Итак, если вы решили освоить джедайскую школу по ремонту телефонов, компьютерной техники либо другого современного электронного оборудования, и достичь в этом деле уровня профессионала, то вам просто необходимо разбираться в современной радиоэлектронике
Современная радиоэлектроника — довольно непростая наука и в современном мире она не ограничивается знанием базовых элементов, которые преподают — или уже не преподают — в средней школе. Радиолюбители старой — советской — школы так же не могут похвастаться особым опытом в этой области, т.к. современная радиоэлектронная аппаратура — ибп, мониторы, принтеры, материнские платы ПК и тому подобная техника — ушли далеко вперед и не разрабатывались в советском пространстве, впрочем, они почти не разрабатывались и в постсоветском. Но кстати почти…
Что же представляет из себя радиоэлектроника сейчас?
Для того, чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо вспомнить азы и вернуться к простейшим элементам электрической цепи:
Итак, шаг 1: азбука радиэлектроники
К простейшим и наиболее распространенным известным элементам электронных схем относятся:
- Диод
- Резистор
- Конденсатор
- Трансфроматор
Итак разберемся по порядку:
Диод
Диод — казалось бы, самый простой элемент электрической цепи. По сути — он проводник тока, работающий в одном направлении. Если к диоду приложено прямое напряжение, то диод открыт. Если приложено обратное напряжение — закрыт (сопротивление диода велико). Просто? Куда уж проще.
Но не все так просто, как кажется на первый взгляд: прежде всего познакомимся с основными характеристиками диодов:
- Uпр – постоянное прямое напряжение — минимальное напряжение, необходимое для открытия диода
- Uобр.max, VRRM – максимально допустимое обратное напряжение, или обратное напряжение пробоя
- Iпр.max, If(AV) – максимально допустимый постоянный прямой ток. Очень важный параметр для проектирования схем
- Vf — падение напряжения, в вольтах
- Диапазон рабочих частот. Как правило, полупроводниковые диоды рассчитаны на диапазон до 50КГц
- Сб — барьерная емкость — емкость p-n перехода диода
- rдиф — дифференциальное сопротивление, Ом. Зависит от вольт-амперной характеристики
Это общие параметры для всех диодов, но далеко не все. Наиболее встречающимися видами диодов на электронных платах являются следующие:
- Полупроводниковый диод — самый распространенный диод. Обозначается на схемах как Используется в выпрямителях напряжения.Как проверить? Полупроводниковый диод в полевых условиях мультиметром проверяют в режиме прозвонки диодов: красный щуп ставится на анод, черный — на катод. мультиметр должен показать падение напряжения — оно не должно превышать 1В. Если поменять щупы местами — мультиметр должен показать 1, что означает бесконечность. Таким образом проверяют падение напряжение в вольтах, а так же исключают пробой и обрыв.
- Диод Шотки. В отличие от обычного диода обладает более высоким быстродействием, сравнительно малым падением прямого напряжения и малой емкостью перехода. На схеме: Схема проверки ничем не отличается от схемы проверки обычного полупроводникового диода. Типичные примеры диодов Шотки: 1N581x и 1N582x.
- Светодиод. На схеме: Применяется для световой индикации работы схемы. Принцип проверки похож на принцип проверки обычных диодов: если подать на диод прямое постоянное напряжение, то такой диод должен испускать фотоны определенного спектра, то есть светиться. Как правило, мультиметр в режиме прозвонки дает напряжение 1V. Более продвинутые мультиметры могут давать 3V и больше. Чтобы проверить светодиод, необходимо, чтобы Uпр было не больше этого значения, иначе напряжения не хватит, чтобы его открыть
- Стабилитрон — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. Обозначается на схеме какВ отличие от стабилитрона при подаче обратного напряжения, превышающего обратное напряжение пробоя, на обычный диод, происходит необратимый пробой, ломается вольт-амперная характеристика и такой диод перегорает. В отличие от обычного диода превышение пробоя в стабилитроне является обратимым и при многократных пробоях ведет себя по строгой закономерности. Именно это свойство и используют в электронике.Проверка стабилитрона мультиметром аналогична проверке обычного полупроводникового диода, единственное, о чем нужно помнить, что стабилитрон включается в схему наоборот — катод к плюсу, анод к минусу. По большому счету работе стабилитрона можно посвятить целую статью.
Как правило, стабилитроны используют в делителях и стабилизаторах напряжения
На мы описали далеко не все диоды. Т.к. эта статься для начинающих, то мы рассмотрели только самые распространенные
Диоды на платах выпускаются в корпусах sod-27, do-35, do-41, do-201, sma, smb и прочее:
На схемах диоды обозначаются буквой D. Подробнее о назначении диодов можно почитать тут
Резистор
Резистор — это элемент электрической цепи, оказывающий сопротивление протекающему через него току. Как и диод, резистор — базовый элемент электрических схем. Но несмотря на такое простое определение, его роль довольно велика и не так проста, как кажется. Как правило, резисторы используют для линейного преобразования силы тока в напряжение и обратно, ограничения тока и поглощения электрической энергии.
