то измерение, при котором показания омметра получаются меньшими. При этом щуп, подключенный к аноду диода, будет плюсовым, а щуп, подключенный к катоду диода — минусовым (рис. 1).
При проверке исправности того или иного радиоэлемента возможны две различные ситуации: либо проверке подлежит изолированный, отдельный элемент, либо элемент, впаянный в какое-то устройство. Нужно учесть то, что, за редкими исключениями, проверка элемента, впаянного в схему, не получится полноценной, при такой проверке возможны грубые ошибки. Они связаны с тем, что параллельно контролируемому элементу в схеме могут оказаться подключены другие элементы, и омметр будет измерять не сопротивление проверяемого элемента, а сопротивление параллельного соединения его с другими элементами. Оценить возможность достоверной оценки исправности контролируемого элемента схемы можно путем изучения этой схемы, проверяя, какие другие элементы к нему подключены и как они могут повлиять на результат измерения. Если такую оценку произвести затруднительно или невозможно, следует отпаять от остальной схемы хотя бы один из двух выводов контролируемого элемента и только после этого производить его проверку. При этом также не следует забывать и о том, что тело человека также обладает некоторым сопротивлением, зависящим от влажности кожной поверхности и от других факторов. Поэтому при пользовании омметром во избежание появления ошибки измерения нельзя касаться пальцами обоих выводов проверяемого элемента.
Кроме того, как показывает опыт, большая часть повреждений полупроводниковых приборов происходит при их проверке, наладке и контроле схем. Поэтому наконечники проводов измерительных приборов должны иметь конструкцию, исключающую возможность случайных замыканий цепей в схемах.
Для быстрого доступа:
Проверка резисторов
Проверка постоянных резисторов производится омметром путем измерения их сопротивления и сравнения с номинальным значением, которое указано на самом резисторе и на принципиальной схеме блока.
При измерении сопротивления резистора полярность подключения к нему омметра не имеет значения. Необходимо помнить, что действительное сопротивление резистора может отличаться по сравнению с номинальным на величину допуска. Поэтому, например, если проверяется резистор с номинальным сопротивлением 100 кОм и допуском ±10%, действительное сопротивление такого резистора может лежать в пределах от 90 до 110 кОм. Кроме того, сам омметр обладает определенной погрешностью измерения (порядка 10%). Таким образом, при отклонении фактически измеренного сопротивления на 20 % от номинального значения, резис¬тор следует считать исправным.
При проверке переменных резисторов сопротивление измеряется между крайними выводами, которое должно соответствовать номинальному значению с учетом допуска и погрешности измерения. Также, необходимо измерять сопротивление между каждым из крайних выводов и средним выводом. Эти сопротивления при вращении оси из одного крайнего положения в другое должны плавно, без скачков изменяться от нуля до номинального значения. При проверке переменного резистора, впаянного в схему, два из его трех выводов необходимо выпаивать. Если переменный резистор имеет дополнительные отводы, допустимо, чтобы только один вывод оставался припаянным к остальной части схемы.
Замена резисторов
Для резисторов основными параметрами являются номинальное сопротивление, максимально допустимая мощность рассеивания, допуск (разброс) номинального сопротивления, температурный коэффициент сопротивления (ТКС).
Наиболее распространенные постоянные резисторы — МЛТ. Для них определяющими параметрами являются лишь первые два. Поэтому в большинстве конструкций при замене можно ставить резистор того же номинала с большей допустимой мощностью — это приведет лишь к увеличению габаритов конструкции. Если в описании конструкции нет специальных оговорок, в большинстве случаев подойдут резисторы другого номинала, возможно близкого к указанному на схеме. Делать этого не следует в тех случаях, когда резисторы должны использоваться, например, в делителях напряжения измерительных приборов, во времязадающих цепях, в фильтрах и регуляторах тембра. Здесь определяющим параметром становится еще и допуск номинального значения сопротивления, а для делителей и шунтов измерительных приборов, помимо всего прочего-ТКС.
С переменными резисторами ситуация иная — кроме допустимой рассеиваемой мощности и номинального сопротивления, они характеризуются еще рядом параметров, в частности, видом зависимости сопротивления от угла поворота движка. Но, не смотря на это, в большинстве случаев работоспособность устройства не нарушается при замене переменного резистора другим, близкого номинала и не меньшей рассеиваемой мощности.
