基于DIY 電子產品的檢測和調試技術

河南工業大學 蔡艷慧

為了保證DIY 電子產品的質量和服務品質，分析了DIY 電子產品的設計特點，是集科學與創新、可靠與穩定、物美與價廉于一身的最優產品；從而提出調試需要在保證人身和設備安全的基礎上，還需要掌握學科基礎知識、維修工具和儀器儀表使用常識；得出調試和檢測DIY 電子產品的方法和步驟，為DIY 電子產品愛好者提供參考。

DIY 電子產品是以用戶個體需求為生產依據的復合產品。雖說現代工業化電子產品功能呈現多樣化，但因其價格昂貴且存在功能冗余，這就為DIY 電子產品提供了發展空間。但是，DIY 電子產品不僅需要具備一定的理論知識和動手實踐能力來保障產品的成功率，更需要完備的調試和檢測方案。

1 DIY 電子產品研究現狀

在學術科研界，探討DIY 課題的研究者屢見不鮮，他們通過DIY 電子產品和系統對其實踐活動進行評估。David A. Mellis 通過DIY 收音機、音響、手機等常用電子設備，分析設計文件的數字化特性和將其制作成實物的靈活性對制造電子設備的影響，得出它們將影響外殼和電路板的設計與生產，組件的采購、電路的組裝和編程的結論。Cesar Vandevelde 團隊DIY 了一個小型機器人建造系統，為降低教育機器人成本做出了貢獻。Sas C.和Neustaedter C.通過建造并使用開源DIY 能源監測器，為支持復雜電子DIY 終端用戶的設計人員提出了一些建議。Kenny C 等人DIY 了一種熱手電筒來揭示美國和加拿大當地能源基礎設施的社會、經濟和文化體系現狀。

有研究者認為，自己設計并制作出個性化的電子產品是創新的初始階段，電子產品組成系統的各部位應該像“積木”一樣搭建在一起，并可置換，以此來降低研究、設計、制造和銷售產品成本，以及提高客戶使用滿意度。但是，對于DIY 電子產品的整個生命周期而言，關注DIY 電子產品的質量和服務品質同樣重要，沒有調試和檢測的具體方法和技巧顯然是不完整的。

2 DIY 電子產品設計特點

電子產品設計是建立在相關知識積累基礎上，通過合理的設計原則和方法技巧展現設計方案的過程。電子產品設計的首要工作是深入理解設計任務，然后權衡各種設計方案并確定最優方案，最后用合理的設計方法將各種組件連接在一起。設計過程中應該遵循一定的設計原則，將設計成集科學與創新、可靠與穩定、物美與價廉于一身的最優產品。

DIY 電子產品一定是科學性與創新性同時兼得的產物?？茖W性是DIY 電路設計的前提要求，它要求電路設計人員在遵循電路運行原理和符合電路設計規則的前提下滿足設計任務。創新性更是DIY 電子產品的靈魂，設計人員要敢于打破思維慣性和傳統的設計方法，將TRIZ理論轉化為實踐過程，得到新的設計方法和思路。

安全性和穩定性是DIY 電路設計和運行的基礎和保證。安全性是產品的前提，更是電路正常工作的保障。穩定性指的是電路運行的參數不隨時間變化的能力，也是電路設計過程中重點考慮的方面。電路設計人員需要事先考慮周全，采取抗干擾設計技術。（1）布局布線要符合抗干擾的要求，采用合理的布線技術和專門的布線軟件。首先，產品按照電源電路、數字電路、模擬電路、大小電流電路、速度快慢電路、高低頻電路等功能區分單元電路，并以信號流向為布局依據，在考慮相關干擾因素和約束條件的基礎上，以盡量少的線路交叉和最短的傳輸線路為標準，將電路元件均勻整齊地布置在PCB上。其次，在考慮阻抗耦合、電磁干擾和熱磁兼容等干擾問題的同時選擇合適的元器件并考慮其性價比。一般情況下，元器件的抗干擾能力越強，熱反饋影響越小，綜合性能越好，價格就越高。但是，在電路設計中過分追求高性能而忽略價格是不可取的。（2）在印制板設計過程中，抗干擾設計也是電路設計人員需要考慮的又一要點。布線時，寬度和間距應盡量大，尤其是地線和電源線，以減小導線壓降對電路的影響；布線盡量短，以降低電路的干擾和寄生效應；信號路徑寬度保持不變，且不要形成閉環，拐角應大于90℃。