В чем принцип действия резистора?
Последовательное включение резистора в идеальную цепь с постоянным напряжением дает уменьшение тока цепи на I=U/R, где U — постоянное напряжение цепи, а R — сопротивление резистора. Если брать аналогию с гидравликой, то сила тока — это скорость потока, напряжение — это давление на стенки трубы, а цепь — это труба с водой. Пока в цепи нет нагрузки, нет и тока. Есть только напряжение. Как только появляется нагрузка — т.е. по аналогии в гидравлике кто-то открывает кран — появляется ток. Чем больше диаметр трубы — проводимость цепи — тем больше сила тока. Что может в таком случае уменьшит скорость потока в такой трубе? Кран. Вот, в электрической цепи таким краном и является резистор — он сужает в определенном месте диаметр трубы и скорость тока во всей трубе уменьшается.
Резисторы бывают с постоянным и переменным сопротивлением.
На схемах резисторы обозначаются буквой R
либо
Основным параметром резисторов являются величина сопротивления. Как же узнать, какого сопротивления резистор?
Наибольшее распространение получила цветовая маркировка: на резистор наносятся несколько цветных колец, каждый цвет которых указывает на тот или иной параметр резистора:
Помимо величины сопротивления для резистора так же необходимо знать рассеиваемую мощность, Вт. Резисторы с цветовыми обозначениями, как правило, являются маломощными и их рассеиваемая мощность не превышает 2Вт.
Стандартный ряд мощностей рассеивания резисторов состоит из значений:
-
- 0,125 Вт
-
- 0,25 Вт
-
- 0,5 Вт
-
- 1 Вт
-
- 2 Вт
Примерно можно определить рассеиваемую мощность по размеру резистора: при длине 5мм — это 0.125 Вт, 7мм — 0.25Вт, 9мм — 0.5Вт, 11мм — 1Вт, 15мм — 2Вт. На некоторых схемах можно увидеть их условные обозначения с указанием мощности рассеивания:
Знание рассеиваемой мощности необходимо для правильного подбора резистора в цепь. Если поставить резистор меньшей мощности, чем номинальная, то резистор перегорит. Формула расчета мощности резистора выглядит следующим образом:
P = I2 x R
Таким образом, зная максимальную силу тока, можно определить необходимую мощность рассеивания резистора.
Как проверить резистор?
Мультиметром резистор проверяется в режиме Омметра. Красный щуп прикладывается к одному выводу, черный — к другому. На дисплее мультиметр покажет сопротивление в Омах. Если сопротивление будет показывать 1 — бесконечность — на самом высоком диапазоне измерения, то в резисторе скорее всего обрыв. Если нулевое, то пробой.
При измерении сопротивления резистора на плате надо учитывать, что при параллельном включении резисторов в цепь их общее сопротивление вычисляется по формуле:
Например, при параллельном соединении двух резисторов 50 Ом, общее сопротивление будет = 1/ (1/50 + 1/50)=25 Ом, т.е. в два раза меньше каждого по отдельности. По большому счету при прозвонке в схеме параллельно включенных резисторов можно проверить только только суммарное сопротивление. В случае несоответствия этого суммарного сопротивления сопротивлению, полученному по указанной выше формуле для номинального значения каждого из резисторов, можно сказать, что в этой цепи есть либо обрыв либо пробой. Для дальнейшей диагностики кроме как выпаивать каждый резистор для проверки, вариантов нет.
Что же касается последовательного соединения нескольких резисторов, то их сопротивление суммируется
R общ = R1 + R2 + R3
Именно на этом принципе основан принцип делителя напряжения на резисторах. Но об этом чуть позже
Конденсатор
Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из двух проводящих обкладок, разделенных диэлектриком, каждая из которых содержит противоположный по знаку электрический заряд. Главной характеристикой диода конденсатора емкость — мера способности накапливать и удерживать электрический заряд. Емкость обозначается буквой C.
Так как пластины конденсатора разделены диэлетриком, конденсатор сам по себе не является проводником, но парадокс в том, что в цепи постоянного тока он может проводить ток в момент включения его в цепь: дело в том, что в этот момент через конденсатор идёт ток заряда, который, по мере заряда, уменьшается до тех пор, пока напряжение на выводах конденсатора не выравняется с напряжением в цепи. Конденсатор является своего рода аккумулятором. По аналогии с гидравликой вспомним закон сообщающихся сосудов. Представим две емкости, одна из которых бесконечно большая, сообщающиеся между собой внизу маленькой трубкой. Если открыть эту трубку, то вода из бесконечно большой емкости начнет поступать малую до тех пор, пока уровень воды в них не выравняется. Если из бесконечной емкости в момент убрать всю воду, то из малой вода начнет постепенно вытекать, соответственно будет уменьшаться и давление на дно сосуда. Это похоже на принцип работы конденсатора.