Проверка конденсаторов
В принципе конденсаторы могут иметь следующие дефекты: обрыв, пробой и повышенная утечка. Пробой конденсатора характеризуется наличием между его выводами короткого замыкания, то есть нулевого сопротивления. Поэтому пробитый конденсатор любого типа легко обнаруживается омметром путем проверки сопротивления между его выводами. Конденсатор не пропускает постоянного тока, его сопротивление постоянному току, которое измеряется омметром, должно быть бесконечно велико. Однако это оказывается справедливо лишь для идеального конденсатора. В действительности, между обкладками конденсатора всегда имеется какой-то диэлектрик, обладающий конечным значением сопротивления, которое называется сопротивлением утечки. Его-то и измеряют омметром.
В зависимости от используемого в конденсаторе диэлектрика устанавливаются критерии исправности по величине сопротивления утечки. Слюдяные, керамические, пленочные, бумажные, стеклянные и воздушные конденсаторы имеют очень большое сопротивление утечки, а при их проверке омметр должен показывать бесконечно большое сопротивление. Однако имеется большая группа конденсаторов, сопротивление утечки которых сравнительно невелико. К ней относятся все полярные конденсаторы, которые рассчитаны на определенную полярность приложенного к ним напряжения, и эта полярность указывается на их корпусах.
При измерении сопротивления утечки этой группы конденсаторов необходимо соблюдать полярность подключения омметра (плюсовой вывод омметра должен присоединяться к плюсовому выводу конденсатора), в противном случае результат измерения будет неверным. К этой группе конденсаторов в первую очередь относятся все электролитические конденсаторы КЭ, КЭГ, ЭГЦ, Э.Ч, ЭМИ, К50, ЭТ, ЭТО, К51, К52 и оксиднополупроводниковые конденсаторы К53. Сопротивление утечки исправных конденсаторов этой группы должно быть не менее 100 К, а конденсаторов ЭТ, ЭТО, К51, К52 и К53 не менее 1 МО.
При проверке конденсаторов большой емкости нужно учесть, что при подключении омметра к конденсатору, если он не был заряжен, начинается его зарядка, и стрелка омметра делает бросок в сторону нулевого значения шкалы. По мере зарядки стрелка движется в сторону увеличения сопротивлений. Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее движется стрелка. Отсчет сопротивления утечки следует производить только после того, как она практически остановится. При проверке конденсаторов емкостью порядка 1000 мкФ на это может потребоваться несколько минут. Внутренний обрыв или частичная потеря емкости конденсатором не могут быть обнаружены омметром, для этого необходим прибор, позволяющий измерять емкость конденсатора. Однако обрыв конденсатора емкостью более 0,2 мкФ может быть обнаружен омметром по отсутствию начального скачка стрелки во время зарядки. Следует заметить, что повторная проверка конденсатора на обрыв по отсутствию начального скачка стрелки может производиться только после снятия заряда, для чего выводы конденсатора нужно замкнуть на короткое время.
Замена конденсаторов
При замене конденсаторов, кроме номинальной емкости и предельно допустимого напряжения, иногда приходится учитывать температурный коэффициент емкости (ТКЕ). Он является определяющим параметром для конденсаторов, работающих в высокостабильных устройствах, например, мультивибраторах, таймерах, генераторах, фильтрах, колебательных контурах, автоэлектронике и т. д. В них нужно применять конденсаторы с малым ТКЕ, например, типа КТ группа ПЗЗ, МЗЗ. Весьма стабильны конденсаторы К31 (аналог КСО).
После появления импульсных блоков питания все чаще стали задумываться об эквивалентном последовательном сопротивлении конденсаторов (ESR — Equivalent Series Resistance).
Для конденсаторов, работающих в низкочастотных цепях, он не имеет значения. И совершенно другое дело конденсаторы в высокочастотных цепях. При постоянном токе или при низких частотах конденсатор сам по себе оказывает большое сопротивление протекающему электрическому току. С ростом частоты сопротивление конденсатора падает, а сопротивление выводов и пластин (ESR) имеет постоянную величину. При частоте, стремящейся к бесконечности сопротивление конденсатора, становится равным его ESR. По сути, конденсатор становится резистором и будет рассеивать на себе мощность
I – сила протекающего тока, R – сопротивление резистора ESR, Ом
Чем больше ESR, тем больше будет нагреваться конденсатор. С ростом температуры будет изменяться емкость (в зависимости от ТКЕ).
