- •Контрольные вопросы
- •10.1. Сборочно-монтажные операции
- •10.2. Сборка и монтаж модулей первого уровня
- •Подготовка элементов к монтажу
- •Пайка элементов на печатной плате
- •10.3. Технология монтажа объемных узлов
- •Технология жгутового монтажа
- •10.4. Размещение ленточных проводов в эа
- •Способы прокладки ленточных проводов
- •Способы закрепления ленточных проводов
- •Контрольные вопросы
- •11.1. Технологические операции регулировки и настройки
- •Методы выполнения рно
- •Критерии оценки качества рно
- •11.2. Контроль, диагностика эа Контроль в процессе производства эа
- •11.3. Виды неисправностей эа и их устранение Общие положения
- •Особенности ремонта клавиатуры пэвм
- •Средства локализации неисправностей, ремонт и отладка системных плат
- •11.4. Испытания эа
- •Контрольные вопросы
11.3. Виды неисправностей эа и их устранение Общие положения
Современная ЭА представляет собой сложное устройство, состоящее из совокупности элементов, составляющих определенное множество. Под элементами, принадлежащими множеству, понимается микросхема, электрорадиоэлемент (ЭРЭ), перемычка, пайка и так далее — все, от чего зависит исправность и работоспособность ЭА.
ЭА можно представить в виде «черного ящика», на входы которого поступает информация и напряжение питания, а на выходе появляется информация в виде электрического сигнала, звука, изображения и т. д.
Неисправность ЭА проявляется в виде искажения выходной информации или ее отсутствии (при наличии входного сигнала и напряжения питания). Источником неисправности могут быть один или несколько элементов, а также внешние воздействия и факторы, не входящие во множество элементов ЭА — пыль, влага, застывшие капли припоя и т. д. Неисправные элементы ЭА называются дефектными элементами. Каждый элемент (деталь) ЭА оказывает влияние на формирование выходных параметров. Зависимость между состояниями элементов ЭА и ее выходными параметрами носит неоднозначный характер: большинство элементов влияет сразу на несколько параметров, а сами параметры могут зависеть от многих элементов. Например, конденсатор сглаживающего фильтра служит для уменьшения пульсаций в блоке питания монитора. При появлении волнообразных искажений краев растра можно сделать вывод, что пульсация напряжения питания возросла из-за уменьшения емкости конденсатора фильтра. Но к такому же внешнему проявлению приводят и другие дефекты, увеличивающие пульсацию (выход из строя стабилитрона в стабилизаторе напряжения, возрастание тока нагрузки и пр.).
Недостаток подобного подхода заключается в том, что он учитывает ухудшение элементов лишь в количественном отношении (уменьшение емкости), не принимая во внимание качественные изменения (появление проводимости у конденсаторов). Количественные изменения характеристик элементов могут приводить к различным внешним проявлениям. Влияние дефектного элемента одновременно на несколько выходных параметров ЭА в ряде случаев облегчает нахождение неисправности.
Работу ЭА можно оценивать различными показателями:
физическим состоянием элементов (оценивается внешним осмотром);
качеством выдаваемой информации;
формой и значением напряжений в различных точках (оцениваются по показаниям измерительных приборов).
Начинать поиск неисправностей необходимо с обнаружения существенных противоречий в этих показателях. На определении этих противоречий основаны все методы поиска неисправностей. Следует иметь в виду, что ремонт ЭА состоит не только в определении и устранении неисправности, но и в выполнении этой задачи в кратчайший срок минимальными средствами: рабочего времени, комплектующих деталей, вспомогательных материалов и т. п.
Неоправданным можно считать ремонт ЭА в следующих случаях:
ЭА морально устарела, для нее уже не выпускают запасные детали, а установка нетиповых деталей требует значительных затрат времени, доработки конструкции и пр.;
ЭА физически устарела, в ней заметно проявляются процессы старения материалов, снижение диэлектрических показателей изолирующих материалов, старение паек, высыхание оксидных конденсаторов и пр.;
ЭА имела механические повреждения в результате удара, падения или подвергалась химическим воздействиям (попадание морской воды внутрь корпуса и др.).
При замене той или иной детали нередко одновременно проводят замену прилегающих к ней соединительных элементов и обновляют пайки. Например, при замене ИС одновременно обновляются и пайки ее выводов. При этом возможны следующие варианты:
дефектной была ИС, и после ее замены неисправность устранена;
ИС была исправна, а дефектными были пайки ее выводов, и в процессе замены ИС дефект устранен;
при замене ИС из-за небрежной пайки на ПП образовалась перемычка из припоя между выводами ИС, что привело к дополнительной неисправности.
