信號采集設備的電路板故障診斷研究分析

黎 毅

（中通服建設有限公司，廣東 廣州 510000）

1 電路板主要故障類別

1.1 電容損壞

電容損壞引發的故障在信號采集設備中占據較高比例，其中最常見的是電解電容損壞。電容損壞通常有三種情況。第一，當電解電容內部發生短路或者斷路的情況時，會出現開關管或者其他限流元器件被燒毀的現象，例如保險與開關電源中的限流電阻。在電壓較高或者電流較大環境下工作的濾波電容器，易在電壓突然升高時發生短路損害。因為電壓超過其耐壓值，會造成電容擊穿現象，從而引起短路，常出現保險絲或者限流電阻燒斷、電源整流管擊穿等故障現象。當整流二極管發生損壞時，也可能發生短路損壞。由于整流二極管損壞會影響電解電容器的工作環境，使其處于交流電路中，在較大的反向漏電流下會發熱，從而造成短路損壞。由于短路會使電容器中的電流急劇增大，通常會造成電容器爆裂，或者將其封口膠塞脹出。第二，電解電容容量降低造成電容損壞。當容量降低引起輕微漏電時，信號采集設備會出現信號不同步等故障現象[1]。發生此類故障的主要原因是電容器的部分參數發生變化，只能在一定程度上發揮效用。此類故障通常不方便診斷和排查。第三，電容容量消失。容量消失會造成電容失效、完全漏電或者漏漿的現象。由于電容損壞引起的故障采用萬用表測試無法診斷，因此容量消失是電容故障中最難診斷和排查的故障。

1.2 元器件虛焊或者腐蝕

電路板虛焊是一種常見的故障。一方面，電路板加工制作時，如果采用了不恰當的生產工藝，會造成虛焊現象。例如，元器件安裝過程不規范，安裝的元器件重量比較大，會使元器件的焊腳產生應力，長期作用下，會發生接觸不良的現象。焊接元器件的過程中，如果使用的焊錫材料過少，經過長時間的使用，也會造成虛焊現象。另一方面，設備長期使用后，發熱會使元器件的焊點老化，進而發生剝落現象。此外，某些信號采集設備經常在潮濕的環境下工作。在這種情況下，經過長時間的使用，電路板可能會被腐蝕，部分元器件可能出現腐蝕點。

1.3 電阻損壞

電阻損壞的一個明顯特點是阻值易變大，或者出現開路的現象。電阻發生阻值減小的幾率非常低。常用的電阻類別有碳膜電阻和金屬膜電阻，其損壞特征是100 Ω以下的低值電阻和100 kΩ以上的高值電阻易發生損壞。對阻值在幾百歐姆或者幾千歐姆的電阻來說，其發生損壞的可能性非常小。低值電阻發生損壞有一個明顯的現象，即電阻表面燒焦發黑。高值電阻發生損壞時，外部往往沒有明顯現象，不能直接觀察。線繞電阻的應用比較廣泛，發生損壞時往往會出現表面變黑或者開裂的現象。根據電阻損壞的特點，能夠快速診斷是哪一種電阻損壞。

2 電路板故障診斷方法研究

2.1 電容損壞的診斷方法

電路板故障檢測中，電容損壞的診斷方法有很多種，其中較為常見的一種方法是用萬用表進行檢測。對于0.01 μA以上的固定電容器，可以將萬用表打到1k檔，直接測試電容器內部有無短路或者漏電的情況，并測試電容器有無充電過程。此外，可根據萬用表指針的擺動幅度，大致估計電容的容量，判斷電容的容量是否降低。測試時，將兩個表筆分別接觸電容器的兩個引腳然后將兩個表筆調換位置后再接觸一次，同時觀察萬用表指針的轉動情況。如果指針先向右擺動一下后迅速向左擺動，返回∞位置處，則證明電容器不存在故障現象。如果指針始終不向右擺動，則證明電容的容量已經降低（低于0.01 μA），甚至消失。如果指針向右擺動后，不再向左擺動，直接回到∞位置，則證明電容發生漏電或者擊穿現象[2]。另一種較常見的診斷方法是用熔斷器進行檢測。在檢測時，將熔斷器和電容器串聯在一起，并且接入220 V的交流電中。如果熔斷器的熔絲發生斷裂，則說明熔斷器中通過了很大的電流，電容器內部發生短路故障。如果熔斷器的熔絲沒有發生斷裂，在充電幾秒鐘后將電源切斷，然后用帶絕緣把手的螺絲刀，將電容器的兩極短路放電。如果放電過程中出現火花，則說明電容器不存在故障；如果放電過程中不出現火花，則證明電容器的容量減小或者消失。

2.2 虛焊點或者腐蝕點診斷

診斷元器件焊腳和焊錫之間是否存在虛焊現象時，可以用起子按下焊錫焊邊突出的元器件的焊腳。如果該元器件的焊腳能發生輕微松動，則證明存在虛焊現象，否則不存在虛焊現象。診斷焊點和焊盤之間是否存在虛焊現象時，可以通過觀察元器件是否松動，判斷是否存在虛焊現象。通過向下按動元器件的方法，可以判斷其是否松動。如果發生松動，則證明存在虛焊現象。電路板的虛焊可以分為兩種情況。一種情況是元器件和電路板焊合。在焊合時進行診斷，通常難以發現問題，只有當電路板受到振動或者外力作用，進而發生脫焊時，才易發現虛焊現象。在這種情況下，需要應用萬用表進行檢測，通過觀察焊點是否導通，判斷該焊點是否存在虛焊。另一種情況是元器件和電路板沒有焊合。通過目測觀察，判斷焊錫邊緣與焊面是否良好貼合。如果貼合不好，則證明存在虛焊現象；如果貼合良好，采用萬用表進行檢測。檢測前要注意焊面是否清理干凈。因為未焊合的焊面上會存在氧化物，如果沒有清理這些氧化物，萬用表無法準確診斷。

2.3 電阻損壞的診斷方法

診斷電阻損壞時，利用其損壞特點可以輕松完成檢測。可以觀察電路板上的低阻值電阻，看其是否存在燒黑的痕跡，如果某個電阻存在燒黑的痕跡，則證明其發生損壞。由于電阻發生損壞大多數是在開路或者阻值變大的情況，而且一般情況下，高阻值的電阻更易發生損壞。因此，可以用萬用表檢測電路板上高阻值電阻的阻值。如果測量結果表明其阻值大于標稱阻值，則證明該電阻發生損壞；如果經過測量，其阻值不大于標稱阻值，則證明該電阻未發生損壞。依次檢測電路板上的電阻，就能夠找出所有損壞的電阻。使用萬用表檢測的過程中，需在阻值穩定后再進行診斷。當電路中存在并聯電容器時，開始檢測時會存在充放電過程，此時進行診斷會出現錯誤。

3 結 論

通過論述電路板常見的故障類別，筆者分析了相對應的診斷方法。電路板作為信號采集設備中不可或缺的基礎性裝置，其故障分析和診斷應引起相關人員的高度重視。了解電路板的故障診斷方法，對確保設備正常、有效運作具有重要意義。