“望聞問切”排障法在電子制作中的應用

楊鈺雯，徐仕源，張秀平

（1.常州田家炳高級中學，江蘇常州，213001；2.聊城第三中學，山東聊城，252000；3.河海大學物聯網學院，江蘇常州，213022）

0 引言

剛剛走入電子世界的愛好者，面對特性各異、充滿各種實現可能的電子元件，迫切地希望看到自己親手組裝出來的成品，并完美地運行，發出期待的聲、光、電信號。然而這個過程常常不是一帆風順的，初次的DIY，有的中途擱淺，有的匆匆焊接完成后，當電路一上電，卻得不到任何反應！深入的故障排查，往往需要結合電路的工作原理，借助測試儀器，有序地進行，初學者一般沒有深入系統學習過相關專業知識，調試會有很大難度。對于電路故障，如果在制作過程中能夠早發現，早解決，就可以避免問題累積到最后，變得復雜，同時降低初學者的學習難度。為此以循跡小車的制作為例，借鑒中醫四診—望聞問切，總結電子制作故障排除法，輔助電子制作的實踐學習。

1 “望聞問切”故障排除法

電子制作經歷散件準備、焊接和調試三個主要過程。四種故障排除法在過程中的基本分布如圖1所示。

圖1 故障排除方法在制作過程中的分布

初學者試做具有一定功能的電路，可以選擇套件，一般包括電路板、電子元件、導線、原理圖、套件清單和裝配說明書等；在對電路原理比較清楚或對電路仿真通過的情況下，也可以自制手工板或購買萬能板（洞洞板），選配電子散件。

■1.1 制作之初—望

以制作循跡小車為例。本例中的循跡小車通過光敏電阻感知地面循跡線（黑色）對車頭左右兩側發光二極管產生的反射光的強弱，感知小車相對黑色跑道的位置，通過比較電路，形成驅動控制信號，控制車輪的左轉或右轉，實現自動循跡。小車套件包括：電路板、直流電機、集成運算放大器、二極管、三極管、電阻（含光敏電阻、電位器）、自鎖開關、電池盒、萬向輪、車輪（軸）及機械配件、導線等。電路原理圖見圖2。

圖2 循跡小車電路原理圖

首先對照清單清點、分類套件，確保元件齊備，直插式電子元件插放在泡沫基上，體積較小的貼片元件以膠帶固定到白紙上或裝入器件盒，標識型號、極性、參數[1]等，方便識別和使用，避免掉落遺失；然后熟悉原理圖、裝配圖，對元件的擺位、裝配做到心中有數。

借助放大鏡，逐點觀察印制電路板上焊點之間導線的連接（小車為單面板），排除蝕刻加工過程中產生的導線斷開故障，對于雙面板，可以借助萬用表的電阻檔位測量焊點間導通情況；觀察元器件的插孔是否齊備，若有打孔的人為遺漏，用臺鉆補打孔。

借助放大鏡，觀察貼片元件，如貼片電阻的阻值、貼片二極管的型號和極性標識、貼片三極管的型號等，并標注在粘貼元件的白紙上。

對于發光二極管，通過觀察兩個引腳的長短或管體內兩個觸片的形狀，識別二極管的極性特征：長引腳為正，短引腳為負；若引腳已被剪短，那么觀察管體內金屬觸片，旗形觸片對應的引腳為負。

套件中的集成芯片，引腳的識別方法是：正面朝上，俯視，表面凹槽或圓點對應的左下方的引腳就是芯片的第1腳，逆時針依次是2腳、3腳……檢查后發現套件中沒有提供集成芯片的引腳座。對于初學者，因為焊接熟練程度不高，直接焊接芯片有可能損傷器件；有時焊接后發現芯片方向放置錯誤，需要拆焊，直接焊接的集成芯片在拆改的過程中也可能進一步被損壞。為此，需要給芯片配上引腳座，焊接的時候先焊接引腳座，然后把集成芯片按著正確方向插入引腳座，萬一方向錯了，也可以方便地取下，調換方向。

上述過程，是對套件的一個初步觀察，旨在認識和熟悉電路，發現并排除電路板、電子元器件在制造過程中產生的故障，稱之為“望”。

■1.2 焊接之前—聞

電子元件在生產加工過程中都有一定的次品率，因此表面完好的元器件，不保證都能正常工作，在焊接之前，還需要借助萬用表等測量儀器對電子元件和電機等做進一步的檢測，杜絕胎里的毛病。

用萬用表的電阻檔位，可以測量電阻阻值，有色環標識的電阻，可以參照標識規則，讀出阻值和誤差，比較實測值和標稱值的誤差是否為允許誤差，判斷電阻的好壞；對于光敏電阻，用手機的手電筒照射電阻體，同時用萬用表測量電阻阻值，就可以觀察到阻值隨光照強弱變化的情況，完好的電阻阻值隨光照強度的變化十分明顯。