Классификация дефектов ЭА От характера дефектов во многом зависят особенности их поиска. В первую очередь необходимо выяснить, имеется ли вообще неисправность (неправильная установка устройств регулировки, переключателей и т. п.). Поэтому важно определить, к какому типу относится данный дефект. Классификация дефектов по признакам может ускорить определение неисправности и соответственно сократить время, затрачиваемое на ремонт.
Все дефекты, встречающиеся в ЭА, можно классифицировать по признакам: трудоемкости обнаружения; сложности; количеству; степени связанности; скорости проявления; особенности проявления; месту нахождения дефекта в одной из подсистем ЭА; внешнему проявлению; источнику неисправности; причинам возникновения; значимости. Это разделение условное, так как сами признаки не могут иметь четких границ. Например, одна и та же неисправность может иметь сразу несколько признаков.
По трудоемкости обнаружения различают дефекты: очевидные, на поиск которых затрачивается мало времени; типовые, имеющие однозначную связь с их внешним проявлением; нетиповые, на поиск которых затрачивается больше времени.
По сложности обнаружения различают дефекты: простые, когда дефект очевиден и легко устраним; несложные, когда дефект легко отыскивается, однако устранение его затруднено (замена вышедшей из строя печатной платы); сложные, когда дефект непросто отыскать, но легко устранить (плохая пайка, в которой контакт нарушается лишь с прогревом изделия); микроперемычки на печатной плате из-за действия агрессивной среды; очень сложные, когда дефект трудно отыскать и устранить (случайные межэлектродные замыкания).
По количеству различают дефекты одиночные и групповые, когда несколько неисправностей проявляются одновременно.
По степени связанности дефекты разделяют на независимые и коррелированные, причем корреляция может быть вызвана причинами неисправности как самого изделия, так и условиями эксплуатации.
По скорости проявления дефекты бывают внезапные и постепенные.
По особенностям проявления различают дефекты: постоянно проявляющиеся; непостоянные, проявляющиеся время от времени без явных причин; проявляющиеся или пропадающие в процессе прогрева (в первом случае дефект отыскивается методом электропрогона, а во втором — ЭА дают остыть и обнаруживают дефект сразу после включения); проявляющиеся или пропадающие при механических воздействиях (при простукивании, прижатии стенок или крышки, вращении органов управления и т. п.); самоустраняющиеся.
По местонахождению дефекты разделяются на дефекты подсистемы обработки входной информации, дефекты подсистемы формирования выходной информации, дефекты системы питания.
По внешнему проявлению различают дефекты, связанные с отсутствием какого-либо параметра ЭА; с несоответствием какого-либо параметра норме; с появлением на выходе нежелательных сигналов.
По источнику неисправность может быть вызвана выходом из строя одной или нескольких деталей: резисторов, предохранителей, разъемных соединителей, переключателей, конденсаторов, моточных изделий, диодов, транзисторов, микросхем, кинескопа, а также печатного и объемного монтажа.
По причинам возникновения дефекты бывают случайные или детерминированные, т. е. вполне определенные, которые можно предусмотреть. К детерминированным дефектам относятся:
недостатки конструкции, заложенные при ее разработке: малонадежные элементы (например, конденсаторы типа К10-7В); элементы, эксплуатирующиеся в режимах, близких к предельно допустимым (статистика ремонтов показывает, что в первую очередь в ЭА выходят из строя транзисторы, работающие при напряжениях, приближающихся к предельным); конструктивные решения, не обеспечивающие надежность контактных соединений или, наоборот, вызывающие нежелательные связи (блочно-модульный принцип построения современной ЭА при всех его достоинствах существенно увеличивает число разъемных соединений, а недостаточная надежность механических контактов повышает вероятность их отказов);
нарушение технологической дисциплины при изготовлении ЭА (не-пропаи, качество монтажа и т. п.);
нарушение условий эксплуатации: эксплуатация ЭА под действием прямых солнечных лучей, вблизи отопительных приборов или с закрытыми вентиляционными отверстиями; использование не предназначенных для данной ЭА предохранителей; неосторожное обращение с ЭА, повлекшее к падению, ударам; попадание внутрь ЭА влаги, пыли, насекомых, посторонних предметов (при эксплуатации в условиях повышенной влажности чаще всего выходят из строя элементы, работающие в высоковольтных цепях); воздействие статического электричества, которое образуется на коврах, одежде из синтетических материалов и пр.; намагничивание маски и бандажа кинескопа близко работающими электробытовыми приборами; неправильное подключение ЭА к источнику питания; механические повреждения по вине обслуживающего персонала (особое внимание следует уделять установочным переменным резисторам, которые могут быть неправильно установлены или повреждены из-за применения неподходящей отвертки, а также из-за излишнего усилия при регулировке, могут быть повреждены печатные проводники в местах установки переменных резисторов, переключателей и т. п.);
• неквалифицированное вмешательство в конструкцию ЭА: перепутаны цоколевки установленных элементов, впаяны транзисторы другого типа, установлены дефектные элементы; произведены плохие пайки, замкнуты или оборваны проводники; плохо установлены или перепутаны соединители; изъяты «лишние» крепежные детали, экраны, проводники соединения с шасси; несанкционированное изменение электрической и монтажной схем.