Практически во всех остальных случаях, когда стабильность емкости не играет роли, можно использовать конденсаторы любых типов, учитывая лишь номинальную емкость и напряжение. Конечно, допустима установка конденсатора с большим напряжением, тем более что у такого конденсатора значительно меньше ток утечки.
Во всех случаях конденсаторы с большим разбросом значения емкости можно заменить на конденсаторы с меньшим разбросом. Алюминиевые, оксидные конденсаторы (К50-3, К50-6) можно заменить на полупроводниковые и танталовые (К52-2, К53-1). Оксидные полярные конденсаторы допустимо заменить неполярными (бумажными и керамическими), но обратная замена нежелательна.
Примечание
Если при замене резистора или конденсатора у Вас не оказалось необходимого номинала, то можно подобрать необходимый номинал, путём последовательного или параллельного соединения элементов.
Замена диодов
В большинстве случаев при замене диодов бывает достаточно оценить воздействующее на диод обратное напряжение, протекающий через него прямой ток, допустимый обратный ток (обратное сопротивление диода) и максимальные частоты воздействующих на диод сигналов.
Диоды, шунтирующие обмотки реле, предназначены для защиты транзисторов от пробоя из-за ЭДС самоиндукции, возникающей при обесточивании реле. В таких случаях диоды должны иметь максимально допустимое обратное напряжение не менее напряжения источника питания в этой части схемы, частотные свойства здесь не являются существенными.
Такой параметр, как обратный ток, важен лишь в тех случаях, когда диод должен надежно развязывать элементы устройства в закрытом состоянии.
Для выпрямителей определяющими параметрами являются предельный ток и напряжение. При токах до 10 А можно применять диоды серий Д242-Д247 и подобные на соответствующее напряжение. При токах 1-5 А удобно использовать диоды серии КД202, КД226, при токах 0,5-1 А — диодные сборки серий КЦ402-КЦ405, а при меньших токах — сборки КЦ407 или диоды КД209, КД 105, Д226 и т. д. с соответствующим буквенным индексом в зависимости от напря¬жения. Все мощные диоды при токах выше 1 А следует устанавливать на радиаторы.
В импульсных и относительно высокочастотных (свыше нескольких килогерц) устройствах необходимо устанавливать импульсные диоды, например, серий КД503, КД509, Д220 и т.д. Такие же диоды следует применять в устройствах с цифровыми микросхемами.
Замена германиевых диодов кремниевыми допустима практически всегда, кроме случаев, когда важно прямое напряжение, в основном, когда они используются как элемент стабилизации низкого напряжения (0,5 — 2 В). Так, для кремниевых диодов оно лежит обычно в пределах 0,5 — 1 В, а у германиевых составляет всего лишь доли вольта (0,2 — 0,4 В). В данном случае заменять кремниевые диоды на германиевые нельзя.
А вот кремниевые диоды заменять на германиевые не следует, из-за их значительно большего обратного тока.
Замена стабилитронов
Основные параметры этих приборов, учитываемые при замене — напряжение стабилизации, максимальный постоянный ток стабилизации и дифференциальное сопротивление. В большинстве случаев важно не столько само значение стабилизированного напряжения, сколько его стабильность. Поэтому, без особых сомнений, можно использовать вместо указанных на схеме стабилитронов стабилитроны с другим близким напряжением стабилизации. Исключение составляют параметрические стабилизаторы для питания ТТЛ- микросхем, рассчитанных на весьма узкий диапазон рабочих напряжений. В таких случаях желательно установить стабилитрон, указанный на схеме.
При замене стабилитронов следует учитывать и дифференциальное сопротивление. Оно у заменяющего прибора не должно быть выше, чем у заменяемого.
Проверка тиристоров
Неуправляемые тиристоры (динисторы) могут быть проверены таким же образом, как диоды, если напряжение отпирания динистора меньше напряжения на клеммах омметра. Если же оно больше, динистор при подключении омметра не отпирается и омметр в обоих направлениях показывает очень большое сопротивление. Тем не менее, если динистор пробит, омметр это регистрирует нулевыми показаниями прямого и обратного сопротивлений.