用萬用表的二極管檔位，可以測量二極管正向導通和反向截止情況下的阻值，根據阻值的大小，可以判斷二極管極性的正負。有的萬用表的二極管檔位，在測量出導通的情況下，蜂鳴器發聲，耳朵聽到聲音就可以判定是導通的。

萬用表一般有三極管測試插孔，孔旁標注型號（NPN、PNP）和孔位對應的引腳極性（e、b、c），在識別出三極管的各個引腳極性之后，按照其型號和極性與萬用表孔位一一對應接入，即可測出三極管的直流放大倍數。

套件中的集成芯片也可以根據各個引腳的定義，加入測試信號，觀察輸出。因為使用了引腳座，可以方便地從電路中取下芯片，進行替換，替換檢驗法可簡單地判斷IC是否完好。

直流電機當正負極間加入直流電壓時，電機立刻轉動，即可判定電機可以正常工作。

在對套件器件排障測量的過程中，聲、光、電信號提示我們器件能否正常工作，類似中醫“望聞問切”診斷法中的“聞”，即聽聲音、看參數，判斷器件有無故障。

■1.3 焊接完成—問

焊接是制作入門過程中非常重要的一環，焊接的質量直接影響成品的性能，決定著功能能否實現。不同的焊件和焊面，焊接方法和技術也有所不同，需要多做訓練。焊接的質量好壞與焊接的先后順序有關系，一般遵循從低到高，從小到大，從左到右，整體考慮的方法[2]，這樣即保證元器件緊貼板面，提高可靠性，又方便焊接，防止漏掉元件。

對于多管腳器件一般先焊接沿著對角線方向的兩個引腳，起到固定位置作用，然后間隔焊接焊盤，防止過熱或焊盤脫落。電路板焊接完成后，固定電池盒，焊接電源線、地線，組裝小車機械部分，固定車輪、安裝萬向輪，組裝基本完成。

電池盒內裝入2節電池，開關撥到“ON”，小車正常情況下沿萬向輪方向行駛，遮住左邊的光敏電阻，小車右側車輪轉動，反之，左側車輪轉動。制作后發現小車可能出現的故障：有的不能自動辨別方向，有的不能循跡，有的后退行駛，有的轉向指示燈不亮，有的逆時針循跡可以，換個方向，順時針就不行，還有的一動不動，沒有聲、光、電的反應。

這一過程類似中醫四診過程中的“問”，即詢問癥狀。不同的癥狀問題，有著不同的病因，需要結合故障類型，對照電路原理和組裝圖，參照說明，逐一排查。

■1.4 綜合調試—切

制作好的小車不能正常循跡，需要靜下心來，明確故障現象，查找故障原因。

后退行駛的小車，原因是電機的接線接反，交換接線即可。

小車不能正常循跡，有的向右轉，有的向左轉，結合原理圖分析：驅動車輪轉動的兩路信號是經兩路光敏電阻采集的電信號送入LM393比較器輸出的結果，比較電路中有可調電位器，用于調整被比較的信號，緩慢調節電位器，小車的運動狀態得到修正。

小車只有一只輪子轉，即使調節了電位器另外一只仍不轉，初步判斷對應一側的驅動電路產生了問題。目測有無焊盤脫落、虛焊、元件方向裝錯這一類簡單問題，若沒有，就需要借助萬用表對電路中的開關控制電路、比較電路等相關部分逐個排查：電路不上電時，用萬用表電阻檔（或二極管檔位）測量導通情況，電路上電時測量關鍵點的電信號是否正常，從近到遠，逐級排查。對于其他無法直接觀察出的問題，基本采用儀表輔助排查故障。

對于焊盤脫落，需要導線連接補救時，注意一個焊盤連接多點的情況，飛線不只一根。有時車輪的機械結構故障也會導致小車不能正常運轉。

綜合調試增加了對于電路工作原理和元器件特性的深入理解和認識，在排查故障的過程中，制作能力和水平可以得到更大的提高。綜合調試的過程猶如摸小車的“脈象”，即“切”，在這個過程中，積累了經驗，提高了制作水平。

以自主循跡小車制作為例的“望聞問切”四種方法，來源但不局限于小車制作，實踐制作規范和相關檢測方法可以借鑒，是提高初學者制作的成品率行之有效的方法。

這四種方法不是孤立地存在于電子制作過程中，在實踐中經常融合使用[3]。例如：焊接過程中聞到了異味（燒到絕緣膠皮），可編程器件在測試過程中發燙（觸摸），測試過程中表筆對電路短路帶來的器件損壞等，許多問題在制作過程中就可以發現或避免。成品見圖3。

圖3

2 結束語

結合自主循跡小車的制作，介紹電子制作中經常用到的“望聞問切”四種方法，針對具體問題，比較詳細地介紹了四種方法應用的對象和條件。綜和運用上述四種方法，將不同原因產生的故障分散解決在最早能夠發現的制作環節和過程中，避免問題累積到最后增加調試的難度，降低多原因導致的成品故障率。規范的制作過程有助于電子愛好者深入地學習和設計，不斷提高。