Неквалифицированное вмешательство можно обнаружить при осмотре монтажа. Его признаками являются: нетиповые элементы, плохая пайка, нарушение стопорящей краски на подстроенных и регулировочных элементах, нарушение заводских пломб, нарушение герметизации и т. п.
Любой дефект, проявляющийся в ЭА, нарушает ее нормальную работу. Однако дефекты неравноценны, поэтому целесообразно установить последовательность их поиска и устранения, исходя из значимости.
Уровни и способы поиска неисправностей персональных ЭВМ
Рассмотрим три уровня поиска неисправностей и ремонта ПЭВМ: платы, ИС и схемы. Каждый уровень имеет свои цели при поиске дефектного компонента или соединения с последующей заменой или ремонтом.
На уровне плат заменяют подозрительную ПП; на уровне ИС определяют и заменяют дефектную ИС или компонент; на уровне схемы определяют точную причину неисправности.
Проще всего заменить всю дефектную плату. При замене ИС используют два способа. Первый способ заключается в замене ИС по одной до тех пор, пока не будет обнаружена дефектная. Труднее всего точно найти дефектную ИС и заменить только ее. К сожалению, в ПЭВМ этот уровень сложнее, чем в РЭА. Прежде всего, в ПЭВМ только небольшое число ИС находится в гнездах. Многие ИС впаяны в плату, что усложняет их замену. Второй способ заключается в определении подозреваемых ИС и замене их по одной до обнаружения дефектной ИС.
Замена плат. Когда ПЭВМ выходит из строя, пользователя не интересует, почему это случилось, ему нужна работающая ПЭВМ.
В ПЭВМ типа IBM PC бывает шесть и более плат (основная плата и съемные дочерние платы). В этом случае технику необходимо отыскивать дефектную плату. Он должен проанализировать симптомы неисправности, определить дефектную плату и заменить ее. Операция диагностирования и замены ПП повторяется до успешного завершения ремонта.
Если имеются конкретные симптомы, указывающие на одну или две платы, например, на дисплее изображение мелькает или нарушается строчная (кадровая) синхронизация, неисправными считаются плата монохроматического адаптера или цветная графическая плата. Их нужно заменять по одной и изображение восстановится. Если этого не происходит, значит неисправность находится в мониторе.
Еще один симптом, относящийся к данным платам, связан с отсутствием графических изображений на экране монитора. Этот симптом также требует замены плат. Если неисправность исчезает, то неисправна одна из ИС на дефектной плате. Когда на экране отсутствует текст, а графика выводится, неисправность находится в цветной или графической плате, так как именно она задает графический или текстовой режим. При замене платы неисправность обычно исчезает.
Симптом, относящийся к цветной (графической) плате, заключается в отсутствии цвета или плохом цвете. Именно эта плата формирует цвета. Если новая плата не восстанавливает цвета, то неисправен цветной монитор.
Схемы клавиатуры, естественно, вызывают неисправности, относящиеся к клавиатуре. Например, при нажатии клавиши на экране появляются неправильные символы. Возможно, вместо прописных букв появляются строчные или наоборот. Клавиатура в IBM PC сама по себе является небольшим компьютером со своим процессором и ПЗУ. Для устранения таких неисправностей необходимо заменить плату клавиатуры. Неисправности на этих платах вызывают невозможность обращения к накопителям или ошибки в операциях считывания и записи.
Тщательный анализ симптомов позволяет определить возможную причину неисправности одной или двух плат. Если, например, один накопитель не проводит считывание и запись, то неисправна аналоговая плата накопителя. Когда не считывают и не записывают оба накопителя, дефект находится на плате адаптера дисковых накопителей. Если к накопителям вообще невозможно обратиться, подозрительны обе платы. Кроме конкретных неисправностей есть такие общие симптомы, как отсутствие изображения или «мусор» на экране. К сожалению, эти симптомы вызываются многими платами, исключая платы дисковых накопителей. В этом случае приходится проверять клавиатуру, основную плату и две дисплейные платы.