最優化原則是DIY 電子產品必須遵循的原則。DIY的初衷是滿足自己的個性化需求，但也應該考慮投入成本。DIY 電子產品時，需要先將其功能分析并轉化成相應的執行電路模塊，然后通過合理的拓撲結構連接在一起，最后再精化單元單路，確保整個電路系統完好地執行功能。在細化單元電路時，尤其是選擇電子元器件時，應根據市場經濟的實際情況來取舍。在保證實現功能的前提下，選取具有價格優勢的電子元器件。

3 調試與檢測前的準備

3.1 安全知識

在調試與檢測DIY 電子產品過程中，不可避免地接觸各種各樣電子電路和儀器設備，有些帶有高電壓非常危險。調試與檢測人員除了嚴格遵守安全規程外，還應注重工作中的人身安全和設備儀器安危。加電調試時，先確保場地環境和供電設備符合安全用電要求，任何導線銅絲不準裸露空中；在調試和檢測過程中，操作人員應安全操作，避免觸電和發熱部件燙傷自己，同時做好指示和隔離措施，避免誤傷他人；使用測量儀器時，先將儀器檢查完好，不使用外殼和接觸部分傷殘的儀器，再根據使用說明進行操作；調試和檢測結束，確保場地環境對他人不造成傷害，儀器按照收納要求進行收藏，確保場地和儀器再次使用時的良好狀態。

3.2 知識儲備

理論是解決問題的基礎和前提。對于電子產品的調試和檢測來說，必須掌握一定的理論知識才能有效進行。（1）專業理論基礎知識是指揮棒。會對電路進行分析原理，并知道各種電子元器件的檢測方法和使用技巧，這就需要懂得電路分析基礎、模擬電子技術、數字電子技術等專業內容。（2）熟練掌握工具的使用方法和技巧。萬用表是電子產品調試和維修不可或缺的測量儀器，必須學會正確使用和保養。焊接所使用的工具和材料，如電烙鐵、吸錫器、焊錫絲、螺絲刀、偏口鉗等也要熟練使用和掌握。對于調試和維修DIY 電子產品的相關人員來說，靈活使用和保養萬用表、電烙鐵和螺絲刀就能完成基本的調試和常見故障的維修。

4 檢測與調試的步驟與方法

由于DIY 電子產品存在設計水平的離散性、元器件焊接過程中的不穩定性和裝配工藝的不確定性，這就確定了調試工藝的重要性。

4.1 不通電觀察

為了安全起見，電子產品裝配完成后，先不要急于通電調試，盲目通電調試有時反而會擴大故障范圍。DIY電子產品的多數故障是因工藝粗糙或者疏忽大意所致，仔細檢查就能解決很多問題，再配合萬用表檢測可以排除大部分工藝上的故障。使用電池供電的產品，要確保電量充足，供電線路通暢；印制板上元器件及其外連接部件安裝位置準確，焊點標準美觀；連接導線穩固完整，且不存在銅絲裸露等現象。

根據電氣原理圖、裝配圖和元件清單等技術文件，對照實際印制板仔細檢查元器件安裝位置、參數、顏色等信息是否與文件要求一致。（1）電阻器和普通電容器的參數、功率和類型要正確。（2）電解電容、二極管等帶極性元器件極性必須安裝正確。（3）電感的參數要準確，變壓器初級線圈和次級線圈的安裝次序不可以顛倒。（4）所有可以調節的旋鈕和按鍵可以靈活自如地運轉。（5）對于復雜的電子產品，連接的排線要有序排列，連接線較多時，要使用綁扎線把導線捆扎在一起，避免雜亂。（6）焊點外觀穩固標準，不應存在虛焊、漏焊、短路等現象，焊點大小以布滿焊盤為準，焊接質量的判斷除了目測，還需要借助萬用表測量；印制板或者機殼內應保持整潔美觀，不應有異物存在。