Для проверки управляемых тиристоров (тринисторов) плюсовой вывод омметра подключается к аноду тиристора, а минусовой вывод к катоду. Омметр при этом должен показывать очень большое сопротивление, почти равное бесконечному. Затем замыкают выводы анода и управляющего электрода тиристора, что должно приводить к резкому уменьшению сопротивления, так как тиристор отпирается. Если после этого отключить управляющий электрод от анода, не разрывая цепи, соединяющей анод тиристора с омметром, для многих типов тиристоров омметр будет продолжать показывать низкое сопротивление открытого тиристора. Это происходит в тех случаях, когда анодный ток тиристора оказывается больше так называемого тока удержания. Тиристор остается открытым обязательно, если анодный ток больше гарантированного тока удержания. Это требование является достаточным, но не необходимым. Отдельные экземпляры тиристоров одного и того же типа могут иметь значения тока удержания значительно меньше гарантированного. В этом случае тиристор при отключении управляющего электрода от анода остается открытым. Но если при этом тиристор запирается и омметр показывает большое сопротивление, нельзя считать, что тиристор неисправен.
Проверка транзисторов
Эквивалентная схема биполярного транзистора представляет собой два диода, включенных навстречу один другому. Для р-n-р транзисторов эти эквивалентные диоды соединены катодами, а для n-p-n транзисторов — анодами. Таким образом, проверка транзистора омметром сводится к проверке обоих р-n переходов транзистора: коллектор — база и эмиттер — база. Для проверки прямого сопротивления переходов р-n-р транзистора минусовой вывод омметра подключается к базе, а плюсовой вывод омметра — поочередно к коллектору и эмиттеру.
Для проверки обратного сопротивления переходов к базе подключается плюсовой вывод омметра. При проверке n-p-n транзисторов подключение производится наоборот: прямое сопротивление измеряется при соединении с базой плюсового вывода омметра, а обратное сопротивление при соединении с базой минусового вывода. При пробое перехода его прямое и обратное сопротивления оказываются равными нулю. При обрыве перехода его прямое сопротивление бесконечно велико. У исправных маломощных транзисторов обратные сопротивления переходов во много раз больше их прямых сопротивлений. У мощных транзисторов это отношение не столь велико, тем не менее, омметр позволяет их различить.
Из эквивалентной схемы биполярного транзистора вытекает, что с помощью омметра можно определить тип проводимости транзистора и назначение его выводов (цоколевку). Сначала определяют тип проводимости и находят вывод базы транзистора. Для этого один вывод омметра подключают к одному выводу транзистора, а другим выводом омметра касаются поочередно двух других выводов транзистора. Затем первый вывод омметра подключают к другому выводу транзистора, а другим выводом омметра касаются свободных выводов транзистора. Затем вывод омметра подключают к третьему выводу транзистора, а другим выводом касаются остальных. После этого меняют местами выводы омметра и повторяют указанные измерения. Нужно найти такое подключение омметра, при котором подключение второго вывода омметра к каждому из двух выводов транзистора, не подключенных к первому выводу омметра, соответствует небольшому сопротивлению (оба перехода открыты). Тогда вывод транзистора, к которому подключен первый вывод омметра, является выводом базы. Если первый вывод омметра является плюсовым, значит, транзистор относится к n-p-n проводимости, если минусовым, значит — р-n-р проводимости. Теперь нужно определить, какой из двух оставшихся выводов транзистора является выводом коллектора. Для этого омметр подключается к этим двум выводам, база соединяется с плюсовым выводом омметра при n-р-n транзисторе или с минусовым выводом омметра при р-n-р транзисторе и замечается сопротивление, которое измеряется омметром. Затем выводы омметра меняются местами (база остается подключенной к тому же выводу омметра, что и ранее) и вновь замечается сопротивление по омметру. В том случае, когда сопротивление оказывается меньше, база была соединена с коллектором транзистора.
Полевые транзисторы проверять не рекомендуется.
Таблица 1. Порядок подключения выводов омметра к выводам проверяемого транзистора.
* — транзисторы малой мощности, ** — мощные транзисторы.
Замена транзисторов
Подбор заменяющих транзисторов сложен из-за большого числа параметров, по которым он производится. Схема анализа возможных вариантов такова:
Во-первых, выбирается транзистор с аналогичной структурой (р-n-р или n-р-n проводимости).
Во-вторых, проводят оценку действующих в узлах устройства токов и напряжений. Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер транзистора должно быть больше, чем максимальное (с учетом переменной составляющей) напряжение, действующее на этом участке.