Конденсаторы являются второй, по распространенности и степени использования, после резисторов, деталью в электронных схемах.
К основным характеристикам конденсатора относят:
- C — Емкость, Ф
- V — Номинальное напряжение, Вольт
- Полярность — только для полярных
- ESR, Ом — только для полярных конденсаторов
Не так уж и много. Проверка конденсатора начинается с его осмотра. Это пожалуй самый говорящий элемент из всех электронных при его осмотре. Около половины неисправных электролитических конденсаторов можно определяются именно таким образом. Далее мультиметром конденсаторы проверяют в режиме прозвонки на короткое замыкание. На самом деле такое бывает довольно редко. Плюсом такого метода является то, что прозвонкой мы можем определить короткое замыкание в схеме, поскольку даже в схеме конденсатор не должен прозваниваться после зарядки — то есть через 2-3 секунды после подачи напряжения. Если конденсатор полярный, то красный щуп ставится на плюс вывод, черный — на минус. На этом как правило, диагностика в домашних условиях заканчивается.
Если вы являетесь владельцем профессионального мультиметра с возможностью измерения емкостей либо ESR-метра, можно так же попробовать замерить емкость непосредственно на плате. Но здесь надо учесть, что при параллельном включении конденсаторов в цепь их емкость суммируется:
C = C1 + C2 + C3
Но надо отметить, что на емкость могут влиять так же и другие элементы на плате, включенные параллельно. О них речь мы поведем несколько позже. То же касается и сопротивления.
В цепи же переменного тока конденсатор проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки, замыкаясь током смещения. В связи с этим конденсаторы часто используют в качестве сглаживающих фильтров при преобразовании переменного тока в постоянный.
Как и у любого проводника, у конденсаторов во время проведения тока есть должно быть сопротивление. И оно есть — это ESR. Эта величина имеет смысл только в полярных конденсаторах. У здоровых конденсаторов она равна меньше 1. Чем больше ESR, тем хуже.
Трансформаторы
Простейший трансформатор представляет из себя две катушки индуктивности, расположенные рядом друг с другом. Каждая из этих катушек является обмоткой из непрерывного проводника, состоящей из n-количества витков.
На схеме такой трансформатор обозначается буквой T и изображается как два рядом расположенных дросселя:
Катушка, на которую поступает ток от источника питания, называется первичной обмоткой трансформатора, другая катушка — соответственно вторичной. Принцип работы трансформатора основан на магнитном поле, возникающем на катушке в момент прохождения по ней электрического тока. Изменение же магнитного поля приводит к появлению электродвижущей силы вокруг этой катушки. Таким образом на вторичной обмотке так же появляется ток, который называется индукционным:
На практике между катушками еще, как правило, располагают ферритовый либо стальной сердечник для усиления магнитного поля и соответственно увеличения КПД трансформатора:
В бытовой электронике, как правило, трансформаторы применяют для понижения постоянного либо переменного напряжения.
Как проверить трансформатор?
Прежде всего трансформатор проверяют на кз или обрыв:
Обрыв проверяют прозвонкой: проверяют все обмотки отдельно: вход обмотки должен звониться с ее выходом. При этом обмотки не должны звониться между собой, иначе мы будем иметь кз.
Это самые легко диагностируемые неисправности.
Помимо вышеперечисленного стоить проверить сопротивление обмоток на землю. Теоретически оно должно быть бесконечно большим. Если звонится -значит где-то кз на землю в цепи с этой обмоткой, т.е. теоретически под подозрение попадают и виток трансформатора.
Помимо всего вышесказанного можно так же столкнуться с повреждением межвитковой изоляции, представляющей из себя покрытие изоляционным лаком, и кз между витками. К этому может привести не только мех повреждение, но и химические реакции внутри самого трансформатора, при этом обрыва в обмотке может и не быть. К сожалению, определить такую неисправность с помощью мультиметра практически невозможно. Для этого нам понадобится осфиллограф.
Ну что ж, мы изучили четыре буквы алфавита современной электроники и стали мегагуру. Как вы думаете, смогли бы вы свободно разговаривать на английском языке, зная всего лишь 4 буквы алфавита?
Что дальше?
Мы всего лишь обновили знания школьного курса и- взглянем правде в глаза — наши знания аналогичны знанию английского языка, ограниченному 4-мя буквами. Нам остается изучить остальные 22 букв, затем выучить самые распространенные слога, которые из этих букв составляются и где применяются. И только тогда я бы вам разрешил подойти к диагностики, скажем, блока питания, ближе, чем на один метр.
Ну а пока до новых встреч
Полезные ссылки по теме тыц