4.2 通電測試

對于DIY 電子產品的調試和檢測來講，應先進行不通電檢查，發現的問題得到有效解決后，再進行通電測試。

接通電源后，先憑借五感和經驗法得知各級單元電路各部位的通電反應。仔細觀察電源指示燈的亮度情況，有無異樣氣味，印制板和電路元器件有無冒煙的現象；對于低壓直流供電的產品，用手觸摸一下元器件溫度是否發燙，如電源電路的濾波電容器、電源變壓器（如是開關電源用請勿觸摸，以防觸電）、三極管或者集成電路等元器件。通過仔細觀察，有時可以直接發現有故障的位置或者元器件。但是，如有冒煙、元器件燒斷燒焦、跳火、發熱的現象，必須立即切斷電源，確定異常的元器件在原理圖的部位，然后分析原因，再確定檢修部位。如果一時觀察不清，可重復開機，但每次時間不要太長，避免擴大故障范圍。必要時，斷開可疑的部位再進行試驗，看故障是否消除。如果觀察后一切正常，可以用儀器儀表（萬用表或示波器）檢查供電系統的電壓和紋波系數。

對于具有內部電源的電子電路一般先對電源電路進行調試，再依次調試其余單元電路。通電測試時，先對電路進行分塊隔離，然后進行靜態測試。靜態調試時，一定要避免電路接收信號，更不能在電路中加入交流信號，比如功放電路不要輸入音頻信號。測量關鍵部位和重點元件的電壓和電流是通電測試過程中常用的方法。只是測量電流時，需要將萬用表串聯所測回路中，對于沒有獨立開關的回路確實存在麻煩，而采用測量電壓的方法優勢明顯。測試和調整電路的靜態工作點及其技術指標因系統組成元件不同，方法也有所差別。對于分立元件組成的系統，在確保元件無損壞的前提下，需要單獨測試和調整單元電路的靜態情況。對集成運放組成的系統測試時，必須保證無輸入時也沒有輸出。需要采取“消振”的措施來消除自激振蕩，采用“調零”的方法以克服運放失調電壓Ucb 和失調電流Ios 的影響。對于數字集成電路組成的電路系統，應先檢查單片集成電路的邏輯功能，再對多片集成電路進行整體調試。

一般而言，對于DIY 電子產品的調試和檢測來講，調試和檢測人員的專業素質和經驗并非一流，擁有和掌握各種各樣的儀器儀表和維修工具必是難事。這就需要適用于DIY 電子產品的特有調試和檢測技術。不通電調試和通電調試的靜態測試后，并未解決的問題就需要采用動態測試的方法來解決。動態調試，就是在正常工作狀態下，對電子電路輸入合適幅度和頻率信號，并跟隨信號的流向測試和調整指標。動態調試的理論基礎是對電路的原理分析，要有信號流向的概念，善于對實測的數據、波形和現象進行分析和判斷。對于電路中存在的問題和異常現象追根究底，確定改善部位，并確定行之有效的方案進行積極處理，滿足預設的電路技術性能指標要求。雖然這一操作對工作人員的理論知識、經驗和技巧有所要求，但對于敢于嘗試DIY 電子產品的人士來講并非難事，借助一臺數字示波器就可解決問題。數字示波器具有使用簡單方便，波形處理能力強，不需要計算等強大功能。需要說明的是，電子電路的各項指標互相影響，在調試電路時需要有整體意識，并且通過示波器屏幕上的波形情況判斷故障部位。

5 結語

DIY 是一種創新手段，更是降低電子產品研究成本和提高用戶體驗的重要方法。參與DIY 人員需要根據DIY 電子產品的獨特性，制造出安全、可靠、實用的電子產品。DIY 電子產品焊接裝配后的調試和檢測人員需要具備一定的理論知識和操作能力，并掌握一些調試和維修方法及技巧來提高產品的質量和服務品質。

引用

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