В узлах, где имеется значительная переменная составляющая, ее необходимо учитывать при выборе транзистора. Примером могут служить предоконечные и двухтактные каскады усилителей звуковой частоты. Постоянное напряжение, приложенное между коллекторами и эмиттерами транзисторов в этих каскадах, составляет половину напряжения источника питания (при однополярном питании). Однако здесь действует переменное напряжение с амплитудой, близкой к половине напряжения источника. Таким образом, реально напряжение коллектор-эмиттер в данном случае изменяется практически от нуля до полного напряжения источника питания. Значит, транзисторы в оконечном и предоконечном каскаде должны иметь соответствующее максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер. Аналогичным образом проверяют, подходит ли транзистор по максимальному току коллектора и по мощности, рассеиваемой на коллекторе.
Во многих случаях критичным может оказаться выбор транзистора по статическому коэффициенту передачи тока. Однако при больших потребляемых токах или низкоомных нагрузках значение статического коэффициента передачи тока может быть уже не критичным. В любом случае при замене следует оценить, обеспечивают ли предыдущие каскады необходимый ток в нагрузке (по постоянной и переменной составляющим) при минимально допустимом значении этого коэффициента.
И наконец, необходимо проверить, подходит ли заменяющий транзистор по частотным характеристикам.
Таким образом основными параметрами транзисторов, учитываемыми при замене являются — максимально допустимые напряжение коллектор-эмиттер, ток коллектора, рассеиваемая мощность коллектора, а также статический коэффициент передачи тока (в схеме с общим эмиттером). Выбирать заменяющий транзистор следует из того же класса, что и заменяемый (маломощный, высокочастотный и т. д.), и с такими же или несколько лучшими параметрами.
Для маломощных транзисторов в подавляющем большинстве случаев можно заменять германиевые (например, серий МП37, МП42) на кремниевые (КТ361, КТ315) соответствующей структуры. Практически всегда можно заменить транзисторами КТЗ102 (n-p-n) и КТЗ107 (р-n-р) любые другие соответствующей структуры, кроме используемых в сверхвысокочастотных устройствах. Для ключевых режимов (например, в каскадах согласования с цифровыми микросхемами) выбор транзистора не имеет большого значения, лишь бы были соблюдены требования по допустимой мощности рассеивания и быстродействию (этому требованию удовлетворяют транзисторы, специально предназначенные для работы в импульсных устройствах).
Вывод базы транзистора желательно присоединять в схему первыми и отключать послед¬ними. Запрещается подавать напряжение на транзистор, база которого отключена.
При замене транзисторов средней и большой мощности следует учитывать равенство или близость параметров заменяемого и заменяющего транзисторов.
Проверка составных транзисторов
Эквивалентная схема составного транзистора представлена на рисунке ниже
Таблица 2. Порядок проверки транзисторов Дарлингтона.
* — проверку этих переходов, следует производить следующим образом:
— подключить выводы прибора к транзистору (как указано в таблице 2), на цифровом табло появится первое значение сопротивления перехода (порядка 2 МОм), затем не отрывая щупы от выводов транзистора, замкните на короткое время (0,5-1 с) между собой щупы. После размы¬кания щупов, на табло появится второе значение сопротивления (порядка 300 кОм), затем повторите действие ещё раз, значение сопротивления перехода должно находиться в пределах 30 кОм, затем ещё раз замкните щупы (на 3-4 с), в результате на цифровом табло появится четвёртое значение сопротивления перехода составного транзистора.
Значения сопротивлений переходов, представленных в таблице 2, указаны для составного транзистора Дарлингтона — КТ898А.
У зарубежных и отечественных аналогов этого транзистора, значения сопротивлений переходов немного отличаются.
Примечание
Измерение сопротивлений переходов составных транзисторов лучше производить цифровым вольтметром с высоким входным сопротивлением.
Замена составных транзисторов
При подборе аналога составному транзистору, следует пользоваться теми же принципами, что и при замене обычных биполярных транзисторов.
Импортные транзисторы BU941Z/ZP/ZPF1, BU931Z/ZP/ZPF1/RPF1, BU930 можно заменить на отечественные КТ898А/А1, КТ8232А2, КТ897А (С97А) и другие, или на два включенных по схеме Дарлингтона
Таблица 3. Транзисторная пара, включенная по схеме Дарлингтона
