Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

В устройствах с технологией ТТЛ короткое замыкание транзистора в верхней части выходного каскада приведет к тому, что на выходе транзистора будет постоянный низкий логический уровень, что послужит причиной такого же уровня на входах всех приборов, подключенных к данному выходу, как показано на рис. 7.24.

Рис. 7.24. Короткое замыкание на выходе прибора ТТЛ

Короткое замыкание транзистора в верхней части выходного каскада случается нечасто и его можно даже и не заметить, поскольку схема работает как повышающий резистор.

В схемах КМОП короткое замыкание может возникать на положительной или отрицательной шине питания. Результатом может быть постоянный логический уровень, ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ соответственно.

Другой вариант — запрещенное логическое состояние. Предположим, например, что транзистор вышел из строя таким образом, что он воспринимается как резистор с сопротивлением 100 Ом между выходом и землей. Когда на выходе должен появиться низкий логический уровень, все идет нормально. Когда на выходе должен возникнуть высокий логический уровень, выход становится делителем напряжения, как показано на рис. 7.25. В результате вместо логического уровня ВЫСОКИЙ на выходе возникает запрещенный логический сигнал.

Короткое замыкание на входе имеет те же признаки, что и на выходе. Нередко очень трудно определить, закорочен ли выход, что заставляет входы других схем быть в состоянии НИЗКИЙ или ВЫСОКИЙ, или же закорочен вход, влияя на выход предыдущей схемы.

Между выводами ИМС также возникает короткое замыкание. Внутренние проблемы такого типа довольно редки. Обычно это связано с перемычками из припоя, остатками проводящего флюса, короткими замыканиями в кабеле или соединениях платы.

Рис. 7.25. Короткое замыкание на выходе прибора КМОП

Неисправные периферийные компоненты

Цифровые логические ИМС обычно не требуют подключения дополнительных компонентов. Однако в некоторых точках они должны подключаться к входным и выходным частям схемы: переключателям, резисторам, светодиодам. Есть также много ИМС, считающихся цифровыми приборами, которые требуют для своей работы периферийных компонентов. Эти приборы и методы поиска неисправностей в них рассматриваются в следующей главе.

Одной из наиболее распространенных причин возникновения неисправностей в цифровых схемах является воздействие тепла. Наиболее уязвимы компоненты, которые должны рассеивать достаточно большое количество тепла, а также расположенные рядом с ними детали. Хотя современные системы невелики по размеру, с меньшим числом компонентов и потреблением энергии, они в настоящее время используют множество плат с несколькими рядами интегральных схем. Тепло, рассеиваемое таким большим количеством ИМС, может быть значительным.

Такие системы должны быть снабжены соответствующей вентиляцией. Для этого существуют вентиляционные прорези, перфорированные шкафы, или небольшие вентиляторы. Ориентируясь на следующие правила, удостоверьтесь в адекватности принятых мер:

♦ не помещайте предметы на панели с вентиляцией;

♦ не перекрывайте вентиляционные отверстия, расположенные на боковых панелях приборов;

♦ проверяйте работу вентиляторов;

♦ содержите воздушные фильтры в чистоте.

Другой стандартной причиной поломок в цифровых и других электронных деталях являются интенсивные переходные процессы: выбросы напряжения и тока очень часто встречаются в промышленных областях. Они могут попадать в систему через источник питания, наводиться сильными электрическими и магнитными полями вблизи оборудования, могут быть результатом действия обладающих высоким реактивным сопротивлением устройств внутри системы, например двигателей, реле, соленоидов. Наиболее опасным, особенно для бытовой электроники, источником переходных процессов является молния. Эффекты непредсказуемы и в большинстве случаев разрушительны.

Хотя специалист не может прогнозировать влияние указанных выше факторов, есть предосторожности, которые следует соблюдать при работе с оборудованием чтобы не вызвать новых проблем.

Каждая схема, содержащая полевые МОП-транзисторы, очень чувствительна к статическому электричеству. Полевые МОП-транзисторы используют тонкий металл-оксидный изолятор для отделения затвора от кремниевого канала, который разрушается при относительно высоком напряжении (> 50 В). В сухой среде обычная одежда при движении тела может вызвать накопление тысяч вольт статического потенциала. Если не приняты соответствующие меры и схема, с которой вы работаете, имеет другой статический потенциал, то заряд вашего тела и одежды может вызвать разряд через компоненты и выход их из строя.

Чтобы не сжечь схему, вы должны уравнять ее потенциал и потенциал вашего тела. Для этого носите на запястье браслет, соединенный с землей схемы. Все тестовое оборудование должно быть подключено к общей земле (включая паяльник). Следует избегать одежды, которая имеет тенденцию к образованию статического электричества (нейлон, шерсть). Используйте аэрозоли (охлаждающие, средство удаления флюса, очистки контактов), свободные от статического электричества. Как минимум, обязательно коснитесь шасси или детали оборудования. чтобы снять с себя заряд перед тем, как приступить к работе со схемой. Работая с ИМС, по возможности, не касайтесь выводов, держите их в проводящем пеноматериале, чтобы сохранить одинаковый потенциал.

Другое явление, которое может разрушить микросхемы, изготовленные по технологии КМОП, называется тиристорное защелкивание . При производстве комплементарных полевых КМОП транзисторов и соединении их в логические схемы образуется многослойная структура из кремния с проводимостью р -и n -типа. Эти слои могут образовать паразитный тиристор, аноды которого подключены к двум шинам питания и чей управляющий электрод представляет собой выходной вывод логической схемы.

Тиристор — это полупроводниковый прибор, который до подачи тока на управляющий электрод размыкает цепь. При повышении на нем напряжения до определенного уровня тиристор отпирается и до отключения анодного тока создает короткое замыкание. При нормальной работе логической микросхемы КМОП паразитный тиристор никогда не включается. Однако, если на выходной контакт подается слишком большое внешнее напряжение, тиристор включится или «защелкнется», что приведет к протеканию большого тока от V ddчерез ИМС к V ss. Через несколько секунд ИМС будет разрушена. Для предотвращения тиристорного защелкивания на входах и выходах приборов КМОП никогда не должно возникать напряжение выше V ddили ниже V ss. Никогда не подключайте тестовое оборудование типа генератора сигналов к схеме прежде, чем на нее подано питание.