Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Наибольшее распространение получили логические ИМС в корпусах с двухрядным расположением выводов (DIP) с 14,16, 20, 22, 24 и 28 выводами (рис. 7.21.

Рис. 7.21. Примеры микросхем с двухрядным расположением выводов

Есть несколько методов маркировки вывода 1 . Наиболее распространенный — выемка и точка, как показано на рис. 7.22.

Рис. 7.22. Идентификация выводов микросхемы с двухрядным расположением выводов

Маркировка собственно ИМС содержит код изготовителя, номер детали, специальное обозначение и указание типа корпуса. Например, SN74LSOON означает фирму Texas Instruments (SN), ТТЛ (74), на маломощных транзисторах Шоттки, четыре двухвходовых схемы И-НЕ (00) в пластмассовом корпусе DIP (N). Специальные символы и указатели типа корпуса обычно можно найти в справочниках изготовителей. Большинство изготовителей микросхем помещают на детали название фирмы или логотип организации.

Большинство новых микросхем, которые выпускаются для технологий автоматизированного производства, представляют собой приборы для поверхностного монтажа. У них меньшее расстояние между выводами, а сами выводы расположены с четырех сторон. На рис. 7.23 изображены два типа популярных корпусов и их выводы. В табл. 7.2 приведены данные о других типах корпусов.

Рис. 7.23. Идентификация выводов приборов поверхностного монтажа

Сервисное обслуживание цифровых схем обычно считается наиболее простым. Это особенно справедливо для систем, которые надежно работали, а затем в них возникала неисправность, в отличие от новых конструкций, которые требуют отладки при доводке.

Чтобы приведенное правило было справедливо, необходимо соблюдать следующие условия:

♦ понимание работы схемы;

♦ понимание природы возможных неисправностей;

♦ понимание возможных причин неисправностей;

♦ способность читать схемы;

♦ систематический подход к локализации проблем.

В транзисторах обычно возникают неисправности двух типов: короткое замыкание и обрыв. Цифровые схемы состоят, в основном, из транзисторов и поэтому именно они нередко становятся источниками неполадок. Важно понимать влияние короткого замыкания и обрыва на работу конкретной детали и компонентов, с которыми она соединена. Тестирование транзисторов рассматривалось в главе 1 . Здесь мы рассмотрим неисправности транзистора применительно к цифровым интегральным микросхемам.

Обрыв

Обрыв означает, что предполагаемый контур протекания тока был каким-либо образом нарушен. Если лампа не работает до тех пор, пока вы не пошевелите провода возле вилки, это свидетельствует о разрыве проводов или обрыве в схеме. Такой же тип неполадки может случиться в цифровой ИМС. Слишком сильный ток мог разрушить кремний, из которого сделан транзистор.

Транзистор вышел из строя, значит он больше не будет включаться. Симптомы этой неполадки напоминают обрыв в схеме. Плохое крепление кристаллодержателя, который ведет к кристаллической пластине, также может привести к обрыву. В любом случае, такая поломка означает, что ток не может больше протекать правильно.

Обрыв в схеме может произойти на входе и на выходе. В результате вход и выход предыдущего устройства электрически разъединены. В зависимости от типа микросхемы она в этом случае будет вести себя по-разному. Посмотрев на схему ТТЛ, вы увидите, что схема с обрывом на входе будет работать, как при приходе логической 1. Следовательно, выход ТТЛ открыт, входы всех схем ТТЛ, подключенных к этому выходу, будут воспринимать всегда логический уровень ВЫСОКИЙ.

Входной сигнал схемы КМОП поступает на затвор полевого КМОП-транзистора. Вход этих микросхем с высоким импедансом может изначально не воспринимать напряжения при обрыве, и считать его логическим уровнем НИЗКИЙ. Через некоторое время, однако, входные токи шумов могут сложиться с входным сигналом и образовать заряд, подобно тому; как это происходит в транзисторе. После накопления достаточного заряда логическая схема может воспринять его как логический уровень ВЫСОКИЙ на входе.

Другая возможность заключается в том, что напряжение на выходе с обрывом будет очень близко к абсолютной границе между высоким и низким логическими уровнями, что вызовет постоянные высокочастотные колебания на выходе прибора. Высокочастотные колебания в цифровой схеме приведут в возрастанию потребления тока, заставляя се нагреваться. В то же время схемы с обрывом на входе не реагируют на поступающие на них сигналы.

Обрывы на входах и выходах микросхем происходят внутри, но могут быть вызваны и плохими соединениями выводов ИМС с контактами панельки, холодной пайкой, трещинами печатной платы, согнутыми выводами ИМС. Для того чтобы отличить эти проблемы от неисправностей внутри микросхемы, сравните логические сигналы выводов микросхемы с подозрением на неисправность с сигналами выводов правильно соединенной микросхемы.

Короткое замыкание

Короткое замыкание — это тот козел отпущения, которого чаще всего обвиняют во всех электрических проблемах.

Короткое замыкание — непредусмотренное соединение с относительно малым сопротивлением между двумя точками электрической цепи, которое вызывает чрезмерный (часто разрушительный) ток между этими точками.

Создается впечатление, что в 99 % случаев, когда люди дают отчет о проблеме, возникшей в электронном оборудовании, они вынуждены давать авторитетный диагноз: «Это было короткое замыкание». В действительности это явление возникает относительно редко и в большинстве устройств его легко обнаружить. Настоящее короткое замыкание в силовой цепи сопровождается такими признаками, как сгоревшие предохранители, клубы дыма, тлеющие угольки, отчетливый запах горелого кремния.

К сожалению, в цифровых ИМС ток, который может протекать, обычно ограничен другими элементами схемы, и когда возникает короткое замыкание транзистора, его признаки не очевидны. Короткое замыкание на входе или выходе цифровой схемы обычно означает, что для тока возник контур с низким импедансом от положительного или отрицательного источника питания ИМС. Если через полупроводниковый прибор протекает слишком большой ток, но этот ток все же недостаточен для того, чтобы испарить его, кремниевые соединения разрушаются, и прибор ведет себя как при коротком замыкании.