Несмотря на дороговизну замены плат, для сокращения времени ремонта во многих случаях пользуются этим способом.
Обслуживание на уровне микросхем. Если представить ПП небольшим электронным городом, то ИС следует считать домами. Обычно неисправность возникает только в одной ИС или поддерживающих компонентах. Наиболее сложным при ремонте оказывается поиск дефектной ИС или компонента.
При тщательном изучении симптома (признака) неисправности определяется подозрительная ИС. Каждая ИС выполняет конкретные функции. Эти функции могут быть простыми или сложными, но все они важны для работы ПЭВМ. Печатная плата с десятками ИС чрезвычайно сложна, но только из-за большого числа схем. Разобраться в каждой ИС не составляет труда. К счастью нет необходимости разбираться с работой каждого транзистора и даже отдельных узлов, составленных из них, таких как триггер, регистр или дешифратор. Даже если определено, что не работает какой-либо разряд регистра, заключенного в БИС, то все равно необходимо заменить целиком всю БИС. Поэтому необходимо знать, какие сигналы должны поступать на входы ИС, что с ними происходит в ИС и какие сигналы в результате работы должны появиться на выходе. Этой информации достаточно для того, чтобы можно было отремонтировать ПЭВМ.
Все ИС на ПП расположены в определенном порядке. Для обслуживания на уровне ИС необходима диаграмма, показывающая неисправность, которая возникает при выходе той или иной ИС из строя. При неисправности появляется симптом, и диаграмма показывает, какая ИС соответствует данному симптому. Когда из диаграммы известны подозрительные ИС, необходимо найти дефектную ИС.
Схема размещения ИС должна показывать физическое местонахождение ИС на плате, общий номер каждой ИС, ключ для нумерации контактов и все важные контрольные точки на плате. Такими точками служат указания портов, предохранителей, сетевого переключателя и других элементов. Сама схема может быть оформлена как рисунок, фотография, топология платы и даже сама плата. В простейшем случае схема представляет собой чертеж размещения ИС.
Работа со схемой размещения. Типичный поиск неисправности ПЭВМ происходит следующим образом. При включении большинство ПЭВМ выполняют диагностические тесты микросхем. Тесты проводятся при инициализации процессором различных регистров ИС. Процессор по указанию операционной системы заставляет дефектную ИС выполнять несложные действия. Если ИС не проходит тест, устанавливается флажок, и на экране появляется сообщение о неисправности.
Предположим, что после включения ПЭВМ на экране появилось сообщение «Микросхема ЗУПВ номер 4 банка 2 системной памяти неисправна» или соответствующий код, по которому можно узнать о неисправности. После этого снимается кожух ПЭВМ и находится основная плата. На схеме размещения расположены ИС четырех банков 0-3 ЗУПВ по девять ИС в банке. По схеме в банке 2 находят ИС 4 в гнезде и определяют ее общий номер 4164. Извлекают дефектную ИС из гнезда и устанавливают на ее место новую согласно указаниям инструкции.
Для более полного понимания сути неисправности дополнительную информацию можно получить из блок-схемы компьютера. Она позволяет перейти от чисто механического ремонта к логическому анализу неисправности и выявить истинную причину отказа.
Большинство ИС для ПЭВМ выпускают в корпусе DIP с двусторонним расположением контактов, БИС и СБИС чаще располагают в корпусах типа PGA, PQFP или PLCC. Для проведения полного тестирования на контактах ИС требуется принципиальная схема. Если потребуется схема внутренней организации ИС, то следует обращаться к справочной литературе по интегральным микросхемам.
Схема размещения, блок-схема и принципиальная схема по разному показывают одни и те же ИС. Схема размещения сообщает физическое расположение микросхем. Ее можно использовать для быстрых проверок, которые позволяют отремонтировать ПЭВМ примерно в 50 % случаев. Блок-схема придает смысл схеме размещения, без блок-схемы схема размещения довольно ограничена по информативности. С помощью блок-схемы и схемы размещения можно осуществить ремонт еще примерно 20 % случаев отказов. Принципиальная схема детализирует блок-схему. Три эти схемы содержат всю необходимую информацию по обслуживанию. С их помощью можно поставить диагноз, найти подозрительную ИС и провести измерения на ее